EP2695232A2 - Energy storage device with a temperature controlling means - Google Patents

Energy storage device with a temperature controlling means

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Publication number
EP2695232A2
EP2695232A2 EP12711115.1A EP12711115A EP2695232A2 EP 2695232 A2 EP2695232 A2 EP 2695232A2 EP 12711115 A EP12711115 A EP 12711115A EP 2695232 A2 EP2695232 A2 EP 2695232A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy storage
heat
storage device
cells
clamping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12711115.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Meintschel
Tim Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2695232A2 publication Critical patent/EP2695232A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01G11/14—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • H01G11/18—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors against thermal overloads, e.g. heating, cooling or ventilating
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Definitions

  • the invention relates to an energy storage device having at least one energy storage cell and a tempering device.
  • it relates to an energy storage device having a number of energy storage cells and a tempering device.
  • Electrochemical energy storage devices also referred to below as electrochemical cells or galvanic cells, are frequently produced in the form of flat, stackable units from which batteries for various applications can be produced by combining a plurality of such cells.
  • the cells must often be cooled to dissipate the resulting heat loss.
  • a metal cooling plate through which coolant flows can be arranged on the cell block of the battery, often below the cells.
  • the heat loss for example, either via separate heat conducting elements, eg. As thermal conductors or sheets, or passed over appropriately thickened cell housing walls of the cells.
  • the cell housing of the cells are made metallic and there is an electrical voltage to them.
  • the cooling plate of the Cell housings then separated by an electrical insulation, such as a heat conducting film, a shaped body, a potting compound or a coating or foil applied to the cooling plate.
  • the coolant circuit can also be used to heat the battery z. B. used during cold start.
  • the present invention has for its object to provide an improved energy storage device.
  • an energy storage device with at least one energy storage cell, preferably a number of energy storage cells, and with a tempering device, which is designed for tempering the energy storage cell or a composite formed by the energy storage cells, and with at least one clamping element which is configured by clamping forces to a spatial fixation
  • this object is achieved in that the clamping element is designed as a functional part of the temperature control and that the clamping element is designed to guide a heat transfer fluid.
  • an energy storage device is understood as meaning a device which is also capable of picking up, storing and releasing electrical energy in particular, if appropriate by utilizing electrochemical processes.
  • a memory cell is understood to be a self-contained functional unit of the energy storage device, which per se is also capable of picking up, storing and discharging electrical energy in particular, optionally by utilizing electrochemical processes.
  • a memory cell can be, for example, but not limited to, a galvanic primary or secondary cell (in the context of this application, primary or secondary cells indiscriminately referred to as battery cells and an energy storage device constructed thereof as a battery), a fuel cell, a high-power capacitor such as Supercap or the like, or an energy storage cell of a different nature.
  • a memory cell constructed as a battery cell has, for example, an active region or active part in which electrochemical conversion and storage processes take place, an enclosure for enclosing the active part from the environment and at least two current conductors serving as electrical poles of the memory line.
  • the active part has, for example, an electrode arrangement, which is preferably designed as a stack or winding with current collecting foils, active layers and separator layers.
  • the active and separator layers may be at least partially provided as separate foil blanks or as coatings of the current collecting foils.
  • the current conductors are electrically connected to or formed by the current collecting foils.
  • an energy storage cell is to be understood as meaning an electrochemical cell which stores energy in chemical form, delivers it in electrical form to a consumer and, preferably, can also receive it in electrical form from a charging device.
  • electrochemical energy stores are galvanic cells or fuel cells.
  • a flat electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical cell whose external shape is characterized by two essentially parallel surfaces whose vertical distance from one another is shorter than the average length of the cell measured parallel to these surfaces. Between these surfaces, often surrounded by a packaging or a cell housing, the electrochemically active components of the cell are arranged.
  • Such cells are often surrounded by a multi-layered film packaging, which has a sealed seam at the edges of the cell packaging, which by permanently connecting or closing the film packaging in the area Sealed seam is formed.
  • Such cells are often referred to as pouch cells or as coffeebag cells.
  • contributing the clamping element to a spatial fixation of the energy storage cells in the energy storage device can be understood as being both a partial contribution to the spatial fixation and a one hundred percent contribution, in particular an exclusive contribution to the spatial fixation.
  • the energy storage cells may have a stretchable multilayer film as the outer envelope for receiving resulting gases.
  • a storage cell may also be a cell which receives and / or dispense energy not as electrical, but as thermal, potential, kinetic or other type of energy or a cell which receives energy in one type of energy and again in another type of energy, the storage in a different kind of energy can be done.
  • clamping is understood to mean holding in a predetermined position, in particular a relative position to one another, by clamping forces.
  • a bracing can also, but not only, elastic and frictional forces are exploited.
  • the bracing does not exclude a positive position determination; it may, but need not, be limited to preventing disassembly.
  • tempering is understood to mean a discharge or supply, in particular a removal of heat. It may be realized as a passive cooling, such as by heat radiation on heat radiating surfaces, as an active cooling, such as by forced convection on heat exchange surfaces or by heat exchange with a particular circulating heat transfer medium such as water, oil or the like in a heat exchanger. In this case, a control or regulation may be provided to maintain a predetermined allowable temperature range. If the clamping device is configured as a functional component of the tempering device and for guiding a heat transfer agent, the tensioning device can also fulfill functions which are related to the temperature control of the storage cells or the cell assembly. These functions may include, but are not limited to, heat transfer to and from the storage cells, heat transfer across heat radiating surfaces, heat transfer to and from a heat transfer medium, heat transfer from and to a heat source or heat sink, and / or the like.
  • clamping element is connected directly to a heat carrier medium circuit.
  • the clamping element has at least one designed as a hollow rod tie rods.
  • An advantage of this embodiment is that the heat transfer medium can be guided by the tie rod.
  • a tie rod is understood to be an elongated rod, in particular a total length of the cell stack, which braces the cell block in particular via pressure elements, such as plates or flanges, which press in a stacking direction of the memory cells on the respective outer memory cells.
  • a plurality of tie rods are provided, such as four, six, eight or more.
  • Such tie rods include, for example, a head at one end and a thread at the other end, or threads at both ends, to allow reliable tightening by screwing or bolting with the aid of nuts.
  • the use of tie rods with appropriate shaping of the memory cells also has the advantage that memory cells can be threaded onto the tie rods in a relatively simple manner before clamping, which can also simplify assembly.
  • Tie rods can extend, for example, through corresponding recesses of frame elements of compassionflachzellen and absorb heat from them.
  • the tie rod designed as a hollow bar can open into a heat exchanger.
  • the tensioning element has at least one pair of tie rods designed as a hollow bar, which are closed in a circuit via a bridge.
  • the tie rod designed as a hollow rod has two longitudinal bores which are configured as a flow channel and a return channel.
  • the clamping element may comprise at least one tension band.
  • the tensioning element has at least one pair of tension straps which are closed in a circuit via a bridge.
  • the tension band may be resilient at least in sections, in particular wave spring-shaped, wherein preferably a plurality of tension straps are provided, of which at least one tension band covers at least one other tension band.
  • a tension band is understood to mean an elongated, in particular flat, band-like component which can also be used to brace an arrangement of memory cells against one another, in particular to brace them in a looping manner.
  • a shutter mechanism, a clamping mechanism or the like may be provided to allow mounting under tension.
  • An elastic elongation of the tension band may be designed such that when tensioned under tension, the tension band has excess over the cell block and can be striped over it, in which case, when the pretension is released, the tension band lays tightly around the cell block.
  • the strap in Sections be formed, for example, wave spring-shaped.
  • the wave-spring-shaped sections have planar sections which, under tension, rest flat against heat exchange surfaces of memory cells, heat-conducting elements or the like. As low it has been proven when the clamping element is connected to a heat exchanger.
  • the clamping element may be at least partially formed of a thermally conductive material.
  • the tensioning element may at least partially comprise a heat-conducting layer.
  • a heat-conducting material in the context of the invention is understood then, if it has a thermal conductivity, which allows use as a heat conductor in the technical sense.
  • a lower limit may be assumed in the range of about 10 to 20 W m "1 K "1 ; this corresponds to the thermal conductivity of high-alloyed steel and some (preferably fiber-reinforced) plastics provided with highly heat-conductive filling materials. It is preferable to select the thermal conductivity in the range of at least 40 to 50 W m "1 K " 1 .
  • thermal conductivity of at least 100 or a few 100 W m "1 K " 1 .
  • spring steel silicon or aluminum or copper or silver or in particular carbon nanotubes can be used. Their use or other special materials must be weighed in terms of cost, processability and other technical suitability.
  • training with a thermally conductive material according to the invention is to be understood that the clamping device or an element of the clamping device either essentially consist of this material or, for reasons of strength, electrical insulation, temperature resistance or otherwise Properties or uses, only a core, a coating or layer, a jacket or the like may have from such a material. By suitable combination of materials so can desired properties can be set.
  • the energy storage device is configured such that the clamping device at least in sections, preferably flat, abuts heat exchange surfaces of the memory cells.
  • a heat exchange surface of a storage cell can be understood as an area of the storage cell which can give off heat generated in the interior of the storage cell and, if necessary, can also absorb heat for delivery to an interior of the storage cell. It is advantageous if the component, to which the heat exchange surface belongs, is designed to forward a heat generated in an active region of the cell to the heat exchange surface. The concern ensures a good thermal coupling. If necessary, the thermal coupling can take place by mediation of a heat-conducting element, which can also fulfill tasks of electrical insulation or the like.
  • the energy storage device is designed such that the memory cells have a prismatic, in particular flat shape and heat exchange surfaces are provided on at least one of peripheral sides, in particular narrow sides of the memory cells.
  • a flat prismatic shape is understood to mean a shape whose extent in a spatial direction, which is also defined as the thickness direction, is significantly lower than in other spatial directions and thus two flat sides with a relatively large areal extent of a narrow edge, in particular at least four Circumferential or narrow sides, are clearly distinguishable.
  • Flat, prismatic memory cells are particularly well stackable to a cell composite, especially a compact block, they have a good space utilization and their contact can in many ways, such as on the flat sides, on the narrow sides, over protruding Conductor strips (also called current conductor) or the like can be realized.
  • Conductor strips also called current conductor
  • the peripheral sides are on the outside, so that they are suitable as heat exchange surfaces.
  • the invention is also not limited to flat, but for example, but not only, cubic memory cells, as well as not prismatic, but for example, but not only, cylindrical memory cells applicable.
  • the energy storage device is configured such that heat conducting elements are provided, which are formed with a thermally conductive material and at least in sections, preferably flat, abut heat exchange surfaces of the memory cells, wherein the clamping device rests at least on free surfaces of the heat conducting elements.
  • a heat-conducting element is understood as meaning a component which is also able to conduct heat to and from memory cells, in particular from and to a space between memory cells within the energy storage device, to and from outside the space between the memory cells
  • a heat-conducting element may be, for example, but not limited to, a sheet or a shaped body made of a thermally conductive material, which is arranged between the memory cells.
  • a free surface of a heat conducting element a surface which is accessible from outside the cell assembly of the memory cells, z. B. protrudes at the free edge sides and there, for example, but not necessarily, is bent at right angles to abut the edge sides of the memory cells.
  • the memory cells have a prismatic, in particular flat shape; then the heat exchange surfaces may preferably be provided on flat sides of the memory cells, and the free surfaces of the heat conducting elements may preferably be provided in the region of peripheral sides, in particular narrow sides of the memory cells.
  • the heat-conducting elements can also be formed with electrically conductive materials and additionally as electrical contact elements between adjacent ones Memory cells or between a memory cell and a Polan gleich issued the energy storage device act.
  • a heat-conducting element may alternatively have an electrically insulating property if electrical contact is to be prevented at the moment.
  • the clamping device holding elements and clamping elements, wherein the holding elements are arranged in alternation with the memory cells to hold the memory cells between them, and wherein the clamping elements clamp the holding elements with the memory cells, wherein the holding elements at least in sections with heat exchange surfaces the memory cells are thermally coupled, and wherein the clamping elements abut at least in sections on heat exchange surfaces of the holding elements. It is advantageous if the holding elements are formed at least between the contact surfaces with the memory cells and the contact surfaces with the clamping elements with a thermally conductive material. In this way, a reliable clamping of the holding elements and the memory cells may be provided to a battery pack.
  • Heat exchange surfaces of the holding elements may be outer surfaces, in particular edge surfaces, of the holding elements, for example, but not only if clamping bands are provided as clamping elements.
  • Tension elements such as, but not limited to, tie rods can also be passed through passages, such as holes, in the retaining elements;
  • heat exchange surfaces of the holding elements may be formed by inner surfaces of the passages.
  • Heat exchange surfaces of the memory cells may be provided by flat or edge sides of the memory cells, by current conductors or at passage areas of current conductors by an enclosure of the memory cells.
  • the energy storage device is configured such that the clamping device is thermally coupled at least in sections, in particular by surface contact, with portions of a heat exchanger device, wherein the heat exchanger device is preferably connected to a heat carrier Medium circuit is connected and wherein the equippedträgemnittelnikank is preferably controlled or regulated.
  • the clamping device can transport heat absorbed by the storage cells to the heat exchanger device and deliver it to a heat transfer medium such as, but not limited to, water or oil.
  • the heated heat transfer medium can circulate through the heat transfer medium circuit and release the heat absorbed elsewhere, for example to an air cooler or the like.
  • the heat exchanger device lies at least in sections with heat exchange surfaces of the storage cells, wherein the storage cells have a flat prismatic shape and heat exchange surfaces are provided on at least two, preferably opposite narrow sides of the storage cells.
  • the storage cells can emit heat to the heat exchanger device by direct contact, and on the other hand deliver heat to the clamping device at points which are not in contact with the heat exchanger device.
  • the clamping device braces the cells both with each other and with the heat exchanger device.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a battery according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery according to a second embodiment
  • 3 is a perspective view of the battery according to the second embodiment
  • Fig. 4 is a perspective view of the battery according to a third embodiment.
  • Fig. 5 is a perspective view of the battery according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a battery 1 having a plurality of cells cells forming a galvanic cell 2 as a first embodiment of the present invention. The cells 2 are shown uncut in FIG.
  • the galvanic cells 2 are secondary cells (accumulator cells) with active areas that contain lithium. Such galvanic cells known as lithium-ion cells or the like are basically known in their structure. In the context of this application, the galvanic cells 2 are referred to as cells 2 for the sake of simplicity. In this exemplary embodiment, the cells 2 are designed as so-called frame flat cells with a narrow, essentially parallelepiped-shaped cell housing. The cells 2 are arranged plane-parallel one behind the other and depending on the application parallel or / and series electrically interconnected. Under the cells 2, a cooling plate 3 for tempering the cells 2 may be arranged. The cooling plate 3 has in its interior a in the figure multiply cut cooling channel 3.3, which is traversed by a coolant on.
  • a heat-conducting film 4 of electrically insulating material is arranged, which electrically isolates the cooling plate 3 from the cells 2.
  • a pressure plate 5 made of an electrically insulating material with good thermal conduction properties, such as a reinforced plastic with thermally conductive dopants, is arranged.
  • the pressure plate 5 may be made of a metal such as steel, aluminum or the like, in which case in the region of resting on the upper narrow sides of the cells 2 a electrically insulating coating or an electrically insulating intermediate layer similar to the heat-conducting film 4 is provided.
  • a front pole plate 6 At a front end of the cell assembly is a front pole plate 6, and at a rear end of the cell assembly, a rear pole plate 7 is arranged.
  • the pole plates 6 and 7 each form a pole of the battery 1 and each have a projecting beyond the pressure plate 5 beyond flag-like extension 6.1, 7.1, which forms a pole contact of the battery 1, respectively.
  • the pole plates 6 and 7 each have two fastening lugs 6.2, 7.2, which are angled parallel to the pressure plate 5 of the respective pole plate 6, 7 and rest on the pressure plate 5.
  • the pressure plate 5, the cells 2 and the cooling plate 3 are pressed together by two clamping elements 8, which are each guided around the pressure plate 5, the pole plates 6, 7 and the cooling plate 3 around.
  • the clamping elements 8 are designed as self-elastic clamping bands 8 with clamping band cavities 8.2, wherein the inherent elasticity is adjusted substantially by spring zones 8.1.
  • the spring zones 8.1 are realized by a wave-like shape of the clamping bands 8.
  • the spring zones 8.1 are preferably formed where the clamping bands 8 do not extend over edges of the pole plates 6, 7 or the cooling plate 3, in particular on the top and bottom of the battery 1.
  • Their waveform has at least in the region of the support of the troughs on the the cooling plate 3 and the pressure plate 5 at least partially at least substantially planar portions to a large contact surface.
  • the introduction of the forces in the cell block 1 takes place in the axial direction over the front pole plate 6 and the rear pole plate 7. In the direction perpendicular thereto, the force is introduced below the cooling plate 3 and above the pressure plate 5.
  • the pole plates 6, 7 are further provided at least where the clamping bands 8 rest with an electrically insulating coating or an electrically insulating intermediate layer similar to the heat-conducting film 4.
  • the Tension bands in the field of pole plates 6, 7 have elastic sections.
  • the tension bands 8 with clamping band cavities 8.2 for guiding the heat transfer medium are made of a good heat conductor such.
  • an electrically insulating coating of the clamping bands 8 or an insulating intermediate layer is provided.
  • the tension bands may be made of a non-conductive material, such as a thermally conductive plastic, preferably with fiberglass, Kevlar or metal reinforcement and a heat-conductive filler. In such a case, additional insulation may not be required.
  • FIG. 2 illustrates a further exemplary embodiment of the present invention in a representation corresponding to FIG. 1, in which heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22 are provided between a clamping band 8 surrounding a cell block with clamping band cavities 8.2 and the cell block.
  • a lower heat conducting 8.20 between the clamping band 8 and the cooling plate 3 an upper heat conducting 8.21 between the clamping band 8 and the pressure plate 5 and end-side heat conducting 8.22 between the clamping band 8 and the pole plates 6, 7 may be provided.
  • heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22 rigid metal blocks, such as aluminum blocks, can be used.
  • the strap revolves the cell block and ensures a constant contact force in the axial direction and in the direction of the vertical axis.
  • the tension band 8 is closed by means of a crimp closure 8.3; This ensures a secure clamping of the battery 1.
  • the heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22 have elastic properties and z. B.
  • the clamping band 8 is straight, that is, formed without elastic corrugation, and is the entire surface on the heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of another embodiment.
  • the optional cooling plate 3 has in its rrnneren a cooling channel 3.3, which is traversed by a coolant, and two coolant connections 3.1 for supplying and discharging the coolant.
  • the cooling plate 3 can be connected to a coolant circuit, not shown, via which absorbed by the coolant waste heat from the battery 1 can be discharged.
  • the clamping device is realized by two metallic clamping bands 8 with clamping band cavities 8.2, which can be provided with an electrically insulating, but heat-conducting layer.
  • the tensioning straps 8 have a tensioning range 8.4, which in the illustrated embodiment is designed as a wave-like stretching region.
  • the tension bands 8 run in depressions 5.1 via the pressure plate 5, in depressions 7.3 via the rear pole plate 7, in depressions 3.2 via the cooling plate 3 and in wells not shown in detail via the front pole plate 6.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of another embodiment of the present invention.
  • a plurality of cells 2 are arranged between in each case two holding frames 16, 16 or 16, 17.
  • the arrangement of cells 2 and holding frames 16, 17 is arranged between two end plates 18, 19.
  • tie rods 20 with locknuts 21 are for bracing the composite of cells, support frame 16, 17 and end plates 18, 19 are provided.
  • the end plates 18, 19 also serve as electrical poles of the battery 1.
  • connection devices 23, 24 are provided.
  • An attached to struts 25 controller 26 is provided for monitoring state parameters of the battery 1 and the individual cells 2, for charge equalization and the like.
  • the tie rods 20 and / or counter nuts 21 designed to guide a heat transfer medium are electrically insulated against at least one of the end plates 18, 19.
  • the trained to guide a heat transfer medium tie rod 20 in the interior of the battery 1 generated heat, which can be derived by flow of the heat transfer medium. Furthermore, they may be in heat conductive contact with the end plates 18, 19. The heat can also be dissipated via the end plates 18, 19 by means of a suitable cooling device (not shown in more detail).
  • a cooling device As a cooling device comes z. As an air flow around profile made of aluminum or another good heat conductor into consideration, which is bolted by the tie rods on the head side and / or the nut side with the end plates 18, 19. Alternatively, at one of the end plates 18, 19, a heat exchanger may be mounted frontally, to which the tie rods 20 can give off heat. There are also other types of heat dissipation through the tie rods 20 conceivable.
  • the cells 2 are formed in this embodiment as so-called Coffeebag- or Pouch cells
  • Such cells 2 have an electrode stack and an enclosure of a film material (wrapping film), which is sealed at an edge portion to a to form so-called sealed seam.
  • the Abieiter occur on two narrow sides of the cells 2 through the sealed seam.
  • the cells 2 are held by the holding frames 16, 17 on the Abieitern itself or in contact areas, where in the region of the sealed seam where the Abieiter pass through the sealed seam, and at least there by the Abieiter heat to the frame members 16, 17 from ,
  • the trained to guide a heat transfer agent tie rods extend through the frame members 16, 17 therethrough and take heat from the standing in contact with the Abieitern Garrahrrien 16, 17.
  • separate contact elements can be provided, which are gripped by the holding frames 16, 17 and exert the contact pressure on the edge sections of the cells 2 and absorb heat from them.
  • heat from the flat sides of the cells 2 via politicians and / or thermally conductive elastic elements which are arranged between the cells 2, transferred to the support frame 16, 17 and are derived from these again via the tie rods 20 on.
  • more than four tie rods, z. B. six or eight tie rods be provided to clamp the cell block and dissipate heat.
  • the tensioning can take place, for example, via heat-conducting tension bands.
  • such tension bands can be guided, for example, but not only, over chamfers 16.1, 17.1, 18.1, 19.1 of the holding frames 16, 17 and the end plates 18, 19.
  • the tie rods 20 may be connected via a Switzerlandankermaschine 20.1, whereby a cycle of the heat transfer medium can be effected.

Abstract

An energy storage device (1) has at least one energy storage cell (2), preferably a number of energy storage cells (2), and a temperature controlling means, which is designed for controlling the temperature of the energy storage cell (2) or an assembly formed by the energy storage cells (2), and at least one clamping element (8, 20), which is designed as a functional component part of the temperature controlling means and is designed for carrying a heat transfer medium.

Description

Energiespeichervorrichtung mit einer Temperiereinrichtung  Energy storage device with a tempering device
B e s c h r e i b u n g Description
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE10201 1016048 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Hereby, the entire contents of the priority application DE10201 1016048 by reference is part of the present application.
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer Energiespeicherzelle und einer Temperiereinrichtung: Insbesondere betrifft sie eine Energiespeichervorrichtung mit einer Anzahl an Energiespeicherzellen und einer Temperiereinrichtung. Elektrochemische Energiespeicher, im Folgenden auch als elektrochemische oder galvanische Zellen bezeichnet, werden häufig in der Form flacher, stapelbarer Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen Batterien für verschiedene Anwendungen hergestellt werden können. Die Zellen müssen oft gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme abzuführen. Dazu ist es bekannt, eine indirekte Kühlung durch einen Kühlmittelkreislauf oder eine direkte Kühlung mittels vorgekühlter Luft, die zwischen die Zellen geleitet wird, einzusetzen. Bei einer Kühlung durch den Kühlmittelkreislauf kann am Zellenblock der Batterie eine von Kühlmittel durchströmte metallische Kühlplatte angeordnet sein, oft unterhalb der Zellen. Von den Zellen zur Kühlplatte wird die Verlustwärme beispielsweise entweder über separate Wärmeleitelemente, z. B. Wärmeleitstäbe oder -bleche, oder über entsprechend aufgedickte Zellgehäusewände der Zellen geleitet. Häufig sind die Zellgehäuse der Zellen metallisch ausgeführt und es liegt an ihnen eine elektrische Spannung an. Zur Verhinderung von Kurzschlüssen wird die Kühlplatte von den Zellgehäusen dann durch eine elektrische Isolation, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, einen Formkörper, eine Vergussmasse oder eine auf die Kühlplatte aufgebrachte Beschichtung oder Folie, getrennt. Der Kühlmittelkreislauf kann auch zur Erwärmung der Batterie z. B. beim Kaltstart verwendet werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeichervorrichtung bereitzustellen. The invention relates to an energy storage device having at least one energy storage cell and a tempering device. In particular, it relates to an energy storage device having a number of energy storage cells and a tempering device. Electrochemical energy storage devices, also referred to below as electrochemical cells or galvanic cells, are frequently produced in the form of flat, stackable units from which batteries for various applications can be produced by combining a plurality of such cells. The cells must often be cooled to dissipate the resulting heat loss. For this purpose, it is known to use indirect cooling through a coolant circuit or direct cooling by means of pre-cooled air which is passed between the cells. When cooled by the coolant circuit, a metal cooling plate through which coolant flows can be arranged on the cell block of the battery, often below the cells. From the cells to the cooling plate, the heat loss, for example, either via separate heat conducting elements, eg. As thermal conductors or sheets, or passed over appropriately thickened cell housing walls of the cells. Frequently, the cell housing of the cells are made metallic and there is an electrical voltage to them. To prevent short circuits, the cooling plate of the Cell housings then separated by an electrical insulation, such as a heat conducting film, a shaped body, a potting compound or a coating or foil applied to the cooling plate. The coolant circuit can also be used to heat the battery z. B. used during cold start. The present invention has for its object to provide an improved energy storage device.
Diese Aufgabe wird durch eine Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Bei einer Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer Energiespeicherzelle, vorzugsweise einer Anzahl an Energiespeicherzellen, und mit einer Temperiereinrichtung, die zum Temperieren der Energiespeicherzelle oder eines durch die Energiespeicherzellen gebildeten Verbundes ausgestaltet ist, und mit mindestens einem Spannelement, das ausgestaltet ist, durch Spannkräfte zu einer räumlichen Fixierung der Energiespeicherzellen in der Energiespeichervorrichtung beizutragen, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Spannelement als ein funktionaler Bestandteil der Temperiereinrichtung ausgestaltet ist und dass das Spannelement zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgestaltet ist. Als eine Energiespeichervorrichtung wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die auch in der Lage ist, insbesondere elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben, gegebenenfalls unter Ausnutzung elektrochemischer Prozesse. Als eine Speicherzelle wird im Sinne der Erfindung eine in sich abgeschlossene Funktionseinheit der Energiespeicher- Vorrichtung verstanden, die für sich genommen auch in der Lage ist, insbesondere elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben, gegebenenfalls unter Ausnutzung elektrochemischer Prozesse. Eine Speicherzelle kann beispielsweise, aber nicht nur, eine galvanische Primär- oder Sekundärzelle (im Rahmen dieser Anmeldung werden Primär- oder Sekundär- zellen unterschiedslos als Batteriezellen und eine daraus aufgebaute Energiespeichervorrichtung als Batterie bezeichnet), eine Brennstoffzelle, ein Hochleistungskondensator wie etwa Supercap oder dergleichen, oder eine Energiespeicherzelle anderer Art sein. Insbesondere weist eine als Batteriezelle aufgebaute Speicherzelle beispielsweise einen aktiven Bereich oder aktiven Teil, in welchem elektrochemische Umwandlungs- und Speicherungsprozesse stattfinden, eine Einhausung zur Kapselung des aktiven Teils von der Umgebung und wenigstens zwei Stromableiter, die als elektrische Pole der Speicherzeile dienen, auf. Der aktive Teil weist beispielsweise eine Elektrodenanordnung auf, die vorzugsweise als Stapel oder Wickel mit Stromsammeifolien, aktiven Schichten und Separatorschichten ausgebildet ist, auf. Die aktiven und Separatorschichten können wenigstens teilweise als eigenständige Folienzuschnitte oder als Beschichtungen der Stromsammeifolien vorgesehen sein. Die Stromableiter sind mit den Stromsammeifolien elektrisch verbunden oder durch diese gebildet. This object is achieved by an energy storage device according to claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention. In an energy storage device with at least one energy storage cell, preferably a number of energy storage cells, and with a tempering device, which is designed for tempering the energy storage cell or a composite formed by the energy storage cells, and with at least one clamping element which is configured by clamping forces to a spatial fixation To contribute to the energy storage cells in the energy storage device, this object is achieved in that the clamping element is designed as a functional part of the temperature control and that the clamping element is designed to guide a heat transfer fluid. Within the meaning of the invention, an energy storage device is understood as meaning a device which is also capable of picking up, storing and releasing electrical energy in particular, if appropriate by utilizing electrochemical processes. Within the meaning of the invention, a memory cell is understood to be a self-contained functional unit of the energy storage device, which per se is also capable of picking up, storing and discharging electrical energy in particular, optionally by utilizing electrochemical processes. A memory cell can be, for example, but not limited to, a galvanic primary or secondary cell (in the context of this application, primary or secondary cells indiscriminately referred to as battery cells and an energy storage device constructed thereof as a battery), a fuel cell, a high-power capacitor such as Supercap or the like, or an energy storage cell of a different nature. In particular, a memory cell constructed as a battery cell has, for example, an active region or active part in which electrochemical conversion and storage processes take place, an enclosure for enclosing the active part from the environment and at least two current conductors serving as electrical poles of the memory line. The active part has, for example, an electrode arrangement, which is preferably designed as a stack or winding with current collecting foils, active layers and separator layers. The active and separator layers may be at least partially provided as separate foil blanks or as coatings of the current collecting foils. The current conductors are electrically connected to or formed by the current collecting foils.
Insbesondere soll in diesem Zusammenhang unter einer Energiespeicherzelle eine elektrochemische Zelle verstanden werden, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen. Unter einer flachen elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang eine elektrochemische Zelle verstanden werden, deren äußere Form durch zwei im wesentlichen parallele Flächen charakterisiert ist, deren senkrechter Abstand voneinander kürzer ist als die parallel zu diesen Flächen gemessene mittlere Länge der Zelle. Zwischen diesen Flächen sind, häufig umhüllt von einer Verpackung oder einem Zellgehäuse, die elektrochemisch aktiven Bestandteile der Zelle angeordnet. Solche Zellen sind häufig von einer mehrschichtigen Folienverpackung umgeben, die an den Rändern der Zellenverpackung eine Siegelnaht aufweist, die durch ein dauerhaftes Verbinden oder Schließen der Folienverpackung im Bereich der Siegelnaht gebildet ist. Derartige Zellen werden häufig auch als Pouch-Zellen oder als Coffeebag-Zellen bezeichnet. In particular, in this context, an energy storage cell is to be understood as meaning an electrochemical cell which stores energy in chemical form, delivers it in electrical form to a consumer and, preferably, can also receive it in electrical form from a charging device. Important examples of such electrochemical energy stores are galvanic cells or fuel cells. In this context, a flat electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical cell whose external shape is characterized by two essentially parallel surfaces whose vertical distance from one another is shorter than the average length of the cell measured parallel to these surfaces. Between these surfaces, often surrounded by a packaging or a cell housing, the electrochemically active components of the cell are arranged. Such cells are often surrounded by a multi-layered film packaging, which has a sealed seam at the edges of the cell packaging, which by permanently connecting or closing the film packaging in the area Sealed seam is formed. Such cells are often referred to as pouch cells or as coffeebag cells.
Unter einem Beitragen des Spannelementes zu einer räumlichen Fixierung der Energiespeicherzellen in der Energiespeichervorrichtung kann im Sinne der Er- findung sowohl ein teilweiser Beitrag zur der räumlichen Fixierung als auch ein hundertprozentiger Beitrag, insbesondere ein ausschließlicher Beitrag zu der räumlichen Fixierung verstanden werden. In the sense of the invention, contributing the clamping element to a spatial fixation of the energy storage cells in the energy storage device can be understood as being both a partial contribution to the spatial fixation and a one hundred percent contribution, in particular an exclusive contribution to the spatial fixation.
Weiterhin können die Energiespeicherzellen zur Aufnahme von entstehenden Gasen eine dehnbare mehrschichtige Folie als äußere Umhüllung aufweisen. Eine Speicherzelle kann auch eine Zelle sein, welche Energie nicht als elektrische, sondern als thermische, potentielle, kinetische oder sonstige Energieart aufnimmt und/oder abgibt oder eine Zelle welche Energie in einer Energieart aufnimmt und in einer anderen Energieart wieder abgibt, wobei die Speicherung in einer noch anderen Energieart erfolgen kann. Unter einem Verspannen wird im Sinne der Erfindung ein Festhalten in einer vorbestimmten Lage, insbesondere Relativlage zueinander, durch Spannkräfte verstanden. Bei einem Verspannen können auch, aber nicht nur, elastische und Reibkräfte ausgenutzt werden. Das Verspannen schließt im Übrigen eine formschlüssige Lagefestlegung nicht aus; es kann, muss aber nicht, sich auf eine Verhinderung eines Auseinanderfallens beschränken. Furthermore, the energy storage cells may have a stretchable multilayer film as the outer envelope for receiving resulting gases. A storage cell may also be a cell which receives and / or dispense energy not as electrical, but as thermal, potential, kinetic or other type of energy or a cell which receives energy in one type of energy and again in another type of energy, the storage in a different kind of energy can be done. In the context of the invention, clamping is understood to mean holding in a predetermined position, in particular a relative position to one another, by clamping forces. In a bracing can also, but not only, elastic and frictional forces are exploited. Incidentally, the bracing does not exclude a positive position determination; it may, but need not, be limited to preventing disassembly.
Unter einem Temperieren wird im Sinne der Erfindung eine Ab- oder Zufuhr, insbesondere eine Abfuhr von Wärme verstanden. Es kann als eine passive Kühlung, etwa durch Wärmeabstrahlung an Wärmeabstrahlflächen, als eine aktive Kühlung, etwa durch erzwungene Konvektion an Wärmeaustauschflächen oder durch Wärmeaustausch mit einem insbesondere zirkulierenden Wärmeträger wie etwa Wasser, öl oder dergleichen in einem Wärmetauscher verwirklicht sein. Dabei kann eine Steuerung bzw. Regelung vorgesehen sein, um einen vorbestimmten zulässigen Temperaturbereich einzuhalten. Wenn die Spanneinrichtung als funktionaler Bestandteil der Temperiereinrichtung und zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgestaltet ist, kann die Spanneinrichtung auch Funktionen erfüllen, die mit der Temperierung der Speicherzellen bzw. des Zellverbundes zusammenhängen. Diese Funktionen können beispielsweise, aber nicht nur, die Wärmeübertragung von und zu den Speicherzellen, die Wärmeabgabe über Wärmeabstrahlflächen, die Wärmeübertragung von und zu einem Wärmeträger, die Wärmeleitung von und zu einer Wärmequelle oder Wärmesenke und/oder dergleichen umfassen. For the purposes of the invention, tempering is understood to mean a discharge or supply, in particular a removal of heat. It may be realized as a passive cooling, such as by heat radiation on heat radiating surfaces, as an active cooling, such as by forced convection on heat exchange surfaces or by heat exchange with a particular circulating heat transfer medium such as water, oil or the like in a heat exchanger. In this case, a control or regulation may be provided to maintain a predetermined allowable temperature range. If the clamping device is configured as a functional component of the tempering device and for guiding a heat transfer agent, the tensioning device can also fulfill functions which are related to the temperature control of the storage cells or the cell assembly. These functions may include, but are not limited to, heat transfer to and from the storage cells, heat transfer across heat radiating surfaces, heat transfer to and from a heat transfer medium, heat transfer from and to a heat source or heat sink, and / or the like.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Spannelement an einem Wärme- trägermittelkreislauf unmittelbar angeschlossen ist. It has proven to be advantageous if the clamping element is connected directly to a heat carrier medium circuit.
Bevorzugt weist das Spannelement mindestens einen als Hohlstab ausgeführten Zuganker auf. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass das Wärmeträgermittel durch den Zuganker geführt werden kann. Preferably, the clamping element has at least one designed as a hollow rod tie rods. An advantage of this embodiment is that the heat transfer medium can be guided by the tie rod.
Als ein Zuganker wird im Sinne der Erfindung ein länglich ausgebildeter, insbesondere eine Gesamtlänge des Zellstapels überragender Stab verstanden, welcher insbesondere über Druckelemente wie Platten oder Flansche, die in einer Stapelrichtung der Speicherzellen auf die jeweils äußeren Speicherzellen drücken, den Zellblock verspannt. Üblicherweise sind mehrere Zuganker vorgesehen, etwa vier, sechs, acht oder mehr. Solche Zuganker weisen beispielsweise einen Kopf an einem Ende und ein Gewinde an dem anderen Ende oder Gewinde an beiden Enden auf, um eine zuverlässige Verspannung durch Anziehen durch Einschrauben oder Verschrauben mit Hilfe von Muttern zu ermöglichen. Die Verwendung von Zugankern hat bei entsprechender Formgebung der Speicherzellen auch den Vorteil, dass Speicherzellen vor dem Ver- spannen auf verhältnismäßig einfache Weise auf die Zuganker gefädelt werden können, was auch die Montage vereinfachen kann. Zuganker können sich beispielsweise durch entsprechende Ausnehmungen von Rahmenelementen von Rahmenflachzellen erstrecken und von diesen Wärme aufnehmen. Des Weiteren kann der als Hohlstab ausgeführten Zuganker in einen Wärmetauscher münden. In the context of the invention, a tie rod is understood to be an elongated rod, in particular a total length of the cell stack, which braces the cell block in particular via pressure elements, such as plates or flanges, which press in a stacking direction of the memory cells on the respective outer memory cells. Usually, a plurality of tie rods are provided, such as four, six, eight or more. Such tie rods include, for example, a head at one end and a thread at the other end, or threads at both ends, to allow reliable tightening by screwing or bolting with the aid of nuts. The use of tie rods with appropriate shaping of the memory cells also has the advantage that memory cells can be threaded onto the tie rods in a relatively simple manner before clamping, which can also simplify assembly. Tie rods can extend, for example, through corresponding recesses of frame elements of Rahmenflachzellen and absorb heat from them. Furthermore, the tie rod designed as a hollow bar can open into a heat exchanger.
Besonders bevorzugt weist das Spannelement mindestens ein Paar als Hohlstab ausgeführten Zuganker auf, die über eine Brücke in einem Kreislauf ge- schlössen sind. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass ein besonders einfacher Wärmträgermittelkreislauf ausgebildet werden kann. Particularly preferably, the tensioning element has at least one pair of tie rods designed as a hollow bar, which are closed in a circuit via a bridge. An advantage of this embodiment is that a particularly simple heat carrier medium circuit can be formed.
Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der als Hohlstab ausgeführten Zuganker zwei Längsbohrungen aufweist, die als ein Vorlauf- und ein Rücklaufkanal ausgestaltet sind. Alternativ oder zusätzlich kann das Spannelement mindestens ein Spannband aufweisen. Bevorzugt weist das Spannband zwei Längsbohrungen auf, die als ein Vorlauf- und ein Rücklaufkanal ausgestaltet sind. Besonders bevorzugt weist das Spannelement mindestens ein Paar Spannbänder auf, die über eine Brücke in einem Kreislauf geschlossen sind. Das Spannband kann wenigstens in Abschnitten in sich federnd, insbesondere wellenfederförmig, ausgebildet sein, wobei vorzugsweise mehrere Spannbänder vorgesehen sind, von denen wenigstens ein Spannband wenigstens ein anderes Spannband überdeckt. Unter einem Spannband wird im Sinne der Erfindung ein längliches, insbesondere flaches, bandartiges Bauelement verstanden, welches auch verwendbar ist, eine Anordnung von Speicherzellen gegeneinander zu verspannen, insbesondere umschlingend zu verspannen. Dabei kann ein Verschlussmechanismus, ein Spannmechanismus oder dergleichen vorgesehen sein, um eine Montage unter Spannung zu ermöglichen. Durch eine in sich federnde Ausbildung kann auch erreicht werden, dass eine gleichmäßige Spannkraft auf den Zellblock ausgeübt. Eine elastische Längung des Spannbandes kann derart ausgelegt sein, dass das Spannband bei Montage unter Vorspannung Übermaß gegenüber dem Zellblock aufweist und über diesen gestreift werden kann, wobei dann, wenn die Vorspannung nachgelassen wird, sich das Spannband fest um den Zellblock legt. Hierzu kann das Spannband in Abschnitten beispielsweise wellenfederförmig ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft weisen die wellenfederförmig ausgebildeten Abschnitte ebene Abschnitte auf, die sich unter Spannung flächig an Wärmeaustauschflächen von Speicherzellen, Wärmeleitelementen oder dergleichen anlegen. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn das Spannelement mit einem Wärmetauscher verbunden ist. It has proven to be favorable if the tie rod designed as a hollow rod has two longitudinal bores which are configured as a flow channel and a return channel. Alternatively or additionally, the clamping element may comprise at least one tension band. Preferably, the tension band on two longitudinal bores, which are designed as a flow and a return channel. Particularly preferably, the tensioning element has at least one pair of tension straps which are closed in a circuit via a bridge. The tension band may be resilient at least in sections, in particular wave spring-shaped, wherein preferably a plurality of tension straps are provided, of which at least one tension band covers at least one other tension band. For the purposes of the invention, a tension band is understood to mean an elongated, in particular flat, band-like component which can also be used to brace an arrangement of memory cells against one another, in particular to brace them in a looping manner. In this case, a shutter mechanism, a clamping mechanism or the like may be provided to allow mounting under tension. By a resilient design can also be achieved that exerted a uniform clamping force on the cell block. An elastic elongation of the tension band may be designed such that when tensioned under tension, the tension band has excess over the cell block and can be striped over it, in which case, when the pretension is released, the tension band lays tightly around the cell block. For this purpose, the strap in Sections be formed, for example, wave spring-shaped. Particularly advantageously, the wave-spring-shaped sections have planar sections which, under tension, rest flat against heat exchange surfaces of memory cells, heat-conducting elements or the like. As low it has been proven when the clamping element is connected to a heat exchanger.
Weiterhin kann das Spannelement wenigstens teilweise aus einem wärmeleitenden Material gebildet sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Spannelement wenigstens teilweise eine wärmeleitende Schicht aufweisen. Als wärmeleitend wird im Sinne der Erfindung ein Material dann verstanden, wenn es eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die einen Einsatz als Wärmeleiter im technischen Sinn erlaubt. Eine Untergrenze kann im Bereich von etwa 10 bis 20 W m"1 K"1 angenommen werden; das entspricht der Wärmeleitfähigkeit von hochlegiertem Stahl und einigen mit gut wärmeleitenden Füllmaterialien versehenen (vorzugsweise faserverstärkten) Kunststoffen. Bevorzugt ist es, die Wärmeleitfähigkeit im Bereich von wenigstens 40 bis 50 W m"1 K"1 auszuwählen. Furthermore, the clamping element may be at least partially formed of a thermally conductive material. Alternatively and / or additionally, the tensioning element may at least partially comprise a heat-conducting layer. As a heat-conducting material in the context of the invention is understood then, if it has a thermal conductivity, which allows use as a heat conductor in the technical sense. A lower limit may be assumed in the range of about 10 to 20 W m "1 K "1; this corresponds to the thermal conductivity of high-alloyed steel and some (preferably fiber-reinforced) plastics provided with highly heat-conductive filling materials. It is preferable to select the thermal conductivity in the range of at least 40 to 50 W m "1 K " 1 .
Besonders bevorzugt ist eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 oder einigen 100 W m"1 K"1. Beispielsweise, aber nicht nur, können Federstahl Silizium oder Aluminium oder Kupfer oder Silber oder insbesondere Kohlenstoff- nanoröhrchen verwendet werden. Deren Einsatz oder der anderer Spezial- werkstoffe ist im Hinblick auf die Kosten, die Verarbeitbarkeit und sonstige technische Eignung abzuwägen. Vor diesem Hintergrund ist eine Ausbildung mit einem wärmeleitenden Material im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die Spanneinrichtung oder ein Element der Spanneinrichtung entweder im Wesentlichen aus diesem Material bestehen oder aber, etwa aus Gründen der Festigkeit, der elektrischen Isolation, der Temperaturbeständigkeit oder sonstiger Eigenschaften oder Einsatzzwecke, nur einen Kern, eine Beschichtung oder Schicht, einen Mantel oder dergleichen aus einem solchen Material aufweisen kann. Durch geeignete Materialkombination können so die gewünschten Eigenschaften eingestellt werden. Die gleichen Materialien wie die oben genannten, oder auch andere gute Wärmeleiter wie etwa Keramiken oder Diamant, kommen auch als Füllmaterialien für wärmeleitende Kunststoffe in Betracht. Weiter bevorzugt ist die Energiespeichervorrichtung derart ausgestaltet, dass die Spanneinrichtung wenigstens abschnittweise, vorzugsweise flächig, an Wärmeaustauschflächen der Speicherzellen anliegt. Als eine Wärmeaustauschfläche einer Speicherzelle kann im Sinne der Erfindung eine Fläche der Speicherzelle verstanden werden, die im Inneren der Speicherzelle erzeugte Wärme abgeben kann und ggf. auch Wärme zur Abgabe an ein Inneres der Speicherzelle aufnehmen kann. Es ist vorteilhaft, wenn das Bauelement, welchem die Wärmeaustauschfläche angehört, zur Weiterleitung einer in einem aktiven Bereich der Zelle erzeugten Wärme an die Wärmeaustauschfläche ausgestaltet ist. Durch das Anliegen ist eine gute thermische Kopplung gewähr- leistet. Die thermische Kopplung kann ggf. durch Vermittlung eines Wärmeleitelements geschehen, das auch Aufgaben der elektrischen Isolierung oder dergleichen erfüllen kann, geschehen. Particularly preferred is a thermal conductivity of at least 100 or a few 100 W m "1 K " 1 . For example, but not only, spring steel silicon or aluminum or copper or silver or in particular carbon nanotubes can be used. Their use or other special materials must be weighed in terms of cost, processability and other technical suitability. Against this background, training with a thermally conductive material according to the invention is to be understood that the clamping device or an element of the clamping device either essentially consist of this material or, for reasons of strength, electrical insulation, temperature resistance or otherwise Properties or uses, only a core, a coating or layer, a jacket or the like may have from such a material. By suitable combination of materials so can desired properties can be set. The same materials as the above, or other good heat conductors such as ceramics or diamond, are also considered as fillers for thermally conductive plastics. More preferably, the energy storage device is configured such that the clamping device at least in sections, preferably flat, abuts heat exchange surfaces of the memory cells. Within the meaning of the invention, a heat exchange surface of a storage cell can be understood as an area of the storage cell which can give off heat generated in the interior of the storage cell and, if necessary, can also absorb heat for delivery to an interior of the storage cell. It is advantageous if the component, to which the heat exchange surface belongs, is designed to forward a heat generated in an active region of the cell to the heat exchange surface. The concern ensures a good thermal coupling. If necessary, the thermal coupling can take place by mediation of a heat-conducting element, which can also fulfill tasks of electrical insulation or the like.
Besonders bevorzugt ist die Energiespeichervorrichtung derart ausgestaltet, dass die Speicherzellen eine prismatische, insbesondere flache Form aufweisen und Wärmeaustauschflächen an wenigstens einer von Umfangsseiten, insbesondere Schmalseiten, der Speicherzellen vorgesehen sind. Unter einer flachen prismatischen Form wird im Sinne der Erfindung eine Form verstanden, deren Ausdehnung in einer Raumrichtung, die auch als Dickenrichtung definiert ist, deutlich geringer als in anderen Raumrichtungen ist und so zwei Flachseiten mit verhältnismäßig großer Flächenausdehnung von einem schmalen Rand, insbesondere wenigstens vier Umfangs- oder Schmalseiten, deutlich unterscheidbar sind. Flache, prismatische Speicherzellen sind besonders gut zu einem Zellverbund, insbesondere einem kompakten Block stapelbar, sie weisen eine gute Raumausnutzung auf und ihre Kontaktierung kann auf vielfältige Weise, etwa über die Flachseiten, über die Schmalseiten, über abragende Leiterstreifen (auch als Stromableiter bezeichnet) oder dergleichen verwirklicht werden. Bei gestapelten prismatischen Zellen liegen die Umfangsseiten außen, so dass sie sich als Wärmeaustauschflächen eignen. Die Erfindung ist auch auf nicht ausgeprägt flache, sondern beispielsweise, aber nicht nur, kubische Speicherzellen, ebenso auf nicht prismatische, sondern beispielsweise, aber nicht nur, zylindrische Speicherzellen anwendbar. Particularly preferably, the energy storage device is designed such that the memory cells have a prismatic, in particular flat shape and heat exchange surfaces are provided on at least one of peripheral sides, in particular narrow sides of the memory cells. In the context of the invention, a flat prismatic shape is understood to mean a shape whose extent in a spatial direction, which is also defined as the thickness direction, is significantly lower than in other spatial directions and thus two flat sides with a relatively large areal extent of a narrow edge, in particular at least four Circumferential or narrow sides, are clearly distinguishable. Flat, prismatic memory cells are particularly well stackable to a cell composite, especially a compact block, they have a good space utilization and their contact can in many ways, such as on the flat sides, on the narrow sides, over protruding Conductor strips (also called current conductor) or the like can be realized. In the case of stacked prismatic cells, the peripheral sides are on the outside, so that they are suitable as heat exchange surfaces. The invention is also not limited to flat, but for example, but not only, cubic memory cells, as well as not prismatic, but for example, but not only, cylindrical memory cells applicable.
Vorzugsweise ist die Energiespeichervorrichtung derart ausgestaltet, dass Wärmeleitelemente vorgesehen sind, die mit einem wärmeleitenden Material ausgebildet und wenigstens abschnittweise, vorzugsweise flächig, an Wärme- austauschflächen der Speicherzellen anliegen, wobei die Spanneinrichtung wenigstens an freien Flächen der Wärmeleitelemente anliegt. Als ein Wärmeleitelement wird im Sinne der Erfindung ein Bauelement verstanden, welches auch in der Lage ist, Wärme von und zu Speicherzellen, insbesondere von und zu einem Raum zwischen Speicherzellen innerhalb der Energie- Speichervorrichtung, nach und von außerhalb des Raums zwischen den Speicherzellen zu leiten. Ein Wärmeleitelement kann beispielsweise, aber nicht nur, ein Blech oder ein Formkörper aus einem wärmeleitenden Material sein, das zwischen den Speicherzellen angeordnet ist. Dabei wird als eine freie Fläche eines Wärmeleitelements im Sinne der Erfindung eine Fläche verstanden, welche von außerhalb des Zellverbunds der Speicherzellen aus zugänglich ist, z. B. an deren freien Randseiten übersteht und dort beispielsweise, aber nicht notwendigerweise, rechtwinklig gebogen ist, um an den Randseiten der Speicherzellen anzuliegen. Auch hier ist bevorzugt, wenn die Speicherzellen eine prismatische, insbesondere flache Form aufweisen; dann können die Wärmeaustauschflächen vorzugsweise an Flachseiten der Speicherzellen vorgesehen sein, und können die freien Flächen der Wärmeleitelemente vorzugsweise im Bereich von Umfangsseiten, insbesondere Schmalseiten der Speicherzellen vorgesehen sein. Wenn die Flachseiten der Speicherzellen als elektrische Pole der Speicherzellen ausgebildet sind, können die Wärmeleitelemente auch mit elektrisch leitenden Materialien ausgebildet sein und zusätzlich als elektrische Kontaktelemente zwischen benachbarten Speicherzellen oder zwischen einer Speicherzelle und einer Polanschlusseinrichtung der Energiespeichervorrichtung fungieren. Ein Wärmeleitelement kann alternativ elektrisch isolierende Eigenschaft aufweisen, wenn eine elektrische Kontaktierung gerade verhindert werden soll. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist die Spanneinrichtung Halteelemente und Spannelemente auf, wobei die Halteelemente im Wechsel mit den Speicherzellen angeordnet sind, um die Speicherzellen zwischen sich zu halten, und wobei die Spannelemente die Halteelemente mit den Speicherzellen verspannen, wobei die Halteelemente wenigstens abschnittweise mit Wärmeaustauschflächen der Speicherzellen thermisch gekoppelt sind, und wobei die Spannelemente wenigstens abschnittweise an Wärmeaustauschflächen der Halteelementen anliegen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Halteelemente wenigstens zwischen den Kontaktflächen mit den Speicherzellen und den Kontaktflächen mit den Spannelementen mit einem wärmeleitenden Material ausgebildet sind. Auf diese Weise kann auch eine zuverlässige Verspannung der Halteelemente und der Speicherzellen zu einem Batterieblock vorgesehen sein. Wärmeaustauschflächen der Halteelemente können Außenflächen, insbesondere Randflächen, der Halteelemente sein, beispielsweise, aber nicht nur, wenn Spannbänder als Spannelemente vorgesehen sind. Spann- elemente wie beispielsweise, aber nicht nur, Zuganker können auch durch Durchlässe, etwa Bohrungen, in den Halteelementen geführt sein; in diesem Fall können Wärmeaustauschflächen der Halteelemente durch Innenflächen der Durchlässe gebildet sein. Wärmeaustauschflächen der Speicherzellen können durch Flach- oder Randseiten der Speicherzellen, durch Stromableiter oder an Durchtrittsbereichen von Stromableitern durch eine Einhausung der Speicherzellen vorgesehen sein. Preferably, the energy storage device is configured such that heat conducting elements are provided, which are formed with a thermally conductive material and at least in sections, preferably flat, abut heat exchange surfaces of the memory cells, wherein the clamping device rests at least on free surfaces of the heat conducting elements. Within the meaning of the invention, a heat-conducting element is understood as meaning a component which is also able to conduct heat to and from memory cells, in particular from and to a space between memory cells within the energy storage device, to and from outside the space between the memory cells , A heat-conducting element may be, for example, but not limited to, a sheet or a shaped body made of a thermally conductive material, which is arranged between the memory cells. It is understood as a free surface of a heat conducting element according to the invention, a surface which is accessible from outside the cell assembly of the memory cells, z. B. protrudes at the free edge sides and there, for example, but not necessarily, is bent at right angles to abut the edge sides of the memory cells. Here, too, it is preferred if the memory cells have a prismatic, in particular flat shape; then the heat exchange surfaces may preferably be provided on flat sides of the memory cells, and the free surfaces of the heat conducting elements may preferably be provided in the region of peripheral sides, in particular narrow sides of the memory cells. If the flat sides of the memory cells are formed as electrical poles of the memory cells, the heat-conducting elements can also be formed with electrically conductive materials and additionally as electrical contact elements between adjacent ones Memory cells or between a memory cell and a Polanschlusseinrichtung the energy storage device act. A heat-conducting element may alternatively have an electrically insulating property if electrical contact is to be prevented at the moment. In a further preferred embodiment, the clamping device holding elements and clamping elements, wherein the holding elements are arranged in alternation with the memory cells to hold the memory cells between them, and wherein the clamping elements clamp the holding elements with the memory cells, wherein the holding elements at least in sections with heat exchange surfaces the memory cells are thermally coupled, and wherein the clamping elements abut at least in sections on heat exchange surfaces of the holding elements. It is advantageous if the holding elements are formed at least between the contact surfaces with the memory cells and the contact surfaces with the clamping elements with a thermally conductive material. In this way, a reliable clamping of the holding elements and the memory cells may be provided to a battery pack. Heat exchange surfaces of the holding elements may be outer surfaces, in particular edge surfaces, of the holding elements, for example, but not only if clamping bands are provided as clamping elements. Tension elements such as, but not limited to, tie rods can also be passed through passages, such as holes, in the retaining elements; In this case, heat exchange surfaces of the holding elements may be formed by inner surfaces of the passages. Heat exchange surfaces of the memory cells may be provided by flat or edge sides of the memory cells, by current conductors or at passage areas of current conductors by an enclosure of the memory cells.
Weiter bevorzugt ist die Energiespeichervorrichtung derart ausgestaltet, dass die Spanneinrichtung wenigstens abschnittweise, insbesondere durch flächigen Kontakt, mit Abschnitten einer Wärmetauschereinrichtung thermisch gekoppelt ist, wobei die Wärmetauschereinrichtung vorzugsweise an einen Wärmeträger- mittelkreislauf angeschlossen ist und wobei der Wärmeträgemnittelkreislauf vorzugsweise steuerbar bzw. regelbar ist. Auf diese Weise kann die Spanneinrichtung von den Speicherzellen aufgenommene Wärme zu der Wärmetauschereinrichtung transportieren und dort an ein Wärmeträgermittel wie beispielsweise, aber nicht nur, Wasser oder öl abgeben. Das erwärmte Wärmeträgermittel kann durch den Wärmeträgemnittelkreislauf zirkulieren und an anderer Stelle die aufgenommene Wärme wieder abgeben, etwa an einen Luftkühler oder dergleichen. Further preferably, the energy storage device is configured such that the clamping device is thermally coupled at least in sections, in particular by surface contact, with portions of a heat exchanger device, wherein the heat exchanger device is preferably connected to a heat carrier Medium circuit is connected and wherein the Wärmeträgemnittelkreislauf is preferably controlled or regulated. In this way, the clamping device can transport heat absorbed by the storage cells to the heat exchanger device and deliver it to a heat transfer medium such as, but not limited to, water or oil. The heated heat transfer medium can circulate through the heat transfer medium circuit and release the heat absorbed elsewhere, for example to an air cooler or the like.
Besonders bevorzugt liegt die Wärmetauschereinrichtung wenigstens abschnitt- weise mit Wärmeaustauschflächen der Speicherzellen an, wobei die Speicherzellen eine flache prismatische Form aufweisen und Wärmeaustauschflächen an wenigstens zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden Schmalseiten der Speicherzellen vorgesehen sind. So können die Speicherzellen einerseits durch direkten Kontakt Wärme an die Wärmetauschereinrichtung abgeben, und andererseits Wärme an Stellen, die nicht mit der Wärmetauschereinrichtung in Kontakt sind, an die Spanneinrichtung abgeben. Vorzugsweise verspannt die Spanneinrichtung dabei die Zellen sowohl untereinander als auch mit der Wärmetauschereinrichtung. Particularly preferably, the heat exchanger device lies at least in sections with heat exchange surfaces of the storage cells, wherein the storage cells have a flat prismatic shape and heat exchange surfaces are provided on at least two, preferably opposite narrow sides of the storage cells. Thus, on the one hand, the storage cells can emit heat to the heat exchanger device by direct contact, and on the other hand deliver heat to the clamping device at points which are not in contact with the heat exchanger device. Preferably, the clamping device braces the cells both with each other and with the heat exchanger device.
Die Merkmale der beschriebenen und weiterer Ausführungsformen der Er- findung können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden, wodurch dem Fachmann weitere Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung stehen, die hier nicht abschließend und vollständig beschrieben werden können. The features of the described and further embodiments of the invention can advantageously be combined with one another, whereby further embodiments of the invention are available to the person skilled in the art, which can not be described exhaustively and completely here.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Batterie nach einem ersten Ausführungsbeispiel, The invention will be described in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments and with the aid of figures. 1 shows a cross-sectional view of a battery according to a first embodiment,
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung einer Batterie nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Batterie nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 is a cross-sectional view of a battery according to a second embodiment, 3 is a perspective view of the battery according to the second embodiment,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Batterie nach einem dritten Ausführungsbeispiel und  Fig. 4 is a perspective view of the battery according to a third embodiment and
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Batterie nach einem vierten Ausführungsbeispiel. Fig. 5 is a perspective view of the battery according to a fourth embodiment.
Fig. 1 zeigt veranschaulicht in einer schematischen Darstellung eine Batterie 1 mit mehreren einen Zellenverbund bildenden galvanischen Zellen 2 als ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zellen 2 sind in Fig. 1 ungeschnitten dargestellt. FIG. 1 is a schematic diagram of a battery 1 having a plurality of cells cells forming a galvanic cell 2 as a first embodiment of the present invention. The cells 2 are shown uncut in FIG.
Die galvanischen Zellen 2 sind Sekundärzellen (Akkumulatorzellen) mit aktiven Bereichen, die Lithium enthalten. Derartige, als Lithium-Ionen-Zellen oder dergleichen bekannte galvanische Zellen sind in ihrem Aufbau grundsätzlich bekannt. Im Rahmen dieser Anmeldung werden die galvanischen Zellen 2 der Einfachheit halber als Zellen 2 bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 2 als so genannte Rahmenflachzellen mit einem schmalen, im Wesentlichen quaderförmigen Zellgehäuse ausgebildet. Die Zellen 2 sind planparallel hintereinander angeordnet und je nach Anwendung parallel oder/und seriell miteinander elektrisch verschaltbar. Unter den Zellen 2 kann eine Kühlplatte 3 zum Temperieren der Zellen 2 angeordnet sein. Die Kühlplatte 3 weist in ihrem Inneren einen in der Figur mehrfach geschnittenen Kühlkanal 3.3, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist, auf. Zwischen der Kühlplatte 3 und den Bodenflächen der Zellen 2 ist eine Wärmeleitfolie 4 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, welche die Kühlplatte 3 von den Zellen 2 elektrisch isoliert. Über den Zellen 2 ist eine An- druckplatte 5 aus einem elektrisch isolierenden Material mit guten Wärmeleiteigenschaften wie etwa einem verstärkten Kunststoff mit wärmeleitenden Dotierungen angeordnet. Alternativ kann die Andruckplatte 5 aus einem Metall wie etwa Stahl, Aluminium oder dergleichen hergestellt sein, wobei dann im Bereich des Aufliegens auf den oberen Schmalseiten der Zellen 2 eine elektrisch isolierende Beschichtung oder eine elektrisch isolierende Zwischenlage ähnlich der Wärmeleitfolie 4 vorgesehen ist. The galvanic cells 2 are secondary cells (accumulator cells) with active areas that contain lithium. Such galvanic cells known as lithium-ion cells or the like are basically known in their structure. In the context of this application, the galvanic cells 2 are referred to as cells 2 for the sake of simplicity. In this exemplary embodiment, the cells 2 are designed as so-called frame flat cells with a narrow, essentially parallelepiped-shaped cell housing. The cells 2 are arranged plane-parallel one behind the other and depending on the application parallel or / and series electrically interconnected. Under the cells 2, a cooling plate 3 for tempering the cells 2 may be arranged. The cooling plate 3 has in its interior a in the figure multiply cut cooling channel 3.3, which is traversed by a coolant on. Between the cooling plate 3 and the bottom surfaces of the cells 2, a heat-conducting film 4 of electrically insulating material is arranged, which electrically isolates the cooling plate 3 from the cells 2. Above the cells 2, a pressure plate 5 made of an electrically insulating material with good thermal conduction properties, such as a reinforced plastic with thermally conductive dopants, is arranged. Alternatively, the pressure plate 5 may be made of a metal such as steel, aluminum or the like, in which case in the region of resting on the upper narrow sides of the cells 2 a electrically insulating coating or an electrically insulating intermediate layer similar to the heat-conducting film 4 is provided.
An einem vorderen Ende des Zellenverbundes befindet sich eine vordere Polplatte 6, und an einem hinteren Ende des Zellenverbundes ist eine hintere Polplatte 7 angeordnet. Die Polplatten 6 und 7 bilden jeweils einen Pol der Batterie 1 und weisen jeweils eine über die Andruckplatte 5 hinaus ragende fahnenartige Verlängerung 6.1 , 7.1 auf, welche jeweils einen Polkontakt der Batterie 1 bildet. At a front end of the cell assembly is a front pole plate 6, and at a rear end of the cell assembly, a rear pole plate 7 is arranged. The pole plates 6 and 7 each form a pole of the battery 1 and each have a projecting beyond the pressure plate 5 beyond flag-like extension 6.1, 7.1, which forms a pole contact of the battery 1, respectively.
Ferner weisen die Polplatten 6 und 7 jeweils zwei Befestigungsnasen 6.2, 7.2 auf, die parallel zu der Andruckplatte 5 von der jeweiligen Polplatte 6, 7 abgewinkelt sind und auf der Andruckplatte 5 anliegen. Die Andruckplatte 5, die Zellen 2 und die Kühlplatte 3 sind durch zwei Spannelemente 8 aneinander ge- presst, die jeweils um die Andruckplatte 5, die Polplatten 6, 7 und die Kühlplatte 3 herum geführt sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Spannelemente 8 als in sich elastische Spannbänder 8 mit Spannbandhohlräumen 8.2 ausgebildet, wobei sich die Eigenelastizität im Wesentlichen durch Federzonen 8.1 einstellt. Die Federzonen 8.1 sind durch eine wellenartige Formgebung der Spannbänder 8 verwirklicht. Die Federzonen 8.1 sind dabei vorzugsweise dort ausgebildet, wo die Spannbänder 8 nicht über Kanten der Polplatten 6, 7 oder der Kühlplatte 3 verlaufen, insbesondere an der Ober- und Unterseite der Batterie 1. Ihre Wellenform weist wenigstens im Bereich der Auflage der Wellentäler auf den der Kühlplatte 3 und der Andruckplatte 5 wenigstens teilweise wenigstens im Wesentlichen ebene Abschnitte auf, um eine große Kontaktfläche. Die Einleitung der Kräfte in den Zellblock 1 erfolgt in axialer Richtung über die vordere Polplatte 6 und die hintere Polplatte 7. In der dazu senkrechten Richtung wird die Kraft unten über die Kühlplatte 3 und oben über die Andruckplatte 5 eingeleitet. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses sind die Polplatten 6, 7 ferner wenigstens dort, wo die Spannbänder 8 aufliegen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder einer elektrisch isolierenden Zwischenlage ähnlich der Wärmeleitfolie 4 versehen. Des Weiteren können die Spannbänder auch im Bereich der Polplatten 6, 7 elastische Abschnitte aufweisen. Furthermore, the pole plates 6 and 7 each have two fastening lugs 6.2, 7.2, which are angled parallel to the pressure plate 5 of the respective pole plate 6, 7 and rest on the pressure plate 5. The pressure plate 5, the cells 2 and the cooling plate 3 are pressed together by two clamping elements 8, which are each guided around the pressure plate 5, the pole plates 6, 7 and the cooling plate 3 around. In the present embodiment, the clamping elements 8 are designed as self-elastic clamping bands 8 with clamping band cavities 8.2, wherein the inherent elasticity is adjusted substantially by spring zones 8.1. The spring zones 8.1 are realized by a wave-like shape of the clamping bands 8. The spring zones 8.1 are preferably formed where the clamping bands 8 do not extend over edges of the pole plates 6, 7 or the cooling plate 3, in particular on the top and bottom of the battery 1. Their waveform has at least in the region of the support of the troughs on the the cooling plate 3 and the pressure plate 5 at least partially at least substantially planar portions to a large contact surface. The introduction of the forces in the cell block 1 takes place in the axial direction over the front pole plate 6 and the rear pole plate 7. In the direction perpendicular thereto, the force is introduced below the cooling plate 3 and above the pressure plate 5. To avoid a short circuit, the pole plates 6, 7 are further provided at least where the clamping bands 8 rest with an electrically insulating coating or an electrically insulating intermediate layer similar to the heat-conducting film 4. Furthermore, the Tension bands in the field of pole plates 6, 7 have elastic sections.
Die Spannbänder 8 mit Spannbandhohlräumen 8.2 zur Führung des Wärmeträgermittels sind aus einem guten Wärmeleiter wie z. B. Federstahl ausgebildet und weisen im Bereich der Wellentäler der Federzonen 8.1 wärmeleitenden Kontakt mit der Andruckplatte 5 und der Kühlplatte 3 auf. Zumindest im Bereich der Polplatten ist eine elektrisch isolierende Beschichtung der Spannbänder 8 oder eine isolierende Zwischenlage vorgesehen. In einer Ausführungsvariante können die Spannbänder aus einem Nichtleitermaterial hergestellt sein, etwa aus einem wärmeleitenden Kunststoff, vorzugsweise mit Glasfaser-, Kevlar- oder Metallarmierung und einem wärmeleitenden Füllmaterial. In einem solchen Fall ist eine zusätzliche Isolierung unter Umständen nicht erforderlich. The tension bands 8 with clamping band cavities 8.2 for guiding the heat transfer medium are made of a good heat conductor such. B. spring steel and have in the troughs of the spring zones 8.1 thermally conductive contact with the pressure plate 5 and the cooling plate 3 on. At least in the region of the pole plates, an electrically insulating coating of the clamping bands 8 or an insulating intermediate layer is provided. In one embodiment, the tension bands may be made of a non-conductive material, such as a thermally conductive plastic, preferably with fiberglass, Kevlar or metal reinforcement and a heat-conductive filler. In such a case, additional insulation may not be required.
Durch die wärmeleitenden Eigenschaften des Spannbandes 8 mit den Spannbandhohlräumen 8.2 und der Andruckplatte 5 und den wärmeleitenden Kontakt der Andruckplatte 5 mit den Zellenoberseiten und dem Spannband 8 kann einerseits auch im oberen Bereich der Batterie ein Wärmeausgleich zwischen den Zellen 2 sowie ein Wärmetransport von der Oberseite zu der auf der Unterseite liegenden Kühlplatte 3 erfolgen. Due to the thermally conductive properties of the clamping band 8 with the Spannbandhohlräumen 8.2 and the pressure plate 5 and the heat-conducting contact of the pressure plate 5 with the cell tops and the strap 8 can on the one hand in the upper part of the battery, a heat balance between the cells 2 and a heat transfer from the top to the lying on the underside of the cooling plate 3 done.
In Fig. 2 ist in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei welcher Wärmeleitelemente 8.20, 8.21 , 8.22 zwischen einem einen Zellblock umlaufenden Spannband 8 mit Spannbandhohlräumen 8.2 und dem Zellblock vorgesehen sind. FIG. 2 illustrates a further exemplary embodiment of the present invention in a representation corresponding to FIG. 1, in which heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22 are provided between a clamping band 8 surrounding a cell block with clamping band cavities 8.2 and the cell block.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 kann ein unteres Wärmeleitelement 8.20 zwischen dem Spannband 8 und der Kühlplatte 3, ein oberes Wärmeleitelement 8.21 zwischen dem Spannband 8 und der Andruckplatte 5 und stirnseitige Wärmeleitelemente 8.22 zwischen dem Spannband 8 und den Polplatten 6, 7 vorgesehen sein. Als Wärmeleitelemente 8.20, 8,21 , 8,22 können starre Metallblöcke, etwa Aluminiumblöcke, verwendet werden. Das Spannband umläuft den Zellblock und gewährleistet eine gleich bleibende Anpresskraft in axialer Richtung sowie in Richtung der Hochachse. Das Spannband 8 ist mittels eines Crimpverschlusses 8.3 verschlossen; dies sorgt für eine sichere Verspannung der Batterie 1. In einer Ausführungsvariante können die Wärmeleitelemente 8.20, 8,21 , 8,22 elastische Eigenschaften aufweisen und z. B. als Wellblechfedern, mit Metall- spänen gefüllte Kissen, metalldotierte Schaumstoffmatten, Kissen oder Matten mit einem wärmeleitenden Gel oder mit Hohlräumen 8.2' zur Führung eines Wärmeträgermittels oder dergleichen ausgestaltet sein. Anders als in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Spannband 8 gerade, d.h., ohne elastische Wellung, ausgebildet und liegt vollflächig auf den Wärmeleitelementen 8.20, 8.21 , 8.22 auf. As shown in Fig. 2, a lower heat conducting 8.20 between the clamping band 8 and the cooling plate 3, an upper heat conducting 8.21 between the clamping band 8 and the pressure plate 5 and end-side heat conducting 8.22 between the clamping band 8 and the pole plates 6, 7 may be provided. As heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22, rigid metal blocks, such as aluminum blocks, can be used. The strap revolves the cell block and ensures a constant contact force in the axial direction and in the direction of the vertical axis. The tension band 8 is closed by means of a crimp closure 8.3; This ensures a secure clamping of the battery 1. In one embodiment, the heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22 have elastic properties and z. B. as corrugated metal springs, filled with metal shavings cushions, metal-doped foam mats, cushions or mats with a thermally conductive gel or with cavities 8.2 'to guide a heat transfer fluid or the like configured. Unlike in the embodiment shown in Fig. 1, the clamping band 8 is straight, that is, formed without elastic corrugation, and is the entire surface on the heat-conducting elements 8.20, 8.21, 8.22.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels. Die optionale Kühlplatte 3 weist in ihrenrflnneren einen Kühlkanal 3.3, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist, sowie zwei Kühlmittelanschlüsse 3.1 zum Zu- und Abführen des Kühlmittels auf. Über die Kühlmittelanschlüsse 3.1 ist die Kühlplatte 3 an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf anschließbar, über den von dem Kühlmittel aufgenommene Abwärme aus der Batterie 1 abführbar ist. In dieser Ausführungsvariante ist die Spanneinrichtung durch zwei metallische Spannbänder 8 mit Spannbandhohlräumen 8.2 verwirklicht, die mit einer elektrisch isolierenden, aber Wärme leitenden Schicht versehen sein können. Die Spannbänder 8 weisen einen Spannbereich 8.4 auf, der in der dargestellten Ausführungsvariante als wellenartiger Dehnbereich ausgebildet ist. Anstelle eines Dehnbereichs kann auch ein Crimpverfahren angewendet werden, um die Spannbänder zu spannen und die Enden fest miteinander zu verbinden. In einer weiteren Alternative können Knebelverschlüsse, Schraubverschlüsse oder eine vergleichbare Art von Spannschloss vorgesehen sein. Obschon in der Figur nur auf der Seite der hinteren Polplatte 7 ein Spannbereich 8.4 zu sehen ist, können solche Spannbereiche auch auf der Seite der vorderen Polplatte 6 vorgesehen sein. Fig. 3 shows a schematic representation of another embodiment. The optional cooling plate 3 has in its rrnneren a cooling channel 3.3, which is traversed by a coolant, and two coolant connections 3.1 for supplying and discharging the coolant. About the coolant connections 3.1, the cooling plate 3 can be connected to a coolant circuit, not shown, via which absorbed by the coolant waste heat from the battery 1 can be discharged. In this embodiment, the clamping device is realized by two metallic clamping bands 8 with clamping band cavities 8.2, which can be provided with an electrically insulating, but heat-conducting layer. The tensioning straps 8 have a tensioning range 8.4, which in the illustrated embodiment is designed as a wave-like stretching region. Instead of a Dehnbereichs also a crimping method can be used to tension the straps and firmly connect the ends together. In a further alternative toggle closures, screw caps or a similar type of turnbuckle may be provided. Although in the figure, only on the side of the rear pole plate 7, a clamping range 8.4 can be seen Such clamping regions may also be provided on the side of the front pole plate 6.
Die Spannbänder 8 verlaufen in Vertiefungen 5.1 über die Andruckplatte 5, in Vertiefungen 7.3 über die hintere Polplatte 7, in Vertiefungen 3.2 über die Kühl- platte 3 und in nicht näher dargestellten Vertiefungen über die vordere Polplatte 6. The tension bands 8 run in depressions 5.1 via the pressure plate 5, in depressions 7.3 via the rear pole plate 7, in depressions 3.2 via the cooling plate 3 and in wells not shown in detail via the front pole plate 6.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 shows a schematic representation of another embodiment of the present invention.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind mehrere Zellen 2 zwischen jeweils zwei Halterahmen 16, 16 oder 16, 17 angeordnet. Die Anordnung aus Zellen 2 und Halterahmen 16, 17 ist zwischen zwei Endplatten 18, 19 angeordnet. Vier zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgebildete Zuganker 20 mit Gegenmuttern 21 sind zur Verspannung des Verbundes aus Zellen, Halterahmen 16, 17 und Endplatten 18, 19 vorgesehen. Die Endplatten 18, 19 dienen auch als elektrische Pole der Batterie 1. Zum Anschluss sind entsprechende Anschlusseinrichtungen 23, 24 vorgesehen. Ein an Streben 25 angebrachtes Steuergerät 26 ist zur Überwachung von Zustands- parametern der Batterie 1 und der einzelnen Zellen 2, zum Ladungsausgleich und dergleichen vorgesehen. Um einen Kurzschluss zwischen den Endplatten 18, 19 zu vermeiden, sind die zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgebildeten Zuganker 20 und/oder Gegenmuttern 21 gegen wenigstens eine der Endplatten 18, 19 elektrisch isoliert. As shown in FIG. 1, a plurality of cells 2 are arranged between in each case two holding frames 16, 16 or 16, 17. The arrangement of cells 2 and holding frames 16, 17 is arranged between two end plates 18, 19. Four trained to guide a heat transfer medium tie rods 20 with locknuts 21 are for bracing the composite of cells, support frame 16, 17 and end plates 18, 19 are provided. The end plates 18, 19 also serve as electrical poles of the battery 1. For connection, corresponding connection devices 23, 24 are provided. An attached to struts 25 controller 26 is provided for monitoring state parameters of the battery 1 and the individual cells 2, for charge equalization and the like. In order to avoid a short circuit between the end plates 18, 19, the tie rods 20 and / or counter nuts 21 designed to guide a heat transfer medium are electrically insulated against at least one of the end plates 18, 19.
Bei diesem Ausführungsbeispiel nehmen die zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgebildeten Zuganker 20 im Inneren der Batterie 1 erzeugte Wärme auf, die durch Fluss des Wärmeträgermittels abgeleitet werden kann. Des Weiteren können sie sich in Wärme leitendem Kontakt mit den Endplatten 18, 19 befinden. Über die Endplatten 18, 19 kann auch die Wärme mittels einer geeigneten Kühleinrichtung (nicht näher dargestellt) abgeleitet werden. In this embodiment, the trained to guide a heat transfer medium tie rod 20 in the interior of the battery 1 generated heat, which can be derived by flow of the heat transfer medium. Furthermore, they may be in heat conductive contact with the end plates 18, 19. The heat can also be dissipated via the end plates 18, 19 by means of a suitable cooling device (not shown in more detail).
Als Kühleinrichtung kommt z. B. eine von Luft umströmtes Profil aus Aluminium oder einem anderen guten Wärmeleiter in Betracht, das durch die Zuganker auf der Kopfseite und/oder der Mutterseite mit den Endplatten 18, 19 verschraubt wird. Alternativ kann auch an einer der Endplatten 18, 19 ein Wärmetauscher stirnseitig angebracht sein, an welchen die Zuganker 20 Wärme abgeben können. Es sind auch noch andere Arten der Wärmeableitung über die Zuganker 20 denkbar. As a cooling device comes z. As an air flow around profile made of aluminum or another good heat conductor into consideration, which is bolted by the tie rods on the head side and / or the nut side with the end plates 18, 19. Alternatively, at one of the end plates 18, 19, a heat exchanger may be mounted frontally, to which the tie rods 20 can give off heat. There are also other types of heat dissipation through the tie rods 20 conceivable.
Obschon in der Figur nicht näher dargestellt, sind die Zellen 2 in diesem Ausführungsbeispiel als sogenannte Coffeebag- oder Pouch-Zellen ausgebildet Solche Zellen 2 weisen einen Elektrodenstapel und eine Einhausung aus einem Folienmaterial (Hüllfolie) auf, die an einem Randabschnitt versiegelt ist, um eine sog. Siegelnaht zu bilden. Die Abieiter treten dabei an zwei Schmalseiten der Zellen 2 durch die Siegelnaht hindurch. Die Zellen 2 werden von den Halterahmen 16, 17 an den Abieitern selbst oder in Kontaktbereichen, die sich im Bereich der Siegelnaht dort, wo die Abieiter durch die Siegelnaht hindurchtreten, gefasst und geben wenigstens dort über die Abieiter Wärme an die Rahmenelemente 16, 17 ab. Die zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgebildeten Zuganker verlaufen durch die Rahmenelemente 16, 17 hindurch und nehmen Wärme von den mit den Abieitern in Kontakt stehenden Halterahrrien 16, 17 auf. Alternativ können separate Kontaktelemente vorgesehen sein, die von den Halterahmen 16, 17 gefasst werden und den Anpress- druck auf die Randabschnitte der Zellen 2 ausüben und Wärme von diesen aufnehmen. Weiter alternativ kann Wärme von den Flachseiten der Zellen 2 über Wärmeleitbleche und/oder wärmeleitende elastische Elemente, die zwischen den Zellen 2 angeordnet sind, an die Halterahmen 16, 17 übertragen und von diesen wiederum über die Zuganker 20 weiter abgeleitet werden. In weiteren Ausführungsvarianten können mehr als vier Zuganker, z. B. sechs oder acht Zuganker, vorgesehen sein, um den Zellblock zu verspannen und Wärme abzuleiten. Although not shown in detail in the figure, the cells 2 are formed in this embodiment as so-called Coffeebag- or Pouch cells Such cells 2 have an electrode stack and an enclosure of a film material (wrapping film), which is sealed at an edge portion to a to form so-called sealed seam. The Abieiter occur on two narrow sides of the cells 2 through the sealed seam. The cells 2 are held by the holding frames 16, 17 on the Abieitern itself or in contact areas, where in the region of the sealed seam where the Abieiter pass through the sealed seam, and at least there by the Abieiter heat to the frame members 16, 17 from , The trained to guide a heat transfer agent tie rods extend through the frame members 16, 17 therethrough and take heat from the standing in contact with the Abieitern Halterahrrien 16, 17. Alternatively, separate contact elements can be provided, which are gripped by the holding frames 16, 17 and exert the contact pressure on the edge sections of the cells 2 and absorb heat from them. Further alternatively, heat from the flat sides of the cells 2 via Wärmeleitbleche and / or thermally conductive elastic elements which are arranged between the cells 2, transferred to the support frame 16, 17 and are derived from these again via the tie rods 20 on. In further embodiments, more than four tie rods, z. B. six or eight tie rods, be provided to clamp the cell block and dissipate heat.
Alternativ kann auch bei dieser Form eines Zellblocks die Verspannung beispielsweise über wärmeleitende Spannbänder erfolgen. In einer weiteren Ausführungsvariante können solche Spannbänder beispielsweise, aber nicht nur, über Abschrägungen 16.1 , 17.1 , 18.1 , 19.1 der Halterahmen 16, 17 und der Endplatten 18, 19 geführt werden. Alternatively, even in this form of a cell block, the tensioning can take place, for example, via heat-conducting tension bands. In a further embodiment variant, such tension bands can be guided, for example, but not only, over chamfers 16.1, 17.1, 18.1, 19.1 of the holding frames 16, 17 and the end plates 18, 19.
Weiterhin können, wie in der Fig. 5 dargestellt ist, die Zuganker 20 über eine Zugankerbrücke 20.1 verbunden sein, wodurch ein Kreislauf des Wärmeträgermittels bewirkt werden kann. Furthermore, as shown in Fig. 5, the tie rods 20 may be connected via a Zugankerbrücke 20.1, whereby a cycle of the heat transfer medium can be effected.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Batterie 1 battery
2 Zelle  2 cell
3 Kühlplatte  3 cooling plate
3.1 Kühlmittelanschluss  3.1 Coolant connection
3.2 Vertiefung  3.2 deepening
3.3 Kühlkanal  3.3 Cooling channel
4 Wärmeleitfolie  4 heat-conducting foil
5 Andruckplatte  5 pressure plate
5.1 Vertiefung  5.1 deepening
6 vordere Polplatte  6 front pole plate
7 hintere Polplatte  7 rear pole plate
6.1 , 7.1 fahnenartige Verlängerung 6.1, 7.1 Banner-like extension
6.2, 7.2 Befestigungsnase 6.2, 7.2 Fastening nose
7.3 Vertiefung  7.3 deepening
8 Spannband  8 tension band
8.1 Federzone  8.1 spring zone
8.2 Spannbandhohlraum  8.2 Clamping cavity
8.2' Hohlraum  8.2 'cavity
8.20, 8.21 , 8.22 Wärmeleitelement  8.20, 8.21, 8.22 heat conducting element
8.3 Crimpverschluss  8.3 crimp closure
8.4 Spannbereich  8.4 clamping range
16, 17 Halterahmen  16, 17 support frame
16.1 , 17.1 Abschrägung  16.1, 17.1 bevel
18, 19 Endplatten  18, 19 end plates
18.1 , 19.1 Abschrägung  18.1, 19.1 bevel
20 Zuganker  20 tie rods
20.1 Zugankerbrücke  20.1 tie rod bridge
21 Mutter  21 mother
22, 23, 24 Anschlusseinrichtung  22, 23, 24 connection device
25 Strebe  25 strut
26 Steuergerät  26 control unit

Claims

Patentansprüche  claims
Energiespeichervorrichtung (1 ) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (2), vorzugsweise einer Anzahl an Energiespeicherzellen (2), und mit einer Temperiereinrichtung, die zum Temperieren der Energiespeicherzelle (2) oder eines durch die Energiespeicherzellen (2) gebildeten Verbundes ausgestaltet ist, und mit mindestens einem Spannelement (8, 20), das ausgestaltet ist, durch Spannkräfte zu einer räumlichen Fixierung der Energiespeicherzellen (2) in der Energiespeichervorrichtung (1) beizutragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Energy storage device (1) with at least one energy storage cell (2), preferably a number of energy storage cells (2), and with a tempering, which is designed for controlling the temperature of the energy storage cell (2) or a network formed by the energy storage cells (2), and at least a tensioning element (8, 20), which is designed to contribute by clamping forces to a spatial fixation of the energy storage cells (2) in the energy storage device (1), characterized in that the
Spannelement (8, 20) als ein funktionaler Bestandteil der Clamping element (8, 20) as a functional part of
Temperiereinrichtung ausgestaltet ist und dass das Spannelement (8, 20) zur Führung eines Wärmeträgermittels ausgestaltet ist. Tempering device is configured and that the clamping element (8, 20) is configured to guide a heat transfer medium.
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8, 20) an einem Wärmeträgermittelkreislauf unmittelbar angeschlossen ist. Energy storage device (1) according to claim 1, characterized in that the clamping element (8, 20) is connected directly to a heat transfer medium circuit.
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement mindestens einen als Hohlstab ausgeführten Zuganker (20) aufweist. Energy storage device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping element has at least one designed as a hollow rod tie rod (20).
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hohlstab ausgeführten Zuganker (20) in einen Wärmetauscher mündet. Energy storage device (1) according to claim 3, characterized in that the tie rod designed as a hollow rod (20) opens into a heat exchanger.
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement mindestens ein Paar als Hohlstab ausgeführten Zuganker (20) aufweist, die über eine Zugankerbrücke (20.1 ) in einem Kreislauf geschlossen sind. Energy storage device (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the tensioning element comprises at least one pair of tie rods (20) designed as a hollow bar which are closed in a circuit via a tie rod bridge (20.1).
6. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hohlstab ausgeführten Zuganker (20) zwei Längsbohrungen aufweist, die als ein Vorlauf- und ein Rücklaufkanal ausgestaltet sind. 7. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement mindestens ein Spannband (8) aufweist. 6. Energy storage device (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the hollow rod designed as a tie rod (20) has two longitudinal bores, which are designed as a flow and a return channel. 7. Energy storage device (1) according to claim 1, characterized in that the clamping element has at least one clamping band (8).
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (8) zwei Längsbohrungen (8.2) aufweist, die als ein Vorlauf- und ein Rücklaufkanal ausgestaltet sind. Energy storage device (1) according to claim 7, characterized in that the clamping band (8) has two longitudinal bores (8.2), which are designed as a flow and a return channel.
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement mindestens ein Paar Spannbänder (8) aufweist, die über eine Spannbandbrücke in einem Kreislauf geschlossen sind. Energy storage device (1) according to claim 8, characterized in that the clamping element has at least one pair of clamping bands (8) which are closed by a strap bridge in a circuit.
Energiespeichervorrichtung (1) einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8, 20) mit einem Wärmetauscher verbunden ist. Energy storage device (1) one of claims 1 to 9, characterized in that the clamping element (8, 20) is connected to a heat exchanger.
Energiespeichervorrichtung (1 ) einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8, 20) wenigstens teilweise aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist und/oder dass das Spannelement (8, 20) wenigstens teilweise eine wärmeleitende Schicht aufweist. Energy storage device (1) one of claims 1 to 10, characterized in that the clamping element (8, 20) is at least partially formed of a thermally conductive material and / or that the clamping element (8, 20) at least partially having a heat-conducting layer.
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