EP4515618A1

EP4515618A1 - Isolier- und kühlanordnung für eine batteriezelle

Info

Publication number: EP4515618A1
Application number: EP23730020.7A
Authority: EP
Inventors: Heinz-Peter Baumgarte; Wilhelm Burg; Frank Gajewski; Martin Glinka; Tony Jaumann; Dietmar Kunst; Cornelia Mager; Fabian Quast; Mathias Wesley Schenkel; Christoph Schneider
Original assignee: Plastic Omnium E Power GmbH; Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Plastic Omnium E Power GmbH; Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2023-05-26
Publication date: 2025-03-05
Also published as: WO2023232690A1; CA3256902A1; US20260005332A1; KR20250026204A; JP2025520167A; DE102022205551A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Isolier- und Kühlanordnung für mindestens eine Batteriezelle, welche zumindest eine Kühlplatte mit einer ersten Hauptseite für einen thermischen Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle und mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite und ein Isolationselement für eine elektrische Isolation an einer ersten Stirnseite der Kühlplatte aufweist, wobei eine erste Seitenfläche des Isolationselements im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Hauptseite der Kühlplatte liegt.

Description

Beschreibung

Isolier- und Kühlanordnung für eine Batteriezelle

Die Erfindung betrifft eine Isolier- und Kühlanordnung für eine Batteriezelle und eine Batteriezellenanordnung mit einer Isolier- und Kühlanordnung, die insbesondere bei Traktionsbatterien zum Einsatz kommt.

In vielen technischen Gebieten hat sich der Begriff Batterie auch für Akkumulatoren durchgesetzt und wird in der vorliegenden Anmeldung auch so verwendet. Dies gilt insbesondere bei Anwendungen in Fahr- und Flugzeugen, beispielsweise KFZ oder Schienenfahrzeugen.

In diesen kommen Traktionsbatterien zum Einsatz, die zur Sicherstellung ihrer Leistungsfähigkeit und ausreichenden Lebensdauer gekühlt werden müssen. Es sind verschiedene Bauweisen für die Batteriezellen derartiger Batterien bekannt, insbesondere prismatische, runde und Pouch-Zellen. Zur Kühlung werden bei hohen Leistungsanforderungen meist wassergekühlte Kühlplatten eingesetzt, die aus Aluminiumlegierungen bestehen. Durch Reihenschaltung der Batteriezellen wird die gewünschte Spannung erzielt, die bei Traktionsbatterien im kV-Bereich liegt. Eine entsprechend gute Isolation gegen das Kühlsystem muss sichergestellt werden, da es sonst zu Kurzschlüssen und Zerstörung der Batterie kommt. Außerdem ist ein kompakter und leichter Aufbau der Traktionsbatterie notwendig, wobei gleichzeitig hohe mechanische und umweltbezogene Anforderungen über eine lange Lebensdauer zu erfüllen sind.

Eine zuverlässige Isolation der Batteriezellen gegen die Kühlplatten wird bei einem möglichst kompakten Aufbau auch dadurch erschwert, dass bei Auftreten von Kriechströmen über Luft- und Kriechstrecken die betroffenen Komponenten des Systems schwer zugänglich sind. Ferner stehen Isoliereigenschaften von Materialien aus physikalischer Sicht meist im Kontrast zu mechanischer Flexibilität und guter Wärmeleitung, wobei letztere notwendig ist, um die Wärme der Batteriezellen auf die Kühlplatten zu übertragen.

Es ist bekannt, eine dünne isolierende Folie, beispielsweise Kapton oder Polyester, auf die Batteriezellen zu kleben. Diese sind jedoch mechanisch sehr empfindlich, und durch die geringe Dicke besteht die Gefahr von Teilentladungen. An Ecken und Kanten ist die Isolation oft unzureichend. Ähnliches gilt für silikonbasierte Folien mit oder ohne Glasfaserverstärkung. Zwar ist je nach Härte des verwendeten Materials ein Toleranzausgleich (d.h. ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei den Komponenten der Batterie) möglich, aber auch dieses Material ist schwierig über Ecken und Kanten aufzubringen, und die Ränder der Isolierung sind kritisch bezüglich Luft- und Kriechstrecken.

Es kann auch eine isolierende Lackierung auf den Kühlflächen aufgebracht werden. Dabei ist es schwierig, eine dauerhaft gute Haftung auf der Oberfläche sicherzustellen, und Risse, Poren oder Ablösungen stellen ebenso wie Ecken, Kanten und Bohrungen ein Risiko dar. Eine Toleranzausgleich ist nicht möglich.

Schließlich ist auch bekannt, im Bereich der Batterie nur eine Niedervoltisolierung zu realisieren und eine Hochvoltisolierung an andere Stellen zu verlegen, beispielsweise zwischen tragenden Bauteilen und dem Gehäuse des Fahrzeugs. Dies ist jedoch mit einer aufwändigen Konstruktion verbunden, da sowohl die Kühlflüssigkeit als auch die Verbindungspunkte (tragendes Bauteil zu Gehäuse des Fahrzeuges) dauerhaft und unter allen Bedingungen hochisolierend sein muss. Eine hinreichende Isolierung kann dadurch häufig nicht realisiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlanordnung für eine Batteriezelle anzugeben, die eine gute Kühlung bei gleichzeitig zuverlässiger Isolierung ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Isolier- und Kühlanordnung sowie durch eine Batteriezellenanordnung mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Isolier- und Kühlanordnung für mindestens eine Batteriezelle, welche zumindest eine Kühlplatte mit einer ersten Hauptseite für einen thermischen Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle und mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite und ein Isolationselement für eine elektrische Isolation an einer ersten Stirnseite der Kühlplatte aufweist, wobei eine erste Seitenfläche des Isolationselements im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Hauptseite der Kühlplatte liegt.

Die Erfindung sieht vor, an einer ersten Stirnseite eines Kühlelements ein Isolationselement vorzusehen, dessen Seitenfläche im Wesentlichen in einer Ebene mit einer Seitenfläche der Kühlplatte liegt. Es handelt sich dabei um die Seitenfläche der Kühlplatte, die für einen thermischen Kontakt mit einer Batteriezelle vorgesehen ist, und die als erste Hauptseite bezeichnet wird. Das Isolationselement vergrößert quasi die erste Hauptseite der Kühlplatte über dessen erste Stirnseite hinaus. Dadurch, dass die Seitenflächen im Wesentlichen in einer Ebene liegen, ist ein im Wesentlichen ebener Untergrund für eine Isolierschicht vorhanden, so dass diese nicht um eine Kante oder Ecke herumgeführt werden muss. Mögliche Kriechstrecken zur Kühlplatte werden deutlich vergrößert und auch dadurch die Isolation verbessert. Der Begriff Kühlplatte umfasst dabei unterschiedliche Formen von Kühlvorrichtungen und nicht nur plattenförmige Strukturen im engeren Sinn, insbesondere müssen die Seitenflächen nicht streng plan sein. Vorzugsweise wird die Kühlplatte von einem Kühlmittel, beispielsweise

Wasser, durchströmt. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung mit mindestens einer Batteriezelle und einer erfindungsgemäßen Isolier- und Kühlanordnung, wobei eine erste Hauptseite der Batteriezelle in thermischem Kontakt mit der ersten Hauptseite der Kühlplatte (4) steht und eine die Isolierschicht zwischen diesen ersten Hauptseiten angeordnet ist, und wobei die Isolierschicht sich über die im Wesentlichen gesamte erste Hauptseite der Kühlplatte und die im Wesentlichen gesamte erste Seitenfläche des Isolationselements erstreckt.

Die Erfindung umfasst somit ebenfalls eine Batteriezellenanordnung mit einer oder mehreren Batteriezellen und der Isolier” und Kühlanordnung. Dabei steht eine erste Hauptseite der Batteriezelle in thermischem Kontakt mit der ersten Hauptseite der Isolier” und Kühlanordnung. Zwischen der ersten Hauptseite der Kühlplatte und der ersten Hauptseite der Batteriezelle ist eine Isolierschicht angeordnet, die ausreichende elektrische Isolationseigenschaften bei gleichzeitig ausreichender thermischer Leitfähigkeit aufweist. Die Isolierschicht erstreckt sich über die im Wesentlichen gesamte erste Hauptseite der Kühlplatte und über zumindest einen Teil der ersten Seitenfläche des Isolationselements. Durch die im Wesentlichen in einer Ebene liegenden Seitenflächen von Kühlplatte und Isolationselement wird die Isolierschicht auf einer ebenen Fläche aufgebracht, was fertigungstechnisch einfach ist und das Risiko von Schwachstellen oder Beschädigungen verringert. Ferner kann ein gewisser Toleranzausgleich erfolgen.

Die Batteriezelle kann einen üblichen Bautyp aufweisen. Insbesondere kann es sich um eine prismatische Zelle, eine Pouchzelle oder eine Rundzelle handeln.

Gemäß einer Ausführungsform liegt eine erste Stirnseite der Batteriezelle im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Stirnseite der Kühlplatte. Mit anderen Worten, diese Teile sind „gleich hoch", und das Isolationselement ragt darüber hinaus. Alternativ kann die erste Stirnseite der Kühlplatte höher oder niedriger als die Stirnseite der Batteriezelle liegen, wobei im ersten Falle (größere Kühlplatte) die Kühlung verbessert wird. Bei einer kleineren Kühlplatte, wenn die erste Stirnseite der Kühlplatte niedriger liegt als die Stirnseite der Batteriezelle, kann der Platzbedarf reduziert werden. Es ist beispielsweise möglich, dass die der Kühlplatte abgewandte Seite des Isolationselements in einer Ebene mit der ersten Stirnseite der Batteriezelle liegt, so dass das Isolationselement nicht über die Batteriezelle hinausragt und eine besonders kompakte Anordnung erzielt wird.

Die Isolierschicht bedeckt vorzugsweise die gesamte erste Seitenfläche des Isolierelements, sie kann aber auch einen Teil freilassen, wenn eine ausreichende Isolation im Bereich der ersten Stirnseite der Kühlplatte gewährleistet ist.

Das Isolationselement kann mit einem elektrisch isolierenden Befestigungselement zumindest teilweise abgedeckt sein. Das Befestigungselement kann insbesondere der Befestigung des Isolationselements an der Kühlplatte und/oder einer ausreichenden Fixierung der Batteriezelle dienen. Das Befestigungselement kann die Batteriezelle zumindest teilweise überdecken, wodurch eine Fixierung in der entsprechenden Richtung erreicht wird. Das Befestigungselement kann beispielsweise aufgrund seiner Formgebung mit dem Isolationselement verbunden sein, insbesondere durch eine Verzahnung bzw. Ineinandergreifen, oder es kann eine Schraubverbindung vorgesehen sein.

Die erste Stirnseite der Kühlplatte kann eben sein, sie kann aber auch eine Auswölbung oder einen Vorsprung aufweisen, der in das Isolationselement hineinragt. Dadurch wird die Isolationswirkung verbessert. Es kann ein weiteres Isolationselement an einer zweiten, der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Kühlplatte vorhanden sein, wobei dessen erste Seitenfläche ebenfalls im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Hauptseite der Kühlplatte liegt. Es treten hier also ebenso die vorteilhaften Wirkungen ein, da die Isolierschicht auf einer im Wesentlichen glatten Ebene aufgebracht wird und es für eine gute Isolation nicht notwendig ist, die Isolierschicht um Ecken oder Kanten herumzuführen. Bei geringfügigen Abweichungen von einer vollkommen glatten Ebene beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen kann die Isolierschicht den notwendigen Ausgleich bewirken.

Für das weitere Isolationselement sind grundsätzlich dieselben Varianten möglich wie für das Isolationselement. Besonders günstig ist es, wenn das weitere Isolationselement auch eine Halterung oder Unterstützung für die Batteriezelle bzw. für die hier angrenzende Batteriezelle bildet. Je nach Anordnung der Batteriezellen kann es sich bei der an das weitere Isolationselement angrenzenden Batteriezelle um eine andere handeln als die an das Isolationselement angrenzende Batteriezelle. Das weitere Isolationselement kann einen T- förmigen oder winkelförmigen Querschnitt aufweisen und sich zumindest teilweise unter die angrenzende Batteriezelle erstrecken. Ferner kann die zweite Stirnseite der Kühlplatte eine Auswölbung oder einen Vorsprung aufweisen wie in Zusammenhang mit der ersten Stirnseite beschrieben.

Im Allgemeinen sind mehrere Batteriezellen, hier als Modul bezeichnet, zwischen zwei Isolier- und Kühlanordnungen angeordnet und in gewünschter Weise miteinander verschaltet, um die erforderliche Spannung und Strom zu erzeugen. Die geometrische Anordnung der Batteriezellen im Modul ist vom Bautyp der Batteriezellen abhängig. Vorzugsweise sind mehrere solcher Module nebeneinander angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Modulen eine Isolier- und Kühlanordnung vorhanden ist und diese quasi innenliegenden Isolier- und Kühlanordnungen auch auf einer zweiten, der ersten Hauptseite gegenüberliegenden zweiten Hauptseite eine Isolierschicht aufweisen. Vorzugsweise sind die innenliegenden Isolier” und Kühlanordnungen symmetrisch aufgebaut.

Zwischen einigen oder allen Batteriezellen eines Moduls kann eine Wärmeleitstruktur vorhanden sein. Diese ist vorzugsweise thermisch und elektrisch leitend, wobei die elektrische Leitfähigkeit insbesondere einer Verschaltung der Batteriezellen dienen kann.

Besonders bevorzugt ist die Batteriezellenanordnung als eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, ausgestaltet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig.1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Isolier” und Kühlanordnung,

Fig. 2 eine Anordnung mit mehreren Batteriezellenanordnungen einer zweiten Ausführungsform,

Fig.3 eine dritte Ausführungsform,

Fig.4 eine vierte Ausführungsform,

Fig.5 einen Teil des Isolier- und Kühlelements der vierten Ausführungsform mit einem Toleranzausgleich,

Fig.6 eine fünfte Ausführungsform,

Fig.7 und 8 eine sechste Ausführungsform, und

Fig.9 und 10 eine siebte Ausführungsform wobei in den Figuren jeweils ein Querschnitt dargestellt ist, jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit die innere Struktur der einzelnen Komponenten wie Kühlplatte und Batteriezelle nicht dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Batteriezellenanordnung 1 mit einer Isolier" und Kühlanordnung 2 und einer Batteriezelle 3. Die Isolier- und Kühlanordnung 2 umfasst eine Kühlplatte 4 mit einer ersten Hauptseite 4a und einer ersten Stirnseite 4b. An der ersten Stirnseite 4b ist ein Isolationselement 5 angeordnet, das eine erste Seitenfläche 5a aufweist. Die erste Seitenfläche 5a und die erste Hauptseite 4a liegen in einer Ebene, so dass hier eine durchgehende glatte Auflagefläche für eine Isolierschicht 6 gebildet ist. Die Isolierschicht 6 erstreckt sich über die gesamte erste Hauptfläche 4a der Kühlplatte und über die gesamte erste Seitenfläche 5a des Isolationselements. Die Batteriezelle 3 ist an ihrer ersten Hauptseite 3a durch die Isolierschicht 6 von der Kühlplatte elektrisch isoliert, aber thermisch verbunden. Für die Isolierschicht kann beispielsweise ein glasfaserverstärktes Silikonmaterial z.B. mit keramischem Füllstoff für bessere thermische Leitfähigkeit mit einer Dicke im Bereich von 0,1mm - 5mm verwendet werden, oder ein anderes im Stand der Technik verwendetes Material, wie beispielsweise Kapton oder Polyester. Auch eine Kombination eines solchen glasfaserverstärkten Silikonmaterials mit einem vernetzenden zunächst flüssigen Silikonmaterial ist möglich.

In diesem Ausführungsbeispiel liegt eine erste Stirnseite 3b der Batteriezelle in einer Ebene mit der ersten Stirnseite 4b der Kühlplatte. Die ersten Stirnseite 3b, 4b können aber auch in verschiedenen Ebenen liegen.

Üblicherweise liegen mehrere Batteriezellen hintereinander, d.h. vor oder hinter der Zeichenebene, und sind in geeigneter Weise zu einem Modul verschaltet. Die Isolier- und Kühlanordnung erstreckt sich dann entsprechend über die Länge des Moduls vor und hinter die Zeichenebene. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine prismatische Batteriezelle vorgesehen.

Fig. 2 zeigt nebeneinander liegende Batteriezellenanordnungen mit Batteriezellen 3, 30, 31 und dazwischenliegenden Isolier” und Kühlanordnungen mit Kühlplatten 4, 40 und Isolationselementen 5, 50. Dabei ist auf der ersten Hauptseite 4a, 40a der Kühlplatten und auf der gegenüberliegenden zweiten Hauptseite 4c, 40c die Isolierschicht 6 aufgebracht bzw. angeordnet. Die Isolierschicht 6 kann dabei jeweils eine größere Länge aufweisen, wobei die über die jeweils erste Stirnseite 3b, 30b, 31b der Batteriezellen 3, 30, 31 bzw. über das jeweilige Isolationselement 5, 50 hinausragende Länge auf die benachbarte Batteriezelle oder das Isolationselement umgelegt werden kann. Auch wenn in diesem Bereich eine Beschädigung auftreten sollte, so wird die Kriechstrecke hierdurch nicht verkürzt, da diese weiterhin durch das Isolationselement gewährleistet wird. Bei dieser Ausführungsform liegt die der Kühlplatte abgewandte Seite 5b, 50b des Isolationselements 5, 50 in einer Ebene mit der ersten Stirnseite 3b, 30b, 31b der Batteriezellen. Durch die gleiche Höhe ergibt sich ein besonders platzsparender Aufbau. Es ist sinnvoll, an der der ersten Stirnseite 4b der Kühlplatte gegenüberliegenden Seite in gleicher Weise ein weiteres Isolationselement vorzusehen, d.h. die Kühlplatte 4 ist entsprechend kürzer und das weitere Isolationselement liegt in einer Ebene mit der Unterseite der Batteriezelle. Damit wird insgesamt ein sehr platzsparender Aufbau bei gleichzeitig sehr zuverlässiger elektrischer Isolation erzielt.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem das Isolationselement 5 mit einem elektrisch isolierenden Befestigungselement 7 abgedeckt ist. Das Befestigungselement 7 erstreckt sich auch über die Isolierschicht 6 und einen Teil der angrenzenden Batteriezellen 3, 31. Die Batteriezellen werden auf diese Weise fixiert. Eine Fixierung bzw. Abstützung in der entgegengesetzten Richtung wird durch ein weiteres Isolationselement 8 an der zweiten Stirnseite 4d der Kühlplatte, die der ersten Stirnseite gegenüberliegt, erreicht. Dieses weitere Isolationselement 8 hat einen T- förmigen Querschnitt und erstreckt sich teilweise unter die angrenzenden Batteriezellen, also unter eine zweite Stirnseite 3c, 31c, die der ersten Stirnseite 3a gegenüberliegt. Seine Seitenflächen liegen in einer Ebene mit der ersten bzw. zweiten Hauptseite 4a, 4c der Isolier- und Kühlanordnung. In einer Variante kann das weitere Isolationselement 8 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, sich also nicht unter die angrenzenden Batteriezellen erstrecken und nicht der Fixierung bzw. Abstützung dienen. Vorzugsweise schließt es dann mit der zweiten Stirnseite 3c, 31c ab, wie bereits bei der Beschreibung zu Fig. 2 erläutert. Das Befestigungselement 7 kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung mit dem Isolationselement 5 und ggf. der Kühlplatte verbunden werden. Isolationselement 5 und Befestigungselement 7 können auch so geformt sein, dass sie durch ein Ineinandergreifen miteinander verbunden werden. Bei der dritten Ausführungsform ist die Isolation durch das weitere Isolationselement 8 auch im unteren Bereich der Batteriezelle verbessert, da mögliche Kriechstrecken deutlich verlängert sind. Dabei kann das untere Isolationselement lediglich mit einem Isolationsmaterial ummantelt sein und sein Kern aus einem anderen Material, beispielsweise einem thermisch leitenden Material und vorzugsweise aus dem Material der Kühlplatte, bestehen.

Fig. 4 : In dieser Ausführungsform weist die erste Stirnseite 4b des Kühlelements einen Vorsprung auf, der in das Isolationselement 5 hineinragt. Dadurch kann bei annähernd unverminderter Isolationswirkung die Kühlplatte 4 vergrößert werden.

Fig. 5 zeigt den oberen Teil der Isolier- und Kühlanordnung für den Fall, dass die erste oder zweite Hauptseite 4a, 4c der Kühlplatte 4 und die entsprechende Seitenfläche 5a des Isolationselements 5 nicht vollständig in einer Ebene liegen. Die auftretende geringe Stufe kann durch die Isolierschicht 6 ausgeglichen werden, wenn eine Isolierschicht 6 mit ausreichend plastischen Eigenschaften gewählt wird.

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Vorsprung der Kühlplatte 4 in das weitere Isolationselement 8 hineinragt und das Isolationselement 5 oben mit der ersten Stirnseite 3b, 31b der Batteriezelle abschließt. Durch diese Maßnahmen wird eine sehr gute Isolations- und Kühlwirkung bei gleichzeitig kompakter Bauweise erreicht. Es ist auch möglich, dass die Kühlplatte noch weiter in das weitere Isolationselement hineinragt und sich auch unter die Batteriezelle erstreckt, wobei das weitere Isolationselement die Kühlplatte hier teilweise ummantelt. Dies kann für die Stabilität vorteilhaft sein, da die Kühlplatte 4 üblicherweise aus einem elektrisch leitfähigen Metall besteht. Eine solche Ummantelung ist vorzugsweise an den Stellen vorgesehen, an denen eine Verlängerung der Kriechstrecke erforderlich ist. Dies kann beispielsweise an den Grenzflächen zwischen dem Isolationselement 8, der Isolierschicht 6 sowie der Batteriezelle 3, 31 der Fall sein,

Fig. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit Batteriezellen 3, 32, 33, 34, wobei Fig. 8 einen Querschnitt in der in Fig.7 gestrichelt dargestellten Ebene zeigt, also auf Höhe des Isolationselements 5. In Fig. 8 sind die hintereinander liegenden Batteriezellen 32, 33, 34 erkennbar, die als Pouch-Zellen ausgeführt sind. Zur besseren Wärmeabführung ist nach jeweils beispielsweise drei Zellen eine Wärmeleitstruktur 9 eingefügt, die sich auf einer Seite, der rechten Seite in Fig. 8, bis zur Isolationsschicht 6 erstreckt und hier verbunden sein kann, so dass sie eine kammförmige bzw. sich wiederholende L-förmige Struktur aufweist. Die Wärmeleitstruktur 9 kann sich auch abschnittsweise abwechselnd auf einer Seite und auf der anderen Seite bis zur Isolationsschicht erstrecken, d.h. die sich wiederholenden L-förmigen Strukturen sind jeweils gespiegelt zur unterliegenden gestapelt. Am vorderen und am hinteren Ende des Moduls sind Abdeckplatten 10 als Abschluss vorhanden. Sofern diese Abdeckplatten 10 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind, sind diese ergänzend gegenüber den an die jeweilige Abdeckplatte 10 angrenzende Batteriezelle 32 bzw. der Wärmeleitstruktur 9 elektrisch zu isolieren, Hierfür können Platten oder Blöcke aus einem elektrisch isolierenden Material vorgesehen, welche nach dem Beispiel der Fig. 8 oberhalb der oberen Batteriezelle 32 bzw. unterhalb des unteren Zinkens der Wärmeleitstruktur 9 angeordnet sind. Die Platten bzw. Blöcke weisen dabei eine jeweilige Dicke entsprechend der erforderlichen Verlängerung der Kriechstrecke auf.

Fig. 9 und 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit Rundzellen, wobei Fig. 10 einen Querschnitt in der in Fig.9 gestrichelt dargestellten Ebene zeigt, also parallel und dicht benachbart zur Isolierschicht 6. Die Batteriezellen 32, 33, 34 sind horizontal angeordnet und an ihren Polen mittels der elektrisch leitenden Wärmeleitstruktur geeignet verbunden, im Beispiel sind vierzehn Zellen in Reihe geschaltet, wie in Fig. 10 erkennbar. Die Wärmeleitstruktur 9 dient ferner der thermischen Anbindung an die Isolierschicht 6 auf beiden Seiten des Moduls. Die Kühlplatten 4 grenzen an das Isolationselement 5 und das weitere Isolationselement 8. Die ersten Seitenflächen 5a, 8a der Isolationselemente 5, 8 und die erste Hauptseite 4a der Kühlplatte liegen dabei in einer Ebene, so dass die Isolierschicht 6 nicht um Kanten oder Ecken herumgeführt werden muss.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale und Aspekte der Erfindung können selbstverständlich miteinander in unterschiedlicher Weise kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden. Bezugszeichenliste

1 Batteriezellenanordnung

2 Isolier- und Kühlanordnung

3, 30, 31, 32, 33, 34 Batteriezelle

3a erste Hauptseite der Batteriezelle

3b erste Stirnseite der Batteriezelle

3c zweite Stirnseite der Batteriezelle

4, 40 Kühlplatte

4a, 40a erste Hauptseite der Kühlplatte

4b erste Stirnseite der Kühlplatte

4c, 40c zweite Hauptseite der Kühlplatte

4d zweite Stirnseite der Kühlplatte

5 Isolationselement

5a erste Seitenfläche des Isolationselements

5b abgewandte Seitenfläche des Isolationselements

6 Isolierschicht

7 Befestigungselement

8 weiteres Isolationselement.

8a erste Seitenfläche des weiteren Isolationselements

9 Wärmeleitstruktur

10 Abdeckplatte

Claims

Patentansprüche

1. Isolier- und Kühlanordnung (2) für mindestens eine Batteriezelle (3), aufweisend zumindest

- eine Kühlplatte (4) mit einer ersten Hauptseite (4a) für einen thermischen Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle und mit einer ersten (4b) und einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (4d), und

- ein Isolationselement (5) für eine elektrische Isolation an einer ersten Stirnseite (4b) der Kühlplatte (4),

- wobei eine erste Seitenfläche (5a) des Isolationselements (5) im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Hauptseite (4a, 40a) der Kühlplatte liegt.

2. Isolier- und Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Isolierschicht (6) für eine elektrische Isolation aufweist, die auf der ersten Hauptseite (4a) der Kühlplatte (4) und zumindest einem Teil der ersten Seitenfläche (5a) des Isolationselements (5) aufgebracht ist.

3. Batteriezellenanordnung (1) mit mindestens einer Batteriezelle (3) und einer Isolier- und Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2,

- wobei eine erste Hauptseite (3a) der Batteriezelle (3) in thermischem Kontakt mit der ersten Hauptseite (4a) der Kühlplatte (4) steht und die Isolierschicht (6) zwischen diesen ersten Hauptseiten (3a, 4a) angeordnet ist, und

- wobei die Isolierschicht (6) sich über die im Wesentlichen gesamte erste Hauptseite (4a) der Kühlplatte (4) und die im Wesentlichen gesamte erste Seitenfläche (5a) des Isolationselements (5) erstreckt.

4. Batteriezellenanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stirnseite (3b) der Batteriezelle (3) im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Stirnseite (4b) der Kühlplatte (4) oder mit der der Kühlplatte (4) abgewandten Seite (5b) des Isolationselements (5) liegt.

5. Batteriezellenanordnung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) mit einem elektrisch isolierenden Befestigungselement (7) zumindest teilweise abgedeckt ist, wobei das isolierende Befestigungselement (7) die Batteriezelle (3) fixiert.

6. Batteriezellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnseite (4b) der Kühlplatte (4) eine Auswölbung oder einen Vorsprung aufweist, der in das Isolationselement (5) hineinragt.

7. Batteriezellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Isolationselement (8) an der zweiten Stirnseite (4d) der Kühlplatte (4) angeordnet ist, wobei eine Seitenfläche (8a) des weiteren Isolationselements (8) im Wesentlichen in einer Ebene mit der ersten Hauptseite (4a, 40a) der Kühlplatte (4) liegt.

8. Batteriezellenanordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Isolationselement (8) einen T- oder winkelförmigen Querschnitt aufweist und sich zumindest teilweise unter die der ersten Stirnseite (3b) gegenüberliegende zweite Stirnseite (3c) der Batteriezelle (3) erstreckt.

9. Batteriezellenanordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Isolationselement (8) aus einem thermisch leitenden Material besteht und mit einem Isolationsmaterial für eine elektrische Isolation zumindest teilweise ummantelt ist.

10. Batteriezellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitstruktur (9) zwischen zwei Batteriezellen (3, 30, 31, 32, 33, 34) und/oder zwischen der Batteriezelle (3, 30, 31, 32, 33, 34) und der Isolierschicht (6) angeordnet ist.

11. Batteriezellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als eine

Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, ausgestaltet ist.