WO2009080150A1 - Batterie mit einer kühlplatte und verfahren zur herstellung einer batterie - Google Patents

Batterie mit einer kühlplatte und verfahren zur herstellung einer batterie Download PDF

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Jens Meintschel
Dirk Schroeter
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a battery, in particular for hybrid-powered motor vehicles, comprising a plurality of cells, which are arranged on a cooling plate and a method for producing such a battery.
  • Batteries in particular high-voltage batteries for use in hybrid-powered motor vehicles, are formed by cells, which are arranged on a cooling plate for improved heat dissipation.
  • a cooling plate for improved heat dissipation.
  • cell connector boards are used for electrical connection of poles of the cells.
  • Such batteries are often arranged in the stem or in the rear of a vehicle and thus in the deformation area.
  • batteries are known in the prior art, which are intended to transmit forces in the longitudinal direction of the cells in case of accidents.
  • Such batteries are constructed so that forces from a battery housing cover should first be directed to the top of the cell connector board and on the sheaths of the cells and the so-called cell gel, the outer shell of the cell assembly, to be passed without burdening the cell terminals and cell connectors.
  • the individual cells must stand up on the cooling plate without play, so that a breakthrough is prevented.
  • This should be a Power transmission from housing cover via cell connector board and cell shells, includingluminaigel done to the cooling plate and from this to the housing bottom.
  • the disadvantage here is that the production-related tolerance-related cells can not be arranged without clearance between the cell connector board and the cooling plate. As a result, a safe and reproducible transmission of power over the cells is not possible; there is a risk of secondary damage due to short circuits.
  • the invention is therefore based on the object to provide a battery of the type mentioned, which can be used in accidents for targeted power transmission, is easy to manufacture and has a low weight.
  • the invention has the further object of providing a method for producing a battery, which overcomes disadvantages of the prior art.
  • the object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the method for producing a battery relating to the object is achieved by the features specified in claim 13.
  • the battery according to the invention comprises a plurality of cells which are arranged on a cooling plate.
  • "on a cooling plate” means that the cells are arranged directly or indirectly above the cooling plate.
  • the position of the cells with respect to the cooling plate is not related to the arrangement of the battery in the vehicle, in particular, the battery can be built or standing both upright and lying. Indirectly or directly above the cells, that pole side, a force distribution plate is arranged.
  • the battery according to the invention is particularly suitable for hybrid-powered motor vehicles.
  • the force distribution plate is used to distribute forces occurring in accidents in the cell direction of the battery initially so that the distributed forces are passed through sheaths of cells and through theisserigel to the cooling plate. As a result, a larger force can be divided into several small forces in a simple manner, each of which can be transmitted by individual cell envelopes or by the cooling element.
  • An embodiment of the battery according to the invention provides that the force distribution plate is arranged parallel to the cooling plate. As a result, a targeted and reproducible transmission is possible in a simple manner, in particular for forces that occur normal to the planes of the cooling plate and the power distribution plate.
  • a further embodiment of the battery according to the invention provides that first force transmission elements are arranged on the underside of the power distribution plate. As a result, a force normal to the plane of the force distribution plate can not only be distributed into a plurality of smaller forces, but also be introduced at defined locations, namely via the first force transmission elements, indirectly or directly into sheaths of cells. Under the underside of the power distribution plate is independent of the installation position of the battery in the vehicle, the line-facing side of the power distribution plate to understand in the meaning of the invention.
  • second force transmission elements are arranged below the cell connector board.
  • forces distributed by means of the force distribution plate can be introduced through the cell connector board directly or indirectly into cell shells without uncontrollably damaging the cell connector board, so that the distributed forces are specifically introduced into the sheaths of cells in their position can be.
  • the first and second power transmission elements are arranged correspondingly.
  • the corresponding arrangement of the first and second power transmission elements makes it possible in a simple manner to reduce the bending stress both for the power distribution plate and for the cell connector board, so that both components with relatively small thickness and thus space, weight and cost can be formed.
  • a potting compound is disposed between the cooling plate and the undersides of the cells, which preferably has a high compressive strength.
  • a high compressive strength is to be understood as meaning a compressive strength which, compared with a gap-free installation of the cells on the cooling plate and gap-free support on the force distribution plate, does not result in any detectable deterioration of the mechanical stability.
  • the arrangement of a casting compound manufacturing tolerances, in particular the cell lengths regarding can be compensated in a simple manner. It has proven to be particularly advantageous to initially form the gap between the cells and the cooling plate greater than 0.5 mm as a planned gap, so that the potting compound completely fills the gap.
  • Another particular embodiment of the battery according to the invention provides that between the force distribution plate and the tops of the cells, a potting compound is arranged.
  • the arrangement of a potting compound above the cells can also manufacturing tolerances, in particular the cell lengths, are compensated in a simple manner.
  • the distance between the cells and the force distribution plate greater than 0.5 mm initially as a scheduled gap form, so that the potting compound completely fills the gap.
  • the potting compound between the cells and the cell connector board is arranged so that a power transmission via power distribution plate, cell connector board via potted cells can be done to the cooling plate.
  • the potting compound is preferably electrically insulating, so that electrical contact between the cells and the cooling plate can always be avoided, that is to say both in the operating state and in the event of an accident.
  • the potting compound preferably has a high thermal conductivity; this is to be understood in the context of the invention, such a thermal conductivity, which shows no detectable deterioration of the thermal conductivity compared to a direct placement of the cells on the cooling plate. As a result, the heat transfer of cells to the cooling plate required for the operation of hybrid-powered motor vehicles is ensured.
  • the second power transmission elements are formed integrally with the cell connector board. Due to the one-piece design, the components mentioned are particularly simple and therefore inexpensive to produce and assemble. Alternatively, the second power transmission elements are formed as separate elements and connected to the cell connector board. As a result, both the second power transmission elements and the cell connector boards can be prefabricated in different versions and can be variably combined with each other.
  • the inventive method for producing a battery having a plurality of cells, which are arranged on a cooling plate provides that between the cooling plate and undersides of the cells, a potting compound is introduced.
  • a gap of planned thickness is preferably first created between the cooling plate and the lower sides of the cells so that the potting compound subsequently completely fills the gap can.
  • a force distribution plate is arranged on the pole side above the cells, and a potting compound is introduced indirectly or directly between the force distribution plate and the upper sides of the cells.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of batteries for hybrid-powered motor vehicles.
  • a particular embodiment of the method according to the invention provides that the introduction of the potting compound takes place when the cell connector board is attached, with the potting compound being introduced between the cells and the cell connector board.
  • the casting can be done in a particularly simple manner when the cell connector board is already mounted with scheduled columns to the tops of the cells.
  • FIG. 1 is an isometric view of a first embodiment of a battery according to the invention
  • Fig. 2 is a corresponding to Figure 1 plan view
  • FIGS. 1 and 2 are sectional views associated with FIGS. 1 and 2,
  • Fig. 4 is an associated further isometric view from below in
  • FIG. 5 is a corresponding further isometric view from above in
  • Fig. 7 is a sectional view of a second embodiment of a battery according to the invention
  • Fig. 8 is a sectional view of a third embodiment of a battery according to the invention
  • 9 is a sectional view of a fourth embodiment of a battery according to the invention, an associated sectional view.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show a battery according to the invention without a battery case.
  • a cell connector board 2 Pole-side above a plurality of cells 1, a cell connector board 2 is arranged; above it is a force distribution plate 3, on the underside of which six first force transmission elements 3.1 are arranged, which stand up directly on the cell connector board 2.
  • the cell connector board 2 is used for the electrical connection of poles 7 of individual cells 1.
  • the power distribution plate 3 serves to distribute forces in the longitudinal direction of the cells 1, wherein such forces occurring in accidents should be routed through the battery according to the invention in the cell longitudinal direction.
  • the cells 1 are laterally enclosed by a cooling fan 4, which forms the outer boundary of the individual cells 1.
  • Thedeigel 4 is made of metal and serves both the heat dissipation and the removal of forces in the cell longitudinal direction in an accident.
  • Fig. 3 shows two cells 1 in the view and three cells 1 in sectional view.
  • a cell connector board 2 is arranged, which serves for the electrical connection of the poles 7.
  • the power distribution plate 3 is arranged with the first power transmission elements 3.1, which stand up directly on the cell connector board 2.
  • second power transmission elements 8 are arranged on the underside of the cell connector board 2.
  • the second power transmission elements 8 have a planned gap of more than 0.5 mm to the surface of the cells 1; said gap is intended to be filled with a potting compound 9, not shown here (see Figures 6 to 9).
  • the battery according to the invention is enclosed by a battery housing 6, which has, inter alia, an upper side 6.1 and a lower side 6.2.
  • the planned in an accident of the battery according to the invention forces in the cell longitudinal direction are represented by six arrows.
  • the battery shown here is to be potted with a potting compound 9, not shown here, such that in particular the gaps between the cells 1 and the cooling plate 5 on the one hand and the gaps between the cells 1 and the second power transmission elements 8 on the other hand are completely filled. This ensures in an accident that a power transmission in the illustrated arrow direction is possible such that the force is first introduced via the top 6.1 of the battery case 6 in the power distribution plate 3 and is distributed by this force distribution plate 3 on the first power transmission elements 3.1.
  • the forces are passed directly into the cell connector board 2 and via this in the integrally connected thereto second power transmission elements 8 and introduced via the potting compound 9, not shown here specifically in envelopes of the cells 1.
  • the potting compound 9 At the foot of the battery according to the invention is a power transmission via the sheaths of the cells 1 via the potting compound 9, not shown here directly to the mechanically stable cooling plate 5 and via this to the bottom 6.2 of the battery case. 6
  • Figures 4 and 5 show the battery according to the invention, which is shown in Figures 1 to 3, respectively in an exploded view.
  • the first power transmission elements 3.1 are arranged corresponding to the second power transmission elements 8, so that forces that are passed through the power distribution plate 3 in the first power transmission elements 3.1, can be forwarded from there directly via the cell connector board 2 in the second power transmission elements 8.
  • FIGS. 1 to 5 shows a first embodiment of the battery according to the invention according to FIGS. 1 to 5.
  • the second force transmission elements 8 are formed integrally with the cell connector board 2.
  • a potting compound 9 is filled, so that an immediate power flow through the distributor plate 3, the first power transmission elements 3.1, the cell connector board 2, the second power transmission elements 8, the potting compound 9, the sheaths of the cells 1, is ensured in the foot region of the cells 1 via the potting compound 9 to the cooling plate 5.
  • Fig. 7 shows a second embodiment of the invention, which corresponds in its operation to the embodiment described in Fig. 6, wherein the second power transmission elements 8 are formed here as separate elements and connected directly to the cell connector board 2.
  • Said embodiment has the advantage that standardized cell connector boards 2 can be used for different batteries, which can be combined with likewise standardized second power transmission elements 8.
  • Fig. 8 shows a third embodiment of the invention, wherein the second power transmission elements 8 are formed as separate components and are not directly connected to the cell connector board 2.
  • the two power transmission elements 8 are placed directly on casings of cells 1, wherein in each case a second force transmission element 8 is placed on casings of at least two cells 1.
  • a planned gap was first arranged, which is already encapsulated with the potting compound 9, so that a force transmission from the force distribution plate 3 to the cooling plate 5 is ensured via the components described.
  • Fig. 9 shows a fourth embodiment of the invention, in which the arrangement of the second power transmission elements 8 is not required.
  • the entire area between the surfaces of the cells 1 and the cell connector board 2 is filled with a potting compound 9, so that in an accident, a force flow through the power distribution plate 3, the cell connector board 2, the potting compound 9, the shells of the cells 1 and the foot of the Cells 1 is ensured by the potting compound 9 to the cooling plate 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, umfassend mehrere Zellen (1), die auf einer Kühlplatte (5) angeordnet sind, wobei polseitig über den Zellen (1) eine Kraftverteilerplatte (3) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit mehreren Zellen (1), die auf einer Kühlplatte (5) angeordnet sind, wobei zwischen der Kühlplatte (5) und Unterseiten der Zellen (1) eine Vergussmasse (9) eingebracht wird, wobei polseitig über den Zellen (1) eine Kraftverteilerplatte (3) angeordnet wird und wobei mittelbar oder unmittelbar zwischen der Kraftverteilerplatte (3) und Oberseiten der Zellen (1) eine Vergussmasse (9) eingebracht wird.

Description

Batterie mit einer Kühlplatte und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, umfassend mehrere Zellen, die auf einer Kühlplatte angeordnet sind und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Batterie.
Batterien, insbesondere Hochvoltbatterien zur Verwendung für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, werden durch Zellen gebildet, die zur verbesserten Wärmeabfuhr auf einer Kühlplatte angeordnet sind. Zur elektrischen Verbindung von Polen der Zellen werden üblicherweise Zellverbinderplatinen verwendet. Derartige Batterien werden häufig im Vorbau oder im Heck eines Fahrzeuges und damit in dessen Deformationsbereich angeordnet.
Nachteilig ist bei den im Stand der Technik bekannten Batterien, dass bei im Deformationsbereich angeordneten Batterien bei Unfällen Sekundärschäden durch Kurzschlüsse entstehen können. Insbesondere können infolge der begrenzten mechanischen Stabilität von Batteriegehäusen sowohl die Hochspannung führenden und mechanisch empfindlichen Zellterminals als auch Zellverbinderplatinen bei Unfällen beschädigt werden und zu Sekundärschäden durch Kurzschlüsse führen.
Des Weiteren sind im Stand der Technik Batterien bekannt, die bei Unfällen gezielt Kräfte in Längsrichtung der Zellen übertragen sollen. Derartige Batterien sind so aufgebaut, dass Kräfte von einem Batteriegehäusedeckel zunächst zur Oberseite der Zellverbinderplatine geleitet werden sollen und über die Hüllen der Zellen sowie über den so genannten Zelligel, die äußere Hülle des Zellverbundes, geleitet werden sollen, ohne die Zellterminals und Zellverbinder zu belasten. Dazu müssen die einzelnen Zellen ohne Spiel auf der Kühlplatte aufstehen, damit ein Durchbrechen verhindert wird. Damit soll eine Kraftübertragung von Gehäusedeckel über Zellverbinderplatine und Zellenhüllen, einschließlich Kühligel zur Kühlplatte und von dieser zum Gehäuseboden erfolgen. Nachteilig ist dabei, dass die fertigungsbedingt toleranzbehafteten Zellen nicht spielfrei zwischen Zellverbinderplatine und Kühlplatte angeordnet werden können. Dadurch ist eine sichere und reproduzierbare Kraftübertragung über Hüllen der Zellen nicht möglich; es besteht die Gefahr von Sekundärschäden durch Kurzschlüsse.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs genannten Art anzugeben, die bei Unfällen zur gezielten Kraftübertragung genutzt werden kann, einfach herstellbar ist und ein geringes Gewicht aufweist. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie anzugeben, die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Die Batterie betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das Verfahren zur Herstellung einer Batterie betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 13 angegebenen Merkmale.
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst mehrere Zellen, die auf einer Kühlplatte angeordnet sind. Im Sinne der Erfindung soll "auf einer Kühlplatte" bedeuten, dass die Zellen mittelbar oder unmittelbar oberhalb der Kühlplatte angeordnet sind. Die Lage der Zellen bezüglich der Kühlplatte steht in keinem festen Bezug zur Anordnung der Batterie im Fahrzeug, insbesondere kann die Batterie sowohl stehend als auch liegend eingebaut sein oder werden. Mittelbar oder unmittelbar über den Zellen, also polseitig, ist eine Kraftverteilerplatte angeordnet. Die erfindungsgemäße Batterie ist insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge geeignet. Die Kraftverteilerplatte dient dazu, bei Unfällen auftretende Kräfte in Zellrichtung der Batterie zunächst so zu verteilen, dass die verteilten Kräfte durch Hüllen von Zellen und durch den Kühligel zur Kühlplatte geleitet werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine größere Kraft in mehrere kleine Kräfte geteilt werden, die jeweils von einzelnen Zellhüllen oder vom Kühligel übertragbar sind.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sieht vor, dass die Kraftverteilerplatte parallel zur Kühlplatte angeordnet ist. Dadurch ist auf einfache Weise eine gezielte und reproduzierbare Übertragung insbesondere für Kräfte möglich, die Normal zu den Ebenen der Kühlplatte und der Kraftverteilerplatte auftreten. Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sieht vor, dass an der Unterseite der Kraftverteilerplatte erste Kraftübertragungselemente angeordnet sind. Dadurch kann eine Kraft normal zur Ebene der Kraftverteilerplatte nicht nur in mehrere kleinere Kräfte verteilt werden, sondern auch an definierten Stellen, nämlich über die ersten Kraftübertragungselemente, mittelbar oder unmittelbar in Hüllen von Zellen eingeleitet werden. Unter Unterseite der Kraftverteilerplatte ist im Sinne der Erfindung unabhängig von der Einbaulage der Batterie im Fahrzeug die zeilzugewandte Seite der Kraftverteilerplatte zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sind unterhalb der Zellverbinderplatine zweite Kraftübertragungselemente angeordnet. Dadurch können auf einfache Weise Kräfte, die mittels der Kraftverteilerplatte verteilt wurden, durch die Zellverbinderplatine hindurch mittelbar oder unmittelbar in Hüllen von Zellen eingeleitet werden, ohne die Zellverbinderplatine unkontrolliert zu schädigen, so dass die verteilten Kräfte in ihrer Lage gezielt in die Hüllen von Zellen eingeleitet werden können. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Kraftübertragungselemente korrespondierend angeordnet. Unter korrespondierend soll im Sinne der Erfindung in Kraftrichtung hintereinander zu verstehen sein. Durch die korrespondierende Anordnung der ersten und zweiten Kraftübertragungselemente gelingt es auf einfache Weise, die Biegebeanspruchung sowohl für die Kraftverteilerplatte als auch für die Zellverbinderplatine zu reduzieren, so dass beide Bauteile mit relativ geringer Dicke und damit platz-, gewichts- und kostengünstig ausgebildet werden können.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist zwischen der Kühlplatte und den Unterseiten der Zellen eine Vergussmasse angeordnet, die vorzugsweise eine hohe Druckfestigkeit aufweist. Unter einer hohen Druckfestigkeit ist eine solche Druckfestigkeit zu verstehen, die gegenüber einer spaltfreien Aufstellung der Zellen auf der Kühlplatte und spaltfreier Auflage auf der Kraftverteilerplatte keine nachweisbare Verschlechterung der mechanischen Stabilität zur Folge hat. Durch die Anordnung einer Vergussmasse können auf einfache Weise fertigungsbedingte Toleranzen, insbesondere die Zellenlängen betreffend, ausgeglichen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, den Abstand zwischen Zellen und Kühlplatte größer als 0,5 mm zunächst als planmäßigen Spalt auszubilden, so dass die Vergussmasse den Spalt vollständig ausfüllt. Eine weitere besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sieht vor, dass zwischen der Kraftverteilerplatte und den Oberseiten der Zellen eine Vergussmasse angeordnet ist. Durch die Anordnung einer Vergussmasse oberhalb der Zellen können ebenfalls auf einfache Weise fertigungsbedingte Toleranzen, insbesondere die Zellenlängen betreffend, ausgeglichen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, den Abstand zwischen den Zellen und der Kraftverteilerplatte größer als 0,5 mm zunächst als planmäßigen Spalt auszubilden, so dass die Vergussmasse den Spalt vollständig ausfüllt. Besonders bevorzugt ist die Vergussmasse zwischen den Zellen und der Zellverbinderplatine angeordnet, so dass eine Kraftübertragung über Kraftverteilerplatte, Zellverbinderplatine über vergossene Zellen zur Kühlplatte erfolgen kann.
Die Vergussmasse ist vorzugsweise elektrisch isolierend, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen Zellen und Kühlplatte stets, also sowohl im Betriebszustand als auch bei einem Unfall, vermieden werden kann. Zudem weist die Vergussmasse vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf; darunter ist im Sinne der Erfindung eine solche Wärmeleitfähigkeit zu verstehen, die keine nachweisbare Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit gegenüber einer unmittelbaren Aufstellung der Zellen auf der Kühlplatte zeigt. Dadurch ist die zum Betrieb von hybridgetriebenen Kraftfahrzeugen erforderliche Wärmeabgabe von Zellen an die Kühlplatte sicher gestellt.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sieht vor, dass die zweiten Kraftübertragungselemente einstückig mit der Zellverbinderplatine ausgebildet sind. Durch die einstückige Ausbildung sind die genannten Bauteile besonders einfach und damit kostengünstig herstellbar und montierbar. Alternativ sind die zweiten Kraftübertragungselemente als separate Elemente ausgebildet und mit der Zellverbinderplatine verbunden. Dadurch können sowohl die zweiten Kraftübertragungselemente als auch die Zellverbinderplatinen in jeweils unterschiedlichen Ausführungen vorgefertigt und variabel miteinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit mehreren Zellen, die auf einer Kühlplatte angeordnet sind, sieht vor, dass zwischen der Kühlplatte und Unterseiten der Zellen eine Vergussmasse eingebracht wird. Dazu wird vorzugsweise zunächst ein Spalt planmäßiger Dicke zwischen der Kühlplatte und den Unterseiten der Zellen geschaffen, damit die Vergussmasse anschießend den Spalt vollständig ausfüllen kann. Erfindungsgemäß wird polseitig über den Zellen eine Kraftverteilerplatte angeordnet wird und es wird mittelbar oder unmittelbar zwischen der Kraftverteilerplatte und Oberseiten der Zellen eine Vergussmasse eingebracht. Durch das Einbringen der Vergussmasse wird ein fester mechanischer Verbund zwischen Kraftverteilerplatte und Kühlplatte geschaffen, da alle Spalte in Kraftrichtung verfüllt werden. Dadurch ist sicher gestellt, dass Kräfte über Hüllen der Zellen und über den Kühligel definiert übertragen werden können, wobei auf einfache Weise eine Batterie herstellbar ist, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Batterien von für hybridgetriebenen Kraftfahrzeugen geeignet.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Einbringen der Vergussmasse bei aufgesetzter Zellverbinderplatine erfolgt, wobei die Vergussmasse zwischen den Zellen und der Zellverbinderplatine eingebracht wird. Damit kann das Vergießen auf besonders einfache Weise erfolgen, wenn die Zellverbinderplatine mit planmäßigen Spalten zu den Oberseiten der Zellen bereits montiert ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie, Fig. 2 eine zu Figur 1 gehörige Draufsicht,
Fig. 3 eine zu Figuren 1 und 2 gehörige Schnittdarstellung,
Fig. 4 eine zugehörige weitere isometrische Ansicht von unten in
Explosionsdarstellung, Fig. 5 eine zugehörige weitere isometrische Ansicht von oben in
Explosionsdarstellung, Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie, Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie, Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie und Fig. 9 eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie eine zugehörige Schnittdarstellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine erfindungsgemäße Batterie ohne Batteriegehäuse. Polseitig oberhalb einer Vielzahl von Zellen 1 ist eine Zellverbinderplatine 2 angeordnet; darüber befindet sich eine Kraftverteilerplatte 3, an deren Unterseite sechs erste Kraftübertragungselemente 3.1 angeordnet sind, welche unmittelbar auf der Zellverbinderplatine 2 aufstehen. Die Zellverbinderplatine 2 dient der elektrischen Verbindung von Polen 7 einzelner Zellen 1. Die Kraftverteilerplatte 3 dient zur Verteilung von Kräften in Längsrichtung der Zellen 1 , wobei derartige bei Unfällen auftretende Kräfte planmäßig durch die erfindungsgemäße Batterie in Zelllängsrichtung durchgeleitet werden sollen. Die Zellen 1 sind seitlich eingefasst von einem Kühligel 4, der die äußere Begrenzung der einzelnen Zellen 1 bildet. Der Kühligel 4 besteht aus Metall und dient sowohl der Wärmeabführung als auch der Abtragung von Kräften in Zelllängsrichtung bei einem Unfall.
Fig. 3 zeigt zwei Zellen 1 in der Ansicht und drei Zellen 1 in Schnittdarstellung. Oberhalb der Zellen 1 ist eine Zellverbinderplatine 2 angeordnet, die zur elektrischen Verbindung der Pole 7 dient. Oberhalb der Zellverbinderplatine 2 ist die Kraftverteilerplatte 3 mit den ersten Kraftübertragungselementen 3.1 angeordnet, welche unmittelbar auf der Zellverbinderplatine 2 aufstehen. Korrespondierend mit den ersten Kraftübertragungselementen 3.1 sind an der Unterseite der Zellverbinderplatine 2 zweite Kraftübertragungselemente 8 angeordnet. Die zweiten Kraftübertragungselemente 8 weisen einen planmäßigen Spalt von mehr 0,5 mm zur Oberfläche der Zellen 1 auf; der genannte Spalt ist dazu bestimmt, mit einer hier nicht dargestellten Vergussmasse 9 (siehe Figuren 6 bis 9) verfüllt zu werden.
Zwischen den Unterseiten der Zellen 1 und einer darunter angeordneten Kühlplatte 5 sind ebenfalls planmäßige Spalte von mehr als 0,5 mm Dicke vorgesehen; die genannten Spalte sind ebenfalls dazu bestimmt, mit der hier nicht dargestellten Vergussmasse 9 verfüllt zu werden. Der Kühligel 4, der die seitliche Einfassung des Verbundes einzelner Zellen 1 bildet, ist mit der Kühlplatte 5 unmittelbar verbunden und einstückig mit dieser ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Batterie ist mit einem Batteriegehäuse 6 eingefasst, das unter anderem eine Oberseite 6.1 und eine Unterseite 6.2 aufweist. Die bei einem Unfall von der erfindungsgemäßen Batterie planmäßig aufzunehmenden Kräfte in Zelllängsrichtung sind durch sechs Pfeile dargestellt. Die hier dargestellte Batterie soll mit einer hier nicht gezeigten Vergussmasse 9 derart vergossen werden, dass insbesondere die Spalte zwischen den Zellen 1 und der Kühlplatte 5 einerseits und die Spalte zwischen den Zellen 1 und den zweiten Kraftübertragungselementen 8 andererseits vollständig verfüllt sind. Damit ist bei einem Unfall sichergestellt, dass eine Kraftübertragung in der dargestellten Pfeilrichtung derart möglich ist, dass die Kraft zunächst über die Oberseite 6.1 des Batteriegehäuses 6 in die Kraftverteilerplatte 3 eingeleitet wird und durch diese Kraftverteilerplatte 3 auf die ersten Kraftübertragungselemente 3.1 verteilt wird. Über die ersten Kraftübertragungselemente 3.1 werden die Kräfte unmittelbar in die Zellverbinderplatine 2 und über diese in die einstückig daran angeschlossenen zweiten Kraftübertragungselemente 8 geleitet und über die hier nicht dargestellte Vergussmasse 9 gezielt in Hüllen der Zellen 1 eingeleitet. Am Fußbereich der erfindungsgemäßen Batterie erfolgt eine Kraftübertragung über die Hüllen der Zellen 1 über die hier nicht dargestellte Vergussmasse 9 direkt zur mechanisch stabilen Kühlplatte 5 und über diese zur Unterseite 6.2 des Batteriegehäuses 6.
Die Figuren 4 und 5 zeigen die erfindungsgemäße Batterie, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, jeweils in Explosionsdarstellung. Die ersten Kraftübertragungselemente 3.1 sind korrespondierend zu den zweiten Kraftübertragungselementen 8 angeordnet, so dass Kräfte, die über die Kraftverteilerplatte 3 in die ersten Kraftübertragungselemente 3.1 geleitet werden, von dort unmittelbar über die Zellverbinderplatine 2 in die zweiten Kraftübertragungselemente 8 weitergeleitet werden können.
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie gemäß der Figuren 1 bis 5. Bei dieser ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie sind die zweiten Kraftübertragungselemente 8 einstückig mit der Zellverbinderplatine 2 ausgebildet. Zwischen den beiden Kraftübertragungselementen 8 und den Oberseiten der Zellen 1 ist eine Vergussmasse 9 eingefüllt, so dass ein unmittelbarer Kraftfluss über die Verteilerplatte 3, die ersten Kraftübertragungselemente 3.1 , die Zellverbinderplatine 2, die zweiten Kraftübertragungselemente 8, die Vergussmasse 9, die Hüllen der Zellen 1 , in den Fußbereich der Zellen 1 über die Vergussmasse 9 zur Kühlplatte 5 gewährleistet ist.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die in ihrer Wirkungsweise der in Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform entspricht, wobei die zweiten Kraftübertragungselemente 8 hier als separate Elemente ausgebildet und unmittelbar mit der Zellverbinderplatine 2 verbunden sind. Die genannte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass für unterschiedliche Batterien jeweils standardisierte Zellverbinderplatinen 2 verwendet werden können, die mit ebenfalls standardisierten zweiten Kraftübertragungselementen 8 kombinierbar sind.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei die zweiten Kraftübertragungselemente 8 als separate Bauteile ausgebildet sind und mit der Zellverbinderplatine 2 nicht unmittelbar verbunden sind. Die beiden Kraftübertragungselemente 8 sind unmittelbar auf Hüllen von Zellen 1 aufgelegt, wobei jeweils ein zweites Kraftübertragungselement 8 auf Hüllen von wenigstens zwei Zellen 1 aufgelegt ist. Zwischen den zweiten Kraftübertragungselementen 2 und der Zellverbinderplatine 2 wurde zunächst ein planmäßiger Spalt angeordnet, der mit der Vergussmasse 9 bereits vergossen ist, so dass über die beschriebenen Bauteile eine Kraftübertragung von der Kraftverteilerplatte 3 bis zur Kühlplatte 5 gewährleistet ist.
Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Anordnung der zweiten Kraftübertragungselemente 8 nicht erforderlich ist. Hier ist der gesamte Bereich zwischen den Oberflächen der Zellen 1 und der Zellverbinderplatine 2 mit einer Vergussmasse 9 verfüllt, so dass bei einem Unfall ein Kraftfluss über die Kraftverteilerplatte 3, die Zellverbinderplatine 2, die Vergussmasse 9, die Hüllen der Zellen 1 und im Fußbereich der Zellen 1 über die Vergussmasse 9 zur Kühlplatte 5 gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Batterie, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, umfassend mehrere Zellen (1), die auf einer Kühlplatte (5) angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass polseitig über den Zellen (1)eine Kraftverteilerplatte (3) angeordnet ist.
2. Batterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftverteilerplatte (3) parallel zur Kühlplatte (5) angeordnet ist.
3. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Kraftverteilerplatte (3) erste Kraftübertragungselemente (3.1) angeordnet sind.
4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer Zellverbinderplatine (2) zweite Kraftübertragungselemente (8) angeordnet sind.
5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kraftübertragungselemente (3.1 , 8) korrespondierend angeordnet sind.
6. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühlplatte (5) und Unterseiten der Zellen (1) eine Vergussmasse (9) angeordnet ist.
7. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraftverteilerplatte (3) und Oberseiten der Zellen (1) eine Vergussmasse (9) angeordnet ist.
8. Batterie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (9) elektrisch isolierend ist.
9. Batterie nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (9) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
10. Batterie nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (9) eine hohe Druckfestigkeit aufweist.
11. Batterie nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kraftübertragungselemente (8) einstückig mit der Zellverbinderplatine (2) ausgebildet sind.
12. Batterie nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kraftübertragungselemente (8) als separate Elemente ausgebildet und mit der Zellverbinderplatine (2) unmittelbar verbunden sind oder beabstandet zur Zellverbinderplatine (2) angeordnet und mittelbar mit dieser verbunden sind.
13. Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit mehreren Zellen (1), die auf einer Kühlplatte (5) angeordnet sind, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühlplatte (5) und Unterseiten der Zellen (1) eine
Vergussmasse (9) eingebracht wird, dass polseitig über den Zellen (1)eine Kraftverteilerplatte (3) angeordnet wird und dass mittelbar oder unmittelbar zwischen der Kraftverteilerplatte (3) und Oberseiten der Zellen (1) eine Vergussmasse (9) eingebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Vergussmasse (9) bei aufgesetzter Zellverbinderplatine (2) erfolgt, wobei die Vergussmasse (9) zwischen den Zellen (1 ) und der Zellverbinderplatine (2) eingebracht wird.
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