WO2009103522A1 - Batterie mit einer in einem batteriegehäuse angeordneten wärmeleitplatte zum temperieren der batterie - Google Patents

Batterie mit einer in einem batteriegehäuse angeordneten wärmeleitplatte zum temperieren der batterie Download PDF

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encapsulated electronic
heat
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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Definitions

  • Battery with a arranged in a battery housing heat conducting plate for tempering the battery
  • the invention relates to a battery with a arranged in a battery housing heat conducting plate for temperature control of the battery according to the preamble of claim 1.
  • batteries in particular
  • High-performance batteries for mild hybrid drives cooled to dissipate heat loss.
  • the cooling is often, especially for reasons of space, realized by the vehicle air conditioning.
  • a refrigerant of the vehicle air conditioner is passed through a cooling plate provided with cooling channels (also called heat conduction plate or evaporator plate) and outputs a stored cold to this.
  • a connection of the cooling plate to individual cells of the battery is z. B. over heat conducting foil or potting compound.
  • a battery with a battery case and a heat conducting plate for tempering the battery wherein the battery has a plurality of parallel and / or serially interconnected single cells, the heat conducting with the heat conducting plate are connected.
  • the heat conducting plate In the region of the poles of the individual cells, the heat conducting plate has bores and / or cuts, into or through which the poles penetrate into or protrude.
  • the individual cells are via the associated poles by means of a prestressed connection of in or on the poles positively and non-positively arranged fasteners each attached to the heat conducting plate.
  • the invention has for its object to provide an improved battery with a arranged in a battery housing heat conduction plate for controlling the temperature of the battery.
  • the battery in the battery according to the invention with a arranged in a battery housing heat conduction plate for temperature control of the battery a plurality of electrically parallel and / or serially interconnected single cells heat conductively connected to the heat conduction and attached to the top and / or bottom side of this.
  • the battery is distinguished by the fact that at least one electronic component is thermally coupled to the heat-conducting plate as an encapsulated electronic component and in particular attached to the heat-conducting plate.
  • the encapsulated electronic assembly is thermally coupled inside the housing to the heat conducting.
  • the encapsulated electronic assembly can be thermally coupled to a cell assembly formed by the individual cells and optionally attached, wherein in one embodiment, this thermal coupling and attachment takes place inside the housing.
  • this thermal coupling and attachment takes place inside the housing.
  • the encapsulated electronic assembly is positively, non-positively and / or cohesively attached to the heat conducting plate and / or the cell assembly.
  • the encapsulated electronic module is in direct contact with the Wärmleitplatte and / or the cell assembly, so that an effective, simple and thus inexpensive to produce cooling can be realized without additional components.
  • the encapsulated electronic assembly in an upper side of the heat conduction plate arranged encapsulated electronic assembly and arranged below the heat conduction plate single cells or at a lower side of the heat conducting plate arranged encapsulated electronic assembly and the upper side of the heat conducting plate arranged single cells the encapsulated electronic assembly in terms of length and / or Width expansion at least equal to or smaller than the heat conduction.
  • the encapsulated electronic component is at least as large or smaller in height and / or width extension the cell network. From the optional arrangement of the encapsulated electronic assembly results in a simple adaptation of an external shape of the battery to its installation location.
  • a thermally conductive element and / or cooling rods are arranged such that the encapsulated electronic assembly thermally with the heat conduction and / or the cell network is coupled.
  • electrical pole contacts of the individual cells are guided through openings arranged in the heat conducting plate and fastened to the heat conducting plate by means of cell connectors, the cell connectors electrically connecting the same and / or electrically different pole contacts of a plurality of individual cells.
  • an electrically insulating and thermally conductive material is introduced between the heat conducting plate and the individual cells, so that electrical short circuits are avoided and an effectiveness of the cooling of the individual cells is increased.
  • the heat conducting plate with a cooling medium such as a refrigerant of a vehicle air conditioning system, acted upon, so that a further improvement in the effectiveness of the cooling of the individual cells, the encapsulated electronic component and / or other components to be cooled of the battery is achieved.
  • a cooling medium such as a refrigerant of a vehicle air conditioning system
  • the thermally conductive element is a heat-conducting film, a lacquer and / or a potting compound, wherein the potting compound of epoxy resin, polyurethane, silicone and / or other heat-conducting materials is formed, resulting in an effective, yet inexpensive to realize arrangement.
  • the battery housing is formed from a lower housing part and an upper housing part fastened thereto, wherein the heat-conducting plate and / or the encapsulated electronic modules are detachably fastened in the housing interior during the final assembly of the battery.
  • the battery housing is provided with recesses, through which connection elements of the heat conducting plate and / or the encapsulated electronic assembly, in particular a high-voltage connector and / or cooling channel connections, to the outside protrude. This makes it possible to connect the battery in a simple manner electrically and / or with a cooling circuit.
  • Fig. 1 shows schematically an exploded view of a battery
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a mounted battery according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a battery B, the components of which are arranged inside the housing of a battery housing 1 formed from an upper housing part 1.1 and a lower housing part 1.2.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of the assembled battery B according to FIG. 1, wherein the upper housing part 1.1 is not shown.
  • the components of the battery B are, in particular, individual cells 2, a heat-conducting plate 3 and two encapsulated electronic assemblies 4, 5.
  • a plurality of individual cells 1 are arranged on the heat-conducting plate 3 provided on the head side for cooling and form a cell compound.
  • the heat conducting plate 3 alternatively on the bottom side of the Einzellzellen 2 or another heat conducting plate 2 in addition to the bottom side of the individual cells 1 may be arranged.
  • the individual cells 2 can be used as round cells, flat cells or in other cell forms, eg. B. polygonal or oval, executed. Due to the illustrated honeycomb design of Einzellen 2 a base of the battery B is used space-optimized.
  • the electrical pole contacts P of each individual cell 2 are guided through openings O which are formed in the heat-conducting plate 3 as through-holes.
  • the pole contacts P thus protrude into the heat-conducting plate 3 or through it.
  • electrically identical and / or different pole contacts P of the individual cells 2 are connected to each other in parallel and / or in series in an electrical and / or serial manner, depending on a desired battery voltage and power.
  • the cell connectors 6 are fastened with fastening means 7 to the pole contacts P of the individual cells 2, wherein the fastening means 7 are designed, for example, as screws, rivets or clamping connections.
  • the pole contacts P of the individual cells 2 preferably each have a bore PB corresponding to the fastening means 7, so that the individual cells 2 are fixed to the heat-conducting plate 3 by means of the fastening means 7 and the cell connectors 6.
  • a fixing means 7 the use of screws, in which the bores PB are set forth in the pole contacts P than the corresponding internal screw thread ⁇ .
  • Both between the Wärmleitplatte 3 and the individual cells 2 and between the cell connectors 6 and the heat conducting 3 is preferably in an unspecified manner an electrically insulating and thermally conductive material, eg. B. a heat-conducting or potting compound introduced.
  • battery control a battery management system which in particular controls a power consumption and output of the battery B
  • fuse elements which, in the event of malfunction of the battery B, reliably separate the battery Carry out battery B from an electrical mains.
  • electronic components of the cell voltage monitoring, the battery control and / or fuse elements as one or more encapsulated electronic assemblies 4, 5 are formed.
  • These encapsulated electronic assemblies 4, 5 may be arranged on the upper and / or lower side of the heat conducting plate 3.
  • spacers 8 with bores 8.1 arranged therein are provided for fastening the one encapsulated electronic component 4 to the upper side of the heat-conducting plate 8.
  • flag-like bulges 4.1 are also formed with holes 4.2, by the fastener 9, z.
  • screws, rivets or clamping connections, in the bores 8.1 of the spacer elements 8 are guided.
  • the arranged in the spacers 8 holes 8.1 correspond in shape and size with the
  • Fixing means 9 so that, for example, a screw engages as a fastening means 9 in a running as an internal thread bore 8.1.
  • the height extent of the spacers 8 is greater than the height of the protruding over the surface of the Wärmleitplatte 3 pole contacts P, the cell connector 6 and the fastener 7 is formed so that the encapsulated electronic unit 4 with sufficient distance to the pole contacts P of the individual cells 1 and is fixed to the cell connectors 6 on the heat conducting 3.
  • thermally coupled to the heat conduction plate 3 and optionally attached This thermal coupling is preferably carried out by introducing a thermally conductive element 10 into self-forming cavities between the encapsulated electronic unit 4 and the heat conducting 3.
  • the thermally conductive element 10 is preferably a paint, a heat-conducting film and / or a potting compound, wherein the potting compound is formed in particular from epoxy resin, polyurethane, silicone and / or other heat-conducting materials.
  • the thermally conductive element 10 may further be formed electrically insulating and / or moisture-proof.
  • cooling rods are alternatively or additionally arranged between the heat-conducting plate 3 and the encapsulated electronic structural unit 4 in order to achieve effective heat conduction.
  • the encapsulated electronic unit 4 in terms of length and / or width is at least equal to or smaller than the heat conducting 3, so that a compact Construction of the battery B is achieved.
  • the heat conduction plate 3 is formed in their length greater than the attached cell composite, so that are arranged on a supernatant of the heat conducting 3 holes 3.1 for mounting the encapsulated electronic assembly 5 , At the same distance as the holes 3.1 bores are also arranged in the encapsulated electronic assembly 5, which correspond in shape and size with the fasteners 11 used, so that a secure attachment of the encapsulated electronic assembly 4 on the heat conduction plate 2 is possible.
  • the encapsulated electronic assembly 5 preferably corresponds in terms of their length and width to the dimensions of the cell network or is smaller than this, in order to achieve again a compact design of the battery.
  • the thermally conductive element 10 is likewise arranged between the encapsulated electronic component 5 and the heat-conducting plate 3.
  • the heat-conducting plate 3 is recessed in the region of the supernatant at two corners in such a way that a first pole contact P1 and a last pole contact P2 of the cell assembly can be electrically connected to the encapsulated electronic unit 5 by means of angled cell connectors 12.
  • the encapsulated electronic assemblies 4, 5 can be attached to the heat conducting plate 3 in other arrangements.
  • the encapsulated electronic assemblies 4, 5 in particular opposite to each other at the end faces, the longitudinal sides and / or be attached to the top and bottom of the cell assembly to the heat conducting 3.
  • the thermal coupling can be generated by a non-illustrated direct contact of the encapsulated electronic assemblies 4, 5 with the heat conducting.
  • the contact surfaces of the encapsulated electronic assemblies 4, 5 preferably correspond in shape to a contact surface on the heat conducting plate 3 in order to achieve the greatest possible heat transfer.
  • This thermal coupling takes place likewise by a direct contact of the encapsulated electronic components 4, 5 with the cell assembly and / or by introducing the thermally conductive element 10 into cavities between the encapsulated electronic assemblies 4, 5 and the cell assembly.
  • This coupling is preferably designed as a positive, non-positive and / or material connection, so that a larger heat transfer can be achieved.
  • connection elements are arranged on the encapsulated electronic components 4, 5, which serve to supply the cell network with electrical energy, remove it from the cell network and / or control supply and / or removal of the energy.
  • a high-voltage connector 13 is arranged on the encapsulated electronic module 5. This is so electrically connected to the encapsulated electronic assembly 5 that the cell assembly or the battery B controlled electrical energy can be supplied or removed.
  • the encapsulated electronic module 5 further fuse elements, such as electrical contactors, fuses and / or circuit breakers may be arranged so that z. B. in an electrical fault in the battery B, a separation of this is ensured by an electrical network.
  • cooling duct connections 14 for flowing through the heat-conducting plate 3 with a cooling medium are arranged on a heat-conducting plate 3 opposite the high-voltage plug 13 on the heat-conducting plate 3 as further connection elements, wherein the heat-conducting plate 3 is not Cooling channels shown in more detail are provided for guiding the cooling medium.
  • the cooling medium may in particular be a refrigerant of a vehicle air conditioning system, the heat conducting plate 3 being connectable by means of the cooling channel connections 14 to a refrigerant circuit of the vehicle air conditioning system and thus being able to absorb an emitted heat of the individual cells 2 and the encapsulated electronic assemblies 4, 5.
  • the heat conducting plate 3 may alternatively or additionally be connected to a separate cooling circuit, not shown.
  • the heat conducting plate 3 and the components arranged thereon are fixed in the battery housing 1, wherein the attachment in the embodiment shown, in particular in the lower housing part 1.2.
  • both the heat conducting 3 and the lower housing part 1.2 holes 3.2, 1.21, so that means
  • Fixing means 15 a fixation of the heat conducting plate 3 and the components arranged thereon is made possible.
  • the fastening means 15 are preferably screws, so that a detachable connection is achieved and a disassembly of the battery B is made possible in their individual components.
  • the fastening means 7, 9, 11 and 15 for fixing the single cells 2, the encapsulated electronic assemblies 4, 5 and the heat conducting 3 in the battery case 1 are made equal, so that a high degree of common parts use is achieved, which a low cost leads. Furthermore, the fastening means 7, 9, 11 and 15 for fixing the single cells 2, the encapsulated electronic assemblies 4, 5 and the heat conducting 3 in the battery case 1 are made equal, so that a high degree of common parts use is achieved, which a low cost leads. Furthermore, the
  • Fastening means 7, 9, 11 and 15 are advantageously designed in such a way that a detachable fastening is produced, so that when a defect of the battery B only defective components are replaced, whereby a costly replacement of the entire battery B is omitted.
  • connection elements for a lead out of the connection elements, in particular of the high-voltage connector 13 and the cooling channel connections 14 are arranged on the lower housing part 12.2 to these corresponding recesses Al, A2.
  • A2 On an edge of the recesses Al, A2 is preferably a seal, not shown, which z. B. is formed of a sealant or a rubber seal applied.
  • a seal is preferably also arranged between the upper housing part 1.1 placed on the lower housing part 1.2 and the lower housing part 1.2.
  • This seal may for example be designed as an adhesive, which serves to attach the upper housing part 1.1 to the lower housing part 1.2 at the same time.
  • the upper housing part 1.1 by means of a detachable connection, such as a screw to the lower housing part 1.2, be attached, in which case preferably a reusable seal between the upper housing part 12.1 and the lower housing part 12.2 is arranged.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (B) mit einer in einem Batteriegehäuse (1) angeordneten Wärmeleitplatte (3) zum Temperieren der Batterie (B), wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (3) verbunden sowie ober- und/oder unterseitig an dieser befestigt sind. Dabei ist zumindest ein elektronisches Bauelement als eine gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) ausgebildet, die thermisch gekoppelt an der Wärmeleitplatte (3) befestigt ist.

Description

Daimler AG
Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Üblicherweise werden Batterien, insbesondere
Hochleistungsbatterien für Mild-Hybrid-Antriebe, gekühlt, um eine entstehende Verlustwärme abzuführen. Die Kühlung wird häufig, insbesondere aus Bauraumgründen, durch die Fahrzeugklimaanlage realisiert. Dabei wird ein Kältemittel der Fahrzeugklimaanlage durch eine mit Kühlkanälen versehene Kühlplatte (auch Wärmeleitplatte oder Verdampferplatte genannt) geleitet und gibt eine gespeicherte Kälte an diese ab. Eine Anbindung der Kühlplatte an Einzelzellen der Batterie erfolgt z. B. über Wärmeleitfolie oder Vergussmasse.
Aus der P810645/DE/1 (Amtl. Az. 10 2007 063 178.4) ist eine Batterie mit einem Batteriegehäuse und einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie bekannt, wobei die Batterie mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen aufweist, die Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind. Die Wärmeleitplatte weist im Bereich der Pole der Einzelzellen Bohrungen und/oder Einschnitte auf, in oder durch welche die Pole hinein- bzw. hindurchragen. Die Einzelzellen sind über die zugehörigen Pole mittels einer vorgespannten Verbindung von in oder auf den Polen form- und kraftschlüssig angeordneten Befestigungsmitteln jeweils an der Wärmeleitplatte befestigt.
Weiterhin wird in der P810645/DE/1 (Amtl. Az. 10 2007 063 178.4) dargestellt, innerhalb des Gehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und den Einzelzellen sowie zwischen den Einzelzellen eine elektrisch isolierende und wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder einen elektrisch isolierenden sowie wärmeleitfähigen Schaum anzuordnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Batterie gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie sind mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sowie ober- und/oder unterseitig an dieser befestigt. Die Batterie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass an die Wärmeleitplatte zumindest ein elektronisches Bauelement als eine gekapselte elektronische Baueinheit thermisch gekoppelt und insbesondere an der Wärmeleitplatte befestigt ist.
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, mit der zur Kühlung der Einzelzellen angeordneten Wärmeleitplatte gleichzeitig das elektronische Bauelement zu kühlen und somit eine Erhöhung eines elektrischen Widerstandes in dem elektronischen Bauelement zumindest zu begrenzen oder zu vermeiden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die gekapselte elektronische Baueinheit im Gehäuseinneren an die Wärmeleitplatte thermisch gekoppelt. Durch diese Kopplung und gegebenenfalls auch Befestigung werden in vorteilhafter Weise eine Handhabbarkeit der Batterie und ein Einbau dieser, beispielsweise in einem Fahrzeug, vereinfacht.
Ferner kann die gekapselte elektronische Baueinheit an einem durch die Einzelzellen ausgebildeten Zellverbund thermisch gekoppelt und gegebenenfalls befestigt sein, wobei in einer Ausgestaltung diese thermische Kopplung und Befestigung im Gehäuseinneren erfolgt. Somit ist auch eine Anbindung der gekapselten elektronischen Baueinheit an den gekühlten Zellverbund und somit eine indirekte Kühlung durch die Wärmeleitplatte möglich.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist die gekapselte elektronische Baueinheit formschlüssig, kraftschlüssig und/oder Stoffschlüssig an der Wärmeleitplatte und/oder dem Zellverbund befestigt. Dabei steht die gekapselte elektronische Baueinheit in direktem Kontakt mit der Wärmleitplatte und/oder dem Zellverbund, so dass ohne zusätzliche Bauelemente eine effektive, einfach und somit kostengünstig herstellbare Kühlung realisierbar ist.
Zusätzlich ist bei einer oberseitig der Wärmeleitplatte angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit und unterhalb der Wärmeleitplatte angeordneten Einzelzellen oder bei einer unterseitig der Wärmeleitplatte angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit und oberseitig der Wärmeleitplatte angeordneten Einzelzellen die gekapselte elektronische Baueinheit hinsichtlich der Längen- und/oder Breitenausdehnung zumindest gleich groß oder kleiner als die Wärmeleitplatte .
Bei einer unterseitig der Wärmeleitplatte angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit und unterseitig der Wärmeleitplatte angeordneten Einzelzellen oder bei einer oberseitig der Wärmeleitplatte angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit und unterseitig der Wärmeleitplatte angeordneten Einzelzellen ist die gekapselte elektronische Baueinheit hinsichtlich der Höhen- und/oder Breitenausdehnung zumindest gleich groß oder kleiner als der Zellverbund. Aus der wahlweisen Anordnung der gekapselten elektronischen Baueinheit resultiert eine einfache Anpassung einer Außenform der Batterie an ihren Einbauort.
Des Weiteren sind in einem oder mehreren Hohlräumen zwischen der Wärmeleitplatte und der gekapselten elektronischen Baueinheit und/oder zwischen dem Zellverbund und der gekapselten elektronischen Baueinheit zumindest partiell ein wärmeleitfähiges Element und/oder Kühlstäbe derart angeordnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit thermisch mit der Wärmeleitplatte und/oder dem Zellverbund gekoppelt ist. Durch die Anordnung des wärmleitfähigen Elementes und/oder Kühlstäben in den Hohlräumen wird ein verbesserter Wärmeübergang zwischen der gekapselten elektronischen Baueinheit und der Wärmeplatte und/oder dem Zellverbund erreicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind elektrische Polkontakte der Einzellzellen durch in der Wärmeleitplatte angeordnete Öffnungen geführt und an der Wärmeleitplatte mittels Zellverbindern befestigt, wobei die Zellverbinder elektrisch gleiche und/oder elektrisch unterschiedliche Polkontakte mehrerer Einzelzellen miteinander verbinden. Somit werden mittels der Zellverbinder in vorteilhafter Weise gleichzeitig eine elektrische Verschaltung der Einzelzellen und eine sichere Befestigung dieser an der Wärmeleitplatte erzielt .
Ferner ist zwischen der Wärmeleitplatte und den Einzelzellen ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material eingebracht, so dass elektrische Kurzschlüsse vermieden und eine Effektivität der Kühlung der Einzelzellen erhöht werden.
Zusätzlich ist die Wärmeleitplatte mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage, beaufschlagbar, so dass eine weitere Verbesserung der Effektivität der Kühlung der Einzelzellen, des gekapselten elektronischen Bauelementes und/oder weiterer zu kühlender Komponenten der Batterie erreicht wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmeleitfähige Element eine Wärmeleitfolie, ein Lack und/oder eine Vergussmasse, wobei die Vergussmasse aus Epoxydharz, Polyurethan, Silikon und/oder anderen Wärme leitenden Materialien gebildet ist, was zu einer effektiven und dennoch kostengünstig realisierbaren Anordnung führt.
Ferner ist das Batteriegehäuse aus einem Gehäuseunterteil und einem auf diesem befestigten Gehäuseoberteil gebildet, wobei die Wärmeleitplatte und/oder die gekapselten elektronischen Baueinheiten bei der Endmontage der Batterie lösbar im Gehäuseinneren befestigt sind. Daraus ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Montage der Batterie und zusätzlich ist bei einem Defekt der Batterie ein Austausch einzelner Bauteile möglich, wodurch ein kostenintensiver Ersatz der gesamten Batterie entfällt.
Weiterhin ist das Batteriegehäuse mit Aussparungen versehen, durch welche Anschlusselemente der Wärmeleitplatte und/oder der gekapselten elektronischen Baueinheit, insbesondere ein Hochvolt-Stecker und/oder Kühlkanalanschlüsse, nach außen ragen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Batterie in einfacher Art und Weise elektrisch und/oder mit einem Kühlkreislauf zu verbinden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Batterie, und
Fig. 2 schematisch eine Schnittdarstellung einer montierten Batterie gemäß Figur 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Batterie B, wobei deren Komponenten im Gehäuseinneren eines aus einem Gehäuseoberteil 1.1 und einem Gehäuseunterteil 1.2 gebildeten Batteriegehäuses 1 angeordnet sind. In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung der montierten Batterie B gemäß Figur 1 gezeigt, wobei das Gehäuseoberteil 1.1 nicht dargestellt ist. Im Folgenden wird anhand beider Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Bei den Komponenten der Batterie B handelt es sich insbesondere um Einzelzellen 2, eine Wärmeleitplatte 3 und zwei gekapselte elektronische Baueinheiten 4, 5. Dabei sind mehrere Einzelzellen 1 an der kopfseitig zur Kühlung vorgesehenen Wärmeleitplatte 3 angeordnet und bilden einen Zellverbund. In einer nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung kann die Wärmeleitplatte 3 alternativ bodenseitig an den Einzellzellen 2 oder eine weitere Wärmeleitplatte 2 zusätzlich bodenseitig an den Einzelzellen 1 angeordnet sein.
Die Einzelzellen 2 können dabei als Rundzellen, Flachzellen oder in weiteren Zellformen, z. B. vieleckig oder oval, ausgeführt sein. Durch die dargestellte wabenförmige Ausbildung der Einzellen 2 ist eine Grundfläche der Batterie B bauraumoptimiert genutzt.
Zu einer Wärme leitenden Verbindung sind die elektrischen Polkontakte P einer jeden Einzelzelle 2 durch Öffnungen O geführt, die in der Wärmeleitplatte 3 als Durchgangslöcher ausgebildet sind. Die Polkontakte P ragen somit in die Wärmeleitplatte 3 hinein bzw. durch diese hindurch. Anhand von Zellverbindern 6 sind elektrisch gleiche und/oder verschiedene Polkontakte P der Einzelzellen 2 je nach einer gewünschten Batteriespannung und -leistung parallel und/oder seriell e- lektrisch miteinander verschaltet.
Die Zellverbinder 6 sind mit Befestigungsmitteln 7 an den Polkontakten P der Einzelzellen 2 befestigt, wobei die Befestigungsmittel 7 beispielsweise als Schrauben, Nieten oder Klemmverbindungen ausgebildet sind. Die Polkontakte P der Einzelzellen 2 weisen vorzugsweise jeweils eine zu den Befestigungsmitteln 7 korrespondierende Bohrung PB auf, so dass die Einzelzellen 2 mittels der Befestigungsmittel 7 und den Zellverbindern 6 an der Wärmeleitplatte 3 fixiert sind. Als ein Beispiel sei die Verwendung von Schrauben als Befestigungsmittel 7 genannt, bei welcher die Bohrungen PB in den Polkontakten P als zu den Schrauben korrespondierendes Innen¬ gewinde ausgeführt sind. Sowohl zwischen der Wärmleitplatte 3 und den Einzelzellen 2 als auch zwischen den Zellverbindern 6 und der Wärmeleitplatte 3 ist vorzugsweise in nicht näher dargestellter Art und Weise ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material, z. B. eine Wärmeleitfolie oder Vergussmasse, eingebracht.
Bei der Batterie B kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Hochvolt-Batterie handeln. Diese Batterien B benötigen eine spezielle Elektronik, welche eine Zellspannung der Einzelzellen 2 überwacht und korrigiert, ein Batteriemanagementsystem, welches insbesondere eine Leistungsaufnahme und -abgäbe der Batterie B steuert (= Batteriesteuerung) , und Sicherungselemente, welche bei Fehlfunktionen der Batterie B eine sichere Abtrennung der Batterie B von einem elektrischen Netz durchführen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind elektronische Bauelemente der Zeilspannungsüberwachung, der Batteriesteuerung und/oder Sicherungselemente als eine oder mehrere gekapselte elektronische Baueinheiten 4, 5 ausgebildet.
Diese gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 können ober- und/oder unterseitig an der Wärmeleitplatte 3 angeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zu einer Befestigung der einen gekapselten elektronischen Baueinheit 4 an der Oberseite der Wärmeleitplatte 3 Distanzelemente 8 mit darin angeordneten Bohrungen 8.1 vorgesehen. An der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 sind fahnenartige Ausbuchtungen 4.1 ebenfalls mit Bohrungen 4.2 ausgebildet, durch die Befestigungsmittel 9, z. B. Schrauben, Nieten oder Klemmverbindungen, in die Bohrungen 8.1 der Distanzelemente 8 geführt sind. Die in den Distanzelementen 8 angeordneten Bohrungen 8.1 korrespondieren in Form und Größe mit den
Befestigungsmitteln 9, so dass beispielsweise eine Schraube als Befestigungsmittel 9 in eine als Innengewinde ausgeführte Bohrung 8.1 greift. Die Höhenausdehnung der Distanzelemente 8 ist dabei größer als die Höhe der über die Oberfläche der Wärmleitplatte 3 ragenden Polkontakte P, der Zellverbinder 6 und der Befestigungsmittel 7 ausgebildet, so dass die gekapselte elektronische Baueinheit 4 mit ausreichendem Abstand zu den Polkontakten P der Einzelzellen 1 bzw. zu den Zellverbindern 6 an der Wärmeleitplatte 3 fixiert ist.
Da eine in der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 entstehende Wärme die Funktion und den Wirkungsgrad der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 negativ beeinflussen kann, ist diese an die Wärmeleitplatte 3 thermisch gekoppelt und gegebenenfalls befestigt. Diese thermische Kopplung erfolgt vorzugsweise durch Einbringen eines wärmeleitfähigen Elements 10 in sich bildende Hohlräume zwischen der gekapselten elektronischen Einheit 4 und der Wärmeleitplatte 3.
Bei dem wärmeleitfähigen Element 10 handelt es sich vorzugsweise um einen Lack, eine Wärmeleitfolie und/oder eine Vergussmasse, wobei die Vergussmasse insbesondere aus Epoxydharz, Polyurethan, Silikon und/oder anderen Wärme leitenden Materialien gebildet ist. Das wärmeleitfähige Element 10 kann weiterhin elektrisch isolierend und/oder feuchtigkeitsdicht ausgebildet sein. In einer nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung sind zwischen der Wärmeleitplatte 3 und der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 alternativ oder zusätzlich Kühlstäbe angeordnet, um eine effektive Wärmeleitung zu erzielen. Bei der gezeigten oberseitigen Anordnung der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 an der Wärmeleitplatte 3 und unterhalb der Wärmeleitplatte 3 angeordneter Einzelzellen 2 ist die gekapselte elektronische Baueinheit 4 hinsichtlich der Längen- und/oder Breitenausdehnung zumindest gleich groß oder kleiner als die Wärmeleitplatte 3, so dass eine kompakte Bauweise der Batterie B erreicht wird.
Durch die Verwendung der Befestigungsmittel 9 und durch das Einbringen des wärmeleitfähigen Elements 10 in die Hohlräume wird eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder Stoffschlüssige Verbindung zwischen der Wärmeleitplatte 3 und der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 erreicht.
Zu einer Befestigung der anderen gekapselten elektronischen Baueinheit 5 seitlich unterhalb an der Wärmeleitplatte 3 ist die Wärmeleitplatte 3 in ihrer Längenausdehnung größer als der an ihr befestigte Zellverbund ausgebildet, so dass an einem Überstand der Wärmeleitplatte 3 Bohrungen 3.1 zur Befestigung der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 angeordnet sind. In gleichem Abstand wie die Bohrungen 3.1 sind in der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 ebenfalls Bohrungen angeordnet, die in ihrer Form und Größe mit den verwendeten Befestigungsmitteln 11 korrespondieren, so dass eine sichere Befestigung der gekapselten elektronischen Baueinheit 4 an der Wärmeleitplatte 2 möglich ist.
Die gekapselte elektronische Baueinheit 5 entspricht vorzugsweise bezüglich ihrer Längen- und Breitenausdehnung den Abmessungen des Zellverbundes oder ist kleiner als dieser, um wiederum eine kompakte Bauform der Batterie zu erreichen. Um die in der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 entstehende Wärme abzuleiten, ist zwischen der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 und der Wärmeleitplatte 3 ebenfalls das wärmeleitfähige Element 10 angeordnet.
Weiterhin ist die Wärmeleitplatte 3 im Bereich des Überstandes an zwei Ecken derart ausgespart, dass ein erster Polkontakt Pl und ein letzter Polkontakt P2 des Zellverbundes mittels abgewinkelter Zellverbinder 12 elektrisch mit der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 verbindbar sind.
In nicht näher dargestellten Ausführungen der Erfindung sind die gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 auch in anderen Anordnungen an der Wärmeleitplatte 3 befestigbar. Dabei können die gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 insbesondere sich gegenüberliegend an den Stirnseiten, den Längsseiten und/oder an der Ober- und Unterseite des Zellverbundes an der Wärmeleitplatte 3 befestigt sein.
Alternativ zum Einbringen des wärmeleitfähigen Stoffes 10 in die Hohlräume zwischen der Wärmeleitplatte 3 und den gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 ist die thermische Kopplung durch einen nicht näher dargestellten direkten Kontakt der gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 mit der Wärmeleitplatte erzeugbar. Dabei korrespondieren die Kontaktflächen der gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 vorzugsweise in ihrer Form mit einer Berührungsfläche auf der Wärmeleitplatte 3, um einen möglichst großen Wärmeübergang zu erreichen.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 zusätzlich oder alternativ mit dem durch die Einzelzellen 2 ausgebildeten Zellverbund thermisch zu koppeln. Diese thermische Kopplung erfolgt ebenfalls durch einen direkten Kontakt der gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 mit dem Zellverbund und/oder durch ein Einbringen des wärmeleitfähigen Elements 10 in Hohlräume zwischen den gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 und dem Zellverbund. Auch diese Kopplung ist vorzugsweise als formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet, so dass ein größerer Wärmeübergang erzielbar ist.
In Weiterbildungen der Erfindung sind an den gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 ein oder mehrere Anschlusselemente angeordnet, die zu einer Versorgung des Zellverbundes mit elektrischer Energie, einer Entnahme dieser aus dem Zellverbund und/oder einer Steuerung einer Versorgung und/oder Entnahme der Energie dienen.
In der vorliegenden Ausführung der Erfindung ist an der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 ein Hochvolt- Stecker 13 angeordnet. Dieser ist derart elektrisch mit der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 verschaltet, dass dem Zellverbund bzw. der Batterie B gesteuert elektrische Energie zuführbar oder entnehmbar ist. In der gekapselten elektronischen Baueinheit 5 können weiterhin Sicherungselemente, wie beispielsweise elektrische Schütze, Schmelzsicherungen und/oder Leistungsschalter angeordnet sein, so dass z. B. bei einem elektrischen Fehler in der Batterie B eine Trennung dieser von einem elektrischen Netz sichergestellt ist.
Zusätzlich sind an einer dem Hochvolt-Stecker 13 gegenüberliegenden Seite an der Wärmeleitplatte 3 als weitere Anschlusselemente Kühlkanalanschlüsse 14 zur Durchströmung der Wärmeleitplatte 3 mit einem nicht näher dargestellten Kühlmedium angeordnet, wobei in der Wärmeleitplatte 3 nicht näher dargestellte Kühlkanäle zur Führung des Kühlmediums vorgesehen sind. Bei dem Kühlmedium kann es sich insbesondere um ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage handeln, wobei die Wärmeleitplatte 3 mittels der Kühlkanalanschlüsse 14 mit einem Kältemittelkreislauf der Fahrzeugklimaanlage verbindbar ist und somit eine abgegebene Wärme der Einzelzellen 2 und der gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 aufnehmen kann. Weiterhin kann die Wärmeleitplatte 3 alternativ oder zusätzlich an einen nicht näher dargestellten separaten Kühlkreislauf angeschlossen sein.
Bei einer Endmontage der Batterie B werden die Wärmeleitplatte 3 und die daran angeordneten Komponenten in dem Batteriegehäuse 1 befestigt, wobei die Befestigung in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere in dem Gehäuseunterteil 1.2 erfolgt. Dazu weisen sowohl die Wärmeleitplatte 3 als auch das Gehäuseunterteil 1.2 Bohrungen 3.2, 1.21 auf, so dass mittels
Befestigungsmitteln 15 eine Fixierung der Wärmeleitplatte 3 und der daran angeordneten Komponenten ermöglicht wird. Bei den Befestigungsmitteln 15 handelt es sich vorzugsweise um Schrauben, so dass eine lösbare Verbindung erzielt und eine Demontage der Batterie B in ihre einzelnen Bauelemente ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Befestigungsmittel 7, 9, 11 und 15 zur Befestigung der Einzelzellen 2, der gekapselten elektronischen Baueinheiten 4, 5 und der Wärmeleitplatte 3 in dem Batteriegehäuse 1 gleich ausgeführt, so dass ein hoher Gleichteileeinsatz erreicht wird, was zu einem geringen Kostenaufwand führt. Weiterhin sind die
Befestigungsmittel 7, 9, 11 und 15 in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass eine lösbare Befestigung entsteht, so dass bei einem Defekt der Batterie B nur defekte Komponenten ausgetauscht werden, wodurch ein kostenintensiver Austausch der gesamten Batterie B entfällt.
Zu einer Herausführung der Anschlusselemente, insbesondere des Hochvolt-Steckers 13 und der Kühlkanalanschlüsse 14 sind an dem Gehäuseunterteil 12.2 zu diesen korrespondierende Aussparungen Al, A2 angeordnet. Auf eine Kante der Aussparungen Al, A2 wird vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Dichtung, welche z. B. aus einer Dichtmasse oder einer Gummidichtung gebildet ist, aufgebracht.
Zusätzlich ist zwischen dem auf das Gehäuseunterteil 1.2 aufgesetzten Gehäuseoberteil 1.1 und dem Gehäuseunterteil 1.2 vorzugsweise ebenfalls eine nicht näher dargestellte Dichtung angeordnet. Diese Dichtung kann beispielsweise als Klebstoff ausgeführt sein, der gleichzeitig zu einer Befestigung des Gehäuseoberteiles 1.1 an dem Gehäuseunterteil 1.2 dient. In einer nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung kann das Gehäuseoberteil 1.1 auch mittels einer lösbaren Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung an dem Gehäuseunterteil 1.2, befestigt sein, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine wieder verwendbare Dichtung zwischen dem Gehäuseoberteil 12.1 und dem Gehäuseunterteil 12.2 angeordnet ist .
Durch die dichte Ausführung des Batteriegehäuses 1 wird ein Eindringen von Fremdstoffen in das Batteriegehäuse 1 verhindert und somit die Zuverlässigkeit der Batterie B erhöht. Anhand der Vermeidung eines Austretens von Stoffen aus dem Batteriegehäuse 1 wird weiterhin eine Gefährdung, Beschädigung und/oder Zerstörung des Umfeldes der Batterie B vermieden. Daimler AG
Bezugszeichenliste
1 Batteriegehäuse
1.1 Gehäuseoberteil
1.2 Gehäuseunterteil
1.21 Bohrung
2 Einzelzelle
3 Wärmeleitplatte
3.1 Bohrung
3.2 Bohrung
4 Gekapselte elektronische Baueinheit
4.1 Ausbuchtung
4.2 Bohrung
5 Gekapselte elektronische Baueinheit
6 Zellverbinder
7 Befestigungsmittel
8 Distanzelement
8.1 Bohrung
9 Befestigungsmittel
10 Wärmeleitfähiger Stoff
11 Befestigungsmittel
12 Abgewinkelter Zellverbinder
13 Hochvolt-Stecker
14 Kühlmittelsanschlüsse
15 Befestigungsmittel B Batterie
O Öffnung
P Polkontakt
PB Bohrung
Pl Erster Polkontakt
P2 Letzter Polkontakt

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Batterie (B) mit einer in einem Batteriegehäuse (1) angeordneten Wärmeleitplatte (3) zum Temperieren der Batterie (B) , wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (3) verbunden sowie ober- und/oder unterseitig an dieser befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wärmeleitplatte (3) zumindest ein elektronisches Bauelement als eine gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) thermisch gekoppelt ist.
2. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) im Gehäuseinneren an die Wärmeleitplatte (3) thermisch gekoppelt ist.
3. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an der Wärmeleitplatte (3) befestigt ist.
4. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) in direktem Kontakt mit der Wärmeleitplatte (3) steht.
5. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) an einem durch die Einzelzellen (2) ausgebildeten Zellverbund thermisch gekoppelt ist.
6. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) im Gehäuseinneren an einem durch die Einzelzellen (2) ausgebildeten Zellverbund thermisch gekoppelt ist.
7. Batterie (B) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) formschlüssig, kraftschlüssig und/oder Stoffschlüssig an dem Zellverbund befestigt ist.
8. Batterie (B) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) in direktem Kontakt mit dem Zellverbund steht.
9. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer oberseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) und unterhalb der Wärmeleitplatte (3) angeordneten Einzelzellen (2) oder bei einer unterseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) und oberseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten Einzelzellen (2) die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) hinsichtlich der Längen- und/oder Breitenausdehnung zumindest gleich groß oder kleiner als die Wärmeleitplatte (3) ist.
10. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer unterseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) und unterseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten Einzelzellen (2) oder bei einer oberseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) und unterseitig der Wärmeleitplatte (3) angeordneten Einzelzellen (2) die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) hinsichtlich der Höhen- und/oder Breitenausdehnung zumindest gleich groß oder kleiner als der Zellverbund ist.
11. Batterie (B) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren Hohlräumen zwischen der Wärmeleitplatte (3) und der gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) und/oder zwischen dem Zellverbund und der gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) zumindest partiell ein wärmeleitfähiges Element (10) und/oder Kühlstäbe derart angeordnet sind, dass die gekapselte elektronische Baueinheit (4, 5) thermisch mit der Wärmeleitplatte (3) und/oder dem Zellverbund gekoppelt ist.
12. Batterie (B) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitfähige Element (10) eine Vergussmasse, eine Wärmeleitfolie und/oder Lack ist.
13. Batterie (B) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse aus Epoxydharz, Polyurethan, Silikon und/oder anderen Wärme leitenden Materialien gebildet ist .
14. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (3) mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.
15. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Polkontakte (P) der Einzellzellen (2) durch in der Wärmeleitplatte (3) angeordnete Öffnungen (Ö) geführt und an der Wärmeleitplatte (3) mittels Zellverbindern (6) befestigt sind.
16. Batterie (B) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinder (6) elektrisch gleiche und/oder elektrisch unterschiedliche Polkontakte (P) mehrerer Einzelzellen (2) verbinden.
17. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmeleitplatte (3) und den Einzelzellen (2) ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material eingebracht ist.
18. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) aus einem Gehäuseoberteil (1.1) und einem Gehäuseunterteil (1.2) gebildet ist.
19. Batterie (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) mit Aussparungen (Al, A2) versehen ist, durch welche Anschlusselemente der Wärmeleitplatte (3) und/oder der gekapselten elektronischen Baueinheit (4, 5) nach außen ragen.
20. Batterie (B) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente einen Hochvolt-Stecker (13) und/oder Kühlkanalanschlüsse (14) umfassen.
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