WO2011154193A1 - Batterie mit temperaturerfassung, sowie verwendung einer derartigen batterie - Google Patents

Batterie mit temperaturerfassung, sowie verwendung einer derartigen batterie Download PDF

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Ossama Obeidi
Michael Schiemann
Peter Birke
Hans-Georg Schweiger
Nevzat Guener
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a battery according to the preamble of claim 1, in particular for use in a vehicle, for example as a traction battery in an electric or hybrid vehicle.
  • Such a battery is known for example from DE 10 2008 010 825 AI.
  • the known battery contains, for example, about 30 electrically interconnected rectangular flat cells, the orthogonal to their flat sides juxtaposed train a guaderförmigen flat cell stack.
  • the individual flat cells are in this stack directly to each other and are thermally connected to one of their narrow sides in each case to a common heat conducting.
  • the heat conduction plate can, for. B. be connected to an air conditioning circuit of a vehicle to temper the battery so (especially cool) to.
  • the known battery has a compact structure with more or less good heat dissipation capability (via the heat conduction plate), there is the problem that the performance of the battery deteriorates due to degradation (aging) or failure of individual flat cells over time.
  • This object is achieved in a battery according to the invention in that in each case a thermally attached thereto heat dissipation plate is provided in the arrangement on at least one flat side of a plurality of flat cells, in each of which at least one temperature sensor is integrated.
  • heat dissipation plates are even provided for most, in particular for all of the flat cells in the arrangement. This again on at least one flat side, possibly also on both flat sides of the respective flat cells.
  • the thermal connection of the heat dissipation plate on the flat side of a flat cell can z. B. be realized in a simple manner by a flat contact the heat dissipation plate on this flat side (with or without an intermediate layer, such as, for example, thermally conductive adhesive or the like).
  • several (in particular at least 25%, at least 50%, or even all) of the flat cells are each assigned at least one temperature sensor, which is integrated in a heat dissipation plate that is thermally connected to the relevant flat cell.
  • this sensor thus provides a sensor signal by means of which this abnormality (eg temperature increase) can be detected.
  • this abnormality eg temperature increase
  • such an abnormality is spatially within the battery or flat cell arrangement more or less precisely localized.
  • the temperature sensors and / or the heat dissipation plates are arranged substantially uniformly distributed over the volume of the arrangement.
  • the substantially prismatic battery cell arrangement comprises at least 10, more preferably at least 20 temperature sensors, which are integrated in accordance with the invention.
  • the substantially prismatic battery cell arrangement comprises at least 10, more preferably at least 20 temperature sensors, which are integrated in accordance with the invention.
  • Given a given number of flat cells in the arrangement eg at least 20, preferably at least 40), preferably at least one temperature sensor per flat cell is provided.
  • the ratio of the number of temperature sensors to the number of flat cells can be z. B. are in the range of 1 to 4.
  • the battery according to the invention can advantageously be used for spatially resolved battery temperature detection.
  • the present invention thus further relates to an operating method for a battery of the type according to the invention, in which (in addition to an on-demand charging and discharging of the battery) a spatially resolved battery temperature detection is performed by an evaluation of the temperature sensor signals.
  • the sensor signals of the individual temperature sensors or a result of z. B. software supported in an electronic evaluation carried out evaluation of all temperature sensor signals can be used in various ways.
  • targeted cooling of that flat cell (s) can take place, for which an increased cooling requirement has been determined or established on the basis of the evaluation during battery operation.
  • information can also be obtained and stored on the basis of the evaluation during battery operation, which information is valuable or necessary for later targeted replacement of one or more flat cells. So z.
  • such information may be stored in a so-called diagnostic memory in order to perform a targeted replacement of one or more flat cells of the battery during maintenance (eg inspection) of the vehicle.
  • the thermally attached heat dissipation plate is attached to only one of the two flat sides of the respective flat cells. This is particularly advantageous with regard to a compact construction of the battery. In particular, however, in order to increase the detection accuracy, it is also possible, on both sides of each of the respective flat cells, to provide a heat dissipation plate (each having at least one temperature sensor integrated therein).
  • At least a portion of the heat dissipation plates are thermally connected to flat cells adjacent to each other on both sides.
  • the flat cells stacked alternately with heat dissipation plates form the arrangement, wherein this stack is "densely packed" in order to achieve a particularly compact construction.
  • the heat removal plate facing away from each flat sides of the two respective flat cells each adjacent to an air gap or a coolant passage.
  • the air gaps or coolant pas say can be connected to an air or coolant flow (eg "air conditioning circuit") that column independently with cooling air or coolant (eg., Water or other liquid ) can be supplied.
  • the independent supply can then z. B. on the basis of the aforementioned evaluation of the temperature sensor signals (be controlled) to z. B. specifically targeted to those (n) flat cell (s) stronger to cool, for which an increased cooling demand has been found.
  • the heat dissipation plates are thermally connected on one of their narrow sides to a common cooling block in each case.
  • the cooling block can in the simplest case z. B. as a heat conducting plate (with or without “cooling fins”) be formed, where- at the narrow sides of each heat dissipation plates abut directly on a flat side of this heat dissipation plate.
  • the heat first transferred from the individual flat cells to the heat-dissipating plates connected thereto thermally can be transferred further to the cooling block.
  • the cooling block is connected to an air conditioning circuit (eg, the air conditioning circuit provided anyway in a vehicle for air conditioning of an interior space), the heat accumulating on the cooling block can advantageously be dissipated further.
  • an air conditioning circuit eg, the air conditioning circuit provided anyway in a vehicle for air conditioning of an interior space
  • the flat cells are also thermally connected via their respective narrow sides to the common cooling block.
  • this entails heat paths running directly from the flat cells (not via the heat dissipation plates) to the cooling block, it is provided according to a preferred embodiment that the narrow sides of the flat cells are not in direct contact with the cooling block.
  • the heat removal plates are each attached to the cooling block, so that the cooling block in addition to a Temper Wegsfunktion also a mechanical function, namely for holding the heat dissipation plates in their desired location met.
  • the heat dissipation plates may also be mechanically fixed elsewhere to hold them relative to each other in a predetermined position.
  • the mechanical fixation of the flat cells in their position can be advantageously realized using the heat dissipation plates, such as when z. B. each flat cell anyway at least one thermally attached thereto heat dissipation plate is assigned. If the flat cell is attached to this heat dissipation plate, for example by a screw connection and / or heat-conducting adhesive bonding, a fixation of the flat cells can be realized "automatically” by fixing the heat removal plates (on the cooling block).
  • the heat dissipation plates are each composed of two individual plates, between which the respective temperature sensor (s) are interposed.
  • signal lines connected to the one or more temperature sensors can advantageously be led to a lateral edge of the heat removal plate (and from there further).
  • the at least one temperature sensor is arranged in a recess of the heat dissipation plate.
  • This recess can be z. B. are in an integrally formed heat dissipation plate.
  • the heat dissipation plate can also be made in two parts (from two individual plates), wherein the recess is preferably provided in this case on the inside of one or both individual plates, so that the arranged in the recess temperature sensor is located in the interior of the heat dissipation plate.
  • the recess may extend as a (preferably narrow) channel to an edge of the heat dissipation plate to guide a signal line of the temperature sensor to that edge (and further from there).
  • a plurality of temperature sensors may be provided per heat dissipation plate, which are housed in a respective (own) recess.
  • the plurality of temperature sensors of a heat dissipation plate are divided into at least two Rale directions (in particular mutually orthogonal directions) considered with mutual distances in this heat dissipation plate integrated.
  • at least three temperature sensors integrated in the heat removal plate are required.
  • thermosensors of a heat dissipation plate can be arranged "grid-like" in or on this heat dissipation plate.
  • the plurality of temperature sensors each heat dissipation plate are arranged on a rectangular grid, in which parallel to the edges of the heat dissipation plate extending (imaginary) connecting lines between the temperature sensors are provided ,
  • an (electronic) multiplexer for operating the at least two temperature sensors can furthermore be integrated in the heat dissipation plate.
  • the multiplexer may in particular be provided as a component in a data bus system (eg "CAN" bus).
  • Fig. 1 is a schematic side view essential
  • FIGS. 2 and 3 are respective plan views of two individual plates, which can be assembled to form a heat dissipation plate
  • FIG. 4 is a perspective view of the individual plates of FIGS. 2 and 3
  • Fig. 5 is a perspective view of essential components of a battery according to another embodiment, constructed using heat dissipation plates as shown in Figs. 2 to 4, and
  • FIG. 6 is a perspective view of a heat dissipation plate according to a modified embodiment.
  • Fig. 1 illustrates the basic structure or essential components of a battery 10 with a plurality of electrically parallel and / or serially interconnected Flachzel len 12-1 to 12-8.
  • the number of flat cells 12 shown in FIG. 1 is to be understood merely as an example.
  • the battery 10 is a high performance battery, e.g. B. should be used as a traction battery in an electric or hybrid vehicle, so could actually much more, for example, more than 50 or even more than 100 flat cells 12 may be arranged in the manner as in Fig. 1 for the flat cells 12th -1 to 12-8 is illustrated.
  • the plate-shaped flat cells 12 each have z.
  • the flat cells 12 may be formed of any type of known battery cells. By way of example only nickel-metal hydride, nickel-catmyon-zinc-air, lithium-air, nickel-zinc or lithium-ion cells may be mentioned.
  • the flat cells 12 are lined up in an orthogonal manner to their flat sides and, together with interposed heat removal plates 14-1 to 14-4, form an overall prismatic arrangement, here for example a cuboid 16.
  • the heat dissipation plates 14 are made of a good heat conductive material (eg of metal, such as aluminum or the like).
  • the flat cells 12 and the heat dissipation plates 14 are not "tightly packed” to a complete arrangement 16 or a dense stack summarized. Rather, in the arrangement 16 also gaps or gaps 18-1 to 18-3 are present, which z. B. as air gaps ordeffenpas say for cooling (including generally “tempering") of the battery 10 can serve.
  • the battery 10 further includes a cooling block 20 formed of a good thermal conductivity material (eg, aluminum or the like) to which the heat dissipation plates 14 are not only thermally bonded but also fixed.
  • a good thermal conductivity material eg, aluminum or the like
  • the heat dissipation plates 14 may be plugged into appropriately sized grooves or recesses on the top of the cooling block 20.
  • a screw connection of the heat dissipation plates 14 may be provided on the cooling block 20.
  • the electrical interconnection of the flat cells 12 together is not shown in the figure, but could, for. B. be realized by appropriate line connections at the top of the apparent in Fig. 1 arrangement 16, the upper edges of the heat dissipation plates "across".
  • a monitoring and / or control device for the individual flat cells 12 could also be arranged in this region, for example a so-called CSC ("cell-sparing circuit") device.
  • Each of the flat cells 12 is in a flat with one of its flat sides (via a layer of thermal compound)
  • a special feature of the battery 10 is that in each case at least one temperature sensor 22 is integrated in the heat dissipation plates 14.
  • the heat dissipation plates 14-1, 14-2, 14-3 and 14-4 exemplified here these are the illustrated temperature sensors 22-1, 22-2, 22-3 and 22-4.
  • the temperature sensors 22 can be carried out during operation of the battery 10 advantageously a corresponding to the arrangement of the sensors 22 spatially resolved battery temperature detection.
  • a device controlling the flow of air or coolant through the individual gaps 18-1 to 18-3 it is possible by means of a device controlling the flow of air or coolant through the individual gaps 18-1 to 18-3 to realize a targeted (demand-based) change of the cooling operation.
  • z For example, an electronic control device can be provided which evaluates the temperature sensor signals, determines an individual cooling requirement for the individual gaps 18, and effects a corresponding activation of electrically activatable valves, via which the gaps 18 individually (or certain groups of them) are supplied with a coolant.
  • coolant flow through the gaps 18-2 and 18-3 could be appropriately increased to provide more cooling in this spatial region of the battery 10 cause.
  • temperature abnormalities may e.g. B. stored in an electronic storage device to use such information for a later, targeted replacement of one or more of the flat cells 12.
  • one of the heat dissipation plates 14 is thermally attached to only one of the two flat sides of each flat cell 12, whereas the flat sides of each flat cell 12 facing away from this heat dissipation plate adjoin one of the gaps 18 or the arrangement 16 terminates in the "stacking direction" End surface forms.
  • Arrangement 16 could also be provided coolant gaps.
  • a battery housing enclosing the illustrated components. It is understood that the concrete shown in Fig. 1
  • Geometry of the assembly 16 could be modified in many ways, without sacrificing the advantageous possibility of a spatially resolved battery temperature detection.
  • it is by no means necessary in practice to provide as many heat removal plates (in comparison to flat cells), as illustrated in FIG. 1 (1 heat removal plate 14 per 2 flat cells).
  • Very generally preferred is a ratio of heat removal plate number Number of flat cells in the range of 0.1 to 1.
  • the heat removal plates should be expediently more or less evenly distributed over the length of the cell assembly 16. (However, in a central region of the assembly, the density of heat removal plates could be increased somewhat compared to the ends of the assembly be, for example by a factor of 1.5 to 2).
  • FIG 2, 3 and 4 illustrate an embodiment of a heat dissipation plate 14a, which is composed of two individual plates 26a and 28a or assembled in the installed state.
  • Fig. 2 shows the inside of the plate 26a comprising four temperature sensors 22a-l to 22a-4 which, as shown, are connected via respective sensor lines (e.g., serial / parallel).
  • Data bus lines are connected to a multiplexer 30a, from which in turn a data line leads, as shown, to a sensor port (e.g., connector) 32a located on an edge outside of the disk 26a.
  • a sensor port e.g., connector
  • the sensors 22a may, for. B. may be formed as unhoused semiconductor chips on a ceramic substrate or the like, wherein such semiconductor chips may advantageously also contain the desired interface electronics in individual cases.
  • the multiplexer 30a may be formed similarly (as a semiconductor chip). If a body of the plate 26 a made of an electrically conductive material such. As aluminum or other metallic material is formed, it is to provide a corresponding electrical insulation of the data lines, which extend between the individual sensors 22a and the multiplexer 30a and between the multiplexer 30a and the connecting device 32a.
  • all these components could be formed on a respective plastic or ceramic substrate, which in turn is connected flat to the inside of the plate 26a, which connection should ensure a low thermal resistance to the plate body at least in the area of the sensors 22a (eg via a thermally conductive layer, eg adhesive layer).
  • Fig. 3 shows the outside of the single plate 28a. Shown in dashed lines are areas 34a-l to 34a-4 at which, in the assembled state of the heat dissipation plate 14a, the temperature sensors 22a-l to 22a-4 are placed.
  • a plate body of the plate 28a made of a metallic and therefore electrically conductive material
  • a corresponding electrical insulation with regard to the sensors may again be provided.
  • a heat-conducting layer eg adhesive, heat-conducting paste or self-adhesive heat-conducting foils
  • the two individual plates 26a, 28a by corresponding fastening means 36a (on the plate 26a) and 38a (on the plate 28a) can be fastened together to the as
  • corresponding fastening means 36a, 38a are formed by latching pins (36a) and corresponding latching openings (38a).
  • Fig. 5 shows an embodiment of the basic structure of a battery 10a, which is manufactured using heat dissipation plates 14a according to FIGS. 2 to 4.
  • heat dissipation plates 14-1, 14a-2, 14a-3 and 14a-4 are shown in the battery 10a shown in FIG. 5.
  • This number (overall and compared to the number of flat cells 12a) can be adapted in practice to the particular application.
  • the heat dissipation plates 14 a are thermally connected at their lower narrow side in each case to a common cooling block 20 a, and carry on either side each one of the eight flat cells 12a-1 to 12a-8.
  • the arrangement 16a is a "tightly packed" stack in which the components 12a and 14a are connected directly to one another in a flat manner.
  • a region 42a of the flat cell 12a-8 is shown in broken lines in FIG. 5, in which an excessively high temperature occurs during operation of the battery 10a ("not spot").
  • an increased cooling capacity can be effected (eg, by a controlled increased cooling of the cooling block 20a).
  • information about the area 42a, which indicates a defect of the flat cell 12a-8, can be stored in an electronic storage device.
  • Fig. 6 shows another example of a heat dissipation plate 14b for use in a battery according to the invention.
  • the heat dissipation plate 14b in the battery 10 of FIG. 1 (as a specific embodiment of there designated with 14 heat dissipation plate) or in the battery 10a of FIG. 5 (as a substitute for the heat dissipation plate 14a used there) can be used.
  • the heat dissipation plate 14 b has an integral, z.
  • Example of a metallic material such as aluminum or derlgeichen formed plate body with a temperature sensor integrated therein 22 b in the center of the plate surface.
  • the sensor 22b is arranged in a recess 44b, for example, as a semiconductor sensor with a ceramic substrate on the recess base connected flat (eg glued).
  • the heat dissipation plate 14b is provided as shown for use in the battery in question. Notwithstanding this, the flat side on the right in FIG. 6 could optionally also be provided with a cover plate (eg glued-on metal plate).
  • the present invention provides significant advantages, because it ensures reliable detection of cell temperatures and building on z. B. a targeted temperature management is possible. It can be done both a temperature distribution between adjacent battery cells as well as a detection of the temperature distribution over a cell.
  • the connection of the temperature sensors in the area of the heat-dissipating plates is very robust and, with appropriate design, insensitive to mechanical influences such as vibrations etc.
  • areas with excessive temperature can be detected in the cells.
  • the corresponding control of an uneven temperature distribution across the volume of the battery cell arrangement and / or across a cell area can be counteracted by individually adjusting or increasing the flow rate of a coolant for different coolant passages.
  • Heat removal plates may be at least partially equipped with the described temperature sensors, wherein each respective heat removal plate may each comprise one or more temperature sensors. Due to the cost aspect, only a few heat removal plates (in comparison to the total number of heat removal plates) can certainly be equipped with such sensors. In this case, the temperature sensors should be installed at least in a middle region of the battery or battery cell arrangement.
  • the sensor signal lines led out of the individual heat dissipation plates can be outside the Heat dissipation plates z. B. combined with a bus system (joined together), which z. This is in any case the case for the connection of a further sensor system of the battery cells (eg "CSC" - cell supervising circuit).
  • the electrical connections of the temperature sensors can be worked as lines or traces in the heat dissipation plate, wherein the insulation of the lines z.
  • conductor tracks z. B. be coated with insulating varnish.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (10) mit mehreren elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Flachzellen (12), die quer zu ihren Flachseiten aneinander gereiht eine im Wesentlichen prismatische Anordnung (16) ausbilden. Um während eines Betriebes der Batterie (10) genauere Informationen über den Zustand der einzelnen Flachzellen gewinnen und z. B. für ein angepasstes Temperaturmanagement nutzen zu können, ist in der Anordnung (16) an wenigstens einer Flachseite mehrerer der Flachzellen (12) jeweils eine thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte (14) vorgesehen, in welcher jeweils wenigstens ein Temperatursensor (22) integriert ist.

Description

Beschreibung
Batterie mit Temperaturerfassung, sowie Verwendung einer derartigen Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, beispielsweise als Traktionsbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Eine derartige Batterie ist beispielsweise aus der DE 10 2008 010 825 AI bekannt. Die bekannte Batterie enthält beispielsweise etwa 30 elektrisch miteinander verschaltete rechteckige Flachzellen, die orthogonal zu ihren Flachseiten aneinander- gereiht einen guaderförmigen Flachzellenstapel ausbilden. Die einzelnen Flachzellen liegen in diesem Stapel unmittelbar aneinander an und sind an einer ihrer Schmalseiten jeweils an eine gemeinsame Wärmeleitplatte thermisch angebunden. Die Wärmeleitplatte kann z. B. an einen Klimakreislauf eines Fahrzeuges angeschlossen sein, um die Batterie damit temperieren (insbesondere kühlen) zu können.
Wenngleich die bekannte Batterie einen kompakten Aufbau mit mehr oder weniger gutem Wärmeabfuhrvermögen (über die Wärme- leitplatte) besitzt, so ergibt sich die Problematik, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie sich durch Degradation (Alterung) oder Ausfall einzelner Flachzellen im Laufe der Zeit verschlechtert . Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass während des Batteriebetriebes genauere Informationen über den Zustand der einzelnen Flachzellen gewonnen werden können. Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Batterie dadurch gelöst, dass in der Anordnung an wenigstens einer Flachseite mehrerer der Flachzellen jeweils eine thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte vorgesehen ist, in welcher jeweils wenigstens ein Temperatursensor integriert ist.
In einer Weiterbildung sind solche Wärmeabfuhrplatten sogar für die meisten, insbesondere für sämtliche der Flachzellen in der Anordnung vorgesehen. Dies wieder jeweils an wenigstens einer Flachseite, gegebenenfalls also auch an beiden Flachseiten der betreffenden Flachzellen.
Die thermische Anbindung der Wärmeabfuhrplatte an der Flach- seite einer Flachzelle kann z. B. in einfacher Weise durch eine flächige Anlage der Wärmeabfuhrplatte an dieser Flachseite realisiert sein (mit oder ohne Zwischenschicht, wie z. B. wärmeleitendem Klebstoff oder dergleichen). Bei der Erfindung ist mehreren (insbesondere wenigstens 25 %, wenigstens 50 %, oder sogar sämtlichen) der Flachzellen jeweils wenigstens ein Temperatursensor zugeordnet, welcher in einer thermisch an die betreffende Flachzelle angebundenen Wärmeabfuhrplatte integriert ist.
Dieser Sensor stellt somit im Falle einer abnormalen Temperatur der Flachzelle ein Sensorsignal bereit, anhand dessen diese Abnormalität (z. B. Temperaturüberhöhung) detektierbar ist. Vorteilhaft ist eine solche Abnormalität zudem räumlich innerhalb der Batterie bzw. Flachzellenanordnung mehr oder weniger genau lokalisierbar. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, wenn die Temperatursensoren und/oder die Wärmeabfuhr- platten im Wesentlichen gleichmäßig über das Volumen der Anordnung verteilt angeordnet sind.
Bevorzugt umfasst die im Wesentlichen prismatische Batteriezellenanordnung mindestens 10, weiter bevorzugt mindestens 20 Temperatursensoren, die in erfindungsgemäßer Weise integriert sind. Bei gegebener Anzahl an Flachzellen in der Anordnung (z. B. mindestens 20, bevorzugt mindestens 40), ist bevorzugt wenigstens ein Temperatursensor pro Flachzelle vorgesehen. Das Verhältnis der Anzahl an Temperatursensoren zur Anzahl an Flachzellen kann z. B. im Bereich von 1 bis 4 liegen.
Die erfindungsgemäße Batterie kann, abgesehen von ihrer Energiespeicherfunktionalität, vorteilhaft für eine ortsaufgelöste Batterietemperaturerfassung verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung somit ferner ein Betriebsverfahren für eine Batterie der erfindungsgemäßen Art, bei welchem (neben einem bedarfsweisen Laden und Entladen der Batterie) eine ortsaufgelöste Batterietemperaturerfassung durch eine Auswertung der Temperatursensorsignale durchgeführt wird.
Die SensorSignale der einzelnen Temperatursensoren bzw. ein Ergebnis der z. B. softwaregestützt in einer elektronischen Auswerteeinrichtung durchgeführten Auswertung sämtlicher Temperatursensorsignale kann in verschiedenen Weisen genutzt werden .
Beispielsweise kann bei entsprechender Auslegung einer Batteriekühlung eine gezielte Kühlung derjenigen Flachzelle ( n ) erfolgen, für die auf Basis der Auswertung während des Batteriebetriebes ein erhöhter Kühlbedarf festgestellt bzw. festgelegt wurde . Unabhängig von einem solchen angepassten Temperaturmanagement können auf Basis der Auswertung während des Batteriebetriebes auch Informationen gewonnen und gespeichert werden, welche für einen späteren gezielten Austausch einer oder mehrerer Flachzellen wertvoll bzw. erforderlich sind. So kann z. B. bei einer in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendeten Batterie eine derartige Information in einem so genannten Diagnosespeicher gespeichert werden, um bei einer Wartung (z. B. Inspektion) des Fahrzeuges einen gezielten Austausch einer oder mehrerer Flachzellen der Batterie vornehmen zu können.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass an jeweils nur einer der beiden Flachseiten der betreffenden Flachzellen die thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte angebracht ist. Dies ist insbesondere im Hinblick auf einen kompakten Aufbau der Batterie von Vorteil. Insbesondere zur Erhöhung der Erfassungsgenauigkeit ist es jedoch abweichend davon auch möglich, beiderseits jeder der betreffenden Flachzellen eine Wärmeabfuhrplatte (mit jeweils wenigstens einem darin integrierten Temperatursensor ) vorzusehen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Wärmeabfuhrplatten, insbesondere alle Wärmeabfuhrplatten, an beidseitig benachbarte Flachzellen thermisch angebunden sind.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Flachzellen alternierend mit Wärmeabfuhrplatten gestapelt die Anordnung ausbilden, wobei dieser Stapel "dicht gepackt" ist, um einen besonders kompakten Aufbau zu erzielen . In einer anderen, bevorzugten Weiterbildung ist jedoch vorgesehen, dass die der Wärmeabfuhrplatte jeweils abgewandten Flachseiten der beiden betreffenden Flachzellen jeweils an einen Luftspalt oder eine Kühlmittelpassage angrenzen. Abge- sehen davon, dass mit solchen Luftspalten oder Kühlmittelpassagen vorteilhaft eine effiziente Temperierung (z. B. Kühlung) erfolgen kann, lässt sich damit auch vorteilhaft eine gezielte Temperierung, insbesondere Kühlung realisieren. Bei einer solchen gezielten Kühlbarkeit können die Luftspalte oder Kühlmittelpas sagen so an eine Luft- bzw. Kühlmittelströmung (z. B. "Klimakreislauf") angeschlossen sein, dass Spalte unabhängig voneinander mit Kühlluft bzw. Kühlmittel (z. B. Wasser oder eine andere Flüssigkeit) versorgt werden können. Die unabhängige Versorgung kann dann z. B. auf Basis der er- wähnten Auswertung der TemperatursensorSignale erfolgen (angesteuert werden), um z. B. gezielt diejenige (n) Flachzelle (n) stärker zu kühlen, für welche ein erhöhter Kühlungsbedarf festgestellt wurde. Unabhängig davon, ob eine solche Kühlung mittels Luftspalten oder Kühlmittelpas sagen innerhalb der Anordnung überhaupt vorgesehen ist, und unabhängig davon, ob eine solche Kühlung gegebenenfalls eine "ortsaufgelöste" Kühlung ermöglicht oder nicht, können bei der erfindungsgemäßen Batterie alternativ oder zusätzlich auch andere Wärmeabfuhrmaßnahmen eingesetzt werden .
In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass die Wärmeabfuhrplatten an einer ihrer Schmalseiten jeweils an einen gemeinsamen Kühlblock thermisch angebunden sind.
Der Kühlblock kann im einfachsten Fall z. B. als eine Wärmeleitplatte (mit oder ohne "Kühlrippen" ) ausgebildet sein, wo- bei die Schmalseiten der einzelnen Wärmeabfuhrplatten unmittelbar an einer Flachseite dieser Wärmeableitplatte anliegen.
Mit einem derartigen Kühlblock bzw. einer derartigen Wärme- leitplatte kann die von den einzelnen Flachzellen zunächst auf die thermisch daran angebundenen Wärmeabfuhrplatten übertragene Wärme weiter zum Kühlblock übertragen werden.
Wenn der Kühlblock an einen Klimakreislauf angeschlossen ist (z. B. dem in einem Fahrzeug zur Klimatisierung eines Innenraumes ohnehin vorgesehenen Klimakreislauf), so kann die am Kühlblock anfallende Wärme vorteilhaft weiter abgeführt werden . Prinzipiell denkbar ist jedoch auch, dass betriebssituations- bedingt (bedarfsweise) mittels des Klimakreislaufes auch eine Heizung des Kühlblockes und somit der Batterie erfolgt.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass auch die Flachzellen über ihre betreffenden Schmalseiten jeweils an den gemeinsamen Kühlblock thermisch angebunden sind. Da dies jedoch von den Flachzellen direkt (nicht über die Wärmeabfuhrplatten) zum Kühlblock verlaufende Wärmepfade mit sich bringt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante vor- gesehen, dass die Schmalseiten der Flachzellen nicht in unmittelbarem Kontakt zum Kühlblock stehen. Dies erhöht vorteilhaft die Aussagekraft der Temperaturmessung in der thermisch an die Flachzelle angebundenen Wärmeabfuhrplatte. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Wärmeabfuhrplatten jeweils am Kühlblock befestigt, so dass der Kühlblock neben einer Temperierungsfunktion auch noch eine mechanische Funktion, nämlich zum Halten der Wärmeabfuhrplatten in ihrer gewünschten Lage erfüllt. Alternativ oder zusätzlich können die Wärmeabfuhrplatten auch an anderer Stelle mechanisch fixiert sein, um diese relativ zueinander in vorgegebener Lage zu halten.
Die mechanische Fixierung der Flachzellen in ihrer Lage kann vorteilhaft unter Verwendung der Wärmeabfuhrplatten realisiert sein, etwa wenn z. B. jeder Flachzelle ohnehin wenigstens eine thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte zu- geordnet ist. Wenn die Flachzelle an dieser Wärmeabfuhrplatte befestigt ist, beispielsweise durch eine Verschraubung und/oder wärmeleitende Verklebung, so kann mit einer Fixierung der Wärmeabfuhrplatten (am Kühlblock) "automatisch" eine Fixierung der Flachzellen realisiert werden.
Für die Gestaltung der Wärmeabfuhrplatten gibt es vielfältige Möglichkeiten .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wärmeab- fuhrplatten jeweils aus zwei Einzelplatten zusammengesetzt sind, zwischen denen der bzw. die betreffenden TemperaturSensoren zwischengefügt sind. In einem Zwischenraum zwischen den beiden Einzelplatten können mit dem oder den TemperaturSensoren verbundene Signalleitungen vorteilhaft zu einem seitli- chen Rand der Wärmeabfuhrplatte (und von dort aus weiter) geführt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Temperatursensor in einer Aussparung der Wärmeabfuhr- platte angeordnet ist. Diese Aussparung kann sich z. B. in einer einstückig ausgebildeten Wärmeabfuhrplatte befinden. Abweichend davon kommt auch bei dieser Ausführungsform in Betracht, die Wärmeabfuhrplatte zweiteilig (aus zwei Einzel- platten) auszubilden, wobei die Aussparung in diesem Fall bevorzugt an der Innenseite einer oder beider Einzelplatten vorgesehen ist, so dass der in der Aussparung angeordnete Temperatursensor sich im Inneren der Wärmeabfuhrplatte befindet. Die Aussparung kann sich als (bevorzugt schmaler) Kanal bis hin zu einem Rand der Wärmeabfuhrplatte erstrecken, um eine Signalleitung des Temperatursensors an diesen Rand (und von dort aus weiter) zu führen. Auch bei dieser Ausführungsform können mehrere Temperatursensoren pro Wärmeabfuhrplatte vorgesehen sein, die in einer jeweiligen (eigenen) Aussparung untergebracht sind.
Bei Integration von mehr als einem Temperatursensor in einer Wärmeabfuhrplatte kann beispielsweise eine redundante Temperaturmessung im Bereich dieser Wärmeabfuhrplatte erfolgen, was wiederum z. B. ein Ausfallrisiko minimiert und/oder die Messungsgenauigkeit erhöht.
Mehrere Temperatursensoren pro Wärmeabfuhrplatte besitzen im Rahmen der Erfindung jedoch noch den darüber hinausgehenden gravierenden Vorteil, dass damit die Ortsauflösung der Zel- lentemperaturerfas sung weiter verbessert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass in wenigstens einer lateralen Richtung der Wärmeabfuhrplatte betrachtet wenigstens zwei voneinander beabstandete Temperatursensoren in dieser Wärmeabfuhrplatte integriert sind. Die Auswertung der SensorSignale dieser wenigstens zwei Temperatursensoren ermöglicht vorteilhaft die Gewinnung einer Information über die in der betreffenden lateralen Richtung betrachtet vorliegende Temperaturverteilung.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die mehreren Tempera- tursensoren einer Wärmeabfuhrplatte in wenigstens zwei late- ralen Richtungen (insbesondere zueinander orthogonalen Richtungen) betrachtet mit gegenseitigen Abständen in dieser Wärmeabfuhrplatte integriert. Hierfür sind wenigstens drei in der Wärmeabfuhrplatte integrierte Temperatursensoren erfor- derlich. Vorteilhaft lässt sich damit eine über die Fläche der Wärmeabfuhrplatte (bzw. der daran angebundenen Flachzelle) aufgelöste Temperaturerfassung realisieren.
Mehrere Temperatursensoren einer Wärmeabfuhrplatte können "rasterartig" in oder an dieser Wärmeabfuhrplatte angeordnet sein. In einer insbesondere für rechteckige Flachzellen und thermisch daran angebundene rechteckige Wärmeabfuhrplatten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mehreren Temperatursensoren jeder Wärmeabfuhrplatte auf einem rechte- ckigen Raster angeordnet sind, bei welchem parallel zu den Kanten der Wärmeabfuhrplatte verlaufende (gedachte) Verbindungslinien zwischen den Temperatursensoren vorgesehen sind.
Bei einer beispielsweise etwa guadratischen Wärmeabfuhrplatte können z. B. vier Temperatursensoren an den Ecken eines der guadratischen Kontur der Wärmeabfuhrplatte einbeschriebenen (gedachten) Quadrates angeordnet sein.
Falls mehrere Temperatursensoren in einer Wärmeabfuhrplatte integriert sind, so kann in der Wärmeabfuhrplatte ferner ein (elektronischer) Multiplexer zum Betreiben der wenigstens zwei Temperatursensoren integriert sein. Der Multiplexer kann insbesondere als Komponente in einem Datenbussystem (z. B. "CAN"-Bus) vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht wesentlicher
Komponenten einer Batterie gemäß eines Ausfüh- rungs eispiels,
Fig. 2 und 3 jeweilige Draufsichten von zwei Einzelplatten, welche zu einer Wärmeabfuhrplatte zusammensetzbar sind, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Einzelplatten von Fig. 2 und 3,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht wesentlicher Komponenten einer Batterie gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, aufgebaut unter Verwendung von Wärmeabfuhrplatten wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeabfuhr- platte gemäß eines modifizierten Ausführungsbeispiels .
Fig. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau bzw. wesentliche Komponenten einer Batterie 10 mit mehreren elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Flachzel len 12-1 bis 12-8.
Die Bezugszahlen von in einer Ausführungsform mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, wie z. B. den vorstehend erwähnten Flachzellen, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl) . Auf einzelne solche Komponenten oder auf die Gesam- theit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
Die in Fig. 1 dargestellte Anzahl von Flachzellen 12 ist le- diglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere wenn die Batterie 10 als eine Hochleistungsbatterie, z. B. als Traktionsbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzt werden soll, so könnten tatsächlich auch wesentlich mehr, beispielsweise mehr als 50 oder sogar mehr als 100 Flachzel- len 12 in der Weise angeordnet sein, wie diese in Fig. 1 für die Flachzellen 12-1 bis 12-8 veranschaulicht ist.
Die plattenförmigen Flachzellen 12 besitzen jeweils z. B. eine rechteckige Form mit einer Zellenstärke, die wesentlich kleiner als jede laterale Plattenausdehnung ist (z. B um mindestens einen Faktor 10 kleiner).
Die Flachzellen 12 können von jeglicher Art an sich bekannter Batteriezellen gebildet sein. Lediglich beispielhaft seien hierzu Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Katmyon-Zink-Luft-, Li- tium-Luft-, Nickel-Zink- oder Litium-Ionen-Zellen genannt.
Die Flachzellen 12 sind orthogonal zu ihren Flachseiten aneinandergereiht und bilden zusammen mit zwischengefügten Wär- meabfuhrplatten 14-1 bis 14-4 eine insgesamt prismatische, hier beispielsweise quaderförmige Anordnung 16.
Die Wärmeabfuhrplatten 14 sind aus einem gut wärmeleitfähigen Material (z. B. aus Metall, wie z. B. Aluminium oder derglei- chen) ausgebildet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flachzellen 12 und die Wärmeabfuhrplatten 14 nicht "dicht gepackt" zu einer lückenlosen Anordnung 16 bzw. einem dichten Stapel zusammen- gefasst. Vielmehr sind in der Anordnung 16 auch Lücken bzw. Spalte 18-1 bis 18-3 vorhanden, welche z. B. als Luftspalte oder Kühlmittelpas sagen zur Kühlung (einschließlich allgemein "Temperierung") der Batterie 10 dienen können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batterie 10 ferner einen aus einem gut wärmeleitfähigen Material (z. B. Aluminium oder dergleichen) ausgebildeten Kühlblock 20, an welchem die Wärmeabfuhrplatten 14 nicht nur thermisch angebunden sind, sondern darüber hinaus fixiert sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, können hierfür z. B. untere Ränder der Wärmeabfuhrplatten 14 in geeignet dimensionierten Nuten bzw. Aussparungen an der Oberseite des Kühlblockes 20 eingesteckt sein. Alternativ oder zusätzlich kann z. B. eine Verschrau- bung der Wärmeabfuhrplatten 14 am Kühlblock 20 vorgesehen sein .
Die elektrische Verschaltung der Flachzellen 12 miteinander ist in der Figur nicht dargestellt, könnte jedoch z. B. durch entsprechende Leitungsverbindungen an der Oberseite der in Fig. 1 ersichtlichen Anordnung 16 realisiert sein, die oberen Ränder der Wärmeabfuhrplatten "übergreifend" . In diesem Bereich könnte auch eine Überwachungs- und/oder Steuereinrich- tung für die einzelnen Flachzellen 12 angeordnet sein (nicht dargestellt), beispielsweise eine so genannte CSC ("cell su- pervising circuit" ) -Einrichtung.
Jede der Flachzellen 12 steht mit einer ihrer Flachseiten (über eine Schicht von Wärmeleitpaste) in einem flächigen
Kontakt mit einer zugeordneten Wärmeabfuhrplatte 14 und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel daran angeklebt und/oder angeschraubt . Damit ist sichergestellt, dass in der Anordnung 16 an wenigstens einer Flachseite jeder Flachzelle 12 eine thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte 14 vorgesehen ist, so dass vorteilhaft ausgehend von jeder Flachzelle 12 ein Wärmeableitpfad über wenigstens eine Wärmeabfuhrplatte 14 und weiter zum Kühlblock 20 führt. Damit können sämtliche Flachzellen 12 im Betrieb der Batterie 10, also beim bedarfsweisen Laden bzw. Entladen der Batterie 10, effizient gekühlt werden, wo- bei zu dieser Kühlung auch die erwähnten Luft- bzw. Kühlmittelspalte 18 beitragen können. Diese Spalte 18 können z. B. mit einem geeigneten Kühlmittelkreislauf verbunden sein.
Eine Besonderheit der Batterie 10 besteht darin, dass in den Wärmeabfuhrplatten 14 jeweils wenigstens ein Temperatursensor 22 integriert ist. Für die hier beispielhaft dargestellten vier Wärmeabfuhrplatten 14-1, 14-2, 14-3 und 14-4 sind dies die dargestellten Temperatursensoren 22-1, 22-2, 22-3 bzw. 22-4.
Mittels der Temperatursensoren 22 kann im Betrieb der Batterie 10 vorteilhaft eine entsprechend der Anordnung der Sensoren 22 ortsaufgelöste Batterietemperaturerfassung erfolgen. Auf Basis einer Auswertung der Sensorsignale kann mittels einer die Luft- bzw. Kühlmittelströmung durch die einzelnen Spalte 18-1 bis 18-3 steuernden Einrichtung eine gezielte (bedarfsgerechte) Veränderung des Kühlbetriebes realisiert werden. Hierfür kann z. B. eine elektronische Steuereinrich- tung vorgesehen sein, welche die TemperatursensorSignale auswertet, einen individuellen Kühlbedarf für die einzelnen Spalte 18 festlegt, und eine entsprechende Ansteuerung elektrisch ansteuerbarer Ventile bewirkt, über welche die Spalte 18 individuell (oder bestimmte Gruppen davon) mit einem Kühlmittel versorgt werden.
Wenn beispielsweise der in Fig. 1 dargstellte Temperatursen- sor 22-3 eine übermäßig hohe Temperatur anzeigt, so könnte eine Kühlmittelströmung durch die Spalte 18-2 und 18-3 geeignet erhöht werden, um in diesem räumlichen Bereich der Batterie 10 eine stärkere Kühlung zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich können derartige Temperaturabnormalitäten z. B. in einer elektronischen Speichereinrichtung gespeichert werden, um derartige Informationen für einen späteren, gezielten Austausch einer oder mehrerer der Flachzellen 12 zu nutzen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jeweils nur ei- ner der beiden Flachseiten jeder Flachzelle 12 eine der Wärmeabfuhrplatten 14 thermisch daran angebunden, wohingegen die dieser Wärmeabfuhrplatte jeweils abgewandten Flachseiten jeder Flachzelle 12 an einen der Spalte 18 angrenzt oder eine die Anordnung 16 in "Stapelrichtung" abschließende Endfläche ausbildet. An den in Fig. 1 linken und rechten Enden der
Anordnung 16 könnten auch noch Kühlmittelspalte vorgesehen sein. In Fig. 1 nicht dargestellt ist ein die dargestellten Komponenten umschließendes Batteriegehäuse. Es versteht sich, dass die in Fig. 1 konkret dargestellte
Geometrie der Anordnung 16 in vielfältiger Weise modifiziert sein könnte, ohne dabei auf die vorteilhafte Möglichkeit einer ortsaufgelösten Batterietemperaturerfassung zu verzichten. Insbesondere ist es in der Praxis keineswegs notwendig, so viele Wärmeabfuhrplatten (im Vergleich zu Flachzellen) vorzusehen, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist (1 Wärmeabfuhrplatte 14 pro 2 Flachzellen) . Ganz allgemein bevorzugt ist ein Verhältnis von Wärmeabfuhrplatten-Anzahl zu Flachzellen-Anzahl im Bereich von 0,1 bis 1. Die Wärmeabfuhrplatten sollten zweckmäßigerweise mehr oder weniger gleichmäßig über die Länge der Zellenanordnung 16 verteilt sein (Allerdings könnte in einem mittleren Bereich der Anordnung die Dichte an Wärmeabfuhrplatten im Vergleich zu den Enden der Anordnung etwas erhöht sein, z. B. um einen Faktor 1,5 bis 2) .
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungs- beispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
Die Fig. 2, 3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeabfuhrplatte 14a, die aus zwei Einzelplatten 26a und 28a zusammensetzbar ist bzw. im eingebauten Zustand zusammengesetzt ist.
Fig. 2 zeigt die Innenseite der Platte 26a, umfassend vier Temperatursensoren 22a-l bis 22a-4, die wie dargestellt über jeweilige Sensorleitungen (z.B. seriell/parallel-
Datenbusleitungen) mit einem Multiplexer 30a verbunden sind, von welchem wiederum eine Datenleitung wie dargestellt zu einem Sensoranschluss (z. B. Steckverbinder) 32a führt, der sich an einem Rand bzw. außerhalb der Platte 26a befindet. Für die konkrete Gestaltung der Platte 26a mit den Sensoren
22a, dem Multiplexer 30a und den entsprechenden Sensorsignal- leitungen gibt es in der Praxis vielfältige Möglichkeiten. Die Sensoren 22a können z. B. als ungehäuste Halbleiterchips auf einem Keramiksubstrat oder dergleichen ausgebildet sein, wobei derartige Halbleiterchips vorteilhaft auch die im Einzelfall gewünschte Schnittstellenelektronik enthalten können. Der Multiplexer 30a kann in ähnlicher Weise (als Halbleiterchip) ausgebildet sein. Falls ein Korpus der Platte 26a aus einem elektrisch leitfähigen Material wie z. B. Aluminium oder einem anderen metallischen Werkstoff gebildet ist, so ist für eine entsprechende elektrische Isolation der Daten- leitungen zu sorgen, die zwischen den einzelnen Sensoren 22a und dem Multiplexer 30a bzw. zwischen dem Multiplexer 30a und der Anschlusseinrichtung 32a verlaufen. Beispielsweise könnten alle diese Komponenten auf einem jeweiligen Kunststoffoder Keramiksubstrat ausgebildet sein, welches wiederum flä- chig an der Innenseite der Platte 26a angebunden ist, wobei diese Anbindung zumindest im Bereich der Sensoren 22a einen niedrigen Wärmeleitwiderstand zum Plattenkorpus hin gewährleisten sollte (z. B. über eine wärmeleitende Schicht, z. B. Klebstoffschicht ) .
Fig. 3 zeigt die Außenseite der Einzelplatte 28a. Gestrichelt eingezeichnet sind Bereiche 34a-l bis 34a-4, an welchen im zusammengebauten Zustand der Wärmeabfuhrplatte 14a die Temperatursensoren 22a-l bis 22a-4 platziert sind. Bei der bevor- zugten Ausbildung eines Plattenkorpus der Platte 28a aus einem metallischen und somit elektrisch leitfähigen Werkstoff ist gegebenenfalls wieder eine entsprechende elektrische Isolation im Hinblick auf die Sensoren vorzusehen. Zur Erzielung eines niedrigen Wärmeübergangswiderstandes zwischen den Sen- soren 22a und der Platte 28a kann an den Bereichen 34a ebenfalls z.B. eine wärmeleitende Schicht (z. B. Klebstoff, Wärmeleitpaste oder selbstklebende Wärmeleitfolien) vorgesehen sein . Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die beiden Einzelplatten 26a, 28a durch korrespondierende Befestigungsmittel 36a (an der Platte 26a) und 38a (an der Platte 28a) aneinander befestigt werden können, um die als
Baueinheit zum Einbau in die betreffende Batterie ausgebildete Wärmeabfuhrplatte 14a zu schaffen.
Die Konfiguration der beiden Einzelplatten 26a, 28a ist bes- ser in der perspektivischen Ansicht von Fig. 4 zu erkennen, wobei in dieser Figur die beiden Platten 26a, 28a mit einem gewissen gegenseitigen Abstand dargestellt sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die korrespon- dierenden Befestigungsmittel 36a, 38a von Rastzapfen (36a) und korrespondierenden Rastöffnungen (38a) gebildet. Damit können die Einzelplatten 26a, 28a einfach aufeinandergelegt und miteinander verrastet werden. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den grundlegenden Aufbau einer Batterie 10a, welche unter Verwendung von Wärmeabfuhrplatten 14a gemäß der Fig. 2 bis 4 hergestellt ist.
Wieder nur beispielhaft sind bei der in Fig. 5 dargestellten Batterie 10a vier solche Wärmeabfuhrplatten 14-1, 14a-2, 14a- 3 und 14a-4 eingezeichnet. Diese Anzahl (insgesamt und im Vergleich zur Anzahl von Flachzellen 12a) kann in der Praxis an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Wärmeabfuhrplatten 14a an ihrer unteren Schmalseite jeweils an einen gemeinsamen Kühlblock 20a thermisch angebunden, und tragen beiderseits jeweils eine der insgesamt acht Flachzellen 12a-1 bis 12a-8.
Abweichend von dem mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel sind bei der Anordnung 16a keine als Luft- oder Kühlmittelpas sagen nutzbaren Lücken bzw. Spalte vorhanden. Vielmehr ist die Anordnung 16a ein "dicht gepackter" Stapel, in welchem die Komponenten 12a und 14a flächig unmittelbar aneinander angebunden sind.
Lediglich beispielhaft ist in Fig. 5 gestrichelt ein Bereich 42a der Flachzelle 12a-8 eingezeichnet, in welchem im Betrieb der Batterie 10a eine übermäßig hohe Temperatur auftritt ( "not spot" ) .
Vorteilhaft kann mittels der über das Volumen (und die Höhe) der Anordnung 16a verteilt angeordneten Temperatursensoren 22a eine solche Abnormalität bereits im Betrieb der Batterie 10a detektiert und lokalisiert werden.
Bei einem Betriebsverfahren für die Batterie 10a kann auf Basis einer Auswertung der TemperatursensorSignale in diesem Fall z. B. eine erhöhte Kühlleistung bewirkt werden (z. B. durch eine angesteuert erhöhte Kühlung des Kühlblockes 20a) . Unabhängig davon kann eine Information über den Bereich 42a, welcher auf einen Defekt der Flachzelle 12a-8 hindeutet, in einer elektronischen Speichereinrichtung gespeichert werden.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel einer Wärmeabfuhrplatte 14b zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Batterie.
Beispielsweise könnte die Wärmeabfuhrplatte 14b bei der Batterie 10 gemäß Fig. 1 (als konkrete Ausgestaltung der dort mit 14 bezeichneten Wärmeabfuhrplatte) oder bei der Batterie 10a gemäß Fig. 5 (als Ersatz für die dort verwendete Wärmeabfuhrplatte 14a) verwendet werden. Die Wärmeabfuhrplatte 14b besitzt einen einstückig, z. B. aus einem metallischen Werk- Stoff wie Aluminium oder derlgeichen gebildeten Plattenkorpus mit einem darin integrierten Temperatursensor 22b im Zentrum der Plattenfläche. Der Sensor 22b ist in einer Aussparung 44b angeordnet, beispielsweise als Halbleitersensor mit einem Keramiksubstrat am Aussparungsgrund flächig angebunden (z. B. verklebt ) .
Am in Fig. 6 oberen Rand der Aussparung 44b setzt sich diese als relativ schmaler Kanal nach oben verlaufend bis hin zu einem oberen Rand der Wärmeabfuhrplatte 14b fort. Im einge- bauten Zustand der Platte 14b verläuft in diesem Kanal eine SensorSignalleitung .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmeabfuhrplatte 14b wie dargestellt für den Einsatz in der betreffenden Batterie vorgesehen. Abweichend davon könnte die in Fig. 6 rechte Flachseite optional auch noch mit einer Abdeckplatte (z. B. aufgeklebte Metallplatte) versehen werden.
Zusammenfassend kann mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Batterie bzw. deren Verwendung eine vorteilhaft ortsaufgelöste Temperaturerfassung erfolgen.
Für die Lebensdauer von Batteriezellen ist in der Praxis neben einer insgesamt guten Kühlung oftmals noch bedeutender, dass diese Kühlung möglichst gleichmäßig ist. Insbesondere sollten sich über die Zellenfläche betrachtet keine allzu großen Temperaturgradienten ausbilden und im Falle der Ver- schaltung von mehreren Zellen zu der beschriebenen Zellen- blockanordnung auch über diesen Zellenblock; keine größeren Temperaturunterschiede (von Zelle zu Zelle) ergeben. In dieser Hinsicht bietet die vorliegende Erfindung erhebliche Vorteile, weil damit eine sichere Erfassung der Zelltemperaturen und darauf aufbauend z. B. ein gezieltes Temperaturmanagement ermöglicht wird. Es kann sowohl eine Temperaturverteilung zwischen benachbarten Batteriezellen als auch eine Erfassung der Temperaturverteilung über eine Zelle erfolgen. Die Anbin- dung der Temperatursensoren im Bereich der Wärmeabfuhrplatten ist sehr robust und bei entsprechender Auslegung unempfindlich gegen mechanische Einwirkungen wie Vibrationen etc. Vorteilhaft können Bereiche mit übermäßiger Temperatur ("not spots") in den Zellen detektiert werden. Bei Auftreten solcher Bereiche kann durch entsprechende Ansteuerung einer un- gleichmäßigen Temperaturverteilung über das Volumen der Batteriezellenanordnung und/oder über eine Zellenfläche betrachtet entgegengewirkt werden, indem die Durchflussmenge eines Kühlmittels für verschiedene Kühlmittelpassagen individuell entsprechend eingestellt bzw. erhöht wird.
Wärmeabfuhrplatten ("Kühlfinnen") können wenigstens zum Teil mit den beschriebenen Temperatursensoren ausgestattet werden, wobei jede betreffende Wärmeabfuhrplatte jeweils einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen kann. Aufgrund des Kos- tenaspekts können durchaus auch nur einige wenige Wärmeabfuhrplatten (im Vergleich zur Gesamtanzahl der Wärmeabfuhrplatten) mit solchen Sensoren ausgestattet werden. In diesem Fall sollten die Temperatursensoren zumindest in einem mittleren Bereich der Batterie bzw. Batteriezellenanordnung in- stalliert werden.
Die aus den einzelnen Wärmeabfuhrplatten herausgeführten Sensorsignalleitungen (z. B. Busleitungen) können außerhalb der Wärmeabfuhrplatten z. B. mit einem Bussystem kombiniert (zusammengeschlossen) werden, welches z. B. ohnehin zum An- schluss einer weiteren Sensorik der Batteriezellen (z. B. "CSC" - cell supervising circuit) vorhanden ist.
Die elektrischen Verbindungen der Temperatursensoren können als Leitungen oder Leiterbahnen in die Wärmeabfuhrplatte ein gearbeitet sein, wobei die Isolation der Leitungen z. B.
durch eine Einbettung in keramisches oder anderes nichtleitendes Material erreicht werden kann. Auch können Leiterbahnen z. B. mit Isolierlack beschichtet sein.
Die Integration eines Temperatursensors durch Unterbringung in einer Aussparung der betreffenden Wärmeabfuhrplatte ermöglicht es vorteilhaft, eine Erhöhung der Plattendicke zu begrenzen. Außerdem sind die betreffenden Sensoren in diesem Fall gut vor mechanischen Belastungen geschützt.
Bei der Montage der Batterie ist es sehr vorteilhaft, die Wärmeabfuhrplatten mit den bereits integrierten Temperatursensoren als einbaufertige Einheiten zu verwenden. Damit kann z. B. ein zumindest teilweise automatisiertes Stapeln (Zel- lensatzlegen ) der Wärmeabfuhrplatten mit den Batteriezellen ermöglicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Batterie mit mehreren elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Flachzellen (12), die quer zu ihren Flachseiten aneinander gereiht eine im Wesentlichen prismatische Anordnung (16) ausbilden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der Anordnung (16) an wenigstens einer Flachseite mehrerer der Flachzellen (12) jeweils eine thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte (14) vorgesehen ist, in welcher jeweils wenigstens ein Temperatursensor (22) integriert ist .
2. Batterie nach Anspruch 1, wobei an jeweils nur einer der beiden Flachseiten der betreffenden Flachzellen (12) die thermisch daran angebundene Wärmeabfuhrplatte (14) vorgesehen ist.
3. Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Wärmeabfuhrplatten (14), insbesondere alle Wärmeabfuhrplatten (14), an beidseitig benachbarte Flachzellen (12) thermisch angebunden sind.
4. Batterie nach Anspruch 3, wobei die der Wärmeabfuhrplatte (14) jeweils abgewandten Flachseiten der beiden betreffenden Flachzellen (12) jeweils an einen Luftspalt oder eine Kühlmittelpassage (18) angrenzen.
5. Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeabfuhrplatten (14) an einer ihrer Schmalseiten jeweils an einen gemeinsamen Kühlblock (20) thermisch angebunden sind.
6. Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeabfuhrplatten (14) jeweils aus zwei Einzelplatten (26, 28) zusammengesetzt sind, zwischen denen der bzw. die betreffenden Temperatursensoren (22) zwischengefügt sind.
Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Temperatursensor (22) in einer Aus sparung (44) der Wärmeabfuhrplatte (14) angeordnet ist
Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei m wenigstens einer lateralen Richtung der Wärmeabfuhrplatte (14) betrachtet wenigstens zwei voneinander beabstandete Temperatursensoren (22) in der Wärmeabfuhrplatte (14) integriert sind.
Batterie nach Anspruch 8, wobei in der Wärmeabfuhrplatt (14) ferner ein Multiplexer (30) zum Betreiben der wenigstens zwei Temperatursensoren (22) integriert ist.
Verwendung einer Batterie (10) nach einem der Ansprüche bis 9 für eine ortsaufgelöste Batterietemperaturerfassung .
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