WO2012062397A1 - Batterie mit einem zellverbund - Google Patents

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WO2012062397A1
WO2012062397A1 PCT/EP2011/005183 EP2011005183W WO2012062397A1 WO 2012062397 A1 WO2012062397 A1 WO 2012062397A1 EP 2011005183 W EP2011005183 W EP 2011005183W WO 2012062397 A1 WO2012062397 A1 WO 2012062397A1
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contact element
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clamping
electrically
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PCT/EP2011/005183
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Norbert Bachmann
Jens Meintschel
Martin Righi
Denis Thate
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Daimler Ag
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery with a cell assembly according to the preamble of patent claim 1.
  • One pole of the single cell is electrically conductively connected to one arrester element each and forms a pole contact of the single cell.
  • Such a trained single cell is commonly referred to as Pouch- or Coffeebag- cell.
  • the respective arrester elements of a plurality of such individual cells are electrically conductively connected to one another and interconnected in series and / or in parallel.
  • the multiplicity of individual cells are arranged next to one another to form a cell composite, which is provided with cooling and optionally with an electronic cell
  • Switching arrangement provided and arranged in a battery case.
  • a battery has a cell network comprising a plurality of parallel and / or series-connected single cells. One pole of every single cell is with one
  • At least two conductor tabs with an electrically conductive one are used for interconnecting the individual cells
  • Contact element by means of a positive and / or positive connection electrically conductively connectable, wherein the contact element is arranged in a carrier unit.
  • live contact elements of the particular designed as a high-voltage battery battery largely excluded. This reduces the risk of personal injury caused by electrocution in the manufacture, assembly and use of the battery, particularly in a motor vehicle.
  • planing tabs are in a particularly simple manner with the contact element electrically conductive non-positively and / or positively connected.
  • the carrier unit is formed from an upper carrier plate and a lower carrier plate, between which the contact element is non-positively and / or positively held. Due to the design of the carrier unit from an upper and lower carrier plate, the assembly and production of the positive and / or non-positive
  • the upper carrier plate has a multiplicity of bulges and the contact element has a multiplicity of indentations corresponding to the bulges, the bulges engaging positively and / or positively in the indentations. This allows easy installation and secure positive and / or non-positive connection.
  • the live contact element is by means of a clamping unit with the two Ableitfahen two adjacent individual cells together force and / or
  • the clamping unit comprises at least one clamping jaw and a clamping element, wherein the clamping jaw serves as an abutment for the non-positive and / or positive connection between the contact element and Ableiterfahne.
  • the arrester lugs, the contact element and the clamping jaw are wedged or pressed together according to the wedge principle.
  • the clamping jaw can be arranged together with the contact element in the carrier unit such that the force and / or positive connection of the elements to be connected takes place with a sufficiently large pressing force.
  • the carrier element is arranged laterally and in particular on the upper side on the cell assembly formed by the individual cells such that the clamping element, which is designed for example as a screw, is easily accessible for easy attachment and / or release of the non-positive and positive connection from the outside.
  • the clamping jaw is made of electrically and thermally conductive material and in particular of a metal.
  • the pressed together by means of non-positive and / or positive connection with each other parts comprising the clamping jaw, the contact element and the Ableiterfahen are formed of high strength material, so that the compression of these parts can be done with a large pressing force to a high-quality force - And / or form fit to achieve.
  • the at least two discharge lugs are electrically and thermally conductively connected to the clamping jaw, so that the clamping jaw in addition to
  • Contact element conducts a current between the individual cells.
  • An arrangement of a conventional electrically insulating element, such as an electrically insulating and thermally conductive heat conducting in the field of non-positive and / or positive connection is eliminated.
  • a risk of a short circuit is reduced because a press fit of the positive and / or positive connection arranged, relatively soft heat-conducting foil is easily damaged during the pressing.
  • a raised spot of the arrester lug which is caused by welding, is easily pushed through the material of the heat-conducting foil during the positive and / or positive-locking pressing.
  • the clamping jaw is thermally conductively connected to a cooling plate, so that a heat generated within the individual cell can be dissipated to the cooling plate. In this case, sufficient cooling of the individual cells during operation, charging and discharging of the battery is ensured.
  • the cooling plate is arranged on the edge side in the carrier unit and
  • the electrical insulation of the cooling plate is ensured and additionally optimally utilized an available space.
  • a coating such as a nickel, tin, and / or gold coating, provided at the respective contact points of the non-positively and positively to be joined parts as a corrosion inhibitor. It is also conceivable that a Ingress of moisture to the contact points by applying and / or introducing a paint, a potting compound, silicone and / or contact grease is prevented.
  • the battery according to the invention is particularly suitable for use as a primary or alternative storage unit of a drive unit of a motor vehicle.
  • the battery is suitable for use in an electric or hybrid vehicle.
  • FIG. 1 schematically shows a perspective view of two individual cells, wherein in each case one arrester lug of the two individual cells is connected to a contact element by means of a non-positive and / or positive connection and the contact element is arranged in a carrier unit,
  • Fig. 2 shows schematically an exploded view of a
  • FIG. 3 is a schematic exploded view of an upper and lower carrier plate, between which a cooling plate, a heat conducting foil and an arrangement of clamping jaws and contact elements are arranged,
  • Fig. 4 shows schematically a plan view of an arrangement of single cells to a
  • FIG. 5 shows schematically a longitudinal section showing a section of a
  • Fig. 6 shows schematically a cross-sectional view showing a section of a
  • Cell composite with a laterally arranged carrier unit shows.
  • Figures 1 to 6 show an embodiment of the invention, in which a battery comprises a cell assembly 1, which comprises at least two parallel and / or series-connected single cells 2.
  • the individual cells 2 are formed in accordance with the already described flat Coffeebag construction, in which the individual cell 2 has a foil-like and electrically insulating shell, which after evacuation in the peripheral edge region by means of a
  • Ableiterfahnen 3 are performed by the film-like shell and connected to one pole of the single cell 2 electrically conductive.
  • the cell compound 1 To form the cell compound 1, at least two single cells 2, as shown particularly in Figure 1 ', arranged side by side and parallel to each other.
  • the upper side of the respective film-like shell of the single cell 2 protruding Ableiterfahnen 3 are connected to an electrically and thermally conductive contact element 4, which is made in particular of metal.
  • the contact element 4 is in an electrical
  • insulating support unit 5 which is made in particular of a plastic material, arranged.
  • the carrier unit 5 comprises a lower carrier plate 5.1 and an upper carrier plate 5.2.
  • the contact element 4 is disposed below the upper support plate 5.2.
  • the contact element 4 and in particular a plurality of contact elements 4, as shown in Figures 2 and 3, is in the intermediate region between the lower and upper
  • Support plate 5.1, 5.2 can be arranged such that the contact element 4 to the upper
  • Support plate 5.2 adjacent.
  • a recess 4.1 is formed on the contact element 4, in which engages a formed on the upper support plate 5.2 and correspondingly formed bulge 5.2.1.
  • the battery has a clamping unit 6, which includes a clamping jaw 6.1 and a clamping element 6.2, which is designed in particular as a screw, rivets or spring clip.
  • the clamping jaw 6.1 has, as shown for example in Figure 2, a substantially trough-shaped shape and has, as in particular in the
  • Carrier unit 5 shown only schematically by dashed lines.
  • Cell composite 1 are in pairs, as shown in particular in the plan view of Figure 4, with the respective contact element 4 non-positively and / or positively connected.
  • the clamping jaw 6.1 and in particular a plurality of clamping jaws 6.1, as shown in the exploded view of Figures 2 and 3, is within the carrier unit 5 and in particular between the lower support plate 5.1 and the upper support plate 5.2 of the support unit 1 can be arranged.
  • the clamping jaw 6.1 in the lower support plate 5.1 can be inserted such that the substantially channel-shaped clamping jaw 6.1 runs parallel to the individual cells 2 of the cell assembly 1.
  • Figure 1 shows a lower support plate 5.1, in which a contact element 4 is inserted.
  • the lower support plate 5.1 For receiving the clamping jaw 6.1, the lower support plate 5.1 a groove-shaped recess 5.1.1 with corresponding inner dimensions to hold the jaw 6.1. This is shown in particular in the exploded perspective view of Figure 2 from above and in the exploded perspective view of Figure 3 from below.
  • the lower support plate 5.1 an elongated recess 5.1.2, through which the sheet-shaped Ableiterfahne 3 one of the individual cells 2 can be passed.
  • the conducted Ableiterfahne 3 is carried out by the inserted into the support plate 5.1 jaw 6.1.
  • the clamping jaw 6.1 a slot 6.1.1 is formed such that the Ableiterfahne 3 through lower support plate 5.1 and 6.1 clamping jaw is passed and inside, as shown in Figure 5, on a first oblique side edge 6.1.2 of the jaw 6.1 and a second sloping side edge 4.2 of the contact element 4 is present.
  • the lead-out tab 3 passed between clamping jaw 6.1 and contact element 4 non-positively and / or positively clamped.
  • designed as a screw clamping element 6.2 from above through the upper support plate 5.2 and the contact element 4 can be guided and screwed into the clamping jaw 6.1.
  • the upper support plate 5.2 5.2.2 a first bore 5.2.2 in the bulge 5.2.1, the contact element 4, a second bore 4.3 in the region of the recess 4.1 and the clamping jaw 6.1, a third bore 6.1.3 for receiving the clamping element formed 6.2.
  • the screwing of the running as a screw clamping element 6.2 in the third bore 6.1.3 of the clamping jaw 6.1 causes a first clamping force F, which is directed substantially along a surface normal of the support unit 5.
  • the first and second oblique side edges 4.2, 6.1.2 act like a wedge, so that a part of the first clamping force F is redirected and a second clamping force F 'is generated, perpendicular to the between the first oblique side edge 6.1.2 and the second inclined side edge 4.2 arranged Ableiterfahne 3 acts.
  • contact element 4 and Ableiterfahne 3 is an electrically and thermally conductive connection between these parts ensured.
  • the clamping jaw 6.1 is in particular made of metal, so that in addition to the respective contact elements 4, a current can be conducted between the individual cells 2 by means of the clamping jaws 6.1.
  • the Ableiterfahne 3 is clamped by means of the clamping unit 6 with the contact element 4 such that also Ableiterfahen 3 different lengths electrically and thermally conductive with the respective contact elements 4 and the respective
  • Clamping jaws 6.1 are connectable.
  • the respective arrester lugs are 3
  • Ableiterfahne 3 ensures a good electrical and thermal coupling of the connected parts 3, 4, 6.1 even with a variable insertion depth of the Ableitfahen 3.
  • the non-positive and / or positive connection according to the wedge principle thus tolerates
  • Ableitfahnen 3 different lengths, so that in particular the non-positively and / or positively connected parts 3, 4, 6.1 can be arranged within the carrier unit 5.
  • a thermally conductive cooling plate 7 is arranged on the edge side within the carrier unit 5.
  • the cooling plate 7 can be inserted into the upper support plate 5.2 edge side and laterally limited between a divider 5.2.3 and a boundary web 5.2.4 of the upper support plate 5.2.
  • the divider 5.2.3 is used for electrical insulation of the cooling plate 7 and contact element. 4
  • the cooling plate 7 is coupled thermally conductively to the clamping jaw 6.1.
  • the clamping jaw 6.1 is a web 6.1.4 integrally formed on the edge, the cooling plate 7 on the underside supported.
  • an electrically insulating and thermally conductive heat conducting film 8 is arranged, which consists in particular of a plastic material, so that a risk of short circuit is at least reduced.
  • Cooling plate 7, a resulting in the interior of the single cell 2 heat to the cooling plate 7 can be derived.
  • the cooling plate 7 can be flowed through by a coolant.
  • the cooling plate 7 on a plurality of inner cooling channels 7.1, which extend perpendicular to the individual cells 2 of the cell assembly 1 and lead the coolant. This is best in one

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Abstract

Eine Batterie weist einen Zellverbund (1) auf, der eine Vielzahl von parallel und/oder in Reihe geschalteten Einzelzellen (2) umfasst. Ein Pol einer Einzelzelle (2) ist mit einer Ableiterfahne (3) elektrisch leitfähig verbunden. Erfindungsgemäß sind zur Verschaltung der Einzelzellen (2) zumindest zwei Ableiterfahnen (3) mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (4) mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung elektrisch leitfähig verbindbar, wobei das Kontaktelement (4) in einer Trägereinheit (5) angeordnet ist.

Description

Batterie mit einem Zellverbund
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Zellverbund nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind flache, rechteckige Speicherelemente für elektrische Energie wie beispielsweise Einzelzellen und Kondensatoren bekannt. Dabei ist ein elektrochemisch wirksamer Inhalt dieser Speicherelemente von einer folienartigen und elektrisch isolierenden Verpackung umgeben, durch die die elektrisch leitfähigen
Anschlüsse, die als blechformige Ableiterelemente ausgebildet sind, durchführbar sind. Ein Pol der Einzelzelle ist mit jeweils einem Ableiterelement elektrisch leitfähig verbunden und bildet einen Polkontakt der Einzelzelle.
Eine derartig ausgebildete Einzelzelle wird üblicher Weise als Pouch- oder Coffeebag- Zelle bezeichnet. Zur Bildung einer Batterie und insbesondere einer Hochvolt-Batterie sind die jeweiligen Ableiterelemente einer Vielzahl solcher Einzelzellen miteinander elektrisch leitfähig verbunden und miteinander in Reihe und/oder parallel verschaltet. Dabei ist die Vielzahl von Einzelzellen nebeneinander zur Bildung eines Zellverbunds angeordnet, der mit einer Kühlung und gegebenenfalls mit einer elektronischen
Schaltanordnung versehen und in einem Batteriegehäuse angeordnet ist.
Des Weiteren ist es bekannt und üblich, die Ableiterelemente der im Zellverbund nebeneinander angeordneten Einzelzellen mittels einer Schweißverbindung stoffschlüssig und elektrisch leitfähig zu verbinden. Dazu kommen bekannte Schweißverfahren, wie beispielsweise eine Ultraschall-, Laser-, und/oder eine Widerstandspressschweißung zum Einsatz. Alternativ zu den stoffschlüssigen Schweißverfahren sind dem Stand der Technik Durchsetzfügeverfahren („Toxen") zu entnehmen, anhand derer die Ableiterelemente der im Zellverbund nebeneinander angeordneten Einzelzellen miteinander elektrisch leitfähig verbunden werden. Dabei werden die blechförmigen Ableiterelemente zwischen einem Stempel und einer Matrize angeordnet und miteinander verpresst. Bei dieser Verpressung werden die beiden Ableiterelemente plastisch verformt und zumindest einer der beiden Ableiterelemente wird eine Vertiefung zur Bildung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung eingeformt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Batterie anzugeben, bei der insbesondere eine sichere Herstellung und ein sicherer Gebrauch der Batterie ermöglicht ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Batterie weist einen Zellverbund auf, der eine Vielzahl von parallel und/oder in Reihe geschalteten Einzelzellen umfasst. Ein Pol einer jeden Einzelzelle ist mit einer
Ableiterfahne elektrisch leitfähig verbunden. Erfindungsgemäß sind zur Verschaltung der Einzelzellen zumindest zwei Ableiterfahnen mit einem elektrisch leitfähigen
Kontaktelement mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung elektrisch leitfähig verbindbar, wobei das Kontaktelement in einer Trägereinheit angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie sind die Ableiterfahnen mittelbar durch das
Kontaktelement elektrisch leitfähig verbunden, die innerhalb der elektrisch isolierenden Trägereinheit angeordnet sind. Dadurch ist ein Kontakt einer Person mit den
spannungsführenden Kontaktelementen der insbesondere als Hoch-Volt-Batterie ausgeführten Batterie weitgehend ausgeschlossen. Dies vermindert eine durch einen Stromschlag verursachte Verletzungsgefahr der Person bei der Herstellung, Montage und Verwendung der Batterie insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Ebenso ist eine direkte Verbindung der zwei Ableiterfahnen mittels eines Schweiß- oder Durchsetzfügeverfahrens bei der erfindungsgemäßen Batterie vermieden. Damit entfallen bei der Verschweißung oder bei der Durchsetzfügung entstehende Materialaufwürfe und/oder Materialabsenkungen im Material der beiden verschweißten bzw. verfügten Ableiterfahnen und die davon hervorgerufenen unebenen Oberflächen, die eine
Wärmeübertragung zur Kühlung der Batterie reduzieren. Die planen Ableiterfahnen sind auf besonders einfache Art und Weise mit dem Kontaktelement elektrisch leitfähig kraft- und/oder formschlüssig verbindbar.
Zweckmäßigerweise ist die Trägereinheit aus einer oberen Trägerplatte und einer unteren Trägerplatte gebildet, zwischen denen das Kontaktelement kraft- und/oder formschlüssig gehalten ist. Durch die Ausbildung der Trägereinheit aus einer oberen und unteren Trägerplatte ist die Montage und Herstellung der form- und/oder kraftschlüssigen
Verbindung von Trägereinheit und Kontaktelement besonders einfach ermöglicht.
In einer möglichen Ausführungsform weist die obere Trägerplatte eine Vielzahl von Ausbuchtungen und das Kontaktelement eine Vielzahl von zu den Ausbuchtungen korrespondierenden Einbuchtungen auf, wobei die Ausbuchtungen in die Einbuchtungen kraft- und/oder formschlüssig eingreifen. Dies ermöglicht eine einfache Montage und sichere form- und/oder kraftschlüssige Verbindung.
Das spannungsführende Kontaktelement ist mittels einer Spanneinheit mit den beiden Ableiterfahnen zweier angrenzender Einzelzellen miteinander kraft- und/oder
formschlüssig verbindbar. Dabei umfasst die Spanneinheit zumindest eine Spannbacke und ein Spannelement, wobei die Spannbacke als Widerlager für die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktelement und Ableiterfahne dient. Mittels der Spanneinheit sind die Ableiterfahnen, das Kontaktelement und die Spannbacke miteinander nach dem Keilprinzip verkeil- bzw. verpressbar. Die Spannbacke ist zusammen mit dem Kontaktelement in der Trägereinheit derart anordbar, dass der Kraft- und/oder Formschluss der zu verbindenden Elemente mit einer dazu ausreichend großen Presskraft erfolgt.
Das Trägerelement ist seitlich und insbesondere oberseitig an dem von den Einzelzellen gebildeten Zellverbund derart angeordnet, dass das Spannelement, das beispielsweise als Schraube ausgebildet ist, zum einfachen Befestigen und/oder Lösen der kraft- und formschlüssigen Verbindung von außen leicht zugänglich ist.
Vorzugsweise ist die Spannbacke aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material und insbesondere aus einem Metall gefertigt. Damit sind die mittels der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung miteinander verpressten Teile, die die Spannbacke, das Kontaktelement und die Ableiterfahnen umfassen, aus hochfestem Material gebildet, so dass die Verpressung dieser Teile mit einer großen Presskraft erfolgen kann, um einen qualitativ hochwertigen Kraft- und/oder Formschluss zu erreichen. Vorteilhafter Weise sind die zumindest zwei Ableiterfahnen mit der Spannbacke elektrisch und thermisch leitfähig verbunden, so dass die Spannbacke zusätzlich zum
Kontaktelement einen Strom zwischen den Einzelzellen leitet. Eine Anordnung eines herkömmlichen elektrisch isolierenden Elements, wie beispielsweise einer elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Wärmeleitfolie im Bereich der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung entfällt. Dadurch ist bauartbedingt eine Gefahr eines Kurzschlusses reduziert, da eine im Pressverband der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung angeordnete, relativ weiche Wärmeleitfolie leicht bei der Verpressung beschädigt wird. Insbesondere eine von einer Verschweißung hervorgerufene erhabene Stelle der Ableiterfahne wird bei der kraft- und/oder formschlüssigen Verpressung leicht durch das Material der Wärmeleitfolie hindurchgedrückt.
Die Spannbacke ist mit einer Kühlplatte thermisch leitfähig verbunden, so dass eine innerhalb der Einzelzelle entstehende Wärme an die Kühlplatte ableitbar ist. Dabei ist eine ausreichende Kühlung der Einzelzellen bei Betrieb, Laden und Entladen der Batterie sichergestellt.
Vorzugsweise ist die Kühlplatte randseitig in der Trägereinheit angeordnet und
insbesondere von einem Begrenzungssteg und einem Trennsteg der elektrisch isolierenden Trägereinheit seitlich begrenzt. Hierdurch ist die elektrische Isolation der Kühlplatte sichergestellt und zusätzlich ein zur Verfügung stehender Bauraum optimal genutzt.
Zwischen der Spannbacke und der Kühlplatte ist die thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Wärmeleitfolie außerhalb des Pressverbands der kraft- und/oder
formschlüssigen Verbindung angeordnet, um die Kühlplatte von der spannungsführenden Spannbacke elektrisch abzukoppeln. Dadurch ist eine gute thermische Ankopplung an die Kühlplatte bei gleichzeitiger Vermeidung von Kurzschlüssen sichergestellt.
Zweckmäßiger Weise ist der Bereich des Pressverbands der kraft- und/oder
formschlüssigen Verbindung mit einem Korrosionsschutzmittel versehen, um eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen der Ableiterfahne und dem
Kontaktelement und/oder zwischen der Ableiterfahne und der Spannbacke
sicherzustellen. Dazu ist als Korrosionsschutzmittel eine Beschichtung, wie beispielsweise eine Nickel-, Zinn-, und/oder Goldbeschichtung, an den jeweiligen Kontaktstellen der kraft- und formschlüssig zu verbindenden Teile vorgesehen. Ebenso ist denkbar, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit an die Kontaktstellen mittels Auf- und/oder Einbringen eines Lackes, einer Vergussmasse, von Silikon und/oder Kontaktfett verhindert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Vielzahl von Kontaktelementen und Spannbacken in einer gemeinsamen, elektrisch isolierenden Trägereinheit angeordnet sind, um eine einfache und kosteneffiziente Herstellung der Batterie zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Batterie ist besonders dazu geeignet, um als primäre oder alternative Speichereinheit eines Antriebaggregats eines Kraftfahrzeugs verwendet zu werden. Insbesondere eignet sich die Batterie zur Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Darstellung zweier Einzelzellen, wobei jeweils eine Ableiterfahne der beiden Einzelzellen mit einem Kontaktelement mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung verbunden ist und das Kontaktelement in einer Trägereinheit angeordnet ist,
Fig. 2 schematisch eine von oben dargestellte Explosionsdarstellung einer
oberen und unteren Trägerplatte, zwischen denen eine Kühlplatte, eine Wärmeleitfolie und eine Anordnung von Spannbacken und Kontaktelementen angeordnet sind,
Fig. 3 schematisch eine von unten dargestellte Explosionsdarstellung einer oberen und unteren Trägerplatte, zwischen denen eine Kühlplatte, eine Wärmeleitfolie und eine Anordnung von Spannbacken und Kontaktelementen angeordnet sind,
Fig. 4 schematisch eine Draufsicht einer Anordnung von Einzelzellen zu einem
Zellverbund, wobei Ableiterfahnen aneinander angrenzender Einzelzellen paarweise mittelbar durch ein Kontaktelement verbunden sind, Fig. 5 schematisch eine Längsschnittdarstellung, die einen Ausschnitt eines
Zellverbundes von miteinander verbundenen Einzelzellen zeigt und
Fig. 6 schematisch eine Querschnittdarstellung, die einen Ausschnitt eines
Zellverbundes mit einer seitlich angeordneten Trägereinheit zeigt.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die verwendeten Bezeichnungen„rechts",„links",„oben" oder„unten" beziehen sich lediglich auf das in der jeweiligen Figur dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung und dienen nur der Einfachheit der Beschreibung. Die Bezeichnungen sind in keiner Weise einschränkend aufzufassen.
Figuren 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Batterie einen Zellverbund 1 aufweist, der zumindest zwei parallel und/oder in Reihe geschaltete Einzelzellen 2 umfasst.
Die Einzelzellen 2 sind dabei gemäß der bereits beschriebenen flachen Coffeebag- Bauweise gebildet, bei der die Einzelzelle 2 eine folienartige und elektrisch isolierende Hülle aufweist, die nach Evakuierung im umlaufenden Randbereich mittels einer
Verschweißung verschlossen ist. Zwei blechförmige und elektrisch leitfähige
Ableiterfahnen 3 sind durch die folienartige Hülle durchgeführt und mit jeweils einem Pol der Einzelzelle 2 elektrisch leitfähig verbunden.
Dabei ist in nicht näher dargestellter Weise innerhalb der Einzelzelle 2 ein
Elektrodenstapel elektrochemisch aktiver, nebeneinander gestapelter und mittels eines Separators voneinander getrennter Folien angeordnet, wobei jeweils ein Polkontakt einer Polarität mit jeweils einer Ableiterfahne 3 zur Bildung des Pols der Einzelzelle 2 elektrisch leitfähig verbunden ist.
Zur Bildung des Zellverbunds 1 sind zumindest zwei Einzelzellen 2, wie insbesondere in Figur 1 gezeigt', nebeneinander und zueinander parallel angeordnet. Die obenseitig aus der jeweiligen folienartigen Hülle der Einzelzelle 2 herausragenden Ableiterfahnen 3 sind mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktelement 4, das insbesondere aus Metall gefertigt ist, verbindbar. Dabei sind die zumindest zwei nebeneinander angeordneten Einzelzellen 2 des
Zellverbunds 1 mittels des Kontaktelements 4 sowohl parallel als auch in Reihe miteinander verschaltbar. Die elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zwischen jeweils einer Ableiterfahne 3 der beiden aneinander angrenzenden Einzelzellen 2 und dem Kontaktelement 4 ist mittels eines Kraft- und/oder Formschlusses der zu
verbindenden Teile gebildet. Dazu ist das Kontaktelement 4 in einer elektrisch
isolierenden Trägereinheit 5, die insbesondere aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, angeordnet.
Die Trägereinheit 5 umfasst eine untere Trägerplatte 5.1 und eine obere Trägerplatte 5.2. In Figur 1 ist das Kontaktelement 4 unterhalb der oberen Trägerplatte 5.2 angeordnet.
Das Kontaktelement 4 und insbesondere eine Vielzahl von Kontaktelementen 4, wie in Figuren 2 und 3 gezeigt, ist im Zwischenbereich zwischen unterer und oberer
Trägerplatte 5.1 , 5.2 derart anordbar, dass das Kontaktelement 4 an die obere
Trägerplatte 5.2 angrenzt. Um eine relative Verschiebung von dem Kontaktelement 4 und der oberen Trägerplatte 5.2 zumindest einzuschränken, ist an dem Kontaktelement 4 eine Einbuchtung 4.1 eingeformt, in die eine an der oberen Trägerplatte 5.2 angeformte und korrespondierend ausgebildete Ausbuchtung 5.2.1 eingreift.
Zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Kontaktelement 4 und
Ableiterfahne 3 weist die Batterie eine Spanneinheit 6 auf, die eine Spannbacke 6.1 und ein Spannelement 6.2 umfasst, das insbesondere als Schraube, Niete oder Federbügel ausgebildet ist. Die Spannbacke 6.1 hat, wie beispielsweise in Figur 2 gezeigt, eine im Wesentlichen rinnenförmige Gestalt und weist, wie insbesondere in der
Längsschnittdarstellung von Figur 5 zu sehen ist, einen U-förmigen Querschnitt auf. Die Längsschnittdarstellung von Figur 5 verläuft senkrecht zu den parallel angeordneten Einzelzellen 2 des Zellverbunds 1 entlang eines in Figur 4 gezeigten Längsschnitts V. In der Draufsicht von Figur 4 ist zur besseren Darstellung der Spanneinheiten 6 die
Trägereinheit 5 nur schematisch mittels Strichlinien dargestellt.
Jeweils zwei Ableiterfahnen 3 aneinander angrenzender Einzelzellen 2 des
Zellverbunds 1 sind paarweise, wie insbesondere in der Draufsicht von Figur 4 gezeigt, mit dem jeweiligen Kontaktelement 4 kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
Die Spannbacke 6.1 und insbesondere eine Vielzahl von Spannbacken 6.1 , wie in der Explosionsdarstellung von Figuren 2 und 3 gezeigt, ist innerhalb der Trägereinheit 5 und insbesondere zwischen der unteren Trägerplatte 5.1 und der oberen Trägerplatte 5.2 der Trägereinheit 1 anordbar. Dabei ist die Spannbacke 6.1 in die untere Trägerplatte 5.1 derart einlegbar, dass die im Wesentlichen rinnenförmige Spannbacke 6.1 parallel zu den Einzelzellen 2 des Zellverbunds 1 verläuft. Figur 1 zeigt eine untere Trägerplatte 5.1 , in die ein Kontaktelement 4 eingelegt ist. Zur Aufnahme der Spannbacke 6.1 weist die untere Trägerplatte 5.1 eine rinnenförmige Vertiefung 5.1.1 mit entsprechenden inneren Abmessungen auf, um die Spannbacke 6.1 zu halten. Dies ist insbesondere in der perspektivischen Explosionsdarstellung von Figur 2 von oben und in der perspektivischen Explosionsdarstellung von Figur 3 von unten gezeigt.
Des Weiteren weist die untere Trägerplatte 5.1 eine längliche Aussparung 5.1.2 auf, durch die die blechförmige Ableiterfahne 3 einer der Einzelzellen 2 hindurchführbar ist. Die hindurchgeführte Ableiterfahne 3 ist durch die in die Trägerplatte 5.1 eingelegte Spannbacke 6.1 durchführbar. Dazu ist der Spannbacke 6.1 ein Schlitz 6.1.1 derart eingeformt, dass die Ableiterfahne 3 durch untere Trägerplatte 5.1 und Spannbacke 6.1 hindurchführbar ist und innenseitig, wie in Figur 5 gezeigt, an einer ersten schrägen Seitenflanke 6.1.2 der Spannbacke 6.1 und an einer zweiten schrägen Seitenflanke 4.2 des Kontaktelements 4 anliegt.
Die hindurchgeführte Ableiterfahne 3 ist zwischen Spannbacke 6.1 und Kontaktelement 4 kraft- und/oder formschlüssig verspannbar. Dazu ist das als Schraube ausgebildete Spannelement 6.2 von oben durch die obere Trägerplatte 5.2 und das Kontaktelement 4 hindurchführbar und in die Spannbacke 6.1 einschraubbar. Entsprechend sind der oberen Trägerplatte 5.2 eine erste Bohrung 5.2.2 im Bereich der Ausbuchtung 5.2.1 , dem Kontaktelement 4 eine zweite Bohrung 4.3 im Bereich der Einbuchtung 4.1 und der Spannbacke 6.1 eine dritte Bohrung 6.1.3 zur Aufnahme des Spannelements 6.2 eingeformt.
Das Einschrauben des als Schraube ausgeführten Spannelements 6.2 in die dritte Bohrung 6.1.3 der Spannbacke 6.1 bewirkt eine erste Spannkraft F, die im Wesentlichen entlang einer Flächennormalen der Trägereinheit 5 gerichtet ist. Dabei wirken die ersten und zweiten schrägen Seitenflanken 4.2, 6.1.2 wie ein Keil, so dass ein Teil der ersten Spannkraft F umgeleitet wird und eine zweite Spannkraft F' erzeugt wird, die senkrecht auf die zwischen der ersten schrägen Seitenflanke 6.1.2 und der zweiten schrägen Seitenflanke 4.2 angeordnete Ableiterfahne 3 wirkt. Mittels der so erzeugten kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Spannbacke 6.1 , Kontaktelement 4 und Ableiterfahne 3 ist eine elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zwischen diesen Teilen sichergestellt.
Die Spannbacke 6.1 ist insbesondere aus Metall gefertigt, so dass zusätzlich zu den jeweiligen Kontaktelementen 4 ein Strom mittels der Spannbacken 6.1 zwischen den Einzelzellen 2 leitbar ist.
Die Ableiterfahne 3 ist mittels der Spanneinheit 6 mit dem Kontaktelement 4 derart verspannbar, dass auch Ableiterfahnen 3 unterschiedlicher Länge elektrisch und thermisch leitfähig mit den jeweiligen Kontaktelementen 4 und den jeweiligen
Spannbacken 6.1 verbindbar sind. Dabei sind die jeweiligen Ableiterfahnen 3
unterschiedlicher Länge in die Trägereinheit 5 einschiebbar und durch die längliche Aussparung 5.1.2 und den Schlitz 6.1.1 durchführbar, so dass die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Spannbacke 6.1 , Kontaktelement 4 und
Ableiterfahne 3 auch bei einer variablen Einschubtiefe der Ableiterfahnen 3 eine gute elektrische und thermische Kopplung der verbundenen Teile 3, 4, 6.1 sicherstellt. Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung nach dem Keilprinzip toleriert somit
Ableiterfahnen 3 unterschiedlicher Länge, so dass insbesondere die kraft- und/oder formschlüssig verbundenen Teile 3, 4, 6.1 innerhalb der Trägereinheit 5 anordbar sind.
Zur Verbesserung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit und zur Verhinderung von Korrosionsschäden ist die Ableiterfahne 3 im Bereich der form- und/oder
stoffschlüssigen Verbindung in nicht näher dargestellter Weise mit einer Beschichtung versehen, die insbesondere aus Nickel, Zinn oder Gold besteht. Darüber hinaus kann ein Eindringen von Feuchtigkeit durch das Einbringen von Kontaktfett, Lackbeschichtungen, Silikon und/oder Vergussmasse im Bereich des Schlitzes 6.1.1 oder der länglichen Aussparung 5.1.2 in das Innere der Trägereinheit 5 verhindert werden.
Zur Kühlung der Batterie ist innerhalb der Trägereinheit 5 eine thermisch leitfähige Kühlplatte 7, wie am besten in Figuren 2 und 3 zu sehen, randseitig angeordnet. Die Kühlplatte 7 ist in die obere Trägerplatte 5.2 randseitig einlegbar und zwischen einem Trennsteg 5.2.3 und einem Begrenzungssteg 5.2.4 der oberen Trägerplatte 5.2 seitlich begrenzt anordbar. Dabei dient der Trennsteg 5.2.3 zur elektrischen Isolation von Kühlplatte 7 und Kontaktelement 4.
Die Kühlplatte 7 ist an die Spannbacke 6.1 thermisch leitend gekoppelt. Dazu ist der Spannbacke 6.1 ein Steg 6.1.4 randseitig angeformt, der die Kühlplatte 7 unterseitig unterstützt. Im Zwischenbereich zwischen Steg 6.1.4 und Kühlplatte 7 ist eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Wärmeleitfolie 8 angeordnet, die insbesondere aus einem Kunststoffmaterial besteht, so dass eine Kurzschlussgefahr zumindest reduziert ist. Mittels der thermisch leitfähigen Verbindung zwischen Spannbacke 6.1 und
Kühlplatte 7 ist eine im Inneren der Einzelzelle 2 entstehende Wärme an die Kühlplatte 7 ableitbar.
Die Kühlplatte 7 ist von einem Kühlmittel durchströmbar. Dazu weist die Kühlplatte 7 eine Vielzahl von inneren Kühlkanälen 7.1 auf, die senkrecht zu den Einzelzellen 2 des Zellverbunds 1 verlaufen und das Kühlmittel führen. Dies ist am besten in einer
Querschnittdarstellung in Figur 6 zu sehen, wobei der Verlauf des dargestellten
Querschnitts VI in Figur 4 gezeigt ist.
Bezugszeichenliste
Zellverbund
Einzelzelle
Ableiterfahne
Kontaktelement
.1 Einbuchtung
.2 zweite schräge Seitenflanke
.3 zweite Bohrung
Trägereinheit
.1 untere Trägerplatte
.1.1 rinnenförmige Vertiefung
.1.2 längliche Aussparung
.2 obere Trägerplatte
.2.1 Ausbuchtung
.2.2 erste Bohrung
.2.3 Trennsteg
.2.4 Begrenzungssteg
6 Spanneinheit
6.1 Spannbacke
6.1.1 Schlitz
6.1.2 erste schräge Seitenflanke
6.1.3 dritte Bohrung
6.1.4 Steg
6.2 Spannelement
7 Kühlplatte
7.1 innerer Kühlkanal
8 Wärmeleitfolie
F erste Spannkraft
F' zweite Spannkraft
V Längsschnitt
VI Querschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Batterie mit einem Zellverbund (1 ), umfassend eine Vielzahl von parallel und/oder in Reihe geschalteten Einzelzellen (2), wobei ein Pol einer Einzelzelle (2) mit einer Ableiterfahne (3) elektrisch leitfähig verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Verschaltung der Einzelzellen (2) zumindest zwei Ableiterfahnen (3) mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktelement (4) mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung elektrisch und thermisch leitfähig verbindbar sind, wobei das Kontaktelement (4) in einer elektrisch isolierenden Trägereinheit (5) angeordnet ist.
2. Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trägereinheit (5) aus einer oberen Trägerplatte (5.2) und einer unteren
Trägerplatte (5.1 ) gebildet ist, zwischen denen das Kontaktelement (4) kraft- und/oder formschlüssig gehalten ist.
3. Batterie nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die obere Trägerplatte (5.2) eine Vielzahl von Ausbuchtungen (5.2.1 ) und das Kontaktelement (4) eine Vielzahl von zu den Ausbuchtungen (5.2.1 )
korrespondierenden Einbuchtungen (4.1 ) aufweist, wobei die
Ausbuchtungen (5.2.1 ) in die Einbuchtungen (4.1 ) kraft- und/oder formschlüssig eingreifen.
4. Batterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen den zumindest zwei Ableiterfahnen (3) und dem Kontaktelement (4) zumindest eine Spanneinheit (6) vorgesehen ist, die zumindest eine Spannbacke (6.1 ) und zumindest ein
Spannelement (6.2) umfasst.
5. Batterie nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannbacke (6.1 ) in der Trägereinheit (5) angeordnet ist.
6. Batterie nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannbacke (6.1 ) aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material gefertigt ist und die zumindest zwei Ableiterfahnen (3) mit der Spannbacke (6.1 ) elektrisch und thermisch leitfähig verbunden sind.
7. Batterie nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannbacke (6.1 ) mit einer Kühlplatte (7) thermisch leitfähig verbunden ist.
8. Batterie nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlplatte (7) randseitig in der Trägereinheit (5) von einem
Begrenzungssteg (5.2.4) und einem Trennsteg (5.2.3) begrenzt angeordnet ist.
9. Batterie nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur thermischen Verbindung zwischen Spannbacke (6.1 ) und Kühlplatte (7) die Spannbacke (6.1 ) einen Steg (6.1.4) aufweist und zwischen der Spannbacke (6.1 ) und der Kühlplatte (7) eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende
Wärmeleitfolie (8) angeordnet ist.
10. Batterie nach Anspruch 1 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen der
Ableiterfahne (3) und dem Kontaktelement (4) und/oder im Bereich der
kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen der Ableiterfahne (3) und der Spannbacke (6.1 ) ein Korrosionsschutzmittel angeordnet ist.
1 1. Batterie nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der oberen Trägerplatte (5.2) und der unteren Trägerplatte (5.1 ) eine Vielzahl von zueinander parallel ausgerichteten Kontaktelementen (4) angeordnet ist, die in einer Vielzahl von zueinander parallel ausgerichteten Spannbacken (6.1 ) eingelegt sind und das Spannelement (6.2) durch obere Trägerplatte (5.2) und Kontaktelement (4) hindurchführbar ist, so dass das Spannelement (6.2) in die Spannbacke (6.1 ) eingreift.
12. Verwendung einer Batterie nach einem der vorherigen Ansprüche in einem
Kraftfahrzeug.
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