WO2012062644A1 - Cell connector - Google Patents

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Definitions

  • Battery bridges with integrated cooling channels are further known from GB 2 068 633 A.
  • the cooling device has at least one cooling channel, wherein the cooling channel can be formed as a separate component and firmly connected to the pole bridge.
  • the cooling channel is formed integrally with the surrounding the pole bridge insulating second layer, wherein preferably the cooling channel is formed by the pole bridge at least predominantly surrounding film or shell.

Abstract

The invention relates to a cell connector (1) for a rechargeable battery, in particular a vehicle battery for an electric vehicle, comprising a cooling unit that is thermally connected to the cell connector (1). In order to allow optimal temperature control of the battery in the simplest manner possible, the cooling unit is formed by at least one cooling duct (2).

Description

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Polbrücke The strap
Die Erfindung betrifft eine Polbrücke für eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einer mit der Polbrücke thermisch verbundenen Kühleinrichtung. The invention relates to a pole bridge for a rechargeable battery, in particular a vehicle battery for an electric vehicle, with at least one thermally connected to the pole bridge cooling device.
Aus der DE 12 48 769 B ist eine Elektrodenverbindung für elektrische Akkumulatorenbatterien bekannt, bei der die Platten durch Einklemmen zwischen Teilen einer mit mehreren Polkappen versehenen Polbrücke gehalten werden, wobei in der Polbrücke ein Kanal zur Aufnahme von Kühlmittel vorgesehen ist. From DE 12 48 769 B, an electrode connection for electric storage batteries is known, in which the plates are held by clamping between parts of a Polkbrücke provided with multiple pole bridge, wherein in the pole bridge, a channel for receiving coolant is provided.
Batteriebrücken mit integrierten Kühlkanälen sind weiters aus der GB 2 068 633 A bekannt. Battery bridges with integrated cooling channels are further known from GB 2 068 633 A.
Des weiteren sind aus den Veröffentlichungen JP 2006-271 063 A2 und JP 2005- 071 674 A2 Polbrücken für Batterien mit aus Kühlrippen bestehenden Kühleinrichtungen bekannt, welche als Wärme an die Umgebung abgebende Kühlrippen ausgebildet sind. Furthermore, from the publications JP 2006-271 063 A2 and JP 2005- 071 674 A2 polar bridges for batteries with existing cooling fins cooling devices are known, which are designed as heat to the environment emitting cooling fins.
Insbesondere bei in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommenden Hochspannungsbatterien ist ein Temperaturmanagement zur Temperierung der Batterien mit einem leistungsfähigen Kühlsystem unumgänglich. In particular, in high voltage batteries used in electric vehicles, a temperature management for temperature control of the batteries with a powerful cooling system is essential.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache und sichere Weise eine optimale Temperierung einer Batterie zu gewährleisten. The object of the invention is to ensure optimal temperature control of a battery as simple and safe as possible.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Kühleinrichtung zumindest einen Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal als separater Bauteil ausgebildet und mit der Polbrücke fest verbunden sein kann. According to the invention this is achieved in that the cooling device has at least one cooling channel, wherein the cooling channel can be formed as a separate component and firmly connected to the pole bridge.
Die Kühleinrichtung dient dabei der Temperierung der Batterie, wobei bei kalten Umgebungstemperaturen die Kühleinrichtung auch zum Aufwärmen der Batterie verwendet werden kann. The cooling device serves to temper the battery, wherein at cold ambient temperatures, the cooling device can also be used to warm the battery.
Um Kurzschlüsse und elektrische Kriechströme zu vermeiden, ist vorgesehen, dass zwischen dem Kühlkanal und der Polbrücke zumindest eine elektrisch isolierende erste Schicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Kühlkanal und/ oder die Polbrücke zumindest überwiegend von einer elektrisch isolierenden zweiten Schicht ummantelt sind. Die die Polbrücke und/oder den Kühlkanal umgebende zweite Schicht kann auch durch eine Folie oder eine Schale beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. - - In order to avoid short circuits and electrical leakage currents, it is provided that at least one electrically insulating first layer is arranged between the cooling channel and the pole bridge, wherein preferably the cooling channel and / or the pole bridge are at least predominantly encased by an electrically insulating second layer. The second layer surrounding the pole bridge and / or the cooling channel may also be formed by a foil or a shell, for example made of plastic. - -
Eine besonders einfache Fertigung und Montage lässt sich erreichen, wenn der Kühlkanal durch ein elektrisch isolierendes Klebemittel, vorzugsweise eine beidseitig klebende Klebefolie, auf der Polbrücke befestigt ist. Dabei kann die elektrisch isolierende erste Schicht als Klebefolie ausgebildet sein. Die Klebeverbindung zwischen dem Kühlkanal und der Polbrücke gewährleistet eine stabile thermische Verbindung, wobei unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen der Polbrücke und dem Kühlkanal ausgeglichen werden. A particularly simple production and assembly can be achieved if the cooling channel is fixed by an electrically insulating adhesive, preferably a double-sided adhesive film, on the pile bridge. In this case, the electrically insulating first layer may be formed as an adhesive film. The adhesive bond between the cooling channel and the pole bridge ensures a stable thermal connection, wherein different thermal expansions between the pole bridge and the cooling channel are compensated.
Eine besonders zuverlässige Wärmeabfuhr lässt sich erzielen, wenn der Kühlkanal an einen Flüssigkeitskreislauf eines Kühlsystems und/oder Heizsystems angeschlossen ist, wobei vorzugsweise im Flüssigkeitskreislauf zumindest ein Heizkörper und/oder ein Kühlkörper angeordnet ist. Dadurch lässt sich - je nach Umgebungstemperatur und Betriebszustand - die Batterie auf Betriebstemperatur aufwärmen oder abkühlen. A particularly reliable heat dissipation can be achieved if the cooling channel is connected to a fluid circuit of a cooling system and / or heating system, wherein preferably at least one radiator and / or a heat sink is arranged in the fluid circuit. Depending on the ambient temperature and operating condition, this will allow the battery to warm up to operating temperature or to cool.
Der Kühlkanal kann aus Kupfer oder aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Kühlkanal aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht. Dabei können als Material für den Kühlkanal temperaturfeste Kunststoffe oder Keramikwerkstoffe eingesetzt werden. Eine einfache Fertigung kann auch erzielt werden, wenn der aus Kunststoff bestehende Kühlkanal als Spritzgussteil ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest zwei Spritzgusshalbteile miteinander verschweißt, beispielsweise reibverschweißt, sind. The cooling channel can be made of copper or of light metal, for example aluminum or an aluminum alloy. Alternatively, it is also possible that the cooling channel consists of an electrically non-conductive material. In this case, temperature-resistant plastics or ceramic materials can be used as the material for the cooling channel. A simple production can also be achieved if the cooling channel made of plastic is designed as an injection molded part, wherein preferably at least two injection-molded half parts are welded together, for example friction-welded.
In Weiterführung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Kühlkanal einteilig mit der die Polbrücke umgebenden isolierenden zweiten Schicht ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Kühlkanal durch die die Polbrücke zumindest überwiegend umgebende Folie oder Schale gebildet ist. In a continuation of the invention can also be provided that the cooling channel is formed integrally with the surrounding the pole bridge insulating second layer, wherein preferably the cooling channel is formed by the pole bridge at least predominantly surrounding film or shell.
Als isolierende Schicht kann ein Kunststoff, beispielsweise Polyamid eingesetzt werden. As insulating layer, a plastic, such as polyamide can be used.
Der Kühlkanal kann - zumindest überwiegend - ein kreisrundes, ovales, elliptisches, dreieckiges, rechteckiges oder n-eckiges geschlossenes Profil aufweisen, wobei vorzugsweise eine Kontaktfläche mit der Polbrücke eben ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann die Kontaktfläche auch mechanisch bearbeitet sein. Eine besonders einfache Fertigung lässt sich erreichen, wenn der Kühlkanal durch ein zumindest einseitig gequetschtes Rohr gebildet ist. Um die Kontaktfläche zwischen Kühlkanal und Polbrücke zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlkanal mittels eines Hydroformverfahren hergestellt ist. The cooling channel may - at least predominantly - have a circular, oval, elliptical, triangular, rectangular or n-square closed profile, wherein preferably a contact surface with the pole bridge is formed flat. Optionally, the contact surface can also be machined. A particularly simple production can be achieved if the cooling channel is formed by a tube squeezed at least on one side. In order to optimize the contact surface between the cooling channel and the pole bridge, it is advantageous if the cooling channel is produced by means of a hydroforming method.
Die Polbrücke kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen. - - The pole bridge can for example consist of copper or aluminum or an aluminum alloy. - -
Um einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen der Polbrücke und dem Kühlkanal zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Kühlkanals mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% des Querschnittes der Polbrücke beträgt. In order to achieve a sufficient heat transfer between the pole bridge and the cooling channel, it is advantageous if the cross section of the cooling channel is at least 30%, preferably at least 50% of the cross section of the pole bridge.
Die isolierende Kunststoffschicht kann durch miteinander verschweißte Halbschalen gebildet sein. The insulating plastic layer may be formed by half-shells welded together.
Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass in die Polbrücke zumindest ein Steuerungselektronikmodul integriert ist. In the context of the invention may further be provided that in the pole bridge at least one control electronics module is integrated.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Fig. näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic FIG.
Die Fig. zeigt in einer geschnittenen Schrägansicht eine aus Aluminium oder aus Kupfer bestehende Polbrücke 1 für eine nicht weiter dargestellte wiederauflad- bare Batterie, beispielsweise eine Hochspannungsbatterie eines Elektrofahrzeu- ges, wobei auf der Oberseite la der Polbrücke 1 ein Kühlkanal 2, welcher beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen kann, unverlierbar befestigt ist. Zur elektrischen Isolierung ist zwischen dem Kühlkanal 2 und der Polbrücke 1 eine elektrisch isolierende erste Schicht 3 angeordnet, welche beispielsweise durch ein beidseitiges Klebefolie aus Kunststoff bestehen kann. FIG. 1 shows a cross-sectional perspective view of a pole bridge 1 made of aluminum or copper for a rechargeable battery, for example a high-voltage battery of an electric vehicle, wherein on the top side 1a of the pole bridge 1 there is a cooling channel 2 which, for example, is made of Aluminum or an aluminum alloy may be captive fastened. For electrical insulation, an electrically insulating first layer 3 is arranged between the cooling channel 2 and the pole bridge 1, which may be made of plastic, for example, by a double-sided adhesive film.
Der Kühlkanal 2 ist mit einem nicht weiter dargestellten Flüssigkeitskreislauf eines Kühl- und Heizsystems in Verbindung. Das nicht weiter dargestellte Kühloder Heizsystem weist ein ebenfalls nicht dargestelltes Kühl- oder Heizkörper auf, beispielsweise einen Wärmetauscher und/oder ein elektrisches Heiz- und/oder Kühlelement. Das elektrische Heiz- und/oder Kühlelement kann beispielsweise durch ein Peltierelement gebildet sein. Dadurch kann sehr effektiv die Batterie im optimalen Betriebstemperaturbereich gehalten werden. The cooling channel 2 is connected to a fluid circuit, not shown, of a cooling and heating system. The cooling or heating system, not shown, also has a cooling or heating element, likewise not shown, for example a heat exchanger and / or an electrical heating and / or cooling element. The electrical heating and / or cooling element may be formed for example by a Peltier element. As a result, the battery can be kept very effectively in the optimum operating temperature range.
Weiters ist die Polbrücke 1 und der Kühlkanal 2 durch eine elektrisch isolierende zweite Schicht 4 umgeben, wobei die zweite Schicht 4 durch verschweißte Schalen 4a, 4b aus Kunststoff gebildet sein kann. Furthermore, the pole bridge 1 and the cooling channel 2 are surrounded by an electrically insulating second layer 4, wherein the second layer 4 may be formed by welded shells 4a, 4b made of plastic.
Die Klebeverbindung zwischen dem Kühlkanal 2 und der Polbrücke 1 gewährleistet eine stabile thermische Verbindung, wobei unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen der Polbrücke 1 und dem Kühlkanal 2 ausgeglichen werden. Dabei ist eine sehr robuste und kompakte Bauweise realisierbar. The adhesive bond between the cooling channel 2 and the pole bridge 1 ensures a stable thermal connection, wherein different thermal expansions between the pole bridge 1 and the cooling channel 2 are compensated. This is a very robust and compact design feasible.
Der Kühlkanal 2 kann dabei vollständig aus Kunststoff bestehen oder durch die isolierende zweite Schicht 4 selbst gebildet sein. Der Kunststoffkanal 2 kann auch durch ein extrudiertes Kunststoffprofil gebildet sein. - - The cooling channel 2 can be made entirely of plastic or formed by the insulating second layer 4 itself. The plastic channel 2 may also be formed by an extruded plastic profile. - -
Im Falle eines metallischen Kühlkanals 2 ist eine hydraulische Formgebung (Hydroforming) von Vorteil, um die thermische Kontaktfläche zwischen dem Kühlkanal 2 und der Polbrücke zu optimieren. In einer einfachen Bauweise kann der Kühlkanal 2 auch aus einem flach gepressten ovalen Aluminiumprofilrohr bestehen. In the case of a metallic cooling channel 2, hydraulic shaping (hydroforming) is advantageous in order to optimize the thermal contact surface between the cooling channel 2 and the pole bridge. In a simple construction, the cooling channel 2 can also consist of a flat pressed oval aluminum profile tube.
Gegebenenfalls kann in die Polbrücke 1 ein Steuerungselektronikmodul integriert werden. Optionally, a control electronics module can be integrated into the pole bridge 1.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Polbrücke (1) für eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einer mit der Polbrücke (1) thermisch verbundenen Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zumindest einen Kühlkanal (2) aufweist ist. 1. pole bridge (1) for a rechargeable battery, in particular a vehicle battery for an electric vehicle, with at least one with the pole bridge (1) thermally connected cooling device, characterized in that the cooling device has at least one cooling channel (2).
2. Polbrücke (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) an einer den Batteriezellen abgewandten Oberseite (la) der Polbrücke (1) angeordnet ist. 2. pole bridge (1) according to claim 1, characterized in that the cooling channel (2) on a side facing away from the battery cells top (la) of the pole bridge (1) is arranged.
3. Polbrücke (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) als separater Bauteil ausgebildet und mit der Polbrücke (1) fest verbunden ist. 3. pole bridge (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channel (2) formed as a separate component and with the pole bridge (1) is firmly connected.
4. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlkanal (2) und der Polbrücke (1) zumindest eine elektrisch isolierende erste Schicht (3) angeordnet ist. 4. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the cooling channel (2) and the pole bridge (1) at least one electrically insulating first layer (3) is arranged.
5. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) und/oder die Polbrücke (1) zumindest überwiegend von zumindest einer elektrisch isolierenden zweiten Schicht (4) ummantelt sind, wobei vorzugsweise die Schicht (4) durch zumindest eine den Kühlkanal (2) und/oder die Polbrücke (1) zumindest überwiegend umgebende Folie oder Schale gebildet ist. 5. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling channel (2) and / or the pole bridge (1) at least predominantly of at least one electrically insulating second layer (4) are sheathed, wherein preferably the layer (4) is formed by at least one of the cooling channel (2) and / or the pole bridge (1) at least predominantly surrounding film or shell.
6. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) durch zumindest ein elektrisch isolierendes Klebemittel, vorzugsweise ein Klebefolie, auf der Polbrücke (1) befestigt ist, wobei vorzugsweise die erste Schicht (3) als Klebefolie ausgebildet ist. 6. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling channel (2) by at least one electrically insulating adhesive, preferably an adhesive film, on the pile bridge (1) is fixed, wherein preferably the first layer (3 ) is designed as an adhesive film.
7. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. 7. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cooling channel (2) made of light metal, preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
8. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polbrücke (1) aus Kupfer oder Aluminium besteht. 8. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pole bridge (1) consists of copper or aluminum.
9. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) aus Kunststoff besteht. 9. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling channel (2) consists of plastic.
10. Polbrücke (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Kunststoff bestehende Kühlkanal (2) als Spritzgussteil ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest zwei Spritzgusshalbteile miteinander verschweißt, vorzugsweise reibverschweißt, sind. 10. pole bridge (1) according to claim 9, characterized in that the existing plastic cooling channel (2) is designed as an injection molded part, wherein preferably at least two half-injection molded parts welded together, preferably reibverschweißt, are.
11. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) an einen Flüssigkeitskreislauf angeschlossen ist, wobei im Flüssigkeitskreislauf zumindest ein Heizkörper und/oder ein Kühlkörper angeordnet ist. 11. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cooling channel (2) is connected to a fluid circuit, wherein in the fluid circuit at least one radiator and / or a heat sink is arranged.
12. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (3, 4) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid besteht. 12. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electrically insulating layer (3, 4) made of plastic, preferably made of polyamide.
13. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2), zumindest teilweise, in die Polbrücke (1) integriert ist, wobei vorzugsweise die Innenwand des Kühlkanals (2) eine elektrische Isolierschicht aufweist. 13. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the cooling channel (2), at least partially, in the pole bridge (1) is integrated, wherein preferably the inner wall of the cooling channel (2) has an electrical insulating layer.
14. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) einteilig mit der die Polbrücke (1) umgebenden isolierenden zweiten Schicht (4) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Kühlkanal (2), zumindest abschnittsweise, durch die die Polbrücke (1) zumindest überwiegend umgebende Folie oder Schale gebildet ist. 14. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cooling channel (2) integrally with the pole bridge (1) surrounding the insulating second layer (4), wherein preferably the cooling channel (2), at least in sections, by which the pole bridge (1) at least predominantly surrounding film or shell is formed.
15. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kühlkanals (2) mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% des Querschnittes der Polbrücke (1) beträgt. 15. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cross section of the cooling channel (2) is at least 30%, preferably at least 50% of the cross section of the pole bridge (1).
16. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) durch ein gequetschtes Rohr gebildet ist. 16. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the cooling channel (2) is formed by a pinched tube.
17. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2), zumindest abschnittsweise, ein kreisrundes, ovales, elliptische oder rechteckiges geschlossenes Profil aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Kontaktfläche mit der Polbrücke (1) eben ausgebildet ist. 17. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 16, characterized in that the cooling channel (2), at least in sections, a circular, oval, elliptical or rectangular closed profile, wherein preferably at least one contact surface with the pole bridge (1). just trained.
18. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) durch ein Hydroformverfahren hergestellt ist. 18. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 17, characterized in that the cooling channel (2) is made by a hydroforming process.
19. Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Polbrücke (1) zumindest ein Steuerungselektronikmodul integriert ist. 19. pole bridge (1) according to one of claims 1 to 18, characterized in that in the pole bridge (1) at least one control electronics module is integrated.
0. Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, mit einer Polbrücke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19. 0. Battery, in particular vehicle battery for an electric vehicle, with a pole bridge (1) according to one of claims 1 to 19.
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