WO2012156363A1 - Wiederaufladbare batterie - Google Patents

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Edward Yankoski
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a rechargeable battery having at least one stack of juxtaposed battery cells, wherein in the bottom region of the battery at least one heat conducting element is arranged, which is connected to a base plate.
  • DE 10 2008 061 755 A1 describes a holding and cooling device for at least one energy storage unit.
  • the holding and cooling device has a plurality of materially secured thereto retaining elements.
  • the cohesive connection is made by soldering or welding the base plate to the holding elements, so that a metallic connection between the base plate and the holding elements is formed.
  • This metallic compound allows good heat transfer.
  • the disadvantage is that the soldering or welding requires labor-intensive production steps.
  • the object of the invention is to enable optimal temperature control of the battery with the least possible effort.
  • this is achieved by arranging an end of the heat-conducting element projecting from the stack at least partially within the base plate, wherein the stack of battery cells is preferably designed as a preassembled battery cell module.
  • the battery cells are lined up and pressed together to form a preassembled battery cell module. Between each two adjacent battery cells or battery cell pairs each have a heat conducting element is arranged, wherein one end of the heat conducting element protrudes from the stack. The protruding ends are pressed into the base plate, wherein the base plate may have a lower hardness than the thermal element. Alternatively or additionally, the protruding from the stack end of the heat-conducting element can be inserted into correspondingly shaped recesses of the base plate. In a further embodiment of the invention, it is also possible that the protruding from the stack end of the heat-conducting element is cast into the base plate.
  • the heat-conducting elements can also first be connected to the baseplate by a casting or pressing process be and then arranged the battery cells between the heating elements and pressed together.
  • the heat-conducting elements are formed by plates, ribs, sheets or the like and may be ribbed or wave-shaped.
  • the heat-conducting elements may extend over the entire height of the battery cell module, or be provided only in the third of the battery cell module adjacent to the base plate.
  • the heat-conducting elements and / or the base plate made of aluminum or copper.
  • the base plate is spaced from the battery cells, wherein between the battery cells and the base plate, a preferably filled with insulating material space is clamped.
  • the base plate has at least one coolant channel, wherein preferably the end of the cast-in heat-conducting element protrudes into the cooling channel. In this way, an optimal removal of heat from the battery cells via the heat-conducting elements can be ensured in the cooling medium.
  • FIG. 1 shows a battery according to the invention in an oblique view.
  • the rechargeable battery 1 has a battery cell module 2 consisting of a stack S of flat battery cells 3 arranged side by side, the battery cells 3 in each case at the end of the stack S by pressure plates 4 together. be pressed. Each two battery cells can be combined to form a battery cell pair in a frame.
  • each heat-conducting elements 5 are arranged, wherein the ends 5 a of the heat-conducting elements 5 protrude from the stack S of battery cells 3 at the bottom of the battery cell module 2.
  • the heat-conducting elements 5 may be formed by plates, ribs or sheets of copper, magnesium or aluminum and be wave-shaped.
  • a base plate 6 is arranged, which is firmly connected to the battery cell module 2 thermally conductive.
  • the heat-conducting connection is achieved in a simple manner by arranging the ends 5a of the heat-conducting elements 5 projecting from the stack S at least partially within the base plate 6.
  • the ends 5a of the heat-conducting elements 5 can be pressed, for example, into the base plate 6, wherein the base plate 6 can have a lower hardness than the heat-conducting elements 5.
  • the base plate 6 is deformed elastically or plastically by the heat-conducting elements 5. It is also possible for the ends 5 a of the heat-conducting element 5 projecting from the stack S to be inserted into correspondingly preformed recesses of the base plate 6. This allows a good heat transfer from the heat-conducting elements 5 in the base plate. 6
  • a particularly good thermal connection of the heat-conducting elements 5 to the base plate 6 can be achieved if the heat-conducting elements 5 are poured into the base plate 6 in this case. By pouring a solid heat conductive connection between the battery cell module 2 and the base plate 6 is achieved. Additional connecting elements between the battery cell module 2 and the base plate 6 can be omitted.
  • the heat-conducting elements 5 and / or the base plate 6 may consist of aluminum, sheet steel or copper.
  • cooling channels 8 and / or cooling fins 9 may be formed in the base plate.
  • the heat-conducting elements 5 may protrude into the cooling channel 8 or be arranged in the cooling fins 9, whereby a relatively large wetted by the cooling medium surface is achieved.
  • the cooling channels 8 can be completed down by an attached end cover 10. The fastened for example by screws to the base plate 6 end cover 10 can be compared to a Sealing flange of the base plate 6 may be sealed by a seal, not shown.
  • the battery cell module 2 is spaced from the base plate 6, so that between the battery cell module 2 and the base plate 6, a space 7 is clamped.
  • the space 7 may optionally be filled with an insulating material.
  • the base plate 6 On at least two opposite sides of mounting tabs 11 with mounting holes 12 for fixing screws not shown.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Batterie (1) mit zumindest einem Stapel (S) von aneinandergereihten Batteriezellen (3), wobei im Bodenbereich der Batterie (1) zumindest ein Wärmeleitelement (5) angeordnet ist, welches mit einer Grundplatte (6) verbunden ist. Um mit möglichstem geringem Fertigungsaufwand eine optimale Kühlung der Batterie (1) zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass ein aus dem Stapel (S) herausragendes Ende (5a) des Wärmeleitelements (5) zumindest teilweise innerhalb der Grundplatte (6) angeordnet ist.

Description

Wiederaufladbare Batterie
Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Batterie mit zumindest einem Stapel von aneinandergereihten Batteriezellen, wobei im Bodenbereich der Batterie zumindest ein Wärmeleitelement angeordnet ist, welches mit einer Grundplatte verbunden ist.
Die DE 10 2008 061 755 AI beschreibt eine Halte- und Kühlungsvorrichtung für zumindest eine Energiespeichereinheit. Wobei die Halte- und Kühlungsvorrichtung eine Mehrzahl von daran stoffschlüssig befestigten Halteelementen aufweist. Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei durch Verlöten oder Verschweißen der Grundplatte mit den Halteelementen hergestellt, so dass eine metallische Verbindung zwischen der Grundplatte und den Halteelementen ausgebildet ist. Diese metallische Verbindung ermöglicht eine gute Wärmeübertragung. Nachteilig ist, dass das Verlöten oder Verschweißen arbeitsaufwändige Fertigungsschritte benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand eine optimale Temperierung der Batterie zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein aus dem Stapel herausragendes Ende des Wärmeleitelements zumindest teilweise innerhalb der Grundplatte angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Stapel von Batteriezellen als vormontiertes Batteriezellenmodul ausgebildet ist.
Die Batteriezellen werden aneinander gereiht und zu einem vormontierten Batteriezellenmodul zusammengepresst. Zwischen jeweils zwei benachbarten Batteriezellen oder Batteriezellenpaaren ist jeweils ein Wärmeleitelement angeordnet, wobei ein Ende des Wärmeleitelementes aus dem Stapel hervorragt. Die hervorragenden Enden werden in die Grundplatte eingepresst, wobei die Grundplatte eine geringere Härte als das Wärmeelement aufweisen kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch das aus dem Stapel herausragende Ende des Wärmeleitelementes in entsprechend vorgeformte Ausnehmungen der Grundplatte eingesteckt werden. In weiterer Ausführung der Erfindung ist es auch möglich, dass das aus dem Stapel herausragende Ende des Wärmeleitelementes in die Grundplatte eingegossen ist.
Alternativ zum vormontierten Batteriezellenmodul können die Wärmeleitelemente auch zuerst durch einen Gieß- oder Pressvorgang mit der Grundplatte verbunden werden und erst danach die Batteriezellen zwischen den Wärmelementen angeordnet und zusammengepresst werden.
Durch das Eingießen oder Einpressen kann auf möglichst einfache Weise eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen Wärmeleitelement und der Grundplatte geschaffen werden.
Die Wärmeleitelemente sind durch Platten, Rippen, Bleche oder dergleichen gebildet und können rippenartig oder wellenartig geformt sein. Die Wärmeleitelemente können sich über die gesamte Höhe des Batteriezellenmoduls erstrecken, oder nur im an die Grundplatte grenzenden Drittel des Batteriezellenmoduls vorgesehen sein.
Um eine gute Wärmeübertragung von Batteriemodul zur Grundplatte zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleitelemente und/oder die Grundplatte aus Aluminium oder aus Kupfer bestehen.
Um eine thermische Beschädigung der Batteriezellen bei der Herstellung zu vermeiden, muss der Wärmeeintrag in die Batteriezellen beim Eingießen möglichst klein gehalten werden. Um eine Überhitzung der Batteriezellen zu vermeiden, ist es daher vorteilhaft, wenn die Grundplatte von den Batteriezellen beabstandet ist, wobei zwischen den Batteriezellen und der Grundplatte ein vorzugsweise mit Isoliermaterial gefüllter Raum aufgespannt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grundplatte zumindest einen Kühlmittelkanal aufweist, wobei vorzugsweise das Ende des eingegossenen Wärmeleitelementes in den Kühlkanal hineinragt. Auf diese Weise kann ein optimaler Abtransport der Wärme aus den Batteriezellen über die Wärmeleitelemente in das Kühlmedium gewährleistet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Batterie in einer Schrägansicht;
Fig. 2 die Batterie in einer Draufsicht;
Fig. 3 die Batterie in einer Seitenansicht; und
Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 3.
Die wiederaufladbare Batterie 1 weist einen Batteriezellenmodul 2 bestehend aus einem Stapel S von aneinandergereihten flachen Batteriezellen 3 auf, wobei die Batteriezellen 3 jeweils am Ende des Stapels S durch Druckplatten 4 zusammen- gepresst werden. Jeweils zwei Batteriezellen können zu einem Batteriezellenpaar in einem Rahmen zusammengefasst sein.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Batteriezellen 3 sind jeweils Wärmeleitelemente 5 angeordnet, wobei die Enden 5a der Wärmeleitelemente 5 aus dem Stapel S von Batteriezellen 3 an der Unterseite des Batteriezellenmoduls 2 hervorragen.
Die Wärmeleitelemente 5 können durch Platten, Rippen oder Bleche aus Kupfer, Magnesium oder Aluminium gebildet und wellenartig geformt sein.
Im unteren Bereich der Batterie 1 ist eine Grundplatte 6 angeordnet, welche fest mit dem Batteriezellenmodul 2 wärmeleitend verbunden ist.
Die wärmeleitende Verbindung wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass die aus dem Stapel S herausragenden Enden 5a der Wärmeleitelemente 5 zumindest teilweise innerhalb der Grundplatte 6 angeordnet werden. Die Enden 5a der Wärmeleitelemente 5 können beispielsweise in die Grundplatte 6 eingepresst werden, wobei die Grundplatte 6 eine geringere Härte aufweisen kann, als die Wärmeleitelemente 5. Die Grundplatte 6 wird dabei elastisch oder plastisch durch die Wärmeleitelemente 5 verformt. Es ist auch möglich, dass die aus dem Stapel S herausragenden Enden 5a der Wärmeleitelementes 5 in entsprechend vorgeformte Ausnehmungen der Grundplatte 6 eingesteckt werde. Dies ermöglicht eine gute Wärmeübertragung von den Wärmeleitelementen 5 in die Grundplatte 6.
Eine besonders gute thermische Anbindung der Wärmeleitelemente 5 an die Grundplatte 6 lässt sich erreichen, wenn die Wärmeleitelemente 5 bei der Herstellung der Grundplatte 6 in diese eingegossen werden. Durch das Eingießen wird eine feste wärmeleitende Verbindung zwischen dem Batteriezellenmodul 2 und der Grundplatte 6 erreicht. Zusätzliche Verbindungselemente zwischen dem Batteriezellenmodul 2 und der Grundplatte 6 können entfallen.
Die Wärmeleitelemente 5 und/oder die Grundplatte 6 können aus Aluminium, Stahlblech oder Kupfer bestehen.
Gegebenenfalls können in die Grundplatte 6 Kühlkanäle 8 und/oder Kühlrippen 9 eingeformt sein. Um einen optimalen Wärmeabtransport zu ermöglichen, können die Wärmeleitelemente 5 in den Kühlkanal 8 hineinragen oder in den Kühlrippen 9 angeordnet sein, wodurch eine relativ große vom Kühlmedium benetzte Oberfläche erreicht wird . Die Kühlkanäle 8 können nach unten durch einen aufgesetzten Abschlussdeckel 10 abgeschlossen sein. Der beispielsweise durch Schrauben an der Grundplatte 6 befestigte Abschlussdeckel 10 kann dabei gegenüber einem Dichtflansch der Grundplatte 6 über eine nicht weiter dargestellte Dichtung abgedichtet sein.
Um die Batteriezellen 3 beim Gießvorgang möglichst wenig thermisch zu beanspruchen, ist das Batteriezellenmodul 2 von der Grundplatte 6 beabstandet, so dass zwischen dem Batteriezellenmodul 2 und der Grundplatte 6 ein Raum 7 aufgespannt wird. Der Raum 7 kann gegebenenfalls mit einem Isoliermaterial gefüllt sein.
Zur Montage der Batterie 1 am Fahrzeug weist die Grundplatte 6 an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten Befestigungslaschen 11 mit Aufnahmebohrungen 12 für nicht weiter dargestellte Befestigungsschrauben auf.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Wiederaufladbare Batterie (1) mit zumindest einem Stapel (S) von aneinandergereihten Batteriezellen (3), wobei im Bodenbereich der Batterie (1) zumindest ein Wärmeleitelement (5) angeordnet ist, welches mit einer Grundplatte (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Stapel (S) herausragendes Ende (5a) des Wärmeleitelements (5) zumindest teilweise innerhalb der Grundplatte (6) angeordnet ist.
2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (5) durch eine Platte, Rippe oder ein Blech gebildet ist.
3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (5) aus Kupfer, Stahlblech oder Aluminium besteht.
4. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) aus Kupfer, Magnesium oder Aluminium besteht.
5. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (5) gerippt oder wellenartig geformt ist.
6. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) von den Batteriezellen beabstandet ist, wobei zwischen den Batteriezellen (3) und der Grundplatte (6) ein vorzugsweise mit Isoliermaterial gefüllter Raum (7) aufgespannt ist.
7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) zumindest einen Kühlmittelkanal (8) aufweist, wobei vorzugsweise das Ende (5a) des eingegossenen Wärmeleitelementes (5) in den Kühlkanal (8) hineinragt.
8. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) zumindest einen Kühlrippe (9) aufweist, wobei vorzugsweise das Ende des eingegossenen Wärmeleitelementes (5) innerhalb der Kühlrippe (8) angeordnet ist.
9. Batterie (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) einen die Kühlkanäle (8) an der dem Batteriemodul (2) abgewandten Seite abschließenden Abschlussdeckel (10) aufweist.
10. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (3) oder zwi- sehen zwei benachbarten Batteriezellenpaaren ein Wärmeleitelement (5) angeordnet ist.
11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmeleitelement (5) über zumindest ein Drittel der Höhe einer Batteriezelle (3) erstreckt.
12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Stapel (S) herausragende Ende (5a) des Wärmeleitelementes (5) in die Grundplatte (6) eingepresst ist, wobei vorzugsweise die Grundplatte (6) eine geringere Härte aufweist, als das Wärmeleitelement (5).
13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Stapel (S) herausragende Ende (5a) des Wärmeleitelementes (5) in entsprechend vorgeformte Ausnehmungen der Grundplatte (6) eingesteckt ist.
14. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Stapel (S) herausragende Ende (5a) des Wärmeleitelementes (5) in die Grundplatte (6) eingegossen ist.
15. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) zumindest eine Befestigungslasche (11) aufweist.
16. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (S) von Batteriezellen (3) als vormontiertes Batteriezellenmodul (2) ausgebildet ist.
2012 05 14
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