WO2020028931A1 - Batterie - Google Patents

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WO2020028931A1
WO2020028931A1 PCT/AT2019/060253 AT2019060253W WO2020028931A1 WO 2020028931 A1 WO2020028931 A1 WO 2020028931A1 AT 2019060253 W AT2019060253 W AT 2019060253W WO 2020028931 A1 WO2020028931 A1 WO 2020028931A1
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battery
busbar
structural component
holder
cell
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PCT/AT2019/060253
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Martin Reingruber
Edmund JENNER-BRAUNSCHMIED
Johannes KAAR
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Voltlabor Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a battery with a plurality of electrically interconnected battery modules, each of which has a plurality of combined battery cells with electrical poles arranged on opposite end faces of the battery module and a plurality of poles of these battery cells that electrically connect bus bars, with a plurality of battery modules being fastened to a common structural component.
  • the structural component can be, in particular, a heat-conducting plate arranged on the end face of the battery modules for cooling and / or heating its respectively assigned battery cells.
  • a heat-conducting plate arranged on the end face of the battery modules for cooling and / or heating its respectively assigned battery cells.
  • electrical insulation which electrically insulates the busbars from the metal heat-conducting plate.
  • WO2014178568A1 shows a battery made up of four battery modules which are arranged in two rows of two battery modules each, the battery modules of the respective row being present with different pole orientations of their battery cells.
  • the thermal contact between the metallic poles and the cooling plate can ensure increased heat dissipation, but the construction of such a battery is comparatively complex and, due to the mechanical connection, is also comparatively difficult to maintain.
  • the invention has therefore set itself the task of creating a battery with several battery modules, which is simple in construction and assembly and good heat conduction and one if possible uniform temperature distribution.
  • the battery should have a mechanically stable or robust structure.
  • the invention achieves the object set by a battery comprising a plurality of battery modules and at least one structural component, a plurality of battery modules being arranged in a row on a flat side of a common structural component, the battery modules each having a lower busbar and an upper busbar, between which a plurality There are battery cells with a uniform orientation of their poles, one type of poles being connected to the lower busbar and the other type of poles being connected to the upper busbar, each battery module having an upper cell holder which is above the battery cells and a lower cell pack holder which is underneath the lower conductor rail, whereby for said series of battery modules the following applies:
  • the battery modules of the series are connected in series, in that two successive battery modules each have an electrical connection between a lower busbar of a first of these battery modules and an upper busbar of the second of these battery modules.
  • This combination of features advantageously means that a plurality of battery modules which are fastened to a common structural component all have a uniform orientation of their poles towards the structural component. Nevertheless, a high voltage can be achieved by connecting the modules in series and a high capacity by connecting the battery cells in parallel in the individual modules. Because the battery cells each have a metallic pole facing the structural component, good heat conduction takes place. Because each battery cell with the same pole faces the structural component, there is a uniform heat conduction for all battery modules that are arranged in series on the structural component, and the temperature distribution within the modules is largely uniform, since this takes up a large part of the thermal energy the end faces on which the poles of the battery cells are present and less on the side surfaces on which the insulated housings of the battery cells are present.
  • a lower cell packet holder is preferably provided for each battery module.
  • the lower cell packet holder is preferably frame-shaped and thus has at least one recess which leaves a thermal path free between the lower busbar and the structural component. It is thereby advantageously achieved that the material of the lower cell packet holder does not deteriorate the heat conduction between the battery cells and the structural component.
  • the upper cell holder and the lower cell packet holder are preferably connected via spacers.
  • the lower cell pack holder preferably has a peripheral boundary which surrounds the battery cell pack (that is to say all the battery cells connected by the lower busbar and preferably also the spacers) of the battery module.
  • the battery cell pack is inserted into the frame of the circumferential boundary with an attached, in particular welded, lower busbar.
  • This circumferential boundary or this frame which runs parallel to the longitudinal alignment of the battery cells, preferably adjoins at least one surface which is oriented to the bottom and connects at least two sides of the circumferential boundary.
  • the battery cell pack and the holding frame are preferably rectangular, both of which can have rounded corners due to the preferred use of round cells.
  • the lower cell packet holder preferably has at least one flat area which is aligned parallel to the lower busbar and has or delimits at least one recess.
  • the surface of this flat region facing the lower busbar preferably lies flat with the surface of the structural component facing the lower busbar, the lower busbar, optionally with the interposition of electrical insulation, on the surface of the structural component facing the lower busbar and the surface facing the lower busbar of the flat area of the lower cell packet holder.
  • the surface of the flat region facing the lower busbar is at a distance from the surface of the structural component facing the lower busbar, which is equal to the thickness of a latent heat store that rests on the structural component, the surface of the latent heat store facing the lower busbar being flat with the surface of the flat area of the lower cell packet holder facing the lower busbar and the lower busbar, optionally with the interposition of electrical insulation, resting on the surface of the latent heat store facing the lower busbar and the surface of the flat area of the lower cell packet holder facing the lower busbar , If there is electrical insulation on the structural component itself, on which the latent heat store rests, the surface of this electrical insulation is to be considered in this paragraph as the surface of the structural component facing the lower conductor rail.
  • the upper cell holder preferably has passage openings.
  • the spacers preferably have passage openings.
  • the lower cell packet holder preferably has through openings.
  • At least one fastening means preferably runs from above through a passage opening of the upper cell holder, through the passage opening of a spacer and through a passage opening of the lower cell packet holder as far as into the structural component. This advantageously ensures that the components of the modules can be attached to the structural component in a simple manner. The final assembly of the modules can take place on the structural component, so that the structural component forms a mounting plate for the battery.
  • the fastening means are preferably detachably fastened, in particular screwed, in the structural component.
  • the lower busbar preferably also has passage openings, the said fastening means also running through the passage openings of the lower busbar.
  • connection between them is preferably achieved in that, in the first of these battery modules, a connection surface is connected on one side to the lower busbar, which extends to the upper busbar of the second of these battery modules, the upper busbar of the second module being in a contact area with the connection surface is mechanically and electrically connected.
  • connection surface is particularly preferably connected in one piece or monolithically to the lower busbar.
  • the connecting surface of one module is preferably connected to the upper busbar of the other module, for example riveted, soldered, welded, laser-welded, clamped, screwed, etc.
  • the upper busbar and the connecting surface are preferably connected in that they have areas lying one above the other and are provided in these areas with corresponding openings through which fastening means, in particular screws, extend into the upper cell holder.
  • the modules are electrically connected in a simple and quick and, above all, detachable manner, which, together with detachable fastening means fastened to the structural component, enables the battery to be dismantled into individual battery modules.
  • the upper cell holder of a first battery module preferably has a shape which, seen in the longitudinal direction of the battery cells, overlaps the upper cell holder of an adjacent second battery module.
  • the overlapping regions preferably have an opposite shape, so that in the assembled state they have only one degree of freedom in the longitudinal direction of the battery cells.
  • two spacers project through the lower of the two overlapping upper cell holders into the upper of the two overlapping cell holders, so that in the assembled state these have only one degree of freedom in the longitudinal direction of the battery cells.
  • At least one fastening means preferably runs through a passage opening in the shape of the upper cell holder of the first battery module lying above it and a passage opening of the region of the upper cell holder of the adjacent second battery module underneath which fastening means extends as far as the structural component.
  • the structural component is preferably a heat-conducting plate, in which means for active cooling or heating of the battery are contained.
  • the advantage of this is that the good and even Heat transfer between the battery cells and the structural component can be used to actively and uniformly temper the battery. It is particularly advantageous that a common element is used for uniform temperature control and that not every battery module requires its own temperature control element that is separate from the other modules.
  • At least one latent heat store is preferably arranged between the lower busbar and the structural component. It is thereby advantageously achieved that temperature peaks can be weakened by the latent heat store, so that it fulfills a kind of buffer function between the battery cells and the structural component, in particular the heat conducting plate.
  • Each battery module preferably has at least one latent heat store, this being inserted into a shape of the lower cell packet holder, the shape having at least one recess which leaves a thermal path between the latent heat store and the structural component.
  • this ensures that the lower cell packet holder also forms a holder for the latent heat storage and that the material of the cell packet holder does not reduce the heat conduction between the battery cells, lower busbar, latent heat storage and structural component, in particular the heat conducting plate.
  • the latent heat storage device is preferably electrically conductive, since electrically conductive materials are generally also good heat conductors.
  • the structural component is electrically conductive, at least one electrical insulation being present between the lower busbars of the battery modules and the structural component, which interrupts the electrical path between the lower busbars of the battery modules and the structural component.
  • the structural component consists of metal, in particular steel or aluminum, depending on the mechanical and thermal requirements.
  • the upper busbar preferably lies on the upper cell holder, contact elements projecting from the upper busbar through openings in the upper cell holder to the upper poles of the battery cells and being fastened to them.
  • the upper cell holder advantageously serves as a spacer between the battery cells and the upper busbar.
  • the upper conductor rail is preferably designed as a flat sheet metal from which the contact elements protrude.
  • Each battery module preferably has a contact area on one of its upper side edges, which is connected in an electrically conductive manner to the lower busbar of the same battery module, the upper cell holder between the contact area and the upper busbar of the same battery module having an increased limitation, with the opposite side edge of the The upper busbar is exposed to the battery module, wherein when two adjacent battery modules are put together, the contact area of a battery module comes to lie on the area of the upper busbar of the adjacent battery module that is exposed on the side edge.
  • the lower cell packet holder is preferably frame-shaped, with at least one web of the lower cell packet holder separating the opening of the frame into at least two recesses.
  • a passage opening is preferably present in at least one web, a fastening means projecting in the region of the upper busbar through a through opening of the upper cell holder, a through opening of the lower busbar and the through opening in the web. This fixes the battery module in the central area in which the upper busbar is present and not only at the edge area of the battery module.
  • the spacers are preferably designed as hollow bodies, through which fastening means run, the spacers each having a lower centering element and an upper centering element, which are sections of the spacer with a smaller cross section than the region of the spacer lying between them.
  • the lower centering element preferably protrudes through a through opening of the lower busbar and into a through opening of the lower cell packet holder.
  • the upper centering element preferably projects into a passage opening in the upper cell holder.
  • the structural component is preferably plate-shaped, with the opposite surfaces of the structural component being of identical design, battery modules being attached to both surfaces of the structural component, each of which is aligned with its lower busbar to the common structural component, all of the battery cells of the battery modules contained having only one type of poles the structural component facing, wherein the battery modules, which are arranged on the respective surface of the structural component and are there in a row, are connected in series by two successive battery modules each having an electrical connection between a lower busbar of a first of these battery modules and an upper busbar of the second of these battery modules.
  • the fact that the battery cells of the modules attached on different sides with identical poles, preferably negative poles, face the structural component also results in uniform heat conduction towards the structural component for the battery modules lying opposite one another.
  • the battery modules can be arranged in mirror image, so that the fastening means on both sides run in a line.
  • the battery modules on the two sides can, however, also be offset from one another or arranged in opposite directions, the fastening means of the two sides then being located at different positions.
  • the structural component preferably has threaded bores into which fastening means of the battery modules are screwed, the fastening means having a head or a nut which abuts the upper cell holder from above. This advantageously ensures that the battery modules are detachably attached to the structural component.
  • the structural component preferably consists of two plate-shaped parts which lie flat against one another, the battery modules being fastened to the part facing them.
  • the structural component preferably has a width in order to be able to accommodate at least, preferably precisely, a number of battery modules and a length to be able to accommodate at least three battery modules connected in series.
  • the battery has at least one structural component in the form of a heat-conducting plate and at least one latent heat store. This variant will be discussed in detail below.
  • the battery preferably has a latent heat store, which has a phase change material and a solid, heat-conducting support structure which receives the phase change material, the latent heat store being provided between the lower busbar of the battery module and the heat conducting plate.
  • the heat-conducting plate is provided on the end face, which has only one type of poles of the battery cells, of a plurality of battery modules, a significantly improved temperature control of the battery cells can be achieved - with which, in particular, constantly high amounts of heat which occur in the battery cells can be dissipated steadily and evenly.
  • the battery also has a latent heat store with a phase change material and with a solid heat-conducting support structure which receives the phase change material, the latent heat store being provided between the busbar of the battery module and the heat-conducting plate, temperature peaks can be caused by a comparatively high power output and / or a high charging power , which raise the temperature of the battery above the phase change temperature of the latent heat storage, are quickly and reliably dissipated by the battery cells - which significantly increases the stability of the battery.
  • the battery cells can be kept at their preferred operating temperature even under high, in particular short-term, stress.
  • the latent heat accumulator arranged between the battery cells and the heat-conducting plate can in fact absorb thermal energy emitted by the battery cells - with which it can represent a large heat sink for peak loads and also a buffer capacity. Therefore, the heat can flow away efficiently through the metallic poles of the battery cells, which in turn protects the battery cells from overloads.
  • the heat-conducting plate is in thermal contact with the latent heat storage and continuously extracts thermal energy from it in order to avoid overheating. According to the invention, there is therefore a particularly good thermal connection between the battery cells and the heat sink or heat source.
  • the invention can also be used for heating the battery cells or for buffering the temperature in an ideal range for the function or service life of the battery in order to establish a particularly good thermal connection between the battery cells and heat sources.
  • the construction of the battery according to the invention - in particular the heat-conducting plate including the latent heat store - does not impair its structurally simple, modular construction. Due to the solid support structure of the latent heat storage, which absorbs the phase change material, it also contributes to the mechanical stability of the battery module and thus further increases the stability of the battery.
  • the use of a latent heat store relieves the heat conducting plate against thermal peak performances and can therefore provide a constructive or weight-reducing simplification on the heat conducting plate.
  • the battery according to the invention can thus stand out from known devices by virtue of its small size and high energy and power density.
  • the weight of the battery can be further reduced if a cellular material forms the carrier structure of the latent heat storage.
  • a cellular, open-pore material can be distinguished in order to absorb a high proportion of phase change material.
  • graphite foam as a cellular material can be suitable in this regard - due to its comparatively low weight, its comparatively high storage capacity for phase change material and its comparatively high mechanical resilience, which improves the stability of the latent heat accumulator.
  • graphite as the matrix material, a high thermal conductivity and thus a homogeneous heat transfer within the latent heat storage can be achieved.
  • wax forms the phase change material of the latent heat accumulator, a latent heat accumulator that can be produced inexpensively and in a simple manner can be made possible.
  • the phase change material is preferably enclosed in the support structure of the latent heat store or in particular held by capillary forces, so that it does not escape from the latent heat store when liquefied.
  • the latent heat store could, however, be provided with a casing, preferably made of thermally highly conductive and electrically non-conductive material. The latent heat store could therefore itself be provided with electrical insulation, or form it.
  • the reliability of the battery can be increased particularly if the phase change material in the latent heat store undergoes a first-order phase transition. Due to the 1st order phase transition, the entire waste heat of the battery cells changes into the enthalpy of fusion of the phase change material, which means that there is no temperature increase in the latent heat storage until the phase transition has been completed.
  • the battery module has a cell package holder, which forms a receptacle for the battery cells of the battery module and the latent heat store on a first side, this can not only hold the mechanical connection of the battery cells in position, but also the components of the battery module that are in thermal contact and in position and are mutually stable align.
  • the thermal connection between the battery cells and the heat-conducting plate can be improved if the latent heat store projects through the cell packet holder and is thereby thermally connected to the heat-conducting plate arranged on this second side of the cell packet holder.
  • the cell packet holder can be dimensioned mechanically, regardless of its thermal conductivity, which can further simplify the construction.
  • the lower cell packet holder and the upper cell holder are preferably in the form of an injection molded plastic part, the plastics used in the injection molding usually having a lower thermal conductivity.
  • the lower cell packet holder is preferably designed as a frame, at least one latent heat store being inserted into an opening in the frame.
  • the latent heat store has a, in particular plate-shaped, base body and a structure or a projecting section projecting from this base body, which projects through complementary cutouts in the cell packet holder.
  • knobs form the projecting structure in order to obtain a continuous structure on the cell packet holder in the area of the cutouts and thus not to endanger its mechanical stability.
  • the plate-shaped base body preferably has a step-like tapered surface on one side, this protruding into a complementary recess or opening in the cell packet holder.
  • the thermal resistance between the battery cells and the heat-conducting plate can be further reduced if the electrical insulation, if necessary, is designed as a thermal contact element, in particular a heat-conducting film.
  • Comparatively simple design conditions can be made possible on the battery module if the busbar thermally connects to the latent heat store, the latent heat store to the electrical insulation and the electrical insulation to the heat conducting plate.
  • the — preferably electrically conductive — latent heat storage device can be electrically decoupled from the poles of the battery cells, but nevertheless subject all battery cells connected via the busbar to uniform temperature loads.
  • this arrangement can create a particularly compact battery with little design effort.
  • the cooling / heating effect of the heat-conducting plate can be improved if the heat-conducting plate has active cooling and / or heating means.
  • Heating / cooling agents can be part of a hydraulic circuit - of course, these are also conceivable, for example, as electrical heaters, Peltier elements, evaporators of a cooling circuit, etc.
  • a further possibility is the provision of a hollow heat-conducting plate with cooling fins in the interior of the heat-conducting plate, an air or other heat transport medium stream being passed through the heat-conducting plate.
  • heat pipe heat pipe or two-phase thermosiphon
  • a heat pipe is known in the prior art and provides an encapsulated system filled with working medium, which transports thermal energy from one point (cooling zone) of the heat pipe to another (heating zone).
  • the thermal energy from the heat-conducting plate can thus advantageously be conducted outside to a region of the battery housing.
  • the housing can then be cooled from the outside, so that the battery can have a closed housing without coolant supply to the interior of the battery.
  • the battery according to the invention thus preferably comprises a housing which surrounds the battery modules and the at least one heat-conducting plate and at least one element which transfers thermal energy between the heat-conducting plate and the housing of the battery, in particular in the form of a heat pipe.
  • the temperature of the poles can be improved if the busbar has a metal sheet which runs over the poles of the battery cells.
  • the metal sheet with projecting contact areas is preferably electrically connected to the poles of the battery cells. This allows material tolerances and thermal expansion and / or contraction to be absorbed via deformations in the projecting contact area. The risk of thermal contact loss between the busbar and the heat-conducting plate can thus be reduced considerably.
  • the construction of the battery can be further simplified if the battery cells are designed as round cells.
  • the provision of a compact busbar for interconnecting the battery cells is made easier since round cells have electrical poles on both end faces.
  • one busbar per end of the battery module is sufficient if all round cells of the battery module are connected in parallel.
  • Fig. 1 shows a sectional view of a battery with a plurality of battery modules.
  • FIG. 2 shows a detailed view of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows an exploded view of a preferred battery module.
  • Fig. 4 shows a particularly preferred lower cell package holder of the embodiment variant with fat heat storage.
  • Fig. 5 shows a particularly preferred lower cell package holder of the embodiment variant without fat heat storage.
  • Fig. 7 illustrates the layer structure of the combination of three preferred battery modules with fat heat storage on a heat conducting plate.
  • Fig. 8 illustrates the layer structure of the combination of three preferred battery modules without fat heat storage on a heat conducting plate.
  • Fig. 9 illustrates the electrical connection of the busbars of three battery modules with fat heat storage.
  • Fig. 10 illustrates the electrical connection of the busbars of three battery modules without fat heat storage.
  • Fig. 11 shows the composition of three preferred battery modules with latent heat storage on a multi-part heat-conducting plate.
  • Fig. 12 shows the compilation of three preferred battery modules without latent heat storage on opposite sides of a multi-part heat-conducting plate.
  • “below”, “lower” etc. means facing the structural component 10 or closer to the structural component 10 and “above”, “upper” etc. facing away from the structural component 10, or further away from the structural component 10, regardless of the spatial position of the battery 1.
  • a battery 1 is shown as an example, which has a plurality of battery modules 2, 3.
  • the battery module 2 is cut in its longitudinal direction; For better orientation, the position of such a sectional plane is illustrated in broken lines in FIG. 11, although FIG. 11 shows another embodiment variant.
  • the battery modules 2, 3 each have a mechanical and electrical combination of combined battery cells 4, metallic busbars 5, 6 and a cell packet holder 7 and cell holder 8, preferably made of plastic.
  • the battery cells 4 protrude into an upper cell holder 8, with which this cell holder 8 receives the battery cells 4 in some areas in a form-fitting manner and thus fixes or stores them - as can be seen from FIG. 1 - this ensures high mechanical stability of the battery modules 2, 3 ,
  • the electrical poles 9, namely positive and negative poles, are arranged on opposite ends 30, 31 of the battery modules 2, 3 and are electrically connected to the busbars 5 and 6 provided there, that is to say electrically connected to them, which busbars 5 and 6 serve as a cell connector / cell connector board of the battery cells 4 in a battery module 2, 3 each.
  • the battery 1 has a load-bearing structural component 10, which is preferably designed as a metallic one-part or multi-part heat-conducting plate 11.
  • This heat conducting plate 11, which is preferably composed of two plate parts, is provided on the end side of the battery modules 2, 3 - in the present example and in the preferred embodiment variant on the respective lower end face 30, that is to say at the bottom of the respective battery modules 2, 3 and between them.
  • the battery cells 4 of the battery modules 2, 3 are in thermal connection with the heat conducting plate 11, which is designed for cooling and / or heating the battery cells 4.
  • the heat-conducting plate 11 is actively thermally loaded via heating / cooling means 12, which are not shown in detail.
  • the heat-conducting plate 11 preferably has active heating / cooling means 12 in the form of liquid lines 13 in the heat-conducting plate 11, through which a heat transfer medium, not shown, is passed in order to contribute to the temperature of the battery cells 4.
  • Passive heating / cooling agents such as heat-conducting fins (not shown in more detail), are of course conceivable in combination with the active heating / cooling agents 12.
  • the heat-conducting plate 11 is, according to the invention, on the lower end face 30 of the battery cells 4, which has poles 9 Battery modules 2, 3 are provided. This means that the battery cells 4 can be supplied or discharged with thermal energy particularly quickly via the metallic conductivity of the poles 9.
  • the heat-conducting plate 11 is preferably thermally coupled to the negative poles 9.2, specifically via electrical insulation 14 (if required) and the busbar 5, which connects to the respective poles 9 of the battery cells 4 - as can be seen in detail in FIG. 2.
  • the electrical insulation 14 for reducing the thermal resistance is designed as a thermal contact element.
  • an electrical short circuit between the battery cells 4 and the battery modules 2, 3 can be avoided with the aid of the electrical insulation 14.
  • the modular structure of the battery 1 can therefore continue to be guaranteed, even if the battery modules 2, 3 are cooled together by an electrically conductive heat-conducting plate 11.
  • the battery 1 also has an optional latent heat store 15, which is provided between the lower conductor rail 5 of the battery module 2, 3 and the heat conducting plate 11.
  • the latent heat store 15 preferably consists of a phase change material 15.1 and a solid heat-conducting support structure 15.2, which receives the phase change material 15.1 - which is not shown in more detail.
  • the heat-conducting plate 11 preferably connects directly to the lower conductor rail 5, with electrical insulation 14 optionally being provided between the lower conductor rail 5 and the heat-conducting plate 11 in the case of an electrically conductive heat-conducting plate 11. Otherwise, that is, if the heat-conducting plate 11 is not electrically conductive, the electrical insulation 14 can be dispensed with. In this case, the lower conductor rail 5 can bear directly on the heat-conducting plate 11.
  • the thermal energy emitted by the battery cells 4 can be converted into enthalpy of fusion in the latent heat store 15.
  • a heat sink with a high heat capacity can thus be provided in the thermal path between the battery cells 4 and the heat-conducting plate 11.
  • the latent heat store 15 serves as a heat source for the battery cells 4. In this way, thermal peaks can be smoothed and thus the battery cells 4 can be kept more uniformly at a desired operating temperature.
  • the solid support structure 15.2 is preferably formed from a cellular, open-pore material, in particular graphite foam.
  • a cellular, open-pore material in particular graphite foam.
  • thermal conductivity matrix for this purpose, for example cellular materials such as PU foam, metal fiber or wire structures made of steel, aluminum, copper, nickel, alloy etc.
  • a wax is preferably used as the phase change material 15.1 of the latent heat storage 15, which is introduced into the support structure 15.2 and is held in this support structure 15.2, for example, by capillary forces.
  • the electrical insulation 14 between the latent heat store 15 and the heat-conducting plate 11, which also thermally connects to it, is made comparatively thin - which is made possible by using a heat-conducting film.
  • thermal contact element any thermal pad is conceivable, for example silicone rubber foils, silicone mats, mica discs, ceramic discs etc.
  • a formed, preferably bent, electrically conductive metal sheet, for example a nickel sheet, has proven itself as the metallic busbar 5, 6 - among other things, in order to increase the mechanical strength of the battery module 2, 3.
  • the metal sheet of the respective busbar runs over all the poles 9 of the battery cells 4 of the battery module 2 facing it, which on the one hand increases the thermal capacity of the busbars 5, 6 due to the large area, but also to an enlarged contact area of the lower busbar 5 with the heat conducting plate 11 leads.
  • a protruding contact formation 5.1 can be seen on the metal sheet, which is electrically connected to the negative pole 9.2 of the battery cell 4.
  • the battery cell pack protrudes into a receptacle 18 on a first side 7.1 of the lower cell pack holder 7.
  • This receptacle 18 is not only used for lateral guidance of the battery cell pack, but is preferably also designed to receive the latent heat store 15. Battery cells 4 and latent heat storage 15 are thus positioned relative to one another in a simple constructional manner, which ensures good thermal coupling.
  • the latent heat accumulator 15 extends through the cell packet holder 7 on a second side 7.2 and is thus thermally connected to the heat conducting plate 11 arranged on this second side 7.2 of the cell packet holder 7 - in the exemplary embodiment directly.
  • the second side 7.2 lies opposite the first side 7.1 with the receptacle 18.
  • the latent heat store 15 has a plate-shaped base body 19 and a structure 20 projecting from this base body 19.
  • the projecting structure 20 engages through complementary recesses 21 in the cell packet holder 7 which are connected to the receptacle 18.
  • This projecting structure 20 is formed by knobs, but other structures are also conceivable, such as a honeycomb structure.
  • the latent heat store 15 preferably has a projecting structure 20 in the region of each battery cell 4, so that the heat is dissipated from each pole 9 in a straight path into the heat-conducting plate 11 via the latent heat store 15. This can also be achieved if the respective projecting structure 20 extends over the region of a plurality of poles 9.
  • the battery cells 4 are designed as round cells, as a result of which a high degree of compactness and subsequently a high energy density on the battery 1 is achieved.
  • the battery modules 2, 3 have — in the example shown on the edge and in the center — a plurality of spacers 22 with screw connections 23 running in the longitudinal direction of the battery cells 4.
  • the battery modules 2, 3 are fastened to the heat conducting plate 11 via these spacers 22.
  • the thermal plate 11 therefore serves not only for cooling and / or heating the battery cells 4, but also represents a carrier for the battery modules 2, 3.
  • FIGS. 3-12 show the components of a particularly preferred embodiment of the battery according to the invention.
  • the components are designed in such a way that the battery can be constructed either with latent heat storage (FIGS. 3, 4, 6, 7, 9, 11) or without latent heat storage (FIGS. 5, 6, 8, 10, 12).
  • FIGS. 3-12 all represent the same embodiment variant, it being possible to choose between two different lower cell packet holders 7 in this embodiment variant, depending on whether or not a latent heat store 15 is to be integrated in the structure.
  • the components are shown partly individually (FIGS. 4 and 5) or in incomplete compilation (FIGS. 6-10) in order to make the structure and the interaction of the components easier to understand. 6-10 do not represent intermediate steps in the assembly of the modules or the battery, but rather result from the hiding of individual assemblies.
  • FIGS. 3-12 are identical except for the lower cell packet holder 7, but not all reference symbols have been used in all figures for reasons of clarity.
  • the embodiment variant of FIGS. 3-12 differs from that of FIGS. 1-2 in the form of the latent heat store 15, the shape of the lower cell packet holder 7, the shape of the lower end of the spacers 22, the design of the heat conducting plate 11 and in the Electrical insulation position 14.
  • FIG. 3 shows all components of a battery module 2 according to the invention in an exploded view, which represents a unit made up of individual battery cells 4 connected in parallel, in particular round cells with a uniform orientation of their poles 9.
  • All battery cells 4 of the battery module 2 have a uniform alignment of their plus poles 9.1 and minus poles 9.2. Those poles 9, which enable better heat conduction, are preferably facing the lower cell packet holder 7, so that, when the battery is assembled, they are facing the structural component 10, in particular the heat conducting plate 11. In known battery cells 4, in particular in round cells, the negative poles 9.2 are more thermally conductive, so that they are preferably facing the heat-conducting plate 11.
  • the uniform alignment of the battery cells 4 has the advantage that temperature is withdrawn or supplied to them uniformly, so that a largely uniform operating temperature of the battery cells 4 is established.
  • a battery module 2 preferably comprises at least 20 battery cells, particularly preferably at least 30.
  • this type of pole 9 is preferably at the top, ie facing away from the structural component 10.
  • Lower busbar 5 (see in particular FIGS. 3 and 10) The poles 9 of the battery cells 4 are connected on the lower side by a lower busbar 5.
  • the lower busbar 5 has a flat section which is at an angle of 90 ° to the longitudinal direction of the battery cells 4.
  • the lower busbar 5 preferably has a contact formation 5.1 for each battery cell 4, which protrudes from the plane of the flat section of the busbar 5 in the direction of the battery cell 4.
  • the contact formations 5.1 can be embossed in the busbar 5.
  • the respective contact deformation 5.1 is preferably welded to the respective pole 9, preferably negative pole 9.2.
  • the lower busbar 5 preferably has passage openings 5.2, which are used for the passage of the lower centering elements 22.1 of the spacers 22.
  • the flat area of the busbar 5 can optionally have an upturn 5.3 on one or two opposite sides, this serves to increase the torsional rigidity of the busbar 5 and to provide a guide or lateral holder for the battery cells 4.
  • a connection surface 5.4 preferably adjoins one side of the flat area of the busbar 5, which extends from the flat area of the busbar 5 to the opposite upper end face 31 of the battery module 2.
  • the connecting surface 5.4 is electrically conductively connected to the flat area of the busbar 5 and can preferably be provided in one piece with it, in that the busbar 5 consists of a flat area and connecting surface 5.4 as an L-shaped bent metal sheet.
  • the connecting surface 5.4 can have at its upper end a further bend in the form of a contact area 5.5 or 17.
  • the bend may be less preferred on the upper busbar 6, so that it has an angled contact region 17.
  • the lower busbar 5 of a battery module 2 can be less preferably connected to the upper busbar 6 of the adjacent battery module 2 by another suitable electrical connection, for example by at least one cable or at least one pin instead of the connection surface 5.4, it also being advantageous here if the connecting element is already attached to the lower busbar 5 of the respective battery module 2 before the assembly of a plurality of battery modules 2 and from there extends in the direction of the upper end face 31 of the battery module 2, in order to provide at least one contact point or contact area spaced apart from the lower busbar 5.
  • the upper busbar 6 preferably consists of a flat, flat area which is at an angle of 90 ° to the longitudinal direction of the battery cells 4.
  • the busbar 6 has a contact element 6. 1 for each battery cell 4, which connects it electrically to the pole 9 of the respective battery cell 4.
  • the contact elements 6.1 are preferably formed by partially cutting out or punching out the metal sheet of the upper busbar 6, the partially cut out or punched out areas being reshaped down to the battery cells 4 and permanently connected to them, in particular welded.
  • the respective contact elements 6.1 are preferably connected to the respective positive pole 9.1 of the battery cells 4.
  • the openings are preferably of a smaller diameter or extent than the battery cells 4, so that the upper cell holder 8 is a spacer between the battery cells 4 and the flat area of the upper busbar 6.
  • the upper busbar 6 preferably has through openings 6.2 which serve for the passage of projections 8.4 of the upper cell holder 8.
  • the upper cell holder 8 has a flat section on which the upper busbar 6 rests, this flat section is surrounded by an elevated boundary 8.1, preferably on three sides. On that side on which there is no limitation 8.1, the electrical connection of two battery modules 2 takes place by connecting the upper busbar 6 of one battery module 2 to the lower busbar 5 of the other battery module 2, in particular by a conductive connection running between these busbars 5, 6 one or the connecting surface 5.4.
  • Each battery module 2 has on its upper end face 31 two contact surfaces which are present on opposite edges of the end face 31, one contact surface being electrically conductively connected to the upper bus bar 6, or preferably being formed by the latter, and the other contact surface being electrically conductive with the lower busbar 5 is connected, preferably integrally or monolithically connected to this.
  • the upper cell holder 8 is preferably provided on the two sides on which the contact surfaces are present with mutually identical formations 8.2, 8.3, wherein during assembly a form 8.2 of a first module 2 comes to lie below the form 8.3 of the second module 2.
  • the two overlapping areas of the cell holders 8 of two adjacent battery modules 2 preferably each have at least one corresponding passage opening 8.5, through which a common fastening means, in particular a common screw connection 23, runs, via which the two upper cell holders 8 of the two battery modules 2 are fixed to one another.
  • the upper cell holders 8 can also be connected less preferably by gluing, plastic welding, riveting, direct screwing to one another or non-positively, for example press-fitting.
  • the raised limitation 8.1 comprises a section which forms a structural, raised separation of the upper busbar 6 and the contact area 17 of the lower busbar 5 of one and the same battery module 2 in order to prevent a short circuit in this area by conductive foreign bodies which may enter the battery.
  • the special feature of the lower cell package holder 7 is that it is designed in the form of a holding frame which has at least one recess 7.3 and a frame surrounding this recess 7.3.
  • the recess 7.3 can be designed separately in at least two recesses 7.3 by at least one web 7.9, which connects two opposite frame sides.
  • At least one recess 7.3 preferably extends over a surface area which has several End faces of battery cells 4 spanned. This means that there are not individual openings per battery cell 4, as is the case with the upper cell holder 8, but rather openings, each spanning an area which completely encloses the end faces of a plurality of battery cells 4.
  • the holding frame preferably has a circumferential boundary 7.6, which forms a lateral guide for the entire battery cell package of the battery module 2 and a structurally raised separation between the lower busbars 5 of adjoining battery modules 2.
  • Passage openings 7.7 are present in the holding frame and are used for the passage of the screw connections 23.
  • the passage openings 7.7 are preferably present in elevations 7.8, which extend to the lower, second side 7.2 of the lower cell packet holder 7.
  • the recesses 7.3 are preferably in raised form 7.5 on the underside of the holding frame.
  • the recess 7.3 preferably has a smaller area than the shape 7.5, so that the shape 7.5 forms a support surface 7.4 which preferably extends around the entire recess 7.3.
  • the latent heat store 15 can be placed on this support surface 7.4, which is shaped in accordance with the interior of the formation 7.5 and has a tapered area which projects through the recess 7.3 so that it is at least flat with the lower, outer surface of the formation 7.5.
  • the upper surface of the latent heat storage is preferably flat with the upper flat area 7.10 of the holding frame. In other words, the area that is limited by the circumferential boundary 7.6 in the example shown.
  • the lower cell package holder 7 of the embodiment variant without latent heat store 15 has the circumferential boundary 7.6, the areal extent of which is oriented parallel to the longitudinal direction of the battery cells 4. Below this circumferential boundary 7.6, the lower cell packet holder 7 has at least two flat areas 7.10, which are aligned parallel to the lower busbar 5 and which connect two sides of the circumferential boundary 7.6 below it. These flat regions 7.10 preferably each directly adjoin a third side of the circumferential boundary 7.6, which connects the two sides mentioned above. There is also preferably a web 7.9 as a further flat area 7.10, which, between the two flat areas 7.10 and spaced apart from these, connects two opposite sides of the boundary 7.6.
  • this cell packet holder 7 could also be used with latent heat store 15 if it is present in the recess 7.3 and ends flush with the top of the flat areas 7.10, in which case the holder in the form of the shape 7.5 is not present. If the latent heat storage 15 turns out to be thicker than the thickness of the flat areas 7.10, the cell packet holder 7 must be placed on the structural component 10 with spacers (for example elevations 7.8 and / or shape 7.5 and / or spacer strips 24) so that the upper side of the flat areas 7.10 a distance from the surface of the structural component 10, or an electrical insulation 14 lying thereon (FIG. 1), which distance is equal to the thickness of the latent heat store 15.
  • spacers for example elevations 7.8 and / or shape 7.5 and / or spacer strips 24
  • the lower cell package holder 7 thus preferably has the circumferential boundary 7.6 and below it at least one flat area which is aligned parallel to the lower busbar 5 and has at least one recess 7.3 which is either present directly in this area or in one Formation 7.5 of this surface.
  • the heat-conducting plate 11 consists of electrically conductive material or has an electrically conductive surface
  • electrical insulation 14 is to be provided between the lower conductor rail 5 and the heat-conducting plate 11, preferably in the form of a thin, highly heat-conductive layer.
  • This electrical insulation 14 is preferably an additional layer which closes the recess 7.3 or the recesses 7.3 of the lower cell packet holder 7 designed as a holding frame with respect to the heat conducting plate 11.
  • This electrical insulation 14 in the form of an additional layer can be arranged between the lower cell packet holder 7 and the heat conducting plate 11 or between the lower cell packet holder 7 and the lower conductor rail 5.
  • the electrical insulation 14 is preferably a film or a thin plate, which has passage openings 14.1, for the passage of the screw connections 23 or the centering elements 22.1.
  • the electrical insulation 14 is preferably present within the circumferential boundary 7.6 in the lower cell packet holder 7.
  • the electrical insulation 14 preferably lies on top of the surfaces 7.10 of the cell packet holder 7 which are aligned parallel to the lower busbar 5.
  • the electrical insulation 14 can also extend over at least a partial area of the upstand 5.3 or the connecting surface 5.4 of the lower busbar 5, as can be seen in FIGS. 3, 9, 10.
  • the electrical insulation 14 can in particular be designed as a flat element which has an upturn, at least in the area between the modules 2, at least on one side, preferably on both sides, less preferably all around.
  • the circular structures of the electrical insulation 14 in the region of the contact formation 5.1, which can be seen in the figures, are not openings, but an optional structure of the electrical insulation 14 which protrude into the recesses which are formed by the contact formation 5.1 on the underside of the lower busbar 5 can.
  • the spacers 22 are elongated hollow bodies, preferably hollow cylinders, which have centering elements 22.1, 22.2 at both ends in the form of regions with a smaller cross-sectional size, in particular a smaller diameter (see FIGS. 3 and 7).
  • the spacers 22 are hollow to allow the screw connections 23 to pass through.
  • the lower centering element 22.1 is formed by a recess, in particular a counterbore, the same could also be done with the upper centering element 22.2, the cell packet holder 7 or the cell holder 8 in this case having corresponding projections, which in the recesses protrude, as can be seen in the lower cell packet holder 7 in FIG. 1.
  • the fastening means are preferably screw connections 23, in particular screws or bolts, which have a thread at the lower end with which they are screwed into threaded bores in the structural component 10 or the heat-conducting plate 11. At the upper end, the screw connections 23 have a screw head or a thread for fastening a nut.
  • the structural component 10 particularly preferably in the form of an actively cooled heat-conducting plate 11, has an upper surface on which the battery modules 2 rest. If the structural component 10 is electrically conductive, the battery modules 2 have electrical insulation 14 or a latent heat store 15. If the structural component 10 or the actively cooled heat-conducting plate 11 is not electrically conductive, the insulation 14 can be dispensed with.
  • the structural component 10 preferably has at least two outer depressions 10.1 running in the direction of the row of battery modules 2, particularly preferably also a middle such depression 10.2.
  • the lower cell packet holder 7 of the embodiment variant without latent heat storage 15 can be inserted into the depressions 10.1, 10.2 with the flat areas adjoining the peripheral boundary 7.6, so that the peripheral boundary 7.6 rests on the structural component 10 in the area between the flat regions.
  • the upper side of the flat areas preferably lies flat with the upper side of the structural component 10, that is to say with the area between the depressions 10.1, 10.2.
  • spacer strips 24 are preferably placed on the heat conducting plate 11, preferably in the depressions 10.1 and 10.2, which spacer strips 24 below of the lower cell package holder 7 laterally on the outside of the formations 7.5. If the cell packet holder 7 has a web 7.9 which connects two opposite frame sides, there is preferably also a spacer bar 24 below this web 7.9.
  • the spacer strips 24 have through openings 24.1, which serve for the passage of the screw connections 23.
  • the spacer strips 24 preferably each extend over a plurality of series-connected battery modules 2, which are arranged in a row.
  • the structural component 10 is thus preferably constructed identically in the variant with latent heat accumulator 15 and in the variant without latent heat accumulator 15, increases resulting from inserting the spacer strips 24 into the depressions 10.1, 10.2.
  • the height of the overall structure in the variant with latent heat storage 15 is only higher by the height of the latent heat storage 15 than the total structure in the variant without latent heat storage 15.
  • the individual battery cells 4 and spacers 22 are inserted into the guides provided for them on the underside of the upper cell holder 8.
  • the guides are formed by through openings which have a larger diameter at the bottom than at the top.
  • the battery cells 4 can be introduced into the region with a larger diameter until they abut the annular surface at the transition to the region with a smaller diameter.
  • the diameter of the wide area is selected so that the upper centering element 22.2 Spacer 22 can be guided therein, this comes to rest on an annular surface and / or the area of the spacer 22 adjoining the centering element 22.2 comes to rest on the cell holder 8 below.
  • the upper busbar 6 is placed on the upper cell holder 8 and the contact element 6.1 is connected to the poles 9, in particular positive poles 9.1.
  • the lower conductor rail 5 is placed on the other side of the battery cells 4 and spacers 22, the battery cells 4 with their poles 9, in particular negative poles 9.2, on the contact formations
  • 22.1. 22.2 is thus fixed between the upper cell holder 8 and the lower conductor rail 5 and keeps them at a distance.
  • the contact formations 5.1 are connected to the lower poles 9 of the battery cells 4, in particular welded. Since the battery cells 4 are connected and in particular welded to the busbars 6, 5 at the top and bottom, the components mentioned form an assembly unit which can be used for further assembly.
  • lower cell packet holder 7, optionally latent heat storage 15, optionally electrical insulation 14 can be placed in the required sequence from below on the lower conductor rail 5.
  • the centering elements 22.1 of the spacers 22 protrude into the passage openings 7.7 of the lower cell packet holder 7 and can be planar with the underside of the cell packet holder 7 or, if present, the lower surfaces of the formation 7.5 and the elevations 7.8.
  • the assembly can be carried out by placing the lower cell package holder 7 and optionally latent heat storage 15 and electrical insulation 14 on the structural component 10 or on the heat-conducting plate 11 and then placing the aforementioned assembly unit thereon.
  • the elevations 7.8 with the centering elements 22.1 contained therein protrude into openings in the structural component 10, which are present in the recesses 10.1, 10.2.
  • the fastening means in particular screw connections 23, that is to say screws or threaded bolts, are guided from the upper end face 31 into the passage openings 7.7 and the spacers 22 contained therein as far as into the structural component 10 into which they are screwed.
  • Another identical battery module 2 can then be placed on the structural component 10 on the first battery module 2 placed on the structural component 10, the contact area 17 of the second battery module 2 coming to rest on the upper busbar 6 of the first battery module 2.
  • the contact area 17 and the upper busbar 6 can have corresponding openings, as shown, for screws or others suitable connectors which are fixed from above into the upper cell holder 8.
  • the cell holder 8 is preferably provided with bores, in particular threaded bores.
  • the two battery modules 2, 2 are also preferably fixed to one another in that their mutually opposite shapes 8.2, 8.3 overlap. This takes place in that the formation 8.3 of the second module 2 is guided from above over the formation 8.2 of the first module 2.
  • a spacer 22 is preferably provided in the region of the formation 8.2, the centering element 22.2 of which extends through the formation 8.2 and projects into an opening in the formation 8.3 of the second module 2.
  • the two modules 2, 2 are connected by at least one, preferably at least two screw connector 23, each of which from above through one through opening 8.5 of the formation 8.3 of the second module 2, one through opening 8.5 of the formation 8.2 of the first module 2 and through a spacer 22 of the first module 2 extend into the structural component 10.
  • a third module 2 can be attached to the second module 2 and to the structural component 10 in order to arrive at the example of a battery 1 according to the invention shown in FIG. 11. It is obvious that any number of modules 2 can be strung together in this way.
  • the structural component 10 can preferably be a continuous element to which all modules 2 of the row are fastened. Of course, several such rows of modules 2 could also be provided in parallel to one another, each row having a structural component 10, or a plurality of rows having a common structural component 10.
  • each module 2 is constructed identically and the modules 2 of a row are in an identical orientation, thus also with an identical orientation of their battery cells 4 and thus an identical orientation of all battery cells 4, there is only one type of pole 9, that is to say either exclusively plus poles 9.1 or preferably exclusively Negative poles 9.2, facing the structural component 10 or the heat-conducting plate 11.
  • all the battery cells 4 of all the modules 2 arranged in one row or all in several rows on the heat-conducting plate 11 are advantageously uniformly cooled.
  • the modules 2 of the battery 1 according to the invention can be attached not only on one side to the structural component 10 or the heat-conducting plate 11, but also on both sides. This is achieved by a preferred symmetrical or mirror-symmetrical structure of the structural component 10 or the heat-conducting plate 11. If one mentally turns the assembly of FIG. 11, spacer strips 24 and battery modules 3 can be placed in the same way on the side that then lies at the top.
  • the structural component 10 or the heat-conducting plate 11 in this embodiment variant has at least one row of battery modules 2, 3 on both sides, the battery modules 2, 3 each facing the structural component 10 or the heat-conducting plate 11 with their lower end faces, all battery cells also all of these battery modules 2, 3 have only one type of poles 9 which face the structural component 10 or the heat-conducting plate 11.
  • integrated, active cooling of the structural component 10 or heat-conducting plate 11 with a moving heat-conducting medium is particularly advantageous, since it has no free area in order to be able to emit heat in a different way.
  • the battery modules 2, 3 of the two sides are preferably offset (somewhat) from one another in the longitudinal direction of the structural component 10 and / or in the transverse direction of the structural component 10.
  • the fastening means advantageously run at different points so that they can be screwed deeper than half of them into the structural component 10, for example into the more distant of the two preferably identical plates of the multi-part structural component 10 shown.
  • the central spacers 22 represent a special feature of the battery modules 2 which has not yet been mentioned.
  • the battery module 2 preferably has at least one spacer 22 which is present between the battery cells 4.
  • the spacer 22 runs into one of the projections 8.4 of the upper cell holder 8, which projection 8.4 has a passage opening 8.5 and projects through a passage opening 6.2 of the upper busbar 6.
  • a screw connection 23 can be made to the structural component 10 or to the heat-conducting plate 11, with the difference that this spacer 22 runs centrally between the battery cells 4 and not at the edge of the battery cell package.
  • the central spacer 22 runs with its lower centering element 22.1 into a passage opening 7.7 in the web 7.9 of the lower cell package holder 7. Below the web 7.9 there is optionally a spacer bar 24 on which the web 7.9 rests.
  • the spacer bar 24 has a passage opening 24.1.
  • the central screw connection 23 runs through the passage opening 7.7 in the web 7.9 and optionally the passage opening 24.1, so that the lower cell packet holder 7 and the upper cell holder 8 are also fastened at a central point on the structural component 10 or the heat-conducting plate 11.
  • the battery modules 2 preferably have an elongated shape, the long side of the battery modules 2 extending transversely to the direction of the row of the battery modules, the contact surfaces 17 being present on the long sides of the modules 2.
  • the central spacers 22 are preferably in the center as seen in the longitudinal direction of the modules 2.
  • heating / cooling means 12, liquid line 13, electrical insulation 14, latent heat storage 15 and spacer strips 24 are all optional and can be present individually or in any combination in preferred embodiment variants. In the following, a few less preferred variants are discussed, which are possible within the scope of the present invention, but which seemed disadvantageous on the day of the application.
  • a lower cell block holder 7 is preferably provided for each battery module 2, 3.
  • a cell block holder 7 for a plurality of battery modules 2 could also be arranged less preferably on the structural component 10. This can take place in that adjoining lower cell block holders 7 (see FIGS. 7 and 8) are formed in one piece or monolithically, the common cell block holder 7 then preferably having a circumferential boundary 7.6 for each battery module 2. In the area between two modules 2, instead of the two adjacent sides of the limits 7.6 (see FIGS. 7 and 8), there can only be a raised separation, which two modules 2 share.
  • At least one latent heat store 15 is preferably present for each battery module 2, 3. Less preferably, there can also be at least one latent heat store 15 on one side of the structural component 10, which extends over a plurality of battery modules 2. If the shape 7.5 has or is removed at least on the mutually facing sides of the modules 2, the latent heat store can extend below the boundary 7.6 between the modules 2 over several modules 2 of the row.
  • Electrical insulation 14 is preferably provided for each module 2. Less preferably, an electrical insulation 14 can also extend below the cell block holder 7 over several modules 2, for example as a heat-conducting film present on the structural component 10, or as an electrically insulating coating of the structural component 10.
  • the lower cell block holder 7 can be designed as electrical insulation 14 or form it if the electrical insulation 14 shown in FIGS. 7 and 8 is monolithically connected to the cell block holder 7 or the surface 7.10 has no recesses 7.3.
  • the circumferential boundaries 7.6 of the lower cell block holder 7 or the lower cell block holder 7 there can only be at least one raised boundary in the area between the modules 2, which forms electrical insulation between two adjacent lower busbars 5.
  • the lower cell holder 7 can be designed according to the electrical insulation 14 in FIG. 10, that is to say as a flat element which has an upturn, at least in the area between the modules 2, at least on one side, preferably on both sides, particularly preferably all around.
  • Pins or bolts or rods can be used less preferably as connecting elements, which are connected at the lower end to the structural component 10 in a suitable manner and have a fastening element (eg thread or groove) at the other upper end.
  • the components of the battery 1 can then be placed from above with their through openings on these connecting elements and guided down to the structural element 10.
  • the fixing of the Modules 2 are made by placing a fastener (e.g. nut or locking ring) on the fastener.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), wobei mehrere Batteriemodule (2) an einer flächigen Seite eines gemeinsamen Strukturbauteils (10) in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Batteriemodule (2) jeweils eine untere Stromschiene (5) und einer obere Stromschiene (6) aufweisen, zwischen welchen Batteriezellen (4) mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole (9) vorliegen, wobei jedes Batteriemodul (2) einen oberen Zellenhalter (8) aufweist und zumindest ein unterer Zellenpakethalter (7) vorhanden ist wobei die Batteriemodule (2) jeweils mit ihrer unteren Stromschiene (5) zum gemeinsamen Strukturbauteil (10) ausgerichtet sind, und alle in der Reihe enthaltenen Batteriezellen (4) mit nur einer Art von Polen (9) dem Strukturbauteil (10) zugewandt liegen und die Batteriemodule (2) der Reihe in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule (2) eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene (5) eines ersten dieser Batteriemodule (2) und einer oberen Stromschiene (6) des zweiten dieser Batteriemodule (2) aufweisen.

Description

Batterie
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit mehreren, elektrisch zusammengeschalteten Batteriemodulen, die jeweils mehrere zusammengefasste Batteriezellen mit elektrischen Polen, angeordnet an gegenüberliegenden Stirnseiten des Batteriemoduls und mehrere Pole dieser Batteriezellen elektrisch verbindende Stromschienen aufweisen, wobei mehrere Batteriemodule an einem gemeinsamen Strukturbauteil befestigt sind.
Beim Strukturbauteil kann es sich insbesondere um eine stimseitig der Batteriemodule angeordnete Wärmeleitplatte handeln zur Kühlung und/oder Heizung ihrer jeweils zugeordneten Batterie zellen. Im Fall einer metallischen Wärmeleitplatte ist eine elektrische Isolierung vorhanden, welche die Stromschienen von der metallischen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert.
Die WO2014178568A1 zeigt eine Batterie aus vier Batteriemodulen, die in zwei Reihen zu je zwei Batteriemodulen angeordnet sind, wobei die Batteriemodule der jeweiligen Reihe mit unterschiedlicher Polausrichtung ihrer Batteriezellen vorliegen.
Die Veröffentlichungen EP2509134A1, US9893385B1, US2010173189A1 definieren allgemeinen Stand der Technik von Batterien und Batteriemodulen.
Zur Kühlung der Batteriezellen einer Batterie ist es bekannt (EP2564448B 1), die Batteriemodule aus zusammengefassten Batteriezellen bodenseitig, also an der unteren Stirnseite an einer Wärmeleitplatte aufzuspannen. Die Wärmeleitplatte weist mit Kühlmittel durchströmte Kühlkanäle auf, wodurch die Batteriezellen aktiv gekühlt werden sollen. Sämtliche Pole der Batteriezellen sind auf der oberen Stirnseite der Batteriemodule angeordnet und entsprechend einer parallelen oder seriellen Verschaltung der Batteriezellen über Stromschienen, die auch oftmals als „busbar“ bzw. Zellenverbinder/Zellenverbinderplatine bezeichnet werden, elektrisch miteinander verbunden. Mit solch einer bodenseitigen Kühlung der Batteriezellen können die Batteriezellen zwar temperiert werden - eine derartige Kühlung ist jedoch aufgrund des Isolationsgehäuses der Batteriezellen vergleichsweise träge. Daher werden auch Temperaturspitzen in den Batteriezellen, beispielsweise verursacht durch einen hohen elektrischen Leistungsabruf, vergleichsweise träge kompensiert, was die Funktion bzw. die Lebensdauer der Batteriezellen und damit der Batterie negativ beeinträchtigen kann.
Zudem ist zur Kopfkühlung von Batterien bekannt (DE102007063178A1), zwischen den Polen der Batteriezellen und den Stromleisten eine Kühlplatte vorzusehen.
Durch den thermischen Kontakt zwischen den metallischen Polen und der Kühlplatte kann zwar für eine erhöhte Wärmeableitung gesorgt werden, der Aufbau solch eine Batterie ist jedoch vergleichsweise komplex und durch den mechanischen Verbund auch vergleichsweise aufwändig zu warten.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Batterie mit mehreren Batteriemodulen zu schaffen, welche einfach im Aufbau und in der Montage ist und eine gute Wärmeleitung und eine möglichst einheitliche Temperaturverteilung aufweist. Zudem soll die Batterie einen mechanisch stabilen bzw. robusten Aufbau aufweisen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Batterie umfassend mehrere Batteriemodule und zumindest ein Strukturbauteil, wobei mehrere Batteriemodule an einer flächigen Seite eines gemeinsamen Strukturbauteils in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Batteriemodule jeweils eine untere Stromschiene und jeweils eine obere Stromschiene aufweisen, zwischen welchen mehrere Batteriezellen mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole vorliegen, wobei eine Art von Polen mit der unteren Stromschiene verbunden ist und die andere Art von Polen mit der oberen Stromschiene verbunden ist, wobei jedes Batteriemodul einen oberen Zellenhalter aufweist, welcher oberhalb der Batteriezellen vorliegt und ein unterer Zellenpakethalter vorhanden ist, welcher unterhalb der unteren Stromschiene vorliegt, wobei für besagte Reihe von Batteriemodulen gilt:
dass deren Batteriemodule jeweils mit ihrem unteren Zellenpakethalter zum gemeinsamen Strukturbauteil ausgerichtet sind,
dass alle in der Reihe enthaltenen Batteriezellen mit nur einer Art von Polen dem Strukturbauteil zugewandt liegen,
dass die Batteriemodule der Reihe in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene eines ersten dieser Batteriemodule und einer oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule aufweisen.
Durch diese Merkmalskombination wird vorteilhaft erreicht, dass mehrere Batteriemodule, welche an einem gemeinsamen Strukturbauteil befestigt sind, alle eine einheitliche Ausrichtung ihrer Pole hin zum Strukturbauteil aufweisen. Dennoch kann eine hohe Spannung durch Serienschaltung der Module und eine hohe Kapazität durch Parallelschaltung der Batteriezellen in den einzelnen Modulen erreicht werden. Dadurch, dass die Batteriezellen jeweils mit einem metallischen Pol dem Strukturbauteil zugewandt hegen, erfolgt eine gute Wärmeleitung. Dadurch dass jede Batterie zelle mit dem gleichen Pol dem Strukturbauteil zugewandt liegt, erfolgt eine einheitliche Wärmeleitung für alle Batteriemodule, die in Reihe an dem Strukturbauteil angeordnet sind, wobei auch die Temperaturverteilung innerhalb der Module weitgehend einheitlich ist, da diese einen Großteil der thermischen Energie an den Stirnseiten abgeben, an denen die Pole der Batteriezellen vorliegen und weniger über die Seitenflächen, an denen die isolierten Gehäuse der Batteriezellen vorhegen.
Bevorzugt ist je Batteriemodul ein unterer Zellenpakethalter vorhanden.
Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter rahmenförmig und weist somit zumindest eine Ausnehmung auf, welche einen thermischen Weg zwischen der unteren Stromschiene und dem Strukturbauteil freilässt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Material des unteren Zellenpakethalters die Wärmeleitung zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil nicht verschlechtert.
Bevorzugt sind der obere Zellenhalter und der untere Zellenpakethalter über Abstandhalter verbunden. Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter eine umlaufende Begrenzung auf, welcher das Batteriezellenpaket (also alle durch die untere Stromschiene verbundenen Batteriezellen und bevorzugt auch die Abstandhalter) des Batteriemoduls umschließt. Das Batteriezellenpaket wird mit angebrachter, insbesondere angeschweißter, unterer Stromschiene in den Rahmen der umlaufenden Begrenzung eingesetzt. Bevorzugt schließt an diese umlaufende Begrenzung bzw. diesen parallel zur Längsausrichtung der Batteriezellen verlaufenden Rahmen nach unten hin zumindest eine normal dazu ausgerichtete Fläche an, welche zumindest zwei Seiten der umlaufenden Begrenzung verbindet. Das Batteriezellenpaket und der Halterahmen sind bevorzugt rechteckig ausgeführt, wobei beide aufgrund der bevorzugten Verwendung von Rundzellen abgerundete Ecken aufweisen können.
Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter zumindest einen flächigen Bereich auf, welcher parallel zur unteren Stromschiene ausgerichtet ist, und zumindest eine Ausnehmung aufweist oder begrenzt.
Bevorzugt liegt die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche dieses flächigen Bereichs plan mit der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils, wobei die untere Stromschiene, optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung, auf der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils und der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zellenpakethalters aufliegt.
Alternativ hegt die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche des flächigen Bereichs mit einem Abstand zu der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils vor, welcher gleich der Dicke eines Latentwärmespeichers ist, welcher auf dem Strukturbauteil aufliegt, wobei die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche des Latentwärme Speichers plan mit der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zellenpakethalters hegt und wobei die untere Stromschiene, optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung, auf der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Latentwärmespeichers und der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zellenpakethalters aufliegt. Sofern auf dem Strukturbauteil selbst eine elektrische Isolierung vorliegt, auf welcher der Latentwärmespeicher aufliegt, ist in diesem Absatz die Oberfläche dieser elektrischen Isolierung als die der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils anzusehen.
Bevorzugt weist der obere Zellenhalter Durchtrittsöffhungen auf. Bevorzugt weisen die Abstandhalter Durchtrittsöffnungen auf.
Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter Durchtrittsöffnungen auf.
Bevorzugt verläuft zumindest ein Befestigungsmittel von oben durch eine Durchtrittsöffnung des oberen Zellenhalters, durch die Durchtrittsöffnung eines Abstandhalters und durch eine Durchtrittsöffnung des unteren Zellenpakethalters bis in das Strukturbauteil. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Komponenten der Module auf einfache Weise am Strukturbauteil befestigt werden können. Das finale Zusammensetzen der Module kann am Strukturbauteil erfolgen, sodass das Strukturbauteil eine Montageplatte der Batterie ausbildet. Bevorzugt sind die Befestigungsmittel lösbar im Strukturbauteil befestigt, insbesondere verschraubt. Bevorzugt weist auch die untere Stromschiene Durchtrittsöffnungen auf, wobei das besagte Befestigungsmittel auch durch die Durchtrittsöffhungen der unteren Stromschiene verläuft.
Bevorzugt erfolgt bei zwei aufeinanderfolgenden Batteriemodulen die elektrische Verbindung zwischen diesen dadurch, dass beim ersten dieser Batteriemodule einseitig an die untere Stromschiene eine Verbindungsfläche anschließt, welche sich bis zur oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule erstreckt, wobei die obere Stromschiene des zweiten Moduls in einem Kontaktbereich mit der Verbindungsfläche mechanisch und elektrisch verbunden ist.
Dadurch wird eine robuste elektrische Verbindung zwischen den Modulen erreicht, wobei diese Verbindung vorteilhaft in Form der Verbindungsfläche bereits im Modulaufbau integriert ist. Besonders bevorzugt ist die Verbindungsfläche einstückig bzw. monolithisch mit der unteren Stromschiene verbunden.
Bevorzugt wird bei Zusammenstellung zweier Batteriemodule die Verbindungsfläche des einen Moduls mit der oberen Stromschiene des anderen Moduls verbunden, beispielsweise genietet, gelötet, geschweißt, lasergeschweißt, geklemmt, verschraubt, etc..
Bevorzugt sind die obere Stromschiene und die Verbindungsfläche verbunden, indem diese übereinanderliegende Bereiche aufweisen, und in diesen Bereichen mit korrespondierenden Öffnungen versehen sind, durch welche Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, bis in den oberen Zellenhalter verlaufen. Dadurch erfolgt das elektrische Verbinden der Module auf einfache und schnelle und vor allem lösbare Weise, was gemeinsam mit lösbaren an dem Strukturbauteil befestigten Befestigungsmitteln eine Demontage der Batterie in einzelne Batteriemodule ermöglicht.
Bevorzugt weist der obere Zellenhalter eines ersten Batteriemoduls eine Ausformung auf, welche in Längsrichtung der Batteriezellen gesehen, den obere Zellenhalter eines benachbarten zweiten Batteriemoduls überlappt.
Bevorzugt weisen die überlappenden Bereiche eine gegengleiche Form auf, sodass diese im zusammengesetzten Zustand nur einen Freiheitsgrad in Längsrichtung der Batteriezellen aufweisen.
Bevorzugt ragen zwei Abstandhalter, besonders bevorzugt an zwei benachbarten Eckbereichen des Batteriemoduls, durch den unteren der beiden überlappenden oberen Zellenhalter in den oberen der beiden überlappenden Zellenhalter, sodass diese im zusammengesetzten Zustand nur einen Freiheitsgrad in Längsrichtung der Batteriezellen aufweisen.
Bevorzugt verläuft zumindest ein Befestigungsmittel durch eine Durchtrittsöffnung in der Ausformung des darüberliegenden oberen Zellenhalters des ersten Batteriemoduls und eine Durchtrittsöffhung des darunterliegenden Bereichs des oberen Zellenhalters des benachbarten zweiten Batteriemoduls, welches Befestigungsmittel bis zum Strukturbauteil verläuft.
Bevorzugt ist das Strukturbauteil eine Wärmeleitplatte, in welcher Mittel zur aktiven Kühlung oder Erwärmung der Batterie enthalten sind. Vorteilhaft daran ist, dass die gute und gleichmäßige Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil genutzt werden kann, um die Batterie aktiv gleichmäßig zu temperieren. Vorteilhaft ist insbesondere, dass für die gleichmäßige Temperierung ein gemeinsames Element genutzt wird und nicht jedes Batteriemodul ein eigenes von den anderen Modulen getrenntes Temperierungselement benötigt.
Bevorzugt ist zwischen der unteren Stromschiene und dem Strukturbauteil zumindest ein Latentwärmespeicher angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass Temperaturspitzen durch den Latentwärmespeicher abgeschwächt werden können, sodass dieser eine Art Pufferfimktion zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil, insbesondere der Wärmeleitplatte erfüllt.
Bevorzugt weist jedes Batteriemodul zumindest einen Latentwärmespeicher auf, wobei dieser in eine Ausformung des unteren Zellenpakethalters eingelegt ist, wobei die Ausformung zumindest eine Ausnehmung aufweist, welche einen thermischen Weg zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Strukturbauteil freilässt. Dadurch wird einerseits erreicht, dass der untere Zellenpakethalter auch einen Halter für den Latentwärmespeicher bildet und dass das Material des Zellenpakethalters die Wärmeleitung zwischen Batteriezellen, unterer Stromschiene, Latentwärme Speicher und Strukturbauteil, insbesondere Wärmeleitplatte nicht verringert.
Bevorzugt ist der Latentwärmespeicher elektrisch leitfähig, da elektrisch leitfähige Materialien in der Regel auch gut wärmeleitfähig sind.
In einer Ausführungsvariante ist das Strukturbauteil elektrisch leitend, wobei zwischen den unteren Stromschienen der Batteriemodule und dem Strukturbauteil zumindest eine elektrische Isolierung vorliegt, welche den elektrischen Weg zwischen den unteren Stromschienen der Batteriemodule und dem Strukturbauteil unterbricht. In einer Ausführungsvariante besteht das Strukturbauteil aus Metall insbesondere Stahl oder Aluminium, je nach mechanischen und thermischen Anforderungen.
Bevorzugt liegt die obere Stromschiene am oberen Zellenhalter auf, wobei Kontaktelemente von der oberen Stromschiene durch Öffnungen des oberen Zellenhalters bis zu den oberen Polen der Batteriezellen ragen und an diesen befestigt sind. Dadurch dient der obere Zellenhalter vorteilhaft als Abstandhalter zwischen den Batteriezellen und der oberen Stromschiene. Bevorzugt ist die obere Stromschiene als flaches Blech ausgeführt, von welchem die Kontaktelemente abragen.
Bevorzugt weist jedes Batteriemodul an einer seiner oberen Seitenkanten einen Kontaktbereich auf, welcher mit der unteren Stromschiene des selben Batteriemoduls elektrisch leitend verbunden ist, wobei der obere Zellenhalter zwischen dem Kontaktbereich und der oberen Stromschiene desselben Batteriemoduls eine erhöhte Begrenzung aufweist, wobei an der gegenüberliegenden Seitenkante des Batteriemoduls die obere Stromschiene freiliegt, wobei bei Zusammenstellung zweier benachbarter Batteriemodule der Kontaktbereich eines Batteriemoduls auf dem an der Seitenkante freiliegenden Bereich der oberen Stromschiene des benachbarten Batteriemoduls zu hegen kommt. Dadurch wird die elektrische Schaltung der Batteriemodule bereits beim Zusammenstellen dieser gebildet. Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter rahmenförmig, wobei zumindest ein Steg des unteren Zellenpakethalters die Öffnung des Rahmens in zumindest zwei Ausnehmung trennt. Bevorzugt ist in zumindest einem Steg eine Durchtrittsöffhung vorhanden, wobei ein Befestigungsmittel im Bereich der oberen Stromschiene durch eine Durchtrittsöffhung des oberen Zellenhalters, eine Durchtrittsöffnung der unteren Stromschiene und die Durchtrittsöffnung im Steg ragt. Dadurch erfolgt eine Fixierung des Batteriemoduls im zentralen Bereich, in welchem die obere Stromschiene vorliegt und nicht nur am Randbereich des Batteriemoduls.
Bevorzugt sind die Abstandhalter als Hohlkörper ausgeführt, durch welche Befestigungsmittel verlaufen, wobei die Abstandhalter je ein unteres Zentrierelement und ein oberes Zentrierelement aufweisen, welche Abschnitte des Abstandhalters mit geringerem Querschnitt als der dazwischenliegende Bereich des Abstandhalters sind.
Bevorzugt ragt das untere Zentrierelement durch eine Durchtrittsöffnung der unteren Stromschiene und in eine Durchtrittsöffnung des unteren Zellenpakethalters.
Bevorzugt ragt das obere Zentrierelement in eine Durchtrittsöffhung des oberen Zellenhalters.
Bevorzugt ist das Strukturbauteil plattenförmig, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen des Strukturbauteils ident ausgeführt sind, wobei an beiden Oberflächen des Strukturbauteils Batteriemodule angebracht sind, welche jeweils mit ihrer unteren Stromschiene zum gemeinsamen Strukturbauteil ausgerichtet sind, wobei alle Batteriezellen der enthaltenen Batteriemodule mit nur einer Art von Polen dem Strukturbauteil zugewandt hegen, wobei die Batteriemodule, welche an der jeweiligen Oberfläche des Strukturbauteils angeordnet sind und dort in einer Reihe vorliegen, in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene eines ersten dieser Batteriemodule und einer oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule aufweisen. Indem an beiden Seiten des Strukturbauteils Batteriemodule vorliegen, wird eine sehr kompakte Batterie geschaffen. Dadurch, dass die Batteriezellen der an unterschiedlichen Seiten angebrachten Module mit identen Polen, bevorzugt Minuspolen, dem Strukturbauteil zugewandt sind, erfolgt auch für die sich gegenüberliegenden Batteriemodule eine einheitliche Wärmeleitung hin zum Strukturbauteil. Die Batteriemodule können spiegelgleich angeordnet sein, sodass die Befestigungsmittel der beiden Seiten in einer Linie verlaufen. Die Batteriemodule der beiden Seiten können aber auch versetzt zueinander, oder gegengleich verlaufend angeordnet sein, wobei sich die Befestigungsmittel der beiden Seiten dann an unterschiedlichen Positionen befinden können.
Bevorzugt weist das Strukturbauteil Gewindebohrungen auf, in welche Befestigungsmittel der Batteriemodule eingeschraubt sind, wobei die Befestigungsmittel einen Kopf oder eine Mutter aufweisen, welche/r von oben am oberen Zellenhalter anliegt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Batteriemodule lösbar am Strukturbauteil befestigt sind.
Bevorzugt besteht das Strukturbauteil aus zwei plattenförmigen Teilen, welche flächig aneinanderliegen, wobei die Batteriemodule an dem jeweils ihnen zugewandten Teil befestigt sind. Bevorzugt weist das Strukturbauteil eine Breite auf, um zumindest, bevorzugt genau, eine Reihe von Batteriemodulen aufhehmen zu können und eine Länge um zumindest drei in Serie geschaltete Batteriemodule aufhehmen zu können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante weist die Batterie zumindest ein Strukturbauteil in Form einer Wärmeleitplatte und zumindest einen Latentwärme Speicher auf. In Folge wird auf diese Variante im Detail eingegangen.
Bevorzugt weist die Batterie einen Latentwärmespeicher auf, welcher ein Phasenwechselmaterial und eine feste wärmeleitende Trägerstruktur, welche das Phasenwechselmaterial aufhimmt, aufweist, wobei der Latentwärmespeicher zwischen der unteren Stromschiene des Batteriemoduls und der Wärmeleitplatte vorgesehen ist.
Ist die Wärmeleitplatte an der, nur eine Art von Polen der Batteriezellen aufweisenden Stirnseite, mehrerer Batteriemodule vorgesehen, kann eine deutlich verbesserte Temperierung der Batteriezellen erreicht werden - womit insbesondere konstant hohe Wärmemengen, welche in den Batteriezellen anfallen, standfest und gleichmäßig abgeführt werden können.
Weist zudem die Batterie einen Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial und mit einer festen wärmeleitenden Trägerstruktur, welche das Phasenwechselmaterial aufnimmt, auf, wobei der Latentwärmespeicher zwischen der Stromschiene des Batteriemoduls und der Wärmeleitplatte vorgesehen ist, können Temperaturspitzen durch eine vergleichsweise hohe Leistungsabgabe und/oder eine hohe Ladeleistung, welche die Temperatur der Batterie über die Phasenwechsel-Temperatur des Latentwärmespeichers erhöhen, schnell und zuverlässig von den Batteriezellen abgeführt werden - womit die Standfestigkeit der Batterie deutlich erhöhbar ist.
Bevorzugt kann außerdem sichergestellt werden, dass die Batteriezellen selbst bei hoher, insbesondere kurzfristiger, Beanspruchung an ihrer bevorzugten Betriebstemperatur gehalten werden können. Der zwischen den Batteriezellen und der Wärmeleitplatte angeordnete Latentwärmespeicher kann nämlich von den Batteriezellen emittierte Wärmeenergie aufnehmen - womit dieser eine große Wärmesenke für Spitzenbeanspruchungen und auch eine Pufferkapazität darstellen kann. Daher kann die Wärme über die metallischen Pole der Batteriezellen effizient abfließen, was wiederum die Batteriezellen vor Überbelastungen schützt. Die Wärmeleitplatte steht in thermischem Kontakt mit dem Latentwärme Speicher und entzieht diesem stetig Wärmeenergie, um ein Überhitzen zu vermeiden. Erfindungsgemäß besteht demnach eine besonders gute thermische Verbindung zwischen Batteriezellen und Wärmesenke bzw. Wärmequelle.
An dieser Stelle wird festgehalten, dass die Erfindung auch zum Erwärmen der Batteriezellen bzw. auch zum Abpuffem der Temperatur in einem Idealbereich für Funktion bzw. Lebensdauer der Batterie genutzt werden kann, um eine besonders gute thermische Verbindung zwischen Batteriezellen und Wärmequellen herzustellen. Außerdem führt der erfmdungsgemäße Aufbau der Batterie - insbesondere Wärmeleitplatte samt Latentwärmespeicher - nicht zu einer Beeinträchtigung deren konstruktiv einfachen, modularen Aufbaus. Durch die feste Trägerstruktur des Latentwärmespeichers, welche das Phasenwechselmaterial aufhimmt, trägt diese nämlich auch zur mechanischen Stabilität des Batteriemoduls bei, und erhöht damit die Standfestigkeit der Batterie weiter. Hinzu kommt, dass die Verwendung eines Latentwärmespeichers die Wärmeleitplatte gegenüber thermischen Spitzenleistungen entlasten und damit für eine konstruktive bzw. gewichtsreduzierende Vereinfachung an der Wärmeleitplatte sorgen kann.
Trotz zusätzlichem Latentwärmespeicher kann sich die erfmdungsgemäße Batterie von bekannten Vorrichtungen also durch eine geringe Baugröße samt hoher Energie- und Leistungsdichte abheben.
Das Gewicht der Batterie kann weiter verringert werden, wenn ein zellulärer Werkstoff die Trägerstruktur des Latentwärmespeichers ausbildet. Insbesondere kann sich hierbei ein zellulärer, offenporiger Werkstoff auszeichnen, um einen hohen Anteil an Phasenwechselmaterial aufzunehmen. Vorzugsweise Graphitschaum als zellulärer Werkstoff kann sich diesbezüglich eignen - aufgrund seines vergleichsweise geringen Gewichts, seiner vergleichsweise hohen Speicherkapazität an Phasenwechselmaterial und seiner vergleichsweise hohen mechanischen Belastbarkeit, was die Standfestigkeit des Latentwärmespeichers verbessert. Zudem ist durch Verwendung von Graphit als Matrix-Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit und damit ein homogener Wärmetransport innerhalb des Latentwärmespeichers erreichbar.
Bildet Wachs das Phasenwechselmaterial des Latentwärmespeichers aus, kann ein kostengünstig und auf einfache Weise herzustellender Latentwärmespeicher ermöglicht werden.
Bevorzugt ist das Phasenwechselmaterial in der Trägerstruktur des Latentwärmespeichers eingeschlossen oder insbesondere durch Kapillarkräfte gehalten, sodass dieses bei Verflüssigung nicht aus dem Latentwärmespeicher austritt. Dadurch kann vorteilhaft auf eine Kapselung, beispielsweise eine Kunststoffhülle, des Latentwärmespeichers verzichtet werden. Der Latentwärmespeicher könnte aber mit einer Hülle, bevorzugt aus thermisch gut leitfähigem und elektrisch nicht leitfähigem Material versehen werden. Der Latentwärmespeicher könnte daher selbst mit einer elektrischen Isolierung versehen sein, oder diese bilden.
Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die Zuverlässigkeit der Batterie besonders erhöht werden kann, wenn das Phasenwechselmaterial im Latentwärmespeicher einen Phasenübergang 1. Ordnung durchläuft. Durch den Phasenübergang 1. Ordnung geht die gesamte Abwärme der Batteriezellen in Schmelzenthalpie des Phasenwechselmaterials über, wodurch es zu keiner Temperaturerhöhung im Latentwärmespeicher kommt, bis der Phasenübergang vollständig durchlaufen wurde.
Weist das Batteriemodul einen Zellenpakethalter auf, der an einer ersten Seite eine Aufnahme für die Batteriezellen des Batteriemoduls und den Latentwärmespeicher ausbildet, kann dies nicht nur den mechanischen Verbund der Batteriezellen, sondern auch die im thermischen Kontakt stehenden Bauteile des Batteriemoduls in Position halten und gegeneinander standfest ausrichten. Die thermische Verbindung zwischen den Batteriezellen und der Wärmeleitplatte kann verbessert werden, wenn der Latentwärmespeicher den Zellenpakethalter durchragt und dadurch mit der an dieser zweiten Seite des Zellenpakethalters angeordneten Wärmeleitplatte thermisch verbunden ist. Zudem kann derart der Zellenpakethalter unabhängig von seiner thermischen Leitfähigkeit mechanisch dimensioniert werden, was die Konstruktion weiter vereinfachen kann. Der untere Zellenpakethalter, sowie der obere Zellenhalter, liegen bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil vor, wobei die im Spritzguss verwendeten Kunststoffe meist eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter als Rahmen ausgebildet, wobei zumindest ein Latentwärmespeicher in eine Öffnung des Rahmens eingelegt ist.
Die Positionsgenauigkeit der Bauteile der Batterie im thermischen Pfad zwischen Batteriezellen und Wärmeleitplatte ist weiter verbesserbar, wenn der Latentwärmespeicher einen, insbesondere plattenförmigen, Grundkörper und eine diesem Grundkörper vorspringende Struktur oder einen vorspringenden Abschnitt aufweist, die/der durch komplementäre Aussparungen im Zellenpakethalter ragt.
Beispielsweise bilden Noppen die vorspringende Struktur aus, um eine durchgehende Struktur am Zellenpakethalter im Bereich der Aussparungen zu erhalten und so dessen mechanische Stabilität nicht zu gefährden.
Bevorzugt weist der plattenförmige Grundkörper einseitig eine stufenförmig verjüngte Fläche auf, wobei diese in eine komplementäre Aussparung oder Öffnung im Zellenpakethalter ragt.
Der thermische Widerstand zwischen Batteriezellen und Wärmeleitplatte kann weiter vermindert werden, wenn die elektrische Isolierung, sofern erforderlich, als thermisches Kontaktelement, insbesondere Wärmeleitfolie, ausgebildet ist.
Vergleichsweise einfache Konstruktionsverhältnisse können am Batteriemodul ermöglicht werden, wenn die Stromschiene an den Latentwärmespeicher, der Latentwärmespeicher an die elektrische Isolierung und die elektrische Isolierung an die Wärmeleitplatte thermisch anschließen. Durch diese Anordnung kann der - bevorzugt elektrisch leitfähige - Latentwärmespeicher elektrisch von den Polen der Batteriezellen entkoppelt werden, dabei aber dennoch alle über die Stromschiene zusammengeschalteten Batteriezellen gleichmäßig temperaturbelasten. Zudem kann diese Anordnung eine besonders kompakte Batterie mit niedrigem konstruktivem Aufwand schaffen.
Die Kühl-/Heizwirkung der Wärmeleitplatte ist verbesserbar, wenn die Wärmeleitplatte aktive Kühl- und/oder Heizmittel aufweist. Heiz-/Kühlmittel können Teil eines hydraulischen Kreislaufs sein - selbstverständlich sind diese beispielsweise aber auch als elektrische Heizungen, Peltier-Elemente, Verdampfer eines Kühlmittelkreislaufs etc. vorstellbar. Eine weitere Möglichkeit ist das Vorsehen einer hohlen Wärmeleitplatte mit Kühlrippen im Inneren der Wärmeleitplatte, wobei ein Luft- oder anderer Wärmetransportmittelstrom durch die Wärmeleitplatte geleitet wird.
Eine weitere Möglichkeit ist das Vorsehen eines oder mehrerer Wärmerohre (Heatpipe oder Zwei-Phasen- Thermosiphon) in der Wärmeleitplatte. Ein Wärmerohr ist nach dem Stand der Technik bekannt und stellt ein mit Arbeitsmedium gefülltes gekapseltes System dar, welches Wärmeenergie von einer Stelle (Kühlzone) des Wärmerohres an eine andere (Heizzone) transportiert. Vorteilhaft kann damit die Wärmeenergie aus der Wärmeleitplatte nach außen an einen Bereich des Batteriegehäuses geleitet werden. Das Gehäuse kann dann von außen gekühlt werden, sodass die Batterie ein geschlossenes Gehäuse ohne Kühlmittelzuführung ins Innere der Batterie aufweisen kann. Die erfmdungsgemäße Batterie umfasst somit bevorzugt ein Gehäuse, welches die Batteriemodule und die zumindest eine Wärmeleitplatte umgibt und zumindest ein Element, welches Wärmeenergie zwischen der Wärmeleitplatte und dem Gehäuse der Batterie überträgt, insbesondere in Form eines Wärmerohres.
Die Temperierung der Pole kann verbessert werden, wenn die Stromschiene ein Metallblech aufweist, welches über die Pole der Batteriezellen verläuft. Vorzugsweise ist das Metallblech mit vorspringenden Kontaktbereichen mit den Polen der Batteriezellen elektrisch verbunden. Dadurch können Materialtoleranzen und thermische Expansion und/oder Kontraktion über Verformungen am vorspringenden Kontaktbereich aufgenommen werden. Die Gefahr eines thermischen Kontaktverlusts der Stromschiene mit der Wärmeleitplatte ist sohin erheblich reduzierbar.
Die Konstruktion der Batterie kann weiter vereinfacht werden, wenn die Batteriezellen als Rundzellen ausgebildet sind. Das Vorsehen einer kompakten Stromschiene zum Zusammenschalten der Batteriezellen ist erleichtert, da Rundzellen an beiden Stirnseiten elektrische Pole aufweisen. Zudem reicht auf diese Weise eine Stromschiene pro Stirnseite des Batteriemoduls aus, wenn alle Rundzellen des Batteriemoduls parallel geschalten sind.
In den Figuren sind beispielhafte Ausführungsvarianten des erfmdungsgemäßen Gegenstands dargestellt.
Fig. 1 : zeigt eine Schnittansicht einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen.
Fig. 2: zeigt eine Detailansicht zur Fig. 1.
Fig. 3: zeigt eine Explosionsdarstellung eines bevorzugten Batteriemoduls.
Fig. 4: zeigt einen besonders bevorzugten unteren Zellenpakethalter der Ausführungsvariante mit Fatentwärmespeicher.
Fig. 5: zeigt einen besonders bevorzugten unteren Zellenpakethalter der Ausführungsvariante ohne Fatentwärmespeicher.
Fig. 6: zeigt ein bevorzugtes Batteriemodul ohne Darstellung der Rundzellen.
Fig. 7: veranschaulicht den Schichtaufbau der Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen mit Fatentwärmespeicher auf einer Wärmeleitplatte.
Fig. 8 : veranschaulicht den Schichtaufbau der Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen ohne Fatentwärmespeicher auf einer Wärmeleitplatte.
Fig. 9: veranschaulicht die elektrische Verbindung der Stromschienen von drei Batteriemodulen mit Fatentwärme speichern .
Fig. 10: veranschaulicht die elektrische Verbindung der Stromschienen von drei Batteriemodulen ohne Fatentwärmespeicher. Fig. 11 : zeigt die Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen mit Latentwärmespeicher auf einer mehrteiligen Wärmeleitplatte.
Fig. 12: zeigt die Zusammenstellung von je drei bevorzugten Batteriemodulen ohne Latentwärmespeicher auf gegenüberliegenden Seiten einer mehrteiligen Wärmeleitplatte.
Im Sinne dieser Beschreibung bedeutet„unten“,„untere“ etc. dem Strukturbauteil 10 zugewandt bzw. näher am Strukturbauteil 10 und„oben“,„obere“ etc. vom Strukturbauteil 10 abgewandt, bzw. weiter entfernt vom Strukturbauteil 10, unabhängig von der räumlichen Lage der Batterie 1.
Nach Fig. 1 ist beispielhaft eine Batterie 1 dargestellt, die mehrere Batteriemodule 2, 3 aufweist. Das Batteriemodul 2 ist in seiner Längsrichtung geschnitten; zur besseren Orientierung ist die Lage einer solchen Schnittebene in Fig. 11 strichliert veranschaulicht, obwohl Fig. 11 eine andere Ausführungsvariante zeigt.
Die Batteriemodule 2, 3 weisen je einen mechanischen und elektrischen Verbund aus zusammengefassten Batteriezellen 4, metallische Stromschienen 5, 6 sowie einen Zellenpakethalter 7 und Zellenhalter 8, bevorzugt aus Kunststoff, auf.
Die Batteriezellen 4 ragen in einen oberen Zellenhalter 8 ein, womit dieser Zellenhalter 8 die Batteriezellen 4 bereichsweise formschlüssig aufnimmt und diese damit fixiert bzw. lagert - wie anhand der Fig. 1 zu erkennen - damit ist eine hohe mechanische Stabilität der Batteriemodule 2, 3 gewährleistet. Die elektrischen Pole 9, nämlich Plus- und Minuspol, sind an gegenüberliegenden Stirnseiten 30, 31 der Batteriemodule 2, 3 angeordnet und an den dort vorgesehenen Stromschienen 5 bzw. 6 elektrisch angeschlossen - also mit diesen elektrisch verbunden -, welche Stromschienen 5 bzw. 6 als Zellenverbinder/Zellenverbinderplatine der Batteriezellen 4 in je einem Batteriemodul 2, 3 dienen.
Zudem weist die Batterie 1 ein tragendes Strukturbauteil 10 auf, das bevorzugt als metallische ein oder mehrteilige Wärmeleitplatte 11 ausgebildet ist. Diese bevorzugt aus zwei Plattenteilen zusammengesetzte Wärmeleitplatte 11 ist stimseitig der Batteriemodule 2, 3 vorgesehen - in gegenständlichem Beispiel und in der bevorzugten Ausführungsvariante an der jeweiligen unteren Stirnseite 30, also am Boden der jeweiligen Batteriemodule 2, 3 und zwischen diesen.
Die Batteriezellen 4 der Batteriemodule 2, 3 sind in thermischer Verbindung mit der Wärmeleitplatte 11, welche zum Kühlen und/oder Heizen der Batteriezellen 4 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck wird die Wärmeleitplatte 11 über nicht näher dargestellte Heiz-/Kühlmittel 12 aktiv thermisch belastet. Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen, weist die Wärmeleitplatte 11 bevorzugt aktive Heiz-/Kühlmittel 12 in Form von Flüssigkeitsleitungen 13 in der Wärmeleitplatte 11 auf, durch welche ein nicht näher dargestellter Wärmeträger geführt wird, um zur Temperierung der die Batteriezellen 4 beizutragen.
Passive Heiz-/Kühlmittel, wie beispielsweise nicht näher dargestellte Wärmeleitrippen, sind selbstverständlich in Kombination mit den aktiven Heiz- /Kühlmittel 12 vorstellbar.
Um die Batteriezellen 4 thermisch vorteilhaft an die Wärmeleitplatte 11 anzukoppeln, ist erfmdungsgemäß die Wärmeleitplatte 11 an der, Pole 9 der Batteriezellen 4 aufweisenden unteren Stirnseite 30 der Bateriemodule 2, 3 vorgesehen. Damit kann den Batteriezellen 4 über die metallische Leitfähigkeit der Pole 9 besonders schnell thermische Energie zu- oder abgeführt werden. Die Wärmeleitplatte 11 ist bevorzugt thermisch an die negativen Pole 9.2 gekoppelt, und zwar über eine elektrische Isolierung 14 (falls benötigt) und die Stromschiene 5, welche an die jeweiligen Pole 9 der Batteriezellen 4 anschließt - wie im Detail in Fig. 2 zu erkennen. Hierzu ist die elektrische Isolierung 14 zur Reduktion des thermischen Widerstands als thermisches Kontaktelement ausgebildet. Des Weiteren kann mit Hilfe der elektrischen Isolierung 14 ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Batteriezellen 4 bzw. den Batteriemodulen 2, 3 vermieden werden. Der modulare Aufbau der Batterie 1 kann daher weiter gewährleistet bleiben, auch wenn die Batteriemodule 2, 3 gemeinsamen von einer elektrisch leitenden Wärmeleitplatte 11 gekühlt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Batterie 1 zudem einen optionalen Latentwärmespeicher 15 auf, der zwischen der unteren Stromschiene 5 des Batteriemoduls 2, 3 und der Wärmeleitplatte 11 vorgesehen ist. Der Latentwärmespeicher 15 besteht bevorzugt aus einem Phasenwechselmaterial 15.1 und einer festen wärmeleitenden Trägerstruktur 15.2, welche das Phasenwechselmaterial 15.1 aufhimmt - was nicht näher dargestellt ist. Ist der Latentwärmespeicher 15 nicht vorhanden, schließt die Wärmeleitplatte 11 bevorzugt direkt an die untere Stromschiene 5 an, wobei optional im Fall einer elektrisch leitenden Wärmeleitplatte 11 eine elektrische Isolierung 14 zwischen der untere Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 vorgesehen ist. Andernfalls, also wenn die Wärmeleitplatte 11 nicht elektrisch leitfähig ist, kann auf die elektrische Isolierung 14 verzichtet werden. Die untere Stromschiene 5 kann in diesem Fall direkt an der Wärmeleitplatte 11 anliegen.
Aufgrund eines Latentwärmespeichers 15 kann die von den Batteriezellen 4 emittierte Wärmeenergie in Schmelzenthalpie im Latentwärmespeicher 15 umgewandelt werden. Damit kann eine in der Wärmekapazität hohe Wärmesenke im thermischen Weg zwischen Batteriezellen 4 und Wärmeleitplatte 11 vorgesehen werden. Gleiches kann allerdings auch für einen Energieweg in umgekehrte Richtung gelten, indem der Latentwärmespeicher 15 als Wärmequelle für die Batteriezellen 4 dient. Derart können thermische Spitzen geglättet und damit die Batteriezellen 4 gleichmäßiger auf einer gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden.
Die feste Trägerstruktur 15.2 wird bevorzugt von einem zellulären, offenporigen Werkstoff, insbesondere Graphitschaum ausgebildet. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung vorstellbar eine andere Wärmeleitmatrix hierfür einzusetzen, beispielsweise zelluläre Werkstoffe, wie PU-Schaum, Metallfaser oder Drahtstrukturen aus beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer Nickel, Legierung etc..
Als Phasenwechselmaterial 15.1 des Latentwärmespeichers 15 wird bevorzugt ein Wachs verwendet, das in die Trägerstruktur 15.2 eingebracht wird und beispielsweise durch Kapillarkräfte in dieser Trägerstruktur 15.2 gehalten wird.
Wie in der Fig. 1 zu erkennen, ist die elektrische Isolierung 14 zwischen Latentwärmespeicher 15 und Wärmeleitplatte 11, welche auch an diese thermisch anschließt, vergleichsweise dünn ausgeführt - was durch Verwendung einer Wärmeleitfolie ermöglicht wird. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass als thermisches Kontaktelement jegliches Wärmeleitpad vorstellbar ist, beispielsweise Silikongummi -Folien, Silikonmatten, Glimmerscheiben, Keramikscheiben etc.
Als metallische Stromschiene 5, 6 hat sich ein umgeformtes, vorzugsweise gebogenes, elektrisch leitendes Metallblech, beispielsweise ein Nickelblech, bewährt - unter anderem, um die mechanische Belastbarkeit des Batteriemoduls 2, 3 zu erhöhen.
Das Metallblech der jeweiligen Stromschiene verläuft über alle ihm zugewandten Pole 9 der Batteriezellen 4 des Batteriemoduls 2, was zum einen aufgrund der großen Fläche die Wärmekapazität der Stromschienen 5, 6 erhöht, zudem aber auch zu einer vergrößerten Kontaktfläche der unteren Stromschiene 5 mit der Wärmeleitplatte 11 führt.
Entsprechend Fig. 2 ist am Metallblech eine vorspringende Kontaktausformung 5.1 zu erkennen, die mit dem Minuspol 9.2 der Batteriezelle 4 elektrisch verbunden ist.
Das Batteriezellenpaket ragt in eine Aufnahme 18 an einer ersten Seite 7.1 des unteren Zellenpakethalters 7 ein. Diese Aufnahme 18 dient nicht nur zur seitlichen Führung des Batteriezellenpakets, sondern ist bevorzugt auch zur Aufnahme des Latentwärmespeichers 15 ausgebildet. Damit werden Batteriezellen 4 und Latentwärmespeicher 15 - einfach konstruktiv gelöst - zueinander positioniert, was eine gute thermische Kopplung sicherstellt.
Dies umso mehr dadurch, dass der Latentwärmespeicher 15 den Zellenpakethalter 7 an einer zweiten Seite 7.2 durchragt und damit mit der an dieser zweiten Seite 7.2 des Zellenpakethalters 7 angeordneten Wärmeleitplatte 11 - im Ausführungsbeispiel direkt - thermisch verbunden ist. Konstruktiv einfach gelöst, liegt die zweite Seite 7.2 der ersten Seite 7.1 mit der Aufnahme 18 gegenüber.
Wie in Fig. 2 erkennbar, weist der Latentwärme Speicher 15 einen plattenförmigen Grundkörper 19 und eine diesem Grundkörper 19 vorspringende Struktur 20 auf.
Die vorspringende Struktur 20 greift durch komplementäre und mit der Aufnahme 18 verbundene Aussparungen 21 im Zellenpakethalter 7. Diese vorspringende Struktur 20 wird von Noppen ausgebildet, es sind aber auch andere Strukturen vorstellbar, wie beispielsweise eine Wabenstruktur. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, weist der Latentwärmespeicher 15 bevorzugt im Bereich jeder Batteriezelle 4 ein vorspringende Struktur 20 auf, sodass die Wärmeableitung von jedem Pol 9 auf geradem Weg in die Wärmeleitplatte 11 über den Latentwärmespeicher 15 erfolgt. Dies kann auch erreicht werden, wenn sich die jeweilige vorspringende Struktur 20 über den Bereich mehrerer Pole 9 erstreckt.
Erkennbar ist zudem, dass die Batteriezellen 4 als Rundzellen ausgebildet sind, wodurch hohe Kompaktheit und in weiterer Folge eine hohe Energiedichte an der Batterie 1 erreicht wird.
Die Batteriemodule 2, 3 weisen - im dargestellten Beispiel randseitig und mittig - mehrere in Längsrichtung der Batteriezellen 4 verlaufende Abstandhalter 22 mit Schraubverbindungen 23 auf. Über diese Abstandhalter 22 sind die Batteriemodule 2, 3 an der Wärmeleitplatte 11 befestigt. Die Wärmeleitplatte 11 dient daher nicht nur zur Kühlung und/oder Erwärmung der Batteriezellen 4, sondern stellt auch einen Träger für die Batteriemodule 2, 3 dar.
In den Fig. 3-12 sind die Bestandteile einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfmdungsgemäßen Batterie dargestellt. Wobei die Komponenten derart ausgestaltet sind, dass die Batterie wahlweise mit Latentwärme Speicher (Fig. 3, 4, 6, 7, 9, 11) oder ohne Latentwärmespeicher (Fig. 5, 6, 8, 10, 12) aufgebaut sein kann. Zu beachten ist, dass die Fig. 3-12 alle dieselbe Ausführungsvariante darstellen, wobei bei dieser Ausführungsvariante zwischen zwei unterschiedlichen unteren Zellenpakethaltem 7 gewählt werden kann, je nachdem, ob ein Latentwärmespeicher 15 im Aufbau zu integrieren ist oder nicht. In den Fig. 3-12 sind die Komponenten zum Teil einzeln (Fig. 4 und Fig. 5) oder in unvollständiger Zusammenstellung (Fig. 6-10) dargestellt, um den Aufbau und das Zusammenwirken der Komponenten besser verständlich zu machen. Die Fig. 6-10 stellen keine Zwischenschritte beim Zusammenbau der Module bzw. der Batterie dar, sondern resultieren aus dem Ausblenden einzelner Baugruppen. Die Bauteile in den Fig. 3-12 sind bis auf den unteren Zellenpakethalter 7 ident ausgeführt, jedoch wurden aus Übersichtlichkeitsgründen nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren verwendet. Die Ausführungsvariante der Fig. 3-12 unterscheidet sich von jener der Fig. 1-2 in der Form des Latentwärmespeichers 15, der Form des unteren Zellenpakethalters 7, in der Form des unteren Endes der Abstandhalter 22, der Ausgestaltung der Wärmeleitplatte 11 und in der Position der elektrischen Isolierung 14.
In Fig. 3 sind alle Komponenten eines erfmdungsgemäßen Batteriemoduls 2 in Explosionsdarstellung dargestellt, welches eine Einheit aus einzelnen parallel geschalteten Batteriezellen 4, insbesondere Rundzellen mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole 9 darstellt.
Batteriezellen 4
Alle Batteriezellen 4 des Batteriemoduls 2 weisen eine einheitliche Ausrichtung ihrer Pluspole 9.1 und Minuspole 9.2 auf. Bevorzugt liegen jene Pole 9, welche eine bessere Wärmeleitung ermöglichen, dem unteren Zellenpakethalter 7 zugewandt, sodass sie bei der fertig zusammengestellten Batterie dem Strukturbauteil 10 insbesondere der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen. Bei bekannten Batteriezellen 4, insbesondere bei Rundzellen sind die Minuspole 9.2 besser wärmeleitfähig, sodass bevorzugt diese der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen. Die einheitliche Ausrichtung der Batteriezellen 4 hat den Vorteil, dass diesen gleichmäßig Temperatur entzogen oder zugeführt wird, sodass sich eine weitgehend einheitliche Betriebstemperatur der Batteriezellen 4 einstellt. Bevorzugt umfasst ein Batteriemodul 2 zumindest 20 Batteriezellen, besonders bevorzugt zumindest 30.
Sofern die Batteriezellen 4 an einer Art von Pol 9 eine interne Schmelzsicherung und/oder ein Ventil bzw. eine Sollbruchstelle zum Ausgasen aufweisen, hegt diese Art von Pol 9 bevorzugt oben, also dem Strukturbauteil 10 abgewandt.
Untere Stromschiene 5 (Siehe insb. Fig. 3 und 10) Die Pole 9 der Baterie zellen 4 sind an der unteren Seite durch ein untere Stromschiene 5 verbunden. Die untere Stromschiene 5 weist einen flächigen Abschnit auf, welcher in einem Winkel von 90 ° zur Längsrichtung der Bateriezellen 4 vorliegt.
Bevorzugt weist die untere Stromschiene 5 je Bateriezelle 4 eine Kontaktausformung 5.1 auf, welche aus der Ebene des flächigen Abschnits der Stromschiene 5 in Richtung der Bateriezelle 4 vorsteht. Die Kontaktausformungen 5.1 können in die Stromschiene 5 geprägt sein. Bevorzugt sind die jeweilige Kontaktumformung 5.1 mit dem jeweiligen Pol 9, bevorzugt Minuspol 9.2 verschweißt. Die untere Stromschiene 5 weist bevorzugt Durchtritsöffnungen 5.2 auf, welche zum Durchtrit der unteren Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 dienen.
Der flächige Bereich der Stromschiene 5 kann optional an einer oder an zwei gegenüberliegenden Seiten eine Aufkantung 5.3 aufweisen, diese dient dazu, um die Verwindungssteifigkeit der Stromschiene 5 zu erhöhen und um eine Führung bzw. seitliche Halterung für die Bateriezellen 4 zu schaffen. Bevorzugt schließt an einer Seite des flächigen Bereichs der Stromschiene 5 eine Verbindungsfläche 5.4 an, welche sich vom flächigen Bereich der Stromschiene 5 bis zur gegenüberliegenden oberen Stirnseite 31 des Bateriemoduls 2 erstreckt. Die Verbindungsfläche 5.4 ist elektrisch leitend mit dem flächigen Bereich der Stromschiene 5 verbunden und kann bevorzugt einstückig mit diesem vorliegen, indem die Stromschiene 5 bestehend aus flächigem Bereich und Verbindungsfläche 5.4 als L-förmig gebogenes Metallblech vorliegt. Die Verbindungsfläche 5.4 kann an ihrem oberen Ende eine weitere Abwinke lung in Form eines Kontaktbereichs 5.5 bzw. 17 aufweisen. Weniger bevorzugt kann die Abwinkelung an der oberen Stromschiene 6 vorliegen, sodass diese einen abgewinkelten Kontaktbereich 17 aufweist. Weniger bevorzugt kann die Verbindung der unteren Stromschiene 5 eines Bateriemoduls 2 mit der oberen Stromschiene 6 des benachbarten Bateriemoduls 2 durch eine andere geeignete elektrische Verbindung erfolgen, beispielsweise durch zumindest ein Kabel oder zumindest einen Pin anstelle der Verbindungsfläche 5.4, wobei es auch dabei vorteilhaft ist, wenn das verbindende Element bereits vor der Zusammenstellung mehrere Bateriemodule 2 an der unteren Stromschiene 5 des jeweiligen Bateriemoduls 2 angebracht ist und von dort in Richtung der oberen Stirnseite 31 des Bateriemoduls 2 verläuft, um beabstandet zur unteren Stromschiene 5 zumindest eine Kontaktstelle oder Kontaktfläche bereitzustellen.
Obere Stromschiene 6 (Siehe insb. Fig. 1, 3, 4, 10)
Die obere Stromschiene 6 besteht bevorzugt aus einem flächigen, ebenen Bereich, welcher in einem Winkel von 90 ° zur Längsrichtung der Bateriezellen 4 vorliegt. Die Stromschiene 6 weist je Bateriezelle 4 ein Kontaktelement 6.1 auf, welches diese elektrisch mit dem Pol 9 der jeweiligen Bateriezelle 4 verbindet. Bevorzugt sind die Kontaktelement 6.1 durch partielles Ausschneiden bzw. Ausstanzen des Metallblechs der oberen Stromschiene 6 gebildet, wobei die teilweise ausgeschnitenen bzw. ausgestanzten Bereiche nach unten zu den Bateriezellen 4 umgeformt und dauerhaft mit diesen verbunden, insbesondere verschweißt, sind. Bevorzugt sind die jeweiligen Kontaktelemente 6.1 mit dem jeweiligen Pluspol 9.1 der Bateriezellen 4 verbunden. Zwischen dem flächigen, ebenen Bereich der obere Stromschiene 6 und den Bateriezellen 4, befindet sich ein Abschnit des oberen Zellenhalters 8, welcher Öffnungen zum Durchtrit der Kontaktelemente 6.1 aufweist. Die Öffnungen liegen bevorzugt mit einem geringeren Durchmesser bzw. Ausmaß als die Batteriezellen 4 vor, sodass der obere Zellenhalter 8 ein Distanzhalter zwischen den Batteriezellen 4 und dem flächigen Bereich der oberen Stromschiene 6 ist.
Die obere Stromschiene 6 weist bevorzugt Durchtrittsöffhungen 6.2 auf, welche zum Durchtritt von Vorsprüngen 8.4 des oberen Zellenhalters 8 dienen.
Oberer Zellenhalter 8 (Am besten in Fig. 6 zu erkennen)
Der obere Zellenhalter 8 weist einen flächigen Abschnitt auf, auf welchem die obere Stromschiene 6 aufliegt, dieser flächige Abschnitt ist von einer erhöhten Begrenzung 8.1, vorzugsweise an drei Seiten, umgeben. An jener Seite, an welcher keine Begrenzung 8.1 vorliegt, erfolgt das elektrische Verbinden zweier Batteriemodule 2 durch Verbinden der oberen Stromschiene 6 eines Batteriemoduls 2 mit der unteren Stromschiene 5 des anderen Batteriemoduls 2, durch eine zwischen diesen Stromschienen 5, 6 verlaufende leitende Verbindung, insbesondere eine bzw. die Verbindungsfläche 5.4.
Jedes Batteriemodul 2 weist an seiner oberen Stirnseite 31 zwei Kontaktflächen auf, welche an gegenüberliegenden Rändern der Stirnseite 31 vorliegen, wobei eine Kontaktfläche elektrisch leitend mit der oberen Stromschiene 6 verbunden ist, oder bevorzugt durch diese gebildet ist und wobei die andere Kontaktfläche elektrisch leitend mit der unteren Stromschiene 5 verbunden ist, bevorzugt einstückig bzw. monolithisch mit dieser verbunden ist.
Der obere Zellenhalter 8 ist bevorzugt an den beiden Seiten, an welchen die Kontaktflächen vorliegen mit gegengleichen Ausformungen 8.2, 8.3 versehen, wobei beim Zusammenbau eine Ausformung 8.2 eines ersten Moduls 2 unterhalb der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 zu liegen kommt. Die beiden überlappenden Bereiche der Zellenhalter 8 zweier benachbarter Batteriemodule 2 weisen bevorzugt zumindest je eine korrespondierende Durchtrittsöffhung 8.5 auf, durch welche ein gemeinsames Befestigungsmittel, insbesondere eine gemeinsame Schraubverbindungen 23 verläuft, über welche die beiden oberen Zellenhalter 8 der beiden Batteriemodule 2 aneinander fixiert werden. Die oberen Zellenhalter 8 können weniger bevorzugt auch durch Kleben, Kunststoffschweißen, Nieten, direktes Verschrauben aneinander oder kraftschlüssig, beispielsweise Presspassung, verbunden sein.
Die erhöhte Begrenzung 8.1 umfasst einen Abschnitt, welcher eine bauliche, erhabene Trennung der oberen Stromschiene 6 und des Kontaktbereichs 17 der unteren Stromschiene 5 ein und desselben Batteriemoduls 2 bildet, um einen Kurzschluss durch möglicherweise in die Batterie eintretende leitende Fremdkörper in diesem Bereich zu verhindern.
Unterer Zellenpakethalter 7 (Fig. 4, Fig. 5)
Die Besonderheit des unteren Zellenpakethalters 7 besteht darin, dass dieser in Form eines Halterahmens ausgeführt ist, welcher zumindest eine Ausnehmung 7.3 und einen diese Ausnehmung 7.3 umschließenden Rahmen aufweist. Die Ausnehmung 7.3 kann durch zumindest einen Steg 7.9, welcher zwei gegenüberliegende Rahmenseiten verbindet, in zumindest zwei Ausnehmung 7.3 getrennt ausgeführt sein. Zumindest eine Ausnehmung 7.3 erstreckt sich bevorzugt über einen Flächenbereich, welcher mehrere Stirnseiten von Batteriezellen 4 überspannt. Dies bedeutet, dass nicht einzelne Öffnungen je Batteriezelle 4 vorhanden sind, so wie beim oberen Zellenhalter 8, sondern Öffnungen, die jeweils eine Fläche überspannen, welche die Stirnflächen mehrerer Batteriezellen 4 vollständig einschließt.
Der Halterahmen weist bevorzugt eine umlaufende Begrenzung 7.6 auf, welche eine seitliche Führung für das gesamte Batteriezellenpaket des Batteriemoduls 2 und eine bauliche erhabene Trennung zwischen den unteren Stromschienen 5 von aneinander anschließenden Batteriemodulen 2 bildet. Im Halterahmen liegen Durchtrittsöffnungen 7.7 vor, welche zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23 dienen. Die Durchtrittsöffnungen 7.7 liegen bevorzugt in Erhöhungen 7.8 vor, welche sich bis zur unteren, zweiten Seite 7.2 des unteren Zellenpakethalters 7 erstrecken.
Unterer Zellenpakethalter 7 mit Latentwärmespeicher (Fig. 4)
In der besonders bevorzugten Ausführungsvariante, in welcher ein Latentwärmespeicher 15 zwischen der unteren Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 vorliegt, liegen die Ausnehmungen 7.3 bevorzugt in erhabenen Ausformung 7.5 an der Unterseite des Halterahmens vor. Bevorzugt weist die Ausnehmung 7.3 eine geringere Fläche auf, als die Ausformung 7.5, sodass die Ausformung 7.5 eine bevorzugt um die gesamte Ausnehmung 7.3 umlaufende Stützfläche 7.4 bildet. Der Latentwärmespeicher 15 kann auf diese Stützfläche 7.4 aufgelegt werden, wobei dieser entsprechend dem Innenraum der Ausformung 7.5 geformt ist und einen veijüngten Bereich aufweist, der durch die Ausnehmung 7.3 ragt, sodass dieser zumindest plan mit der unteren, äußeren Fläche der Ausformung 7.5 vorliegt. Die obere Fläche des Latentwärmespeichers liegt bevorzugt plan mit dem oberen flächigen Bereich 7.10 des Halterahmens vor. Also jener Fläche, welche im dargestellten Beispiel von der umlaufenden Begrenzung 7.6 begrenzt ist.
Unterer Zellenpakethalter 7 ohne Latentwärmespeicher (Fig. 5)
Der untere Zellenpakethalter 7 der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 weist die umlaufende Begrenzung 7.6 auf, deren flächige Erstreckung parallel zur Längsrichtung der Batteriezellen 4 ausgerichtet ist. Unterhalb dieser umlaufenden Begrenzung 7.6 weist der untere Zellenpakethalter 7 zumindest zwei flächige Bereiche 7.10 auf, welche parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichtet sind und welche zwei Seiten der umlaufende Begrenzung 7.6 unterhalb dieser verbinden. Bevorzugt schließen diese flächigen Bereiche 7.10 jeweils direkt an eine dritte Seite der umlaufenden Begrenzung 7.6 an, welche die zuvor genannten zwei Seiten verbindet. Bevorzugt ist zudem ein Steg 7.9 als weiterer flächiger Bereich 7.10 vorhanden, welcher, zwischen den zwei flächigen Bereichen 7.10 und beabstandet zu diesen, zwei gegenüberliegenden Seiten der Begrenzung 7.6 verbindet. Auch dieser Zellenpakethalter 7 könnte im Prinzip mit Latentwärmespeicher 15 verwendet werden, wenn dieser in der Ausnehmung 7.3 vorliegt und plan mit der Oberseite der flächigen Bereiche 7.10 abschließt, wobei in diesem Fall die Halterung in Form der Ausformung 7.5 nicht vorhanden ist. Sofern der Latentwärme Speicher 15 dicker ausfällt als die Dicke der flächigen Bereiche 7.10, muss der Zellenpakethalter 7 mit Abstandhaltem (z.b. Erhöhungen 7.8 und/oder Ausformung 7.5 und/oder Abstandleisten 24) auf dem Strukturbauteil 10 aufgelegt werden, damit die obere Seite der flächigen Bereiche 7.10 einen Abstand zur Oberfläche des Strukturbauteils 10, oder einer darauf aufliegenden elektrischen Isolierung 14 (Fig. 1), aufweist, welcher Abstand gleich der Dicke des Latentwärme Speichers 15 ist.
In beiden Ausführungsvarianten weist der untere Zellenpakethalter 7 somit bevorzugt die umlaufende Begrenzung 7.6 und darunter anschließend zumindest einen flächigen Bereich auf, welcher parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichtet ist, und zumindest eine Ausnehmung 7.3 aufweist, welche entweder direkt in dieser Fläche vorliegt, oder in einer Ausformung 7.5 dieser Fläche.
Elektrische Isolierung 14
Sofern die Wärmeleitplatte 11 aus elektrisch leitfähigem Material besteht bzw. eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, ist zwischen der unteren Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 eine elektrische Isolierung 14 vorzusehen, bevorzugt in Form einer dünnen gut wärmeleitfähigen Schicht. Diese elektrische Isolierung 14 ist bevorzugt eine zusätzliche Lage, welche die Ausnehmung 7.3 bzw. die Ausnehmungen 7.3 des als Halterahmen ausgeführten unteren Zellenpakethalters 7 gegenüber der Wärmeleitplatte 11 verschließt. Diese elektrische Isolierung 14 in Form einer zusätzlichen Lage kann zwischen dem unteren Zellenpakethalter 7 und der Wärmeleitplatte 11 oder zwischen dem unteren Zellenpakethalter 7 und der unteren Stromschiene 5 angeordnet sein. Bevorzugt ist die elektrische Isolierung 14 eine Folie oder eine dünne Platte, welche Durchtrittsöffnungen 14.1 aufweist, zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23, bzw. der Zentrierelemente 22.1. Bevorzugt liegt die elektrische Isolierung 14 innerhalb der umlaufenden Begrenzung 7.6 im unteren Zellenpakethalter 7 vor. Die elektrische Isolierung 14 liegt bevorzugt oben auf den parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichteten Flächen 7.10 des Zellenpakethalters 7 auf.
Die elektrische Isolierung 14 kann sich auch über zumindest einen Teilbereich der Aufkantung 5.3 oder der Verbindungsfläche 5.4 der unteren Stromschiene 5 erstrecken, so wie in den Fig. 3, 9, 10 ersichtlich ist. Die elektrische Isolierung 14 kann insbesondere als flächiges Element ausgebildet sein, welches zumindest im Bereich zwischen den Modulen 2 zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig, weniger bevorzugt umlaufend, eine Aufkantung aufweist. Die in den Figuren zu erkennenden kreisförmigen Gebilde der elektrische Isolierung 14 im Bereich der Kontaktausformung 5.1 sind keine Öffnungen, sondern eine optionale Struktur der elektrischen Isolierung 14, welche in die Vertiefüngen ragen, welche durch die Kontaktausformung 5.1 an der Unterseite der unteren Stromschiene 5 gebildet sein können.
Abstandhalter 22
Die Abstandhalter 22 sind längliche Hohlkörper, bevorzugt Hohlzylinder, welche an beiden Enden Zentrierelemente 22.1, 22.2 in Form von Bereichen mit geringerer Querschnittsgröße, insbesondere geringerem Durchmesser, aufweisen (siehe Fig. 3 und 7). Die Abstandhalter 22 sind hohl um den Durchtritt der Schraubverbindungen 23 zu ermöglichen. Im Beispiel der Fig. 1 und 2 ist das untere Zentrierelement 22.1 durch eine Vertiefüng, insbesondere eine Senkbohrung, gebildet, selbiges könnte auch beim oberen Zentrierelement 22.2 vorgenommen werden, wobei der Zellenpakethalter 7 oder der Zellenhalter 8 in diesem Fall entsprechende Vorsprünge aufweist, welche in die Vertiefüng ragen, wie beim unteren Zellenpakethalter 7 in Fig. 1 ersichtlich ist.
Befestigungsmittel Die Befestigungsmittel sind bevorzugt Schraubverbindungen 23, insbesondere Schrauben oder Bolzen, welche am unteren Ende ein Gewinde aufweisen, mit welchem sie in Gewindebohrungen des Strukturbauteils 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 geschraubt werden. Am oberen Ende weise die Schraubverbindungen 23 einen Schraubenkopf oder ein Gewinde zur Befestigung einer Mutter auf.
Strukturbauteil 10 / Wärmeleitplatte 11
Das Strukturbauteil 10 insbesondere bevorzugt in Form einer aktiv gekühlten Wärmeleitplatte 11, weist eine obere Fläche auf, auf welcher die Batteriemodule 2 aufliegen. Wenn das Strukturbauteil 10 elektrisch leitend ist, hegen die Batteriemodule 2 mit einer elektrischen Isolierung 14 oder einem Latentwärmespeicher 15 auf. Wenn das Strukturbauteil 10 oder die aktiv gekühlte Wärmeleitplatte 11 nicht elektrisch leitend ist, kann auf die Isolierung 14 verzichtet werden.
Das Strukturbauteil 10 weist bevorzugt zumindest zwei äußere, in Richtung der Reihe von Batteriemodulen 2 verlaufende Vertiefungen 10.1 auf, besonders bevorzugt zudem eine mittlere solche Vertiefung 10.2. Der untere Zellenpakethalter 7 der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 kann mit den unten an die umlaufende Begrenzung 7.6 anschließenden flächigen Bereichen in die Vertiefungen 10.1, 10.2 eingelegt werden, sodass die umlaufende Begrenzung 7.6 im Bereich zwischen den flächigen Bereichen auf dem Strukturbauteil 10 aufliegt. Die obere Seite der flächigen Bereiche hegt bevorzugt plan mit der oberen Seite des Strukturbauteils 10, also mit jener Fläche zwischen den Vertiefungen 10.1, 10.2.
Bei der Ausführungsvariante mit Latentwärme Speicher 15, welche in der Innenseite von Ausformungen 7.5 des unteren Zellenpakethalters 7 vorliegen, werden an der Wärmeleitplatte 11 bevorzugt Abstandleisten 24 (insbesondere aus Metall oder Kunststoff) aufgelegt, bevorzugt in die Vertiefungen 10.1 und 10.2, welche Abstandleisten 24 unterhalb des unteren Zellenpakethalters 7 seitlich außen an die Ausformungen 7.5 anschließend verlaufen. Sofern der Zellenpakethalter 7 einen Steg 7.9 aufweist, welcher zwei gegenüberliegende Rahmenseiten verbindet, liegt bevorzugt auch unterhalb dieses Steges 7.9 eine Abstandleiste 24 vor. Die Abstandleisten 24 weisen Durchtrittsöffnungen 24.1 auf, welche zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23 dienen. Die Abstandleisten 24 erstrecken sich bevorzugt je über mehrere seriell geschaltete Batteriemodule 2, welche in einer Reihe angeordnet sind. Das Strukturbauteil 10 ist somit bevorzugt bei der Variante mit Latentwärmespeicher 15 und bei der Variante ohne Latentwärmespeicher 15 ident aufgebaut, wobei durch Einlegen der Abstandleisten 24 in die Vertiefungen 10.1, 10.2 Erhöhungen resultieren. Die Höhe des Gesamtaufbaus ist bei der Variante mit Latentwärme Speicher 15 nur um die Höhe des Latentwärme Speicher 15 höher als der Gesamtaufbau bei der Variante ohne Latentwärmespeicher 15.
Zusammenstellung eines Batteriemoduls 2
Die einzelnen Batteriezellen 4 und Abstandhalter 22 werden in die für diese an der Unterseite des oberen Zellenhalters 8 vorgesehenen Führungen eingesetzt. Die Führungen sind durch Durchgangsöffnungen gebildet, welche unten einen größeren Durchmesser aufweisen als oben. Dadurch können die Batteriezellen 4 in den Bereich mit größerem Durchmesser eingeführt werden, bis sie an der ringförmigen Fläche am Übergang zum Bereich mit geringerem Durchmesser anstehen. Bei den Führungen für die Abstandhalter 22 ist der Durchmesser des breiten Bereichs so gewählt, dass das obere Zentrierelement 22.2 der Abstandhalter 22 in diesen geführt werden kann, wobei diese an ringförmigen Fläche zur Anlage kommt und/oder der an das Zentrierelement 22.2 anschließende Bereich des Abstandhalter 22 unten am Zellenhalter 8 zur Anlage kommt.
Von der anderen Seite her wird auf den oberen Zellenhalter 8 die obere Stromschiene 6 aufgelegt und die Kontaktelement 6.1 mit den Polen 9, insbesondere Pluspolen 9.1 verbunden.
Auf der anderen Seite der Batteriezellen 4 und Abstandhalter 22 wird die untere Stromschiene 5 angelegt, wobei die Batteriezellen 4 mit ihren Polen 9, insbesondere Minuspolen 9.2 an den Kontaktausformungen
5.1 anliegen. Die untere Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 ragen durch die Durchtrittsöffhungen
5.2 der unteren Stromschiene 5. Der breitere Bereich der Abstandhalter 22 zwischen den Zentrierelementen
22.1. 22.2 ist also zwischen dem oberen Zellenhalter 8 und der unteren Stromschiene 5 fixiert und hält diese auf Distanz. Die Kontaktausformungen 5.1 werden mit den unteren Polen 9 der Batteriezellen 4 verbunden, insbesondere verschweißt. Da die Batteriezellen 4 oben und unten mit den Stromschienen 6, 5 verbunden insbesondere verschweißt sind, bilden die genannten Komponenten eine Montageeinheit, welche für den weiteren Zusammenbau verwendet werden kann.
Die jeweils weiteren vorgesehenen Komponenten unterer Zellenpakethalter 7, optional Latentwärmespeicher 15, optional elektrische Isolierung 14 können in der benötigen Reihenfolge von unten her an der unteren Stromschiene 5 platziert werden. Die Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 ragen dabei bis in Durchtrittsöffnungen 7.7 des unteren Zellenpakethalters 7 und können planar mit der Unterseite des Zellenpakethalters 7 bzw. falls vorhanden den unteren Flächen der Ausformung 7.5 und der Erhöhungen 7.8 abschließen. Die Montage kann erfolgen, indem der untere Zellenpakethalter 7 und optional Latentwärmespeicher 15 und elektrische Isolierung 14 auf dem Strukturbauteil 10 bzw. auf der Wärmeleitplatte 11 aufgelegt werden und danach die zuvor genannte Montageeinheit auf diesen platziert wird.
In der Ausführungsvariante mit Latentwärmespeicher 15 ragen die Erhöhungen 7.8 mit den darin aufgenommenen Zentrierelementen 22.1 in die Durchtrittsöffnungen 24.1 der Abstandleiste 24.
In der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 ragen die Erhöhungen 7.8 mit den darin aufgenommenen Zentrierelementen 22.1 in Öffnungen im Strukturbauteil 10, welche in den Vertiefüngen 10.1, 10.2 vorliegen.
Von der oberen Stirnseite 31 her werden die Befestigungsmittel, insbesondere Schraubverbindungen 23 also Schrauben oder Gewindebolzen in die Durchtrittsöffnungen 7.7 und die darin enthaltenen Abstandhalter 22 bis in das Strukturbauteil 10 geführt, in das sie eingeschraubt werden.
Montage mehrerer Module 2
An das erste auf dem Strukturbauteil 10 platzierte Batteriemodul 2 kann anschließend ein weiteres identes Batteriemodul 2 am Strukturbauteil 10 platziert werden, wobei der Kontaktbereich 17 des zweiten Batteriemoduls 2 auf der oberen Stromschiene 6 des ersten Batteriemoduls 2 zu liegen kommt. Um den Kontaktbereich 17 lösbar an der oberen Stromschiene 6 zu befestigen, können Kontaktbereich 17 und obere Stromschiene 6 wie dargestellt korrespondierende Öffnungen aufweisen, für Schrauben oder andere geeignete Verbinder die von oben her in den oberen Zellenhalter 8 fixiert werden. Bevorzugt ist der Zellenhalter 8 dazu mit Bohrungen insbesondere Gewindebohrungen versehen.
Die beiden Batteriemodule 2, 2 werden zudem bevorzugt dadurch aneinander fixiert, dass deren gegengleichen Ausformungen 8.2, 8.3 überlappen. Dies erfolgt dadurch, dass die Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 von oben her über die Ausformung 8.2 des ersten Moduls 2 geführt wird. Im Bereich der Ausformung 8.2 ist bevorzugt ein Abstandhalter 22 vorgesehen, dessen Zentrierelement 22.2 die Ausformung 8.2 durchragt und in eine Öffnung in der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 ragt.
Die beiden Module 2, 2 werden durch zumindest einen bevorzugt zumindest zwei Schraubverbinder 23 verbunden, welche je von oben her durch je eine Durchtrittsöffhung 8.5 der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2, je eine Durchtrittsöffnung 8.5 der Ausformung 8.2 des ersten Moduls 2 und durch einen Abstandhalter 22 des ersten Moduls 2 bis in das Strukturbauteil 10 verlaufen.
In gleicherweise kann ein drittes Modul 2 am zweiten Modul 2 und am Strukturbauteil 10 befestigt werden, um zum in Fig. 11 dargestellten Beispiel einer erfmdungsgemäßen Batterie 1 zu gelangen. Es ist offensichtlich, dass eine beliebige Anzahl von Modulen 2 so in einer Reihe aneinandergereiht werden kann. Das Strukturbauteil 10 kann dabei bevorzugt ein durchgehendes Element sein, an welchem alle Module 2 der Reihe befestigt werden. Natürlich könnten auch mehrere solcher Reihen von Modulen 2 parallel zueinander vorgesehen werden, wobei jede Reihe ein Strukturbauteil 10 aufweisen kann, oder mehrere Reihen ein gemeinsames Strukturbauteil 10 aufweisen können.
Da jedes Modul 2 ident aufgebaut ist und die Module 2 einer Reihe in identer Ausrichtung vorliegen, somit auch mit identer Ausrichtung ihrer Batteriezellen 4 und somit identer Ausrichtung aller Batteriezellen 4, ist nur eine Art von Polen 9, also entweder ausschließlich Pluspole 9.1 oder bevorzugt ausschließlich Minuspole 9.2, dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt. Dadurch werden vorteilhaft alle Batteriezellen 4 aller in einer Reihe oder aller in mehreren Reihen auf der Wärmeleitplatte 11 angeordneten Module 2 gleichmäßig gekühlt.
Dadurch, dass in der Reihe immer die untere Stromschiene 5 eines Moduls 2 mit der oberen Stromschiene 6 des nächsten Moduls elektrisch verbunden ist, sind die Module 2 der Reihe in Serie geschalten, während die Batteriezellen 4 innerhalb jedes Moduls 2 ausschließlich parallel geschalten sind. Durch die serielle Schaltung der Module 2 addieren sich die Spannungen, welche die einzelnen Module 2 liefern können, während die Parallelschaltung der Batteriezellen innerhalb der Module 2 für die nötige Kapazität sorgt. Montage von Modulen 2, 3 an unterschiedlichen Seiten des Strukturbauteils 10:
Wie in Fig. 1 angedeutet und in Fig. 12 dargestellt ist, können die Module 2 der erfmdungsgemäßen Batterie 1 nicht nur einseitig auf dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 angebracht werden, sondern auch beidseitig. Dies wird durch einen bevorzugten symmetrischen bzw. spiegelsymmetrischen Aufbau des Strukturbauteils 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 erreicht. Wenn man die Baugruppe der Fig. 11 gedanklich umdreht, können auf der dann oben liegenden Seite in gleicher Weise Abstandleisten 24 und Batteriemodule 3 platziert werden. Das Strukturbauteil 10 bzw. die Wärmeleitplatte 11 weist in dieser Ausführungsvariante beidseits zumindest je eine Reihe von Batteriemodulen 2, 3 auf, wobei die Batteriemodule 2, 3 jeweils mit ihren unteren Stirnseiten dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen, wobei auch sämtliche Batteriezellen sämtlicher dieser Batteriemodule 2, 3 nur mit einer Art von Polen 9 der dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen.
In diesem Fall ist eine integrierte, aktive Kühlung des Strukturbauteils 10 bzw. Wärmeleitplatte 11 mit einem bewegten Wärmeleitmedium besonders vorteilhaft, da diese keine freie Fläche aufweist, um Wärme auf andere Art abgeben zu können.
Die Batteriemodule 2, 3 der beiden Seiten sind bevorzugt in Längsrichtung des Strukturbauteils 10 und/oder in Querrichtung des Strukturbauteils 10 (etwas) versetzt zueinander angeordnet. Vorteilhaft verlaufen dadurch die Befestigungsmittel an unterschiedlichen Stellen, sodass diese tiefer als dessen Hälfte in das Strukturbauteil 10 eingeschraubt werden können, beispielsweise bis jeweils in die weiter entfernte der beiden bevorzugt identen Platten des dargestellten mehrteiligen Strukturbauteils 10.
Eine noch nicht erwähnte Besonderheit der Batteriemodule 2 stellen die zentralen Abstandhalter 22 dar. Das Batteriemodul 2 weist bevorzugt zumindest einen Abstandhalter 22 auf, welcher zwischen den Batteriezellen 4 vorliegt. Der Abstandhalter 22 verläuft in einen der Vorsprünge 8.4 des oberer Zellenhalters 8, welcher Vorsprung 8.4 eine Durchtrittsöffnung 8.5 aufweist und durch eine Durchtrittsöffnung 6.2 der oberen Stromschiene 6 ragt. Durch den genannten Vorsprung 8.4 und durch den Abstandhalter 22 kann wie bei den anderen Abstandhaltem 22 eine Schraubverbindung 23 zum Strukturbauteil 10 bzw. zur Wärmeleitplatte 11 erfolgen, mit dem Unterschied, dass dieser Abstandhalter 22 zentral zwischen den Batteriezellen 4 verläuft und nicht am Rand des Batterie zellenpakets.
Der zentrale Abstandhalter 22 verläuft mit seinem unteren Zentrierelement 22.1 in eine Durchtrittsöffnung 7.7 im Steg 7.9 des unteren Zellenpakethalters 7. Unterhalb des Steges 7.9 befindet sich optional eine Abstandleiste 24, auf welcher der Steg 7.9 aufliegt. Die Abstandleiste 24 weist eine Durchtrittsöffnung 24.1 auf. Die zentrale Schraubverbindungen 23 verläuft durch die Durchtrittsöffnung 7.7 im Steg 7.9 und optional die Durchtrittsöffnung 24.1, sodass der untere Zellenpakethalter 7 und der obere Zellenhalter 8 auch an einem zentralen Punkt am Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 befestigt sind.
Bevorzugt weisen die Batteriemodule 2 eine längliche Form auf, wobei die Uängsseite der Batteriemodule 2 quer zur Richtung der Reihe der Batteriemodule verläuft, wobei die Kontaktflächen 17 an den Uängsseiten der Module 2 vorliegen. Die zentralen Abstandhalter 22 liegen bevorzugt in Uängsrichtung der Module 2 gesehen mittig vor.
Die Erfindung wurde aufgrund besonders bevorzugter Ausführungsvarianten im Detail veranschaulicht. Der Schutzumfang der Anmeldung richtet sich aber ausdrücklich nach den Merkmalen der Ansprüche. Wie aus der Beschreibung hervorgeht sind Heiz-/Kühlmittel 12, Flüssigkeitsleitung 13, elektrische Isolierung 14, Latentwärmespeicher 15 und Abstandleisten 24 allesamt optional und können einzeln oder in beliebiger Kombination bei bevorzugten Ausführungsvarianten vorhanden sein. In Folge wird auf einige weniger bevorzugte Varianten eingegangen, welche im Rahmen der gegenständlichen Erfindung möglich sind, welche aber zum Tag der Anmeldung nachteilig schienen.
Bevorzugt ist wie beschrieben je Batteriemodul 2, 3 ein unterer Zellenblockhalter 7 vorhanden. Weniger bevorzugt könnte auch am Strukturbauteil 10 ein Zellenblockhalter 7 für mehrere Batteriemodule 2 angeordnet sein. Dies kann erfolgen, indem aneinanderhegende untere Zellenblockhalter 7 (Siehe Fig. 7 und 8) einteilig bzw. monolithisch ausgebildet sind, wobei der gemeinsame Zellenblockhalter 7 dann bevorzugt je Batteriemodul 2 eine umlaufende Begrenzung 7.6 aufweist. Im Bereich zwischen zwei Modulen 2 kann dann anstelle der beiden aneinanderhegenden Seiten der Begrenzungen 7.6 (siehe Fig. 7 und 8) nur eine erhabene Trennung vorliegen, welche sich zwei Module 2 teilen.
Bevorzugt ist wie beschrieben je Batteriemodul 2, 3 zumindest ein Latentwärmespeicher 15 vorhanden. Weniger bevorzugt kann auch zumindest ein Latentwärmespeicher 15 an einer Seite des Strukturbauteils 10 vorhanden sein, welcher sich über mehrere Batteriemodule 2 erstreckt. Wenn die Ausformung 7.5 zumindest an den einander zugewandten Seiten der Module 2 eine Freistellung aufweist bzw. entfernt ist, kann sich der Latentwärmespeicher unterhalb der Begrenzung 7.6 zwischen den Modulen 2 über mehrerer Module 2 der Reihe erstrecken.
Bevorzugt ist eine elektrische Isolierung 14 je Modul 2 vorhanden. Weniger bevorzugt, kann sich eine elektrische Isolierung 14 auch unterhalb der Zellenblockhalter 7 über mehrere Module 2 erstrecken, beispielsweise als eine auf dem Strukturbauteil 10 vorliegende Wärmeleitfolie, oder als eine elektrisch isolierende Beschichtung des Strukturbauteils 10.
Weniger bevorzugt kann der untere Zellenblockhalter 7 als elektrische Isolierung 14 ausgeführt sein bzw. diese bilden, wenn die in den Fig. 7 und 8 dargestellte elektrische Isolierung 14 monolithisch mit dem Zellenblockhalter 7 verbunden ist, bzw. die Fläche 7.10 keine Ausnehmungen 7.3 aufweist. Weniger bevorzugt, kann anstelle der umlaufenden Begrenzungen 7.6 des unteren Zellenblockhalters 7 bzw. der unteren Zellenblockhalter 7 lediglich zumindest eine erhabene Begrenzung jeweils im Bereich zwischen den Modulen 2 vorhanden sein, welche eine elektrische Isolierung zwischen zwei angrenzenden unteren Stromschienen 5 bildet. Weniger bevorzugt kann der untere Zellenhalter 7 gemäß der elektrischen Isolierung 14 in Fig. 10 ausgebildet sein, also als flächiges Element, welches zumindest im Bereich zwischen den Modulen 2 zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig, insbesondere bevorzugt umlaufend, eine Aufkantung aufweist.
Weniger bevorzugt können als Verbindungselemente Stifte bzw. Bolzen oder Stäbe verwendet werden, welche am unteren Ende mit dem Strukturbauteil 10 auf geeignete Weise verbunden sind und am anderen oberen Ende ein Befestigungselement (z.b. Gewinde oder Nut) aufweisen. Die Komponenten der Batterie 1 können, dann von oben mit ihren Durchtrittsöffnungen auf diese Verbindungselemente aufgesetzt und bis hinab zum Strukturelement 10 geführt werden. Sobald die Einheit zumindest umfassend untere Stromschiene 5, Batteriezellen 4, Abstandhalter 22, oberer Zellenhalter 8 und obere Stromschiene 6 als letztes oder einziges Element der Module 2 in dieser Weise aufgesetzt wurde, kann die Fixierung der Module 2 durch Platzieren eines Befestigungsmittels (z.b. Mutter oder Sicherungsring) am Befestigungselement erfolgen.

Claims

Ansprüche
1. Baterie (1) umfassend mehrere Bateriemodule (2) und zumindest ein Strukturbauteil (10), wobei mehrere Bateriemodule (2) an einer flächigen Seite eines gemeinsamen Strukturbauteils (10) in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Bateriemodule (2) jeweils eine untere Stromschiene (5) und jeweils eine obere Stromschiene (6) aufweisen, zwischen welchen mehrere Bateriezellen (4) mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole (9) vorhegen, wobei eine Art von Polen (9) mit der unteren Stromschiene (5) verbunden ist und die andere Art von Polen (9) mit der oberen Stromschiene (6) verbunden ist, wobei jedes Bateriemodul (2) einen oberen Zellenhalter (8) aufweist, welcher oberhalb der Baterie zellen (4) vorliegt und zumindest ein unterer Zellenpakethalter (7) vorhanden ist, welcher unterhalb der unteren Stromschienen (5) vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, dass für besagte Reihe gilt:
dass deren Bateriemodule (2) jeweils mit ihrer unteren Stromschiene (5) zum gemeinsamen Strukturbauteil (10) ausgerichtet sind,
dass alle in der Reihe enthaltenen Bateriezellen (4) mit nur einer Art von Polen (9) dem Strukturbauteil (10) zugewandt hegen,
dass die Bateriemodule (2) der Reihe in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Bateriemodule (2) eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene (5) eines ersten dieser Bateriemodule (2) und einer oberen Stromschiene (6) des zweiten dieser Bateriemodule (2) aufweisen.
2. Baterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Zellenpakethalter (7) rahmenförmig ist und somit zumindest eine Ausnehmung (7.3) aufweist, welche einen thermischen Weg zwischen der unteren Stromschiene (5) und dem Strukturbauteil (10) freilässt.
3. Baterie (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Zellenhalter (8) und der untere Zellenpakethalter (7) über Abstandhalter (22) verbunden sind.
4. Baterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Zellenhalter (8) Durchtritsöffnung (8.5) aufweist, die Abstandhalter (22) Durchtritsöffnung aufweisen, der untere Zellenpakethalter (7) Durchtritsöffnungen (7.7) aufweist, wobei zumindest ein Befestigungsmittel von oben durch eine Durchtritsöffnung (8.5) des Zellenhalters (8), durch die Durchtritsöffnung eines Abstandhalters (22) und durch eine Durchtritsöffnung (7.7) des unteren Zellenpakethalters (7) bis in das Strukturbauteil (10) verläuft.
5. Baterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Stromschiene (5) Durchtritsöffnungen (5.2) aufweist, wobei das besagte Befestigungsmitel auch durch die Durchtritsöffnungen (5.2) der unteren Stromschiene (5) verläuft.
6. Baterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei aufeinanderfolgenden Bateriemodulen (2) die elektrische Verbindung zwischen diesen dadurch erfolgt, dass beim ersten dieser Batteriemodule (2) einseitig an die untere Stromschiene (5) eine Verbindungsfläche (5.4) anschließt, welche sich bis zur oberen Stromschiene (6) des zweiten dieser Batteriemodule (2) erstreckt, wobei die obere Stromschiene (6) des zweiten Moduls (2) in einem Kontaktbereich (17) mit der Verbindungsfläche (5.4) mechanisch und elektrisch verbunden ist.
7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stromschiene (6) und die Verbindungsfläche (5.4) verbunden sind, indem diese übereinanderliegende Bereiche aufweisen, und in diesen Bereichen mit korrespondierenden Öffnungen versehen sind, durch welche Befestigungsmittel bis in den oberen Zellenhalter (8) verlaufen.
8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Zellenhalter (8) eines ersten Batteriemoduls (2) eine Ausformung (8.3) aufweist, welche in Längsrichtung der Batteriezellen (4) gesehen, den oberen Zellenhalter (8) eines benachbarten zweiten Batteriemoduls (2) überlappt.
9. Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Befestigungsmittel durch eine Durchtrittsöffnung (8.5) in der Ausformung (8.3) des oberen Zellenhalters (8) und eine Durchtrittsöffnung (8.5) des darunterliegenden Bereichs des oberen Zellenhalters (8) des benachbarten zweiten Batteriemoduls (2) verläuft, welches Befestigungsmittel bis zum Strukturbauteil (10) verläuft.
10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (10) eine Wärmeleitplatte (11) ist, in welche Mittel zur aktiven Kühlung oder Erwärmung der Batterie durchgeleitet oder enthalten sind.
11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der unteren Stromschiene (5) und dem Strukturbauteil (10) zumindest ein Latentwärmespeicher (15) vorliegt, welcher bevorzugt elektrisch leitfähig ist.
12. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (2) zumindest einen Latentwärmespeicher (15) aufweist, wobei dieser in eine Ausformung (7.5) des unteren Zellenpakethalters (7) eingelegt ist, wobei die Ausformung (7.5) zumindest eine Ausnehmung (7.3) aufweist, welche einen thermischen Weg zwischen dem Latentwärmespeicher (15) und dem Strukturbauteil (10) freilässt.
13. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (10) elektrisch leitend ist und dass zwischen den unteren Stromschienen (5) der Batteriemodule (2) und dem Strukturbauteil (10) zumindest eine elektrische Isolierung (14) vorliegt, welche den elektrischen Weg zwischen den unteren Stromschienen (5) der Batteriemodule (2) und dem Strukturbauteil (10) unterbricht.
14. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stromschiene (6) am oberen Zellenhalter (8) aufliegt, wobei Kontaktelemente (6.1) von der oberen Stromschiene (6) durch Öffnungen des oberen Zellenhalters (8) bis zu den oberen Polen (9) der Batteriezellen (4) ragen und an diesen befestigt sind.
15. Baterie nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bateriemodul (2) an einer seiner oberen Seitenkanten einen Kontaktbereich (17) aufweist, welcher mit der unteren Stromschiene (5) des selben Bateriemoduls (2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der obere Zellenhalter (8) zwischen dem Kontaktbereich (17) und der oberen Stromschiene (6) desselben Bateriemoduls (2) eine erhöhte Begrenzung (8.1) aufweist, wobei an der gegenüberliegenden Seitenkante des Bateriemoduls (2) die obere Stromschiene (6) freiliegt, wobei bei Zusammenstellung zweier benachbarter Bateriemodule (2) der Kontaktbereich (17) eines Bateriemoduls (2) auf dem an der Seitenkante freiliegenden Bereich der oberen Stromschiene (6) des benachbarten Bateriemoduls (2) zu liegen kommt.
16. Baterie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Zellenpakethalter (7) rahmenförmig ist, wobei mindestens ein Steg (7.9) des Zellenpakethalters (7) die Öffnung des Rahmens in mindestens zwei Ausnehmungen (7.3) trennt, wobei in zumindest einem Steg (7.9) eine Durchtritsöffhung (7.7) vorhanden ist und wobei ein Befestigungsmittel im Bereich der oberen Stromschiene (6) durch eine Durchtritsöffhung (8.5) des oberen Zellenhalters (8), eine Durchtritsöffnung (5.2) der unteren Stromschiene (5) und die Durchtritsöffhung (7.7) im Steg (7.9) ragt.
17. Baterie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Abstandhalter (22) vorhanden sind, welche als Hohlkörper ausgeführt sind, durch welche Befestigungsmittel verlaufen, wobei die Abstandhalter (22) je ein unteres Zentrierelement (22.1) und ein oberes Zentrierelement (22.2) aufweisen, welche Abschnite des Abstandhalters (22) mit geringerem Querschnit als der dazwischenliegende Bereich des Abstandhalters (22) sind, wobei das untere Zentrierelement (22.1) durch eine Durchtritsöffhung (5.2) der unteren Stromschiene (5) und in eine Durchtritsöffhung (7.7) des unteren Zellenpakethalters (7) ragt und wobei das obere Zentrierelement (22.2) in eine Durchtritsöffnung (8.5) des oberen Zellenhalters (8) ragt.
18. Baterie nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (10) platenförmig ist und die gegenüberliegenden Oberflächen des Strukturbauteils (10) ident ausgeführt sind, wobei an beiden Oberflächen des Strukturbauteils (10) Bateriemodule (2, 3) angebracht sind, welche jeweils mit ihrer unteren Stromschiene (5) zum gemeinsamen Strukturbauteil (10) ausgerichtet sind, und wobei alle Bateriezellen (4) der enthaltenen Bateriemodule (2, 3) mit nur einer Art von Polen (9) dem Strukturbauteil (10) zugewandt liegen, wobei die Bateriemodule (2, 3), welche an der jeweiligen Oberfläche des Strukturbauteils (10) angeordnet sind und dort in einer Reihe vorliegen, in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Bateriemodule (2, 3) eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene (5) eines ersten dieser Bateriemodule (2, 3) und einer oberen Stromschiene (6) des zweiten dieser Bateriemodule (2, 3) aufweisen.
19. Baterie nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (10) Gewindebohrungen aufweist, in welche Befestigungsmitel der Bateriemodule (2, 3) eingeschraubt sind, wobei die Befestigungsmittel einen Kopf oder eine Mutter aufweisen, welche/r von oben am oberen Zellenhalter (8) anliegen.
20. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) wahlweise mit oder ohne Latentwärmespeicher (15) aufgebaut sein kann, wobei in beiden Fällen zumindest folgende Komponenten einheitlich ausgeführt sind:
untere Stromschiene (5), obere Stromschiene (6), oberer Zellenhalter (8) und Strukturbauteil (10), wobei der untere Zellenpakethalter (7) zumindest einen flächigen Bereich (7.10) aufweist, welcher parallel zur unteren Stromschiene (5) ausgerichtet ist, und zumindest eine Ausnehmung (7.3) aufweist oder begrenzt,
wobei die der unteren Stromschiene (5) zugewandte Fläche des flächigen Bereichs (7.10) plan mit der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des Strukturbauteils (10) hegt, wenn kein Latentwärmespeicher (15) vorhanden ist und wobei die untere Stromschiene (5), optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung (14), auf der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des Strukturbauteils (10) und der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des flächigen Bereichs (7.10) des unteren Zellenpakethalters (7) aufliegt, oder wobei die der unteren Stromschiene (5) zugewandte Fläche des flächigen Bereichs (7.10) mit einem Abstand zu der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des Strukturbauteils (10) vorliegt, welcher gleich der Dicke eines Latentwärmespeichers (15) ist, welcher auf dem Strukturbauteil (10) aufliegt, wobei die der unteren Stromschiene (5) zugewandte Fläche des Latentwärmespeichers (15) plan mit der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des flächigen Bereichs (7.10) des unteren Zellenpakethalters (7) hegt und wobei die untere Stromschiene (5), optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung (14), auf der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des Latentwärmespeichers (15) und der der unteren Stromschiene (5) zugewandten Fläche des flächigen Bereichs (7.10) des unteren Zellenpakethalters (7) aufliegt.
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