AT511666B1 - Wiederaufladbare elektrische batterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (2) von aneinandergereihten Batteriezellen (3), wobei zumindest zwei Zellableiter (5) von benachbarten Batteriezellen (3) über zumindest einen Zellverbinder (6) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, sowie mit zumindest einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal (9), wobei der Kühlkanal (9) im Bereich der Zellableiter (5) und/oder Zellverbinder (6), im wesentlichen quer zur Stapelrichtung (2a) der Batteriezellen (3), vorzugsweise parallel zu einer die Zellableiter (5) aufweisenden Schmalseite (7) zumindest einer Batteriezelle (3), angeordnet ist. Um eine effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Kühlkanal (9) in oder an einem Aufnahmeteil (4) angeordnet, vorzugsweise fest mit dem Aufnahmeteil (4) verbunden ist, und dass der vorzugsweise als Kühlrohr (8) ausgebildete Kühlkanal (9) durch zumindest einen Zellverbinder (6) am Aufnahmeteil (4) befestigt ist. .

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie, insbesondere Hoch¬spannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel vonaneinandergereihten Batteriezellen, wobei zumindest zwei Zellableiter von benachbarten Batte¬riezellen über zumindest einen Zellverbinder miteinander elektrisch leitend verbunden sind,sowie mit zumindest einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal, wobei der Kühl¬kanal im Bereich der Zellableiter und/oder Zellverbinder, im Wesentlichen quer zur Stapelrich¬tung der Batteriezellen, vorzugsweise parallel zu einer die Zellableiter aufweisenden Schmalsei¬te zumindest einer Batteriezelle, angeordnet ist.
[0002] Hochspannungsbatterien, insbesondere mit Lithium-Ionen-Batteriezellen, können nurinnerhalb eines genau definierten Temperaturfensters betrieben werden. Die Temperierung vonHochspannungsbatterien erfolgt üblicherweise mittels eines geschlossenen Kühlflüssigkeits¬kreislauf oder mittels eines offenen Kühlluftsystems.
[0003] Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse undeiner Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen, welche nebeneinander angeordnet sind. Das Gehäu¬se ist zur Kühlung mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Fluid durchströmt.
[0004] Aus der WO 2010/067944 A1 ist eine Batterie mit nebeneinander angeordneten Stapelvon Batteriezellen bekannt, wobei Batteriezellen durch Kühlluft gekühlt werden.
[0005] Die nachveröffentlichte Druckschrift EP 2 405 527 A1 zeigt einen Akkublock aus einerVielzahl einzelner Akkuzellen, die als Flachzellen ausgebildet und in einem gemeinsamenGehäuse des Akkublocks gehalten sind. Die Anoden mehrerer Lagen sowie die Kathodenmehrerer Lagen einer Akkuzelle sind zu einer positiven und einer negativen Anschlussfahnezusammengefasst und aus dem Gehäuse der Akkuzelle herausgeführt. Eine Anschlussfahneeiner ersten Akkuzelle ist mit eine Anschlussfahne einer zweiten Akkuzelle elektrisch leitendverbunden, wobei die Anschlussfahne der einen Akkuzelle der Anschlussfahne der anderenAkkuzelle mit Abstand gegenüberliegt und zwischen den Anschlussfahnen der Akkuzellen einDistanzhalter eingesetzt ist, an dem die Anschlussfahnen anliegen. Der Distanzhalter bildeteine Kühlvorrichtung aus und wird von einem Medium durchflossen. Der Distanzhalter wird vonden Anschlussfahnen umschlungen. Die elektrische Kontaktierung der Anschlussfahnen erfolgtüber ein auf dem Distanzhalter angeordnetes Kontaktblech und/oder über eine U-förmige aus¬gebildete Verbindungsklammer, die die Anschlussfahnen an den Distanzhalter drückt.
[0006] Die Druckschrift US 2009/208 828 A1 beschreibt eine wiederaufladbare Batterie für einElektrofahrzeug, wobei die Zellableiter über ein auch als Kühlrohr ausgebildetes Element ver¬bunden und insbesondere um das Kühlrohr geschlungen sind.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Batterie der eingangs genannten Art eine effizi¬ente Kühlung zu erreichen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine einfache Fertigung der Batterie zuermöglichen.
[0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Kühlkanal in oder an einem Auf¬nahmeteil angeordnet, vorzugsweise fest mit dem Aufnahmeteil verbunden ist, und dass dervorzugsweise als Kühlrohr ausgebildete Kühlkanal durch zumindest einen Zellverbinder amAufnahmeteil befestigt ist.
[0009] Der Kühlkanal wird durch ein Kühlrohr, vorzugsweise aus Kunststoff oder elektrischisoliertem Metall, gebildet.
[0010] Um eine genau definierte Einbausituation der Batteriezellen zu realisieren, sind dieBatteriezellen in einem beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Aufnahmeteil angeordnet,wobei der Kühlkanal im oder am Aufnahmeteil angeordnet, vorzugsweise fest mit dem Aufnah¬meteil verbunden ist.
[0011] Um den Montageaufwand so gering wie möglich zu halten, ist es besonders vorteilhaft,wenn die Verbindung zwischen den Zellableitern zumindest zweier Batteriezellen und/oder der
Zellableiter mit dem Zellverbinder durch eine formschlüssige Verbindung gebildet ist. Dabei istvorteilhafterweise zumindest ein Zellableiter, vorzugsweise zwei Zellableiter von zwei benach¬barten Batteriezellen, zumindest teilweise um zumindest einen Kühlkanal geschlungen. Diesermöglicht einen effektiven Wärmetransport von den Zellableitern in den Kühlkanal.
[0012] Weiters ist der Zellverbinder auf das Kühlrohr aufgesetzt, wobei vorzugsweise dieZellableiter von zwei benachbarten Batteriezellen, zwischen Kühlrohr und Zellverbinder ange¬ordnet sind.
[0013] Eine besonders einfache Montage und Demontage wird erreicht, wenn der Zellverbinderüber eine formschlüssige Verbindung direkt oder indirekt mit zumindest einer Batteriezellevorzugsweise lösbar verbunden ist, wobei vorzugsweise der Zellverbinder über die formschlüs¬sige Verbindung mit zumindest einem Aufnahmeteil verbunden ist.
[0014] Der vorzugsweise ein U-Profil aufweisende Zellverbinder weist eine definierte Vorspan¬nung auf und wird auf das Kühlrohr aufgesteckt, so dass der Zellverbinder die Zellableiter ge¬gen den äußeren Mantel des Kühlrohres presst. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärme¬ableitung aus den Batteriezellen.
[0015] Die formschlüssige Verbindung wird vorteilhaftenweise durch eine Schnapp- und/oderRastverbindung gebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest ein erster Teil der form¬schlüssigen Verbindung durch den Zellverbinder und ein zweiter Teil der formschlüssigen Ver¬bindung durch den Aufnahmeteil gebildet ist.
[0016] An sich kann durch die formschlüssige Verbindung bereits eine elektrische Kontaktie¬rung der Zellableiter mit den Zellverbindern erreicht werden. Durch eine ausreichend hochausgelegte Vorspannung der Zellverbinder lässt sich ein unbeabsichtigtes Lösen durch Vibrati¬onen oder dergleichen sicher vermeiden.
[0017] In manchen Fällen kann aber eine zusätzliche Absicherung der elektrischen Verbindungerfolgen, indem zumindest ein Zellableiter und ein Zellverbinder durch eine Schweißverbindung,vorzugsweise Laserschweißverbindung, oder eine Durchsetzfügeverbindung miteinander un¬lösbar verbunden werden. Beim Durchsetzfügen (Clinchen) werden zwei oder mehr Bleche insich verformt, wodurch ein Formschluss zwischen den Blechen entsteht.
[0018] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.
[0019] Es zeigen [0020] Fig. 1 einen Stapel von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Batterie in einer
Schrägansicht, [0021] Fig. 2 Zellverbinder dieser Batterie in einer Schrägansicht, [0022] Fig. 3 den Stapel in einerweiteren Schrägansicht, [0023] Fig. 4 den Stapel in einer geschnittenen Schrägansicht gemäß der Linie IV - IV in Fig. 3 mit demontierten Zellverbindern, [0024] Fig. 5 den Stapel in einer geschnittenen Schrägansicht analog zu Fig. 4 mit montierten
Zellverbindern und [0025] Fig. 6 ein Detail des Stapels in einer weiteren Schrägansicht.
[0026] Die wiederaufladbare Batterie 1, beispielsweise für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug,weist im Ausführungsbeispiel zumindest einen Stapel 2 von in Stapelrichtung 2a nebeneinanderangeordneten und verspannten Batteriezellen 3 auf. Die Batteriezellen 3 sind dabei in einemein- oder mehrteiligen Aufnahmeteil 4 aus Kunststoff angeordnet, wobei die Zellableiter 5 vonbenachbarten Batteriezellen 3 über einen Zellverbinder 6 miteinander elektrisch leitend verbun¬den sind.
[0027] Im Bereich der Zellableiter 5 ist jeweils im Bereich der Zellableiter 5 zwischen zweiBatteriezellen 3, etwa parallel zu den die Zellableiter 5 aufweisenden Schmalseiten 7 der Batte- riezellen 3 und quer zur Stapelrichtung 2a, ein durch ein Kühlrohr 8 aus Kunststoff oder isolier¬tem Metall gebildeter Kühlkanal 9 angeordnet. Die Kühlkanäle 9 werden von einer Kühlflüssig¬keit durchströmt und dienen zur Temperierung der Batteriezellen 3.
[0028] Die Zellableiter 5 von elektrisch zusammenzuschaltenden Batteriezellen 3 werden je¬weils um ein Kühlmittel führendes Kühlrohr 8 geschlungen und mit einem Zellverbinder 6, wel¬cher über das Kühlrohr 8 aufgesteckt wird, umschlossen.
[0029] Die Zellverbinder 6 sind dabei jeweils über eine formschlüssige Verbindung 10, bei¬spielsweise eine Rast- und/oder Schnappverbindung 11, mit dem Aufnahmeteil 4 verbunden,wobei die jeweils mit einem U-Profil ausgebildeten Zellverbinder 6 die Kühlrohre 8 umfassen.Dadurch wird eine direkte Kühlung der Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 durch Kontakt mit demKühlmittel führenden Kühlrohr 8 realisiert, wodurch die entstehende Wärme unmittelbar abge¬führt werden kann, ohne die restliche Batteriezelle 3 zu erwärmen.
[0030] Bei der Montage werden die Zellableiter 5 im Aufnahmeteil 4 geführt und vorpositioniert.Weiters wird das Kühlrohr 8 von dem Aufnahmeteil 4 aufgenommen. Die Zellableiter 5 werdenanschließend um das Kühlrohr 8 gelegt und mit Hilfe eines Zellverbinders 6 am Kühlrohr 8fixiert. Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 umschließen dabei das Kühlrohr 8, welches durch dieZellverbinder 6 am Aufnahmeteil 4 gehalten wird. Jeder Zellverbinder 6 ist dabei so U-förmiggestaltet, dass ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung vermieden wird. Die Vorspannungdes Zellverbinders 6 ist so bemessen, dass keine weitere Verbindung zwischen den Zellablei-tern 5 und dem Zellverbinder 6 erforderlich ist. Eine ausreichende thermische Verbindung zwi¬schen Zellableiter 5, Zellverbinder 6 und Kühlrohr 8, sowie elektrische Verbindung zwischenZellableiter 5 und Zellverbinder 6 wird somit durch die formschlüssige Verbindung 10 zwischenZellverbinder 6 und Aufnahmeteil 4 hergestellt. Auch ein unbeabsichtigtes Lösen ist bei geeig¬neter Formgebung von Aufnahmeteil 4 und Zellverbinder 6 kaum möglich. Zur Verbesserungvon Haltekraft, Vorspannung und Flächenpressung zwischen Zellableiter 5 und Zellverbinder 6können die Zellverbinder 6 an ihrer Unterseite nicht weiter dargestellte Gegenhalter aufweisen.Dennoch können zur Sicherheit die Zellableiter 5 mit den Zellverbindern 6 auch durch Laser¬schweißen oder Clinchen miteinander verbunden werden.
[0031] Ein erster Teil 10a der formschlüssigen Verbindung 10 wird durch den Aufnahmeteil 4,ein dazu reziprok geformter zweiter Teil 10b der Verbindung 10 durch den Zellverbinder 6 ge¬bildet.
[0032] Durch die Anordnung des Kühlrohres 8 im Bereich der Zellableiter 5 und Zellverbinder 6wird eine direkte Wärmeabfuhr von den metallischen Kontakten der Batterie 1 auf sehr platz¬sparende Weise ermöglicht. Die Schnapp- oder Rastverbindung 11 zwischen Zellverbinder 6und Aufnahmeteil 4 ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung.

Claims (13)

  1. Patentansprüche 1. Wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugs¬weise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (2) von aneinandergereihtenBatteriezellen (3), wobei zumindest zwei Zellableiter (5) von benachbarten Batteriezellen (3) über zumindest einen Zellverbinder (6) miteinander elektrisch leitend verbunden sind,sowie mit zumindest einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal (9), wobeider Kühlkanal (9) im Bereich der Zellableiter (5) und/oder Zellverbinder (6), im Wesentli¬chen quer zur Stapelrichtung (2a) der Batteriezellen (3), vorzugsweise parallel zu einer dieZellableiter (5) aufweisenden Schmalseite (7) zumindest einer Batteriezelle (3), angeordnetist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) in oder an einem Aufnahmeteil (4)angeordnet, vorzugsweise fest mit dem Aufnahmeteil (4) verbunden ist, und dass der Kühl¬kanal (9) durch zumindest einen Zellverbinder (6) am Aufnahmeteil (4) befestigt ist.
  2. 2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) durch einKühlrohr (8), vorzugsweise aus Kunststoff oder elektrisch isoliertem Metall, gebildet ist.
  3. 3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eineBatteriezelle (3) von dem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Aufnahmeteil (4) auf¬genommen ist.
  4. 4. Batterie (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einZellableiter (5), vorzugsweise zwei Zellableiter (5) von zwei benachbarten Batteriezellen(3), zumindest teilweise um zumindest ein Kühlrohr (8) geschlungen ist.
  5. 5. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zell¬verbinder (6) auf das Kühlrohr (8) aufgesetzt oder aufgeklemmt ist.
  6. 6. Batterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellableiter(5) einer Batteriezelle (3), vorzugsweise zwei Zellableiter (5) von zwei benachbarten Batte¬riezellen (3), zwischen Kühlrohr (8) und Zellverbinder (6) angeordnet ist.
  7. 7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver¬bindung zwischen den Zellableitern (5) zumindest zweier Batteriezellen (3) und/oder derZellableiter (5) mit dem Zellverbinder (6) durch eine formschlüssige Verbindung (10) gebil¬det ist.
  8. 8. Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (6) übereine formschlüssige Verbindung (10) direkt oder indirekt mit zumindest einer Batteriezelle(3) vorzugsweise lösbar verbunden ist.
  9. 9. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vor¬zugsweise ein U-Profil aufweisende Zellverbinder (6) mit einer definierten Vorspannung aufdas Kühlrohr (8) aufgesteckt ist.
  10. 10. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestein erster Teil (10a) der formschlüssigen Verbindung durch den Aufnahmeteil (4) und einzweiter Teil der formschlüssigen Verbindung durch den Zellverbinder (6) gebildet ist.
  11. 11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die form¬schlüssige Verbindung (10) durch eine Schnappverbindung und/oder Rastverbindung (11)gebildet ist.
  12. 12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest ein Zellableiter (5) und ein Zellverbinder (6) durch eine Durchsetzfügeverbin-dung miteinander unlösbar verbunden sind.
  13. 13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest ein Zellableiter (5) und ein Zellverbinder (6) durch eine Schweißverbindung, vorzugs¬weise Laserschweißverbindung miteinander unlösbar verbunden sind. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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