DE102009016576B4

DE102009016576B4 - Batterie

Info

Publication number: DE102009016576B4
Application number: DE102009016576.2A
Authority: DE
Inventors: Derek R. Weber; Alastair Gordon Anderson; Steven J. Spencer; Paul F. Spacher
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: DE102009016576A1; CN101557023A; CN101557023B; US8465863B2; US20090258288A1

Abstract

Batterie, umfassend:
eine erste Batteriezelle (12);
eine zweite Batteriezelle (14), wobei die erste Batteriezelle (12) auf die zweite Batteriezelle (12) gestapelt ist;
einen ersten Rahmen (30), der die erste und die zweite Batteriezelle (12, 14) seitlich umschließt und die erste und die zweite Batteriezelle (12, 14) trägt;
eine dritte Batteriezelle (12);
eine vierte Batteriezelle (14), wobei die dritte Batteriezelle (12) auf die vierte Batteriezelle (12) gestapelt ist;
einen zweiten Rahmen (32), der die dritte und die vierte Batteriezelle (12, 14) seitlich umschließt und die dritte und die vierte Batteriezelle (12, 14) trägt, wobei der erste Rahmen (30) mit der ersten und der zweiten Batteriezelle (12, 14) auf den zweiten Rahmen (32) mit der dritten und der vierten Batteriezelle (12, 14) gestapelt ist; und
eine Kühlplatte (28), die zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmen (30, 32) sowie zwischen der zweiten und der dritten Batteriezelle (14, 12) angeordnet ist,
wobei durch den ersten Rahmen (30), den zweiten Rahmen (32) und die Kühlplatte (28) jeweils ein Durchgangsloch verläuft und der erste Rahmen (30), der zweite Rahmen (32) und die Kühlplatte (28) derart ausgerichtet sind, dass die Durchgangslöcher einen Kühlfluidverteiler bilden,
wobei eine erste Dichtung (52) zwischen dem ersten Rahmen (30) und der Kühlplatte (28) angeordnet ist und den Kühlfluidverteiler abdichtet, und
wobei eine zweite Dichtung (52) zwischen dem zweiten Rahmen (32) und der Kühlplatte (28) angeordnet ist und den Kühlfluidverteiler abdichtet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf Batterien.
HINTERGRUND
Für den effizienten Betrieb einiger Batterien, beispielsweise Lithiumionenbatterien, kann es erwünscht sein, die Batterie zu kühlen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein flüssiges Kühlmittel durch eine Kühlplatte oder -rippe geführt wird, die benachbart einer Batteriezelle positioniert oder zwischen Batteriezellen angeordnet sein kann. Da der kommerzielle Gebrauch derartiger Batterien zunimmt, werden effektive Verfahren zum Herstellen ihrer Komponenten sowie Montagebetriebsabläufe bei der Herstellung immer wichtiger.
Herkömmliche Batterien sind aus den Druckschriften EP 1 387 424 A2 , DE 101 30 369 A1 , EP 1 577 966 A2 und DE 195 28 116 A2 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäße Batterie umfasst eine erste Batteriezelle; eine zweite Batteriezelle, wobei die erste Batteriezelle auf die zweite Batteriezelle gestapelt ist; einen ersten Rahmen, der die erste und die zweite Batteriezelle seitlich umschließt und die erste und die zweite Batteriezelle trägt; eine dritte Batteriezelle; eine vierte Batteriezelle, wobei die dritte Batteriezelle auf die vierte Batteriezelle gestapelt ist; einen zweiten Rahmen, der die dritte und die vierte Batteriezelle seitlich umschließt und die dritte und die vierte Batteriezelle trägt, wobei der erste Rahmen mit der ersten und der zweiten Batteriezelle auf den zweiten Rahmen mit der dritten und der vierten Batteriezelle gestapelt ist; und eine Kühlplatte, die zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmen sowie zwischen der zweiten und der dritten Batteriezelle angeordnet ist. Durch den ersten Rahmen, den zweiten Rahmen und die Kühlplatte verläuft jeweils ein Durchgangsloch und der erste Rahmen, der zweite Rahmen und die Kühlplatte sind derart ausgerichtet, dass die Durchgangslöcher einen Kühlfluidverteiler bilden. Eine erste Dichtung ist zwischen dem ersten Rahmen und der Kühlplatte angeordnet und dichtet den Kühlfluidverteiler ab. Eine zweite Dichtung ist zwischen dem zweiten Rahmen und der Kühlplatte angeordnet und dichtet den Kühlfluidverteiler ab.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 eine Explosionsdarstellung von Abschnitten einer Lithiumionenbatterie ist;
2 eine Schnittansicht ist, die ein Verfahren zum Abdichten einer Batteriekühlplatte gemäß einer beispielhaften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
3A eine Schnittansicht ist, die ein Verfahren zum Abdichten einer Batteriekühlplatte gemäß einer anderen beispielhaften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
3B eine Schnittansicht ist, die ein Verfahren zum Abdichten einer Batteriekühlplatte gemäß einer anderen beispielhaften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
3C eine Schnittansicht ist, die ein Verfahren zum Abdichten einer Batteriekühlplatte gemäß einer anderen beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
3D eine Schnittansicht ist, die ein Verfahren zum Abdichten einer Batteriekühlplatte gemäß einer anderen beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt; und
4 eine perspektivische Ansicht teilweise in Explosionsdarstellung einer Batterie gemäß einer beispielhaften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter (illustrativer) Natur.
1 ist eine Explosionsdarstellung von Abschnitten einer Lithiumionenbatterie. Die Batterie kann eine erste Batteriezelle 12 und eine zweite Batteriezelle 14 aufweisen. Sowohl die erste Batteriezelle 12 als auch die zweite Batteriezelle 14 können einen ersten Anschluss 16 und einen zweiten Anschluss 18 aufweisen. Die erste Batteriezelle 12 kann eine erste Seite 20 und eine entgegengesetzte zweite Seite 22 aufweisen. Die zweite Batteriezelle 14 kann eine erste Seite 24 und eine entgegengesetzte zweite Seite 26 aufweisen. Die erste Batteriezelle 12 und die zweite Batteriezelle 14 können beispielsweise Seite an Seite positioniert werden, wobei die zweite Seite 22 benachbart der ersten Seite 24 positioniert wird. Es kann eine erste Kühlplatte 28 vorgesehen sein, die so positioniert wird, um mit der ersten Batterie 12 beispielsweise durch Eingriff mit der ersten Seite 20 in Kontakt zu stehen. Es kann ein erster Rahmen 30 vorgesehen sein, der der ersten Kühlplatte 28 und der ersten Batteriezelle 12 zugeordnet ist, um diese zu stützen. Es kann eine zweite Kühlplatte 34 vorgesehen sein, die derart positioniert ist, um mit der zweiten Batteriezelle 14 beispielsweise durch Eingriff mit der zweiten Seite 26 in Kontakt zu stehen. Der zweiten Kühlplatte 34 und der zweiten Batteriezelle 14 kann ein zweiter Rahmen 32 zugeordnet werden, um diese zu stützen. Jede Kühlplatte 28, 34 kann ein einzelnes Substrat aufweisen, das gestanzt bzw. geprägt oder geformt ist, um einen Kühlfluidpfad hindurch bereitzustellen, oder kann zwei Substrate umfassen, die miteinander verschweißt oder hartverlötet sind, um einen Kühlfluidpfad hindurch bereitzustellen.
Nun Bezug nehmend auf die 1 - 2, 3, 3A - 3D kann bei einer beispielhaften Ausführungsform eine erste Einlasssammelleitungsverlängerung vorgesehen sein, die sich in einer Aufwärtsrichtung erstreckt, und eine zweite Einlasssammelleitungsverlängerung vorgesehen sein, die sich in einer Abwärtsrichtung erstreckt, und zwar von einer Ebene, die durch den Hauptabschnitt der Kühlplatte verläuft. Die Einlassverlängerungen können durch zumindest eines aus oder eine Kombination der Kühlplatte (28, 34) oder dem ersten Rahmen 30 vorgesehen sein. Eine erste Auslasssammelleitungsverlängerung kann vorgesehen sein, die sich in einer Aufwärtsrichtung erstreckt, und eine zweite Auslasssammelleitungsverlängerung kann vorgesehen sein, die sich in einer Abwärtsrichtung erstreckt, und zwar von einer Ebene, die durch den Hauptabschnitt der Kühlplatte verläuft. Die Auslassverlängerungen können durch zumindest eines aus oder eine Kombination der Kühlplatte (28, 34) oder dem ersten Rahmen 30 vorgesehen sein, kann eine Sammelleitungsverlängerung oder einen Sammelleitungsflansch 36 aufweisen, die/der ein Durchgangsloch besitzt, das mit einem ersten Einlass- oder Auslasssammelleitungsloch einer darüber liegenden Kühlplatte (nicht gezeigt) kommuniziert. Jede Verlängerung umfasst ein Durchgangsloch, so dass Einlass- und Auslassverteiler vorgesehen werden, um zu ermöglichen, dass Kühlfluid in und aus einem Stapel von Kühlplatten strömen kann. Der zweite Rahmen 32 und die zweite Kühlplatte und zusätzliche Rahmen und Kühlplatten können gleichermaßen konstruiert werden.
Nun Bezug nehmend auf 2 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform die erste Sammelleitungsverlängerung 44 des zweiten Rahmens 32 so konstruiert und angeordnet sein, um in dem Sammelleitungsloch 38 der Kühlplatte 32 aufgenommen zu werden. Eine Dichtung 52 kann an der Verbindungsstelle der ersten Sammelleitungsverlängerung 44 der ersten Kühlplatte 28 vorgesehen sein. Die zweite Sammelleitungsverlängerung 48 des ersten Rahmens 32 kann in dem Sammelleitungsloch 42 der ersten Kühlplatte 28 aufgenommen sein und abgedichtet werden.
Nun Bezug nehmend auf die 1 bis 2 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform eine erste Aufwärtssammelleitungsverlängerung 44 der zweiten Kühlplatte 34 so konstruiert und angeordnet sein, um in einer ersten Abwärtssammelleitungsverlängerung 37 der ersten Kühlplatte 28 aufgenommen zu werden. Eine Dichtung 52 kann an der Verbindungsstelle der ersten Aufwärtssammelleitungsverlängerung 44 der zweiten Kühlplatte 34 vorgesehen sein und direkt an die erste Abwärtssammelleitungsverlängerung 37 der ersten Kühlplatte 28 abdichten. Auf eine ähnliche Art und Weise kann eine zweite Sammelleitungsverlängerung an einer Auslassöffnung 50 der zweiten Kühlplatte 34 vorgesehen und derart konstruiert und angeordnet sein, um in der zweiten Sammelleitungsverlängerung aufgenommen zu werden, die an der Auslassöffnung 42 der ersten Kühlplatte 28 vorgesehen ist. Eine Dichtung 52 kann an der Verbindungsstelle der zweiten Sammelleitungsverlängerung bei 42 der ersten Kühlplatte 28 vorgesehen sein und dichtet direkt an die zweite Sammelleitungsverlängerung bei 50 der zweiten Kühlplatte 34 ab. Die Dichtung kann entweder ein axialer O-Ring oder eine Kompressionsdichtung sein, wie in 3 gezeigt ist. Die Dichtung kann auch in die Rahmen 30, 32 integriert sein. 3A zeigt eine Ausführungsform ähnlich zu 2 mit einer O-Ring-Dichtung von Platte zu Platte in Verbindung mit Plattenverlängerungen.
Nun Bezug nehmend auf 3B sind bei einer beispielhaften Ausführungsform die Plattenverlängerungen 37 und 44 bzw. 36 und 45 in aneinander angrenzender Art und Weise mit einer Kompressionsdichtung 52 positioniert, die zwischen aneinander angrenzenden Verlängerungen positioniert ist.
Nun Bezug nehmend auf 3C sieht bei einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform der erste Rahmen 30 eine Aufwärtsverlängerung 36' und eine Abwärtsverlängerung 37' mit einem Durchgangsloch vor, um einen Abschnitt eines Kühlfluidverteilers bereitzustellen und damit eine Kühlmittelströmung von einer Kühlplatte zu der nächsten und in die (oder aus den) Platten 28, 34 zu ermöglichen. Gleichermaßen sieht der zweite Rahmen 32 eine Aufwärtsverlängerung 44' und eine Abwärtsverlängerung 45' mit einem Durchgangsloch vor, um einen Abschnitt eines Kühlfluidverteilers bereitzustellen und damit eine Kühlmittelströmung von einer Kühlplatte zu der nächsten und in die (oder aus den) Platten 28, 34 zu ermöglichen. Eine Abdichtung von Rahmen zu Platte ist unter Verwendung der Dichtung 52 vorgesehen.
Bezug nehmend auf 3D ist bei einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eine einteilige Kompressionsdichtung 52 um einen Abschnitt des Rahmens 30 gewickelt, um eine Abdichtung von Rahmen zu Platte zwischen dem Rahmen 30 und sowohl der ersten Kühlplatte 28 als auch der zweiten Kühlplatte 34 bereitzustellen.
Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 4 gezeigt, die einen Endrahmen 54 zum Tragen einer Batteriezelle 12 und einer Kühlplatte 28 bereitstellen kann. Es kann eine Auslassverteiler/Umfangsseiten-Dichtung 52 vorgesehen sein. Es kann eine Serie sich wiederholender Einheiten, die eine Kühlplatte der Batteriezelle 12 aufweisen, und ein Rahmen 30 vorgesehen sein, um die Batterie so einzurichten, dass die sich wiederholenden Einheiten durch eine Kompressionsstange 56 aneinandergehalten werden.