DE102013015784A1 - Battery with a large number of individual battery cells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend einen Stapel (1) aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen (2), die elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle (2) wenigstens zwei Ableiter (3) aufweist und die Ableiter (3) verschiedener Batterieeinzelzellen (2) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei der Stapel (1) im Bereich eines axialen Endes oder jeweils im Bereich zweier einander gegenüberliegender axialen Enden jeweils wenigstens einen elektrischen Batterieanschluss (7) aufweist, der mit den Ableitern (3) der Batterieeinzelzellen (2) zur Stromentnahme aus der Batterie elektrisch verbunden ist; ferner umfassend eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einer Wärmetauscherplatte (6), die zur Kühlung und/oder Heizung der Batterieeinzelzellen (2) in thermisch leitender und elektrisch isolierter Verbindung mit den Ableitern (3) der Batterieeinzelzellen (2) steht. Die erfindungsgemäße Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass auch der elektrische Batterieanschluss (7) thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Wärmetauscherplatte (6) verbunden ist.The invention relates to a battery comprising a stack (1) of a multiplicity of stacked battery individual cells (2) which are connected electrically in series or in parallel by each individual battery cell (2) having at least two outgoing conductors (3) and the arresters ( 3) of different battery individual cells (2) are electrically contacted with each other, wherein the stack (1) in the region of one axial end or in each case in the region of two opposing axial ends each having at least one electrical battery terminal (7) with the arresters (3) of Battery individual cells (2) is electrically connected to the current drain from the battery; further comprising a tempering device with at least one heat exchanger plate (6), which is for cooling and / or heating the battery individual cells (2) in thermally conductive and electrically insulated connection with the arresters (3) of the battery individual cells (2). The battery according to the invention is characterized in that the electrical battery connection (7) is thermally conductively and electrically isolated connected to the heat exchanger plate (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend einen Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The present invention relates to a battery comprising a stack of a plurality of stacked battery individual cells according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Batterien der gattungsgemäßen Art werden beispielsweise als Hochvoltbatterie (HV-Batterie) für alternative Antriebe in Kraftfahrzeugen verwendet. Die Batterieeinzelzellen sind dabei häufig prismatisch, insbesondere flach und rechteckig ausgebildet und beispielsweise als sogenannte Pouch- oder Coffeebag-Zellen ausgeführt. Bei solchen Zellen ist der elektrochemisch wirksame Inhalt von einer folienartigen Verpackung umgeben, durch die elektrische Anschlüsse, die sogenannten Ableiter, häufig aus Blech hergestellt, geführt sind. Zur Bildung der Batterie wird nun eine bestimmte Anzahl von Pouch-Zellen elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet und insbesondere mit Kühlung und Elektronik in einem Gehäuse untergebracht.Batteries of the generic type are used for example as a high-voltage battery (HV battery) for alternative drives in motor vehicles. The individual battery cells are often prismatic, in particular flat and rectangular and designed, for example, as so-called pouch or Coffeebag cells. In such cells, the electrochemically active content is surrounded by a film-like packaging, are guided by the electrical connections, the so-called arrester, often made of sheet metal. To form the battery now a certain number of Pouch cells is electrically connected in series and / or parallel and housed in particular with cooling and electronics in a housing.

Die mechanische Fixierung der empfindlichen und wenig formstabilen Zellen zur Bildung eines Zellblocks erfolgt im Allgemeinen besonders bauraumsparend durch Rahmen, die entweder zwischen den Zellen angeordnet sind oder diese jeweils umschließen, wobei im letzteren Fall die Rahmen auch als Halbrahmen bezeichnet werden. Rahmen und Zellen können dann anschließend über durchgehende Spannmittel (Zuganker, Gewindestangen, Spannbänder, etc.), die am Rand der Zellen verlaufen, gegeneinander verpresst werden. Die Einleitung der Spannkräfte in den Zellstapel erfolgt im Allgemeinen durch an den Enden desselben befindliche Druckbrillen. Die Rahmen bzw. Halbrahmen drücken dabei auf den umlaufenden Siegelrand der Zellverpackung, wobei im Pressbereich eine elastische Auflage aus Gummi bzw. Elastomer angeordnet werden kann. Die mechanische Fixierung der Zellen erfolgt also im Wesentlichen kraftschlüssig durch Reibung zwischen Rahmen/Elastomeren und Zellen. Denkbar ist jedoch auch die Verklebung von Rahmen und Zelle.The mechanical fixation of the sensitive and less dimensionally stable cells to form a cell block is generally particularly space-saving by frames that are either arranged between the cells or enclose each of these, in the latter case, the frames are also referred to as half frame. Frames and cells can then be pressed against each other via continuous clamping means (tie rods, threaded rods, straps, etc.), which run at the edge of the cells. The introduction of the clamping forces in the cell stack is generally done by pressure gauges located at the ends thereof. The frame or half frame press on the peripheral sealing edge of the cell packaging, wherein in the pressing area an elastic support made of rubber or elastomer can be arranged. The mechanical fixation of the cells is thus essentially non-positively by friction between frame / elastomers and cells. However, it is also conceivable the bonding of frame and cell.

An den axialen Enden des Stapels aus Batterieeinzelzellen befinden sich die Kontakte für die Stromentnahme, auch als HV-Kontakte (Hochvollkontakte) und vorliegend als Batterieanschluss bezeichnet, die wegen der hohen Ströme in der Regel aus massivem Metall, zum Beispiel Kupfer und/oder Alu, gefertigt sind.At the axial ends of the stack of battery cells are the contacts for the current drain, also referred to as HV contacts (high full contacts) and in the present case as a battery connection, which because of the high currents usually made of solid metal, for example copper and / or aluminum, are made.

Es ist bekannt, dass die Ableiter der einzelnen Batterieeinzelzellen nicht nur zur Weiterleitung des elektrischen Stroms verwendet werden, sondern auch zur Temperierung (Kühlung und/oder Heizung) der Batterieeinzelzellen. Da die Ableiter thermisch gut an das Zellinnere angebunden sind, kann dadurch, insbesondere durch eine thermisch leitende, jedoch elektrisch isolierende Verbindung der Ableiter mit einer Wärmetauscherplatte, eine exakte und gleichmäßige Kühlung der Batterieeinzelzellen erreicht werden.It is known that the arresters of the individual individual battery cells are used not only for the transmission of the electrical current, but also for the temperature control (cooling and / or heating) of the battery individual cells. Since the arresters are thermally well connected to the cell interior, it is possible, in particular by means of a thermally conductive but electrically insulating connection of the arresters with a heat exchanger plate, to achieve exact and uniform cooling of the individual battery cells.

Insbesondere wenn jedoch die Ableiter verschiedener, insbesondere unmittelbar benachbart zueinander positionierter Batterieeinzelzellen über sogenannte Zellverbinder elektrisch kontaktiert sind, wobei die Zellverbinder zugleich eine wärmeleitende Oberfläche zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit der Wärmetauscherplatte ausbilden, ergibt sich, dass die jeweils letzten Batterieeinzelzellen an den axialen Enden des Stapels, auch Randbatterieeinzelzellen genannt, nur unzureichend temperiert werden, weil die Zellverbinder im Allgemeinen jeweils nur zwischen zwei Batterieeinzelzellen angeordnet sind.In particular, however, if the arresters of different, in particular immediately adjacent to each other positioned battery cells are electrically contacted via so-called cell connectors, wherein the cell connectors at the same time form a heat-conducting surface for producing the thermally conductive connection with the heat exchanger plate, it follows that the respective last battery individual cells at the axial ends of the stack, also referred to as marginal battery individual cells, are heated only inadequately because the cell connectors are generally arranged only between two individual battery cells.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs genannten Art, insbesondere mit dem zuvor beschriebenen konstruktiven Aufbau derart zu verbessern, dass die Temperierung, das heißt Kühlung und/oder Heizung, der sogenannten Randbatterieeinzelzellen verbessert wird. Zugleich soll der bekannte Aufbau von Batteriezellen weitgehend beibehalten werden können und sich die erfindungsgemäße Lösung durch geringe Herstellungskosten und eine einfache Konstruktion auszeichnen.The present invention has for its object to improve a battery of the type mentioned, in particular with the above-described structural design such that the temperature, that is cooling and / or heating, the so-called marginal battery individual cells is improved. At the same time, the known construction of battery cells should be able to be largely maintained and the solution according to the invention should be distinguished by low production costs and a simple construction.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object of the invention is achieved by a battery having the features of claim 1. Advantageous developments and refinements emerge from the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Batterie umfasst einen Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen, die elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle wenigstens zwei Ableiter aufweist und die Ableiter verschiedener Batterieeinzelzellen elektrisch miteinander kontaktiert sind. Der Stapel weist im Bereich eines axialen Endes oder jeweils im Bereich zweier einander gegenüberliegender axialer Enden jeweils wenigstens einen elektrischen Batterieanschluss auf, der mit den Ableitern der Batterieeinzelzellen zur Stromentnahme aus der Batterie elektrisch verbunden ist.A battery according to the invention comprises a stack of a plurality of stacked battery individual cells, which are electrically connected in series or parallel to one another, in that each individual battery cell has at least two outgoing conductors and the outlets of different individual battery cells are electrically contacted with one another. The stack has in the region of an axial end or in the region of two opposite axial ends in each case at least one electrical battery connection, which is electrically connected to the arresters of the battery individual cells for current drain from the battery.

Die Batterie umfasst ferner eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einer Wärmetauscherplatte, die zur Kühlung und/oder Heizung der Batterieeinzelzellen in thermisch leitender und elektrisch isolierter Verbindung mit Ableitern der Batterieeinzelzellen steht.The battery further comprises a tempering device with at least one heat exchanger plate, which stands for cooling and / or heating of the battery individual cells in thermally conductive and electrically insulated connection with arresters of the battery individual cells.

Erfindungsgemäß ist nun auch der wenigstens eine elektrische Batterieanschluss, vorteilhaft alle, insbesondere genau zwei elektrische Batterieanschlüsse, von denen jeder im Bereich eines axialen Endes des Stapels angeordnet ist, thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Wärmetauscherplatte verbunden. According to the invention, the at least one electrical battery connection, advantageously all, in particular exactly two electrical battery connections, each of which is arranged in the region of an axial end of the stack, is thermally conductively and electrically isolated connected to the heat exchanger plate.

Insbesondere bei der Eingangs beschriebenen Art von Batterien mit Batterieeinzelzellen nach dem Pouch- oder Coffeebag-Aufbau, die durch die genannten Rahmen gehalten werden, kann somit mit einer geringfügigen Umgestaltung der Batterie erreicht werden, dass auch die Randbatterieeinzelzellen genauso gut temperiert werden, wie die zwischen diesen positionierten Batterieeinzelzellen des Stapels. Dies betrifft besonders solche Ausgestaltungen, bei welchen an dem wenigstens einen axialen Ende, in dessen Bereich der wenigstens eine Batterieanschluss vorgesehen ist, vorteilhaft an beiden axialen Enden mit jeweils wenigstens einem Batterieanschluss, der Stapel aus Batterieeinzelzellen durch eine Randbatterieeinzelzelle abgeschlossen wird und der Batterieanschluss in Axialrichtung des Stapels zwischen der Randbatterieeinzelzelle und den verbleibenden Batterieeinzelzellen des Stapels positioniert ist.In particular, in the input type described type of batteries with individual battery cells after the Pouch- or Coffeebag construction, which are held by the said frame, can thus be achieved with a minor reorganization of the battery that the Randbatteriezell cells are just as well tempered as between these positioned battery cells of the stack. This particularly applies to those embodiments in which at the at least one axial end, in the region of which at least one battery terminal is provided, is advantageously terminated at both axial ends, each with at least one battery terminal, the stack of battery cells by a marginal battery cell and the battery terminal in the axial direction of the stack between the marginal battery cell and the remaining battery cells of the stack.

Günstig ist ferner, wenn die Ableiter der Batterieeinzelzellen durch Ableiterfahnen, insbesondere aus Blech, gebildet werden, wobei jeweils zwei Ableiterfahnen verschiedener Batterieeinzelzellen über einen mit beiden Ableiterfahnen verbundenen Zellverbinder kontaktiert sind, der wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit der Wärmetauscherplatte aufweist, und der elektrische Batterieanschluss ebenfalls eine Fahne zur direkten elektrischen Kontaktierung mit der Ableiterfahne einer benachbart angeordneten Batterieeinzelzelle aufweist, wobei es sich bei dieser benachbart angeordneten Batterieeinzelzelle besonders um jene zuvor beschriebene Randbatterieeinzelzelle handelt, wobei der Batterieanschluss zusätzlich wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit der Wärmetauscherplatte aufweist.It is also favorable if the arresters of the individual battery cells are formed by conductor tabs, in particular of sheet metal, wherein in each case two arrester tabs of different battery individual cells are contacted via a cell connector connected to both arrester tabs, which has at least one heat-conducting surface for producing the thermally conductive connection to the heat exchanger plate and the electrical battery terminal also has a tab for direct electrical contact with the arrester tab of an adjacently located single battery cell, said adjacent single battery cell being particularly that marginal battery unit cell described above, the battery terminal additionally having at least one heat conducting surface for producing the thermally conductive ones Having connection with the heat exchanger plate.

Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche des Batterieanschlusses durch einen integral im Batterieanschluss ausgeführten Steg oder eine Vielzahl von integral im Batterieanschluss ausgeführte Stege gebildet. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass der Batterieanschluss wenigstens zweiteilig ausgeführt ist, umfassend einen ersten Teil, der ein Massivteil zur elektrischen Stromableitung ausbildet, und eine zweiten, am ersten Teil lösbaren oder unlösbar angeschlossenen Teil, der die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche und insbesondere zudem die Fahne des Batterieanschlusses ausbildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one heat-conducting surface of the battery terminal is formed by a web integrally formed in the battery terminal or a plurality of webs integrally formed in the battery terminal. An alternative embodiment provides that the battery connection is designed at least in two parts, comprising a first part, which forms a solid part for electrical current dissipation, and a second, detachably connected to the first part or inextricably connected part, the at least one heat-conducting surface and in particular also the Banner of battery connection trains.

Um ebene Wärmetauscherplatten verwenden zu können, ist es günstig, wenn die wärmeleitenden Oberflächen der Zellverbinder und die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche des Batterieanschlusses in einer gemeinsamen Ebene positioniert sind. Diese Ebene wird in der Regel entlang der Stapelrichtung des Stapels, auch als Axialrichtung des Stapels bezeichnet, verlaufen und vorteilhaft senkrecht zur plattenförmigen Erstreckung der Batterieeinzelzellen.In order to use planar heat exchanger plates, it is advantageous if the heat-conducting surfaces of the cell connectors and the at least one heat-conducting surface of the battery terminal are positioned in a common plane. This plane is generally along the stacking direction of the stack, also referred to as the axial direction of the stack, and advantageously perpendicular to the plate-shaped extension of the battery individual cells.

Günstig ist, wenn die wenigstens eine Wärmetauscherplatte, vorteilhaft zwei oder mehr Wärmetauscherplatten, auf einer sich entlang der Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen seitlich am Stapel erstreckende Außenseite des Stapels, auf welcher die wärmeleitenden Oberflächen der Zellverbinder und des wenigstens einen Batterieanschlusses positioniert sind, auf die wärmeleitenden Oberflächen aufgelegt ist/sind.It is favorable if the at least one heat exchanger plate, advantageously two or more heat exchanger plates, are arranged on an outer side of the stack on which the heat-conducting surfaces of the cell connectors and the at least one battery connection are positioned on the heat-conducting surfaces on a side of the stack extending along the stacking direction of the battery individual cells is / are.

Die wärmeleitende und elektrisch isolierte Verbindung zwischen der wenigstens einen Wärmetauscherplatte und den wärmeleitenden Oberflächen der Zellverbinder und/oder des Batterieanschlusses oder der Batterieanschlüsse kann beispielsweise durch eine zwischengeordnete wärmeleitende elektrisch isolierende Schicht wie Wärmeleitfolie oder Ähnliches hergestellt werden. Wenn eine solche Schicht eine gewisse Dicke aufweist, kann sie zugleich zum Toleranzausgleich zwischen den wärmeleitenden Oberflächen und der Wärmetauscherplatte verwendet werden.The thermally conductive and electrically insulated connection between the at least one heat exchanger plate and the heat-conducting surfaces of the cell connectors and / or the battery terminal or the battery terminals can be made for example by an interposed heat-conducting electrically insulating layer such as heat conducting film or the like. If such a layer has a certain thickness, it can be used at the same time for tolerance compensation between the heat-conducting surfaces and the heat exchanger plate.

Die Ableiter der Batterieeinzelzellen können alternativ zu der genannten Kontaktierung mit Zellverbindern auch unmittelbar miteinander verbunden sein. In beiden Fällen – Kontaktierung über Zellverbinder oder unmittelbare Kontaktierung – kommt besonders vorteilhaft eine Verschweißung der Bauteile miteinander, beispielsweise durch Ultraschall, in Betracht. Auch andere Pressschweiß- bzw. Kontaktierungsverfahren wie Punktschweißung oder Fügen über Toxen-Clinchen (Durchsetzfügen) kommt in Betracht. Besonders günstig kommt zur Verbindung ein zangenartiges Werkzeug zum Einsatz, für welches dann meist jedoch ein beidseitiger Zugang zu der Fügestelle erforderlich ist. Dies wird bei der Gestaltung der wärmeleitenden Oberflächen berücksichtigt. Beispielsweise besteht das Schweißwerkzeug aus einer hochfrequent bewegten Sonotrode und einem ruhenden Amboss, der über Aussparungen Zugriff zu den miteinander zu verschweißenden Bauteilen hat.The arresters of the individual battery cells can also be directly connected to one another as an alternative to said contacting with cell connectors. In both cases - contacting via cell connector or direct contacting - is particularly advantageous welding of the components together, for example by ultrasound into consideration. Other pressure welding or contacting methods such as spot welding or joining via Toxen clinching (clinching) comes into consideration. A pincer-like tool is used for the connection in a particularly favorable manner, for which, however, usually a bilateral access to the joint is required. This is taken into account in the design of the heat-conducting surfaces. For example, the welding tool consists of a high frequency moving sonotrode and a stationary anvil, which has recesses access to the components to be welded together.

Besonders günstig weist daher der wenigstens eine Batterieanschluss eine in Teilflächen unterteilte wärmeleitende Oberfläche auf, wobei die Teilflächen in einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren übereinander positionierten Ebenen in einer Längsrichtung des Batterieanschlusses hintereinander angeordnet und durch Aussparungen im Batterieanschluss voneinander getrennt sind. Die Längsrichtung des Batterieanschlusses verläuft vorteilhaft senkrecht zur Stapelrichtung, das heißt zur Längsachse (Axialrichtung) des Stapels.Therefore, the at least one battery connection particularly advantageously has a heat-conducting surface which is subdivided into partial areas, wherein the Partial surfaces in a common plane or in a plurality of superimposed planes in a longitudinal direction of the battery terminal are arranged one behind the other and separated by recesses in the battery connection. The longitudinal direction of the battery terminal is advantageously perpendicular to the stacking direction, that is to the longitudinal axis (axial direction) of the stack.

Beispielsweise weist der Batterieanschluss einen stegförmigen Grundkörper mit darauf aufstehenden Rippen, welche auf ihren dem Grundkörper abgewandten äußeren Oberflächen die Teilflächen der wärmeleitenden Oberfläche bilden, auf, und die Rippen sind seitlich der wärmeleitenden Oberfläche durch die Fahne des Batterieanschlusses in Längsrichtung des Batterieanschlusses miteinander verbunden.For example, the battery terminal has a web-shaped basic body with ribs projecting thereon, which form the partial surfaces of the heat-conducting surface on their outer surfaces facing away from the main body, and the ribs are connected to each other laterally of the heat-conducting surface by the tab of the battery terminal in the longitudinal direction of the battery terminal.

Bei einer alternativen Ausgestaltung weist der Batterieanschluss einen stegförmigen Grundkörper mit einer oder mehreren darauf aufstehenden Zungen auf, sowie einen die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche bildenden Winkel, der mit einem Schenkel an der oder den Zungen angeschlossen und von dieser oder diesen getragen wird.In an alternative embodiment, the battery terminal has a web-shaped basic body with one or more tongues resting thereon, and an angle forming the at least one heat-conducting surface, which is connected with one leg to the tongue or tongues and carried by the latter or these.

Die Fahnen des Batterieanschlusses unterschieden sich in der Regel dadurch vom restlichen Batterieanschluss, dass sie eine geringere Wandstärke, ähnlich jener der Ableiter der Batterieeinzelzellen aufweisen, um die Ultraschallschweißung zu begünstigen. Die übrige dickere Wandstärke des Batterieanschlusses wird durch die Notwendigkeit der Durchleitung großer elektrischer Ströme bestimmt.The tabs of the battery connector typically differ from the rest of the battery connector in that they have a smaller wall thickness, similar to that of the single cell cell arresters, to promote ultrasonic welding. The remaining thicker wall thickness of the battery terminal is determined by the need to pass large electrical currents.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Wärme vom Ableiter der unmittelbar mit dem Batterieanschluss kontaktierten Batterieeinzelzelle in den Batterieanschluss fließen und von dort über die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche des Batterieanschlusses in die Wärmetauscherplatte abgeleitet werden. Da in der Regel am Batterieanschluss nur jeweils ein Ableiter elektrisch kontaktiert, insbesondere unmittelbar angeschweißt ist, reicht zur Temperierung auch eine Größe der wärmeleitenden Oberfläche des Batterieanschlusses aus, die zumindest im Wesentlichen der Hälfte der wärmeleitenden Oberfläche eines Zellverbinders, an welchem zwei Ableiter elektrisch kontaktiert bzw. angeschweißt sind, entspricht. Vorteilhaft beträgt daher die wärmeleitende Oberfläche eines Batterieanschlusses zwischen 30 und 70, insbesondere zwischen 40 und 60, vorteilhaft 50 Prozent der wärmeleitenden Oberfläche eines zwei Batterieeinzelzellen verbindenden Zellverbinders, wobei mit dem Begriff wärmeleitende Oberfläche vorliegend nur jene Oberflächen erfasst werden sollen, über welche Wärme in die oder aus der Wärmetauscherplatte fließt.As a result of the configuration according to the invention, the heat from the arrester of the battery single cell contacted directly with the battery connection can flow into the battery connection and be discharged from there into the heat exchanger plate via the at least one heat-conducting surface of the battery connection. Since only one arrester is usually electrically contacted, in particular directly welded, to the battery connection, a size of the heat-conducting surface of the battery connection is sufficient for the temperature control, which electrically contacts at least substantially half of the heat-conducting surface of a cell connector to which two arresters are electrically contacted are welded, corresponds. Advantageously, therefore, the heat-conducting surface of a battery connection between 30 and 70, in particular between 40 and 60, advantageously 50 percent of the heat-conducting surface of a two battery cell cells connecting cell connector, the term heat-conducting surface in the present case only those surfaces are to be detected, via which heat in the or flows out of the heat exchanger plate.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch erläutert werden.The invention will be explained by way of example with reference to exemplary embodiments and the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Batterie mit einem Stapel aus Batterieeinzelzellen, bei welchem die erfindungsgemäße Lösung angewendet werden kann; 1 a battery with a stack of battery cells, to which the solution according to the invention can be applied;

2 die Batterie aus der 1 mit zwei auf einer Seite des Zellstapels aufgelegten Wärmetauscherplatten; 2 the battery out of the 1 with two heat exchanger plates placed on one side of the cell stack;

3 eine erfindungsgemäße Ausführung mit einem Batterieanschluss mit Kühlstegen nach Anschweißung an die Randbatterieeinzelzelle aus der 1; 3 an embodiment of the invention with a battery connection with cooling bars after welding to the Randbatterieeinzelzelle from the 1 ;

4 den Zustand aus der 3 in einer Schnittansicht; 4 the state from the 3 in a sectional view;

5 eine weitere Ansicht des Batterieanschlusses aus der 3; 5 another view of the battery connector from the 3 ;

6 eine alternative erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batterieanschlusses mit einem zweiteiligen Aufbau vor und nach der Verbindung der beiden Teile, zum Beispiel mittels Laserschweißung; 6 an alternative embodiment of the battery terminal according to the invention with a two-part structure before and after the connection of the two parts, for example by means of laser welding;

7 den Bereich des axialen Endes eines erfindungsgemäßen ausgeführten Stapels. 7 the region of the axial end of an executed stack according to the invention.

In der 1 ist eine Batterie in Explosionsdarstellung gezeigt, umfassend einen Stapel 1 aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen 2, die elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind. Jede Batterieeinzelzelle 2 weist zwei Ableiter 3 auf, die vorliegend auf einer gemeinsamen Seite der Batterieeinzelzelle 2 in Längsrichtung der Batterieeinzelzelle 2 nebeneinander positioniert sind. Die Verbindung von zwei Ableitern 3 zweier Batterieeinzelzellen 2 erfolgt durch Zellverbindern 4, die vorliegend ein U-förmiges Profil aufweisen, umfassend einen mit Aussparungen versehenen Steg, der die wärmeleitende Oberfläche 5 zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit den in der 2 gezeigten Wärmetauscherplatten 6 aufweist, und ferner zwei Schenkel, wobei an jeden Schenkel jeweils ein Ableiter 3 einer Batterieeinzelzelle 2 angeschlossen, insbesondere angeschweißt wird.In the 1 For example, an exploded battery comprising a stack is shown 1 from a plurality of stacked battery cells 2 which are electrically connected in series with each other. Each single battery cell 2 has two arresters 3 in the present case on a common side of the single battery cell 2 in the longitudinal direction of the single battery cell 2 are positioned next to each other. The connection of two arresters 3 two battery cells 2 done by cell connectors 4 , Which in the present case have a U-shaped profile, comprising a recessed web, which is the heat-conducting surface 5 for producing the thermally conductive compound with in the 2 shown heat exchanger plates 6 and, further, two legs, one arrester being connected to each leg 3 a single battery cell 2 connected, in particular welded.

An seinen beiden axialen Enden weist der Stapel 1 als abschließende Batterieeinzelle 2 eine sogenannte Randbatterieeinzelzelle 2' auf, die in Axialrichtung des Stapels 1 außerhalb des Batterieanschlusses 7 positioniert ist. Der Batterieanschluss 7 weist eine Fahne 8 auf, die in der Gestalt ähnlich den fahnenförmigen Ableitern 3 ist, sowie eine Kontaktstelle 9, über welche Strom in die Batterie eingeleitet oder aus dieser entnommen werden kann. Die Fahne 8 ist mit der Kontaktstelle 9 über einen massiven Querschnitt des Batterieanschlusses 7 verbunden.At its two axial ends, the stack 1 as a final battery cell 2 a so-called marginal battery single cell 2 ' on, in the axial direction of the stack 1 outside the battery connection 7 is positioned. The battery connection 7 has a flag 8th which are similar in shape to the flag-shaped traps 3 is, as well as a contact point 9 via which electricity can be introduced into or removed from the battery. The flag 8th is with the contact point 9 over a massive cross section of the battery connection 7 connected.

Die Batterieeinzelzellen 2 werden jeweils zwischen zwei Rahmen 10 gehalten, wobei die in Axialrichtung des Stapels 1 letzten Rahmen, die jenseits der Randbatterieeinzelzelle 2' positioniert sind, durch an einer Druckbrille 11 angeschlossene Halbrahmen 10' gebildet werden. Die Druckbrillen 11 sind über Zuganker 12 gegeneinander verspannt.The battery cells 2 are each between two frames 10 held, being in the axial direction of the stack 1 last frame beyond the marginal battery single cell 2 ' are positioned by on a pressure goggles 11 connected half frame 10 ' be formed. The pressure goggles 11 are over tie rods 12 braced against each other.

Wie man aus der 2 erkennen kann, weisen die Wärmetauscherplatten 6 Zuläufe 15 und Abläufe 14 für ein Kühlmedium auf.How to get out of 2 can recognize, have the heat exchanger plates 6 inlets 15 and processes 14 for a cooling medium.

In der 3 ist nun eine mögliche Gestaltung eines erfindungsgemäß ausgeführten Batterieanschlusses 7, angeschlossen an eine Randbatterieeinzelzelle 2', dargestellt. Wie man sieht, weist der Batterieanschluss 7 einen stegförmigen Grundkörper 7.1 mit darauf aufstehenden Rippen 7.2 auf, welche auf ihren dem Grundkörper abgewandten äußeren Oberflächen Teilflächen 13.1–13.6 einer wärmeleitenden Oberfläche 13 des Batterieanschlusses bilden. Die wärmeleitende Oberfläche 13 liegt in einer gemeinsamen Ebene mit den wärmeleitenden Oberflächen 5 der Zellverbinder 4 und kann leicht, beispielsweise über eine Wärmeleitfolie, mit einer der Wärmetauscherplatten 6 verbunden werden. Dabei kann beispielweise die wärmeleitende Oberfläche 13 des ersten Batterieanschlusses 7 an einem axialen Ende des Stapels 1 mit der einen Wärmetauscherplatte 6 und die wärmeleitende Oberfläche 13 der Batterieanschlusses 7 an dem anderen axialen Ende des Stapels 1 mit der anderen Wärmetauscherplatte 6 verbunden werden.In the 3 is now a possible design of an inventively designed battery connector 7 Connected to a single peripheral battery cell 2 ' represented. As you can see, the battery connector 7 a web-shaped basic body 7.1 with ribs raised on top 7.2 on, which on their outer body facing away from the outer surfaces faces 13.1 - 13.6 a heat-conducting surface 13 form the battery connection. The heat-conducting surface 13 lies in a common plane with the heat-conducting surfaces 5 the cell connector 4 and can easily, for example via a Wärmeleitfolie, with one of the heat exchanger plates 6 get connected. In this case, for example, the heat-conducting surface 13 of the first battery connection 7 at an axial end of the stack 1 with the one heat exchanger plate 6 and the heat-conducting surface 13 the battery connection 7 at the other axial end of the stack 1 with the other heat exchanger plate 6 get connected.

Die Rippen 7.2 des Batterieanschlusses 7 sind seitlich der wärmeleitenden Oberfläche 13 durch die Fahne 8 des Batterieanschlusses 7 in Längsrichtung des Batterieanschlusses 7 miteinander verbunden.Ribs 7.2 of the battery connection 7 are laterally of the heat-conducting surface 13 through the flag 8th of the battery connection 7 in the longitudinal direction of the battery connection 7 connected with each other.

Wie man in der 3 erkennen kann, ist der gesamte Batterieanschluss 7 einteilig ausgeführt. Die Fahne 8 ist mit dem als Ableiterfahne ausgebildeten Ableiter 3 der Randbatterieeinzelzelle 2' verbunden, beispielsweise verschweißt, insbesondere Ultraschall geschweißt.How to get in the 3 can detect is the entire battery connection 7 executed in one piece. The flag 8th is with the arrester designed as arrester 3 the marginal battery single cell 2 ' connected, for example, welded, in particular ultrasonic welded.

In der 4 ist die Verbindung des Batterieanschlusses 7 mit dem Ableiter 3 und der Wärmetauscherplatte 6 nochmals detailliert dargestellt. Hier erkennt man die Wärmeleitfolie 14 zwischen Wärmetauscherplatte 6 und der wärmeleitenden Oberfläche 13.In the 4 is the connection of the battery connection 7 with the arrester 3 and the heat exchanger plate 6 shown again in detail. Here you can see the heat-conducting foil 14 between heat exchanger plate 6 and the heat-conducting surface 13 ,

Auch in der Darstellung der 5 sind die verschiedenen Bauteile, die vorteilhaft integral miteinander ausgeführt sind, des Batterieanschlusses 7 nochmals deutlich erkennbar.Also in the presentation of 5 are the various components, which are advantageously carried out integrally with each other, the battery terminal 7 clearly visible again.

In der 6 ist eine alternative Ausgestaltung für einen erfindungsgemäßen Batterieanschluss 7 gezeigt, im oberen Bereich der 6 vor dem Zusammenfügen der beiden Bauteile und im unteren Bereich der 6 nach dem Zusammenfügen, insbesondere Zusammenschweißen der beiden Bauteil. Auch hier weist der Batterieanschluss 7 wieder einen stegförmigen Grundköper 7.1 auf, entsprechend jenem der 5. Diesmal ragen jedoch anstelle der massiven Rippen 7.2 aus der 5 Zungen 7.3 aus dem stegförmigen Grundkörper 7.1 nach oben heraus. An diesen Zungen 7.3 ist ein Winkel 7.4, insbesondere aus Blech, angeschlossen, der die wärmeleitende Oberfläche 13, umfassend die Teilflächen 13.1–13.6, bildet. Der Winkel 7.4 weist zwei Schenkel auf, von denen einer die wärmeleitende Oberfläche 13 bildet und der andere an den Zungen 7.3 angeschlossen ist. Beide Schenkel stehen insbesondere senkrecht aufeinander.In the 6 is an alternative embodiment of a battery terminal according to the invention 7 shown in the upper part of the 6 before joining the two components and at the bottom of the 6 after assembly, in particular welding together of the two components. Again, the battery connector 7 again a ridge-shaped elementary body 7.1 on, according to that of 5 , This time, however, stand out instead of the massive ribs 7.2 from the 5 tongues 7.3 from the web-shaped basic body 7.1 upwards. At these tongues 7.3 is an angle 7.4 , in particular of sheet metal, connected to the heat-conducting surface 13 comprising the partial surfaces 13.1 - 13.6 , forms. The angle 7.4 has two legs, one of which is the heat-conducting surface 13 forms and the other at the tongues 7.3 connected. Both legs are in particular perpendicular to each other.

Der an den Zungen 7.3 angeschlossene Schenkel kann zugleich die Fahne 8 ausbilden.The one at the tongues 7.3 connected legs can also be the flag 8th form.

In der 7 erkennt man nochmals im verspannten Zustand des Stapels 1 die Positionierung der wärmeleitenden Flächen 5 der Zellverbinder 4 und die wärmeleitende Fläche 13 des Batterieanschlusses 7, auf welche die Wärmetauscherplatten (nicht dargestellt) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines wärmeleitenden Elementes aufgelegt werden.In the 7 one recognizes again in the strained state of the stack 1 the positioning of the heat-conducting surfaces 5 the cell connector 4 and the heat-conducting surface 13 of the battery connection 7 to which the heat exchanger plates (not shown) are optionally placed with the interposition of a heat-conducting element.

Claims (10)

Batterie, umfassend einen Stapel (1) aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen (2), die elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle (2) wenigstens zwei Ableiter (3) aufweist und die Ableiter (3) verschiedener Batterieeinzelzellen (2) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei der Stapel (1) im Bereich eines axialen Endes oder jeweils im Bereich zweier einander gegenüberliegender axialen Enden jeweils wenigstens einen elektrischen Batterieanschluss (7) aufweist, der mit den Ableitern (3) der Batterieeinzelzellen (2) zur Stromentnahme aus der Batterie elektrisch verbunden ist; ferner umfassend eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einer Wärmetauscherplatte (6), die zur Kühlung und/oder Heizung der Batterieeinzelzellen (2) in thermisch leitender und elektrisch isolierter Verbindung mit den Ableitern (3) der Batterieeinzelzellen (2) steht, dadurch gekennzeichnet, dass auch der elektrische Batterieanschluss (7) thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Wärmetauscherplatte (6) verbunden ist.Battery comprising a stack ( 1 ) of a plurality of stacked battery cells ( 2 ), which are electrically connected in series or in parallel to each other by each battery cell ( 2 ) at least two arresters ( 3 ) and the arresters ( 3 ) of different battery cells ( 2 ) are electrically contacted with each other, the stack ( 1 ) in the region of an axial end or in each case in the region of two mutually opposite axial ends in each case at least one electrical battery connection ( 7 ), which is connected to the arresters ( 3 ) of the battery individual cells ( 2 ) is electrically connected to the current drain from the battery; further comprising a tempering device with at least one heat exchanger plate ( 6 ) used to cool and / or heat the battery cells ( 2 ) in thermally conductive and electrically isolated connection with the arresters ( 3 ) of the battery individual cells ( 2 ), characterized in that the electrical battery connection ( 7 ) thermally conductive and electrically isolated with the heat exchanger plate ( 6 ) connected is. Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiter (3) der Batterieeinzelzellen (2) durch Ableiterfahnen gebildet werden, wobei jeweils zwei Ableiterfahnen verschiedener Batterieeinzelzellen (2) über einen mit beiden Ableiterfahnen verbundenen Zellverbinder (4) kontaktiert sind, der wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (5) zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit der Wärmetauscherplatte (6) aufweist, und der elektrische Batterieanschluss (7) eine Fahne (8) zur direkten elektrischen Kontaktierung mit der Ableiterfahne einer benachbart angeordneten Batterieeinzelzelle (2) aufweist, wobei der Batterieanschluss (7) zusätzlich wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (13) zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung mit der Wärmetauscherplatte (6) aufweist. Battery according to claim 1, characterized in that the arresters ( 3 ) of the battery individual cells ( 2 ) are formed by arrester lugs, wherein in each case two arrester lugs of different battery individual cells ( 2 ) via a cell connector connected to both collector lugs ( 4 ) are contacted, the at least one heat-conducting surface ( 5 ) for the production of the thermally conductive compound with the heat exchanger plate ( 6 ), and the electrical battery connector ( 7 ) a flag ( 8th ) for direct electrical contact with the Ableitfahne an adjacently arranged single battery cell ( 2 ), wherein the battery connection ( 7 ) additionally at least one heat-conducting surface ( 13 ) for the production of the thermally conductive compound with the heat exchanger plate ( 6 ) having. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (13) durch einen integral im Batterieanschluss (7) ausgeführten Steg oder eine Vielzahl von integral im Batterieanschluss (7) ausgeführte Rippen (7.2) gebildet wird.Battery according to one of claims 1 or 2, characterized in that the at least one heat-conducting surface ( 13 ) by an integral in the battery connection ( 7 ) executed web or a plurality of integral in the battery connector ( 7 ) executed ribs ( 7.2 ) is formed. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieanschluss (7) wenigstens zweiteilig ausgeführt ist, umfassend einen ersten Teil, der ein Massivteil zur elektrischen Stromableitung ausbildet, und einen zweiten am ersten Teil lösbar oder unlösbar angeschlossenen Teil, der die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (13) ausbildet.Battery according to one of claims 1 or 2, characterized in that the battery connection ( 7 ) is at least made in two parts, comprising a first part which forms a solid part for electrical current dissipation, and a second part on the first part detachably or non-detachably connected part, the at least one heat-conducting surface ( 13 ) trains. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen axialen Ende, in dessen Bereich der wenigstens eine Batterieanschluss (7) vorgesehen ist, der Stapel (1) aus Batterieeinzelzellen (2) durch eine Randbatterieeinzelzelle (2') abgeschlossen wird, und der Batterieanschluss (7) in Axialrichtung des Stapels (1) zwischen der Randbatterieeinzelzelle (2') und den verbleibenden Batterieeinzelzellen (2) des Stapels (1) positioniert ist.Battery according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the at least one axial end, in the region of the at least one battery terminal ( 7 ), the stack ( 1 ) from battery cells ( 2 ) by a Randbatterieeinzelzelle ( 2 ' ) and the battery connector ( 7 ) in the axial direction of the stack ( 1 ) between the marginal battery cell ( 2 ' ) and the remaining battery cells ( 2 ) of the stack ( 1 ) is positioned. Batterie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden Oberflächen (5) der Zellverbinder (4) und die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (13) des Batterieanschlusses (7) in einer gemeinsamen Ebene positioniert sind.Battery according to one of claims 2 to 5, characterized in that the heat-conducting surfaces ( 5 ) the cell connector ( 4 ) and the at least one heat-conducting surface ( 13 ) of the battery connector ( 7 ) are positioned in a common plane. Batterie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens eine Wärmetauscherplatte (6) auf eine sich entlang der Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen (2) seitlich am Stapel (1) erstreckende Außenseite des Stapels (1), auf welcher die wärmeleitenden Oberflächen (5, 13) der Zellverbinder (4) und des wenigstens einen Batterieanschlusses (7) positioniert sind, auf die wärmeleitenden Oberflächen (5, 13) aufgelegt ist.Battery according to one of claims 2 to 6, characterized in that the at least one heat exchanger plate ( 6 ) on one along the stacking direction of the battery cells ( 2 ) at the side of the stack ( 1 ) extending outside of the stack ( 1 ), on which the heat-conducting surfaces ( 5 . 13 ) the cell connector ( 4 ) and the at least one battery terminal ( 7 ) are placed on the heat-conducting surfaces ( 5 . 13 ) is launched. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Batterieanschluss (7) eine in Teilflächen (13.1–13.6) unterteilte wärmeleitende Oberfläche (13) aufweist, wobei die Teilflächen (13.1–13.6) in einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren übereinander positionierten Ebenen in einer Längsrichtung des Batterieanschlusses (7) hintereinander angeordnet und durch Aussparungen im Batterieanschluss (7) voneinander getrennt sind.Battery according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one battery connection ( 7 ) one in subareas ( 13.1 - 13.6 ) subdivided heat-conducting surface ( 13 ), wherein the partial surfaces ( 13.1 - 13.6 ) in a common plane or in a plurality of superimposed planes in a longitudinal direction of the battery terminal ( 7 ) arranged one behind the other and through recesses in the battery connection ( 7 ) are separated from each other. Batterie gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieanschluss (7) einen stegförmigen Grundkörper (7.1) mit darauf aufstehenden Rippen (7.2), welche auf ihren dem Grundkörper (7.1) abgewandten äußeren Oberflächen die Teilflächen (13.1–13.6) der wärmeleitenden Oberfläche (13) bilden, aufweist, und die Rippen (7.2) seitlich der wärmeleitenden Oberfläche (13) durch die Fahne (8) des Batterieanschlusses (7) in Längsrichtung des Batterieanschlusses (7) miteinander verbunden sind.Battery according to claim 8, characterized in that the battery connection ( 7 ) a web-shaped basic body ( 7.1 ) with upstanding ribs ( 7.2 ), which on their the body ( 7.1 ) facing away from the outer surfaces of the partial surfaces ( 13.1 - 13.6 ) of the heat-conducting surface ( 13 ), and the ribs ( 7.2 ) laterally of the heat-conducting surface ( 13 ) by the flag ( 8th ) of the battery connector ( 7 ) in the longitudinal direction of the battery terminal ( 7 ) are interconnected. Batterie gemäß einem der Ansprüche 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieanschluss (7) einen stegförmigen Grundkörper (7.1) mit einer oder mehreren darauf aufstehenden Zungen (7.3) aufweist, sowie einen die wenigstens eine wärmeleitende Oberfläche (13) bildenden Winkel (7.4), der mit einem Schenkel an der oder den Zungen (7.3) angeschlossen ist und von dieser oder diesen getragen wird.Battery according to one of claims 4 and 8, characterized in that the battery connection ( 7 ) a web-shaped basic body ( 7.1 ) with one or more tongues ( 7.3 ), and a the at least one heat-conducting surface ( 13 ) forming angle ( 7.4 ), with one leg on the tongue (s) ( 7.3 ) and is worn by this or this.
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