DE102020115897A1 - Battery for an automobile and an automobile - Google Patents

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Martin Mittermaier
Mark Aaron Chan
Franz Fuchs
Frank Kiesewetter
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug und ein entsprechendes Kraftfahrzeug. Die Batterie weist mehrere Batteriezellen und eine Wärmetransportstruktur auf. In einer Variante umfasst die Wärmetransportstruktur eine Schichtanordnung zwischen zwei benachbarten Batteriezellen aus einem thermischen Isolator und einem Wärmeleitelement sowie einen Wärmeverteiler zum Verteilen von Wärme über mehrere Batteriezellen. In einer weiteren Variante umfasst die Wärmetransportstruktur einen thermischen Isolator zwischen zwei benachbarten Batteriezellen und einen Wärmeverteiler zum Verteilen von Wärme über mehrere Batteriezellen hinweg sowie eine außenseitig parallel zu dem Wärmeverteiler angeordnete Kühlplatte.The invention relates to a battery for a motor vehicle and a corresponding motor vehicle. The battery has a plurality of battery cells and a heat transport structure. In one variant, the heat transport structure comprises a layer arrangement between two adjacent battery cells composed of a thermal insulator and a heat-conducting element, as well as a heat spreader for distributing heat over a plurality of battery cells. In a further variant, the heat transport structure comprises a thermal insulator between two adjacent battery cells and a heat spreader for distributing heat over several battery cells and a cooling plate arranged on the outside parallel to the heat spreader.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie. Gerade im Kraftfahrzeugbereich werden heutzutage zunehmend größere Anforderungen an Batterien, beispielsweise an Traktionsbatterien, gestellt und dementsprechend hohe Kapazitäten und Energiedichten verwendet. Damit steigen jedoch auch Anforderungen an eine Kühlung derartiger Batterien sowie ein von den Batterien ausgehendes Gefahrenpotenzial, beispielsweise beim thermischen Durchgehen (englisch: thermal runaway) einer Batteriezelle. Da die Sicherheit gerade im Fahrzeugbereich eine besondere Rolle spielt, sind also entsprechende Maßnahmen und Verbesserungen stets wünschenswert, die auch bei Beschädigung einer Batteriezelle stabile thermische Zustände oder Bedingungen und somit einen sicheren Betrieb der entsprechenden Batterie ermöglichen.The present invention relates to a battery for a motor vehicle and a corresponding motor vehicle with such a battery. Nowadays, especially in the motor vehicle sector, increasingly greater demands are placed on batteries, for example on traction batteries, and correspondingly high capacities and energy densities are used. However, this also increases the requirements for cooling such batteries as well as a potential hazard emanating from the batteries, for example in the event of a thermal runaway of a battery cell. Since safety plays a special role in the vehicle sector in particular, corresponding measures and improvements are always desirable which enable stable thermal states or conditions and thus safe operation of the corresponding battery even if a battery cell is damaged.

So ist beispielsweise in der DE 10 2016 225 192 A1 ein Wärmeverteiler für eine Batterie beschrieben. Die Batterie weist dabei zumindest zwei Batteriezellen und einen derartigen anisotropen Wärmeverteiler auf. Die zwei Batteriezellen sind dabei in einer Ebene benachbart zueinander auf der gleichen Seite des anisotropen Wärmeverteilers unmittelbar in wärmeleitendem Kontakt mit diesem angeordnet.For example, in the DE 10 2016 225 192 A1 described a heat spreader for a battery. The battery has at least two battery cells and such an anisotropic heat spreader. The two battery cells are arranged in a plane adjacent to one another on the same side of the anisotropic heat spreader, directly in thermally conductive contact with the latter.

Als ein alternativer Ansatz ist in der DE 10 2011 081 149 A1 ein Wärmeableiter mit einem zur Anlage an einer oder mehreren Batteriezellen vorgesehenen graphithaltigen Flachmaterial beschrieben. Dieses graphithaltige Flachmaterial enthält dabei einen Graphitexpandatformling, der eine Dichte von 0,05 g/cm3 bis 0,6 g/cm3 aufweist. Damit sollen die geringe Kompressibilität und Elastizität herkömmlicher hochverdichteter Graphitplatten vermieden und dennoch eine gleichmäßige Wärmeverteilung an den Batteriezellen sowie die Abführung von überschüssiger Wärmeenergie ermöglicht werden. As an alternative approach, the DE 10 2011 081 149 A1 a heat sink with a graphite-containing flat material provided for contact with one or more battery cells. This graphite-containing flat material contains an expanded graphite molding which has a density of 0.05 g / cm 3 to 0.6 g / cm 3 . This is intended to avoid the low compressibility and elasticity of conventional, highly compressed graphite plates, while still enabling even heat distribution to the battery cells and the dissipation of excess thermal energy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders sicheren und zuverlässigen Betrieb einer Batterie, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.The object of the present invention is to enable particularly safe and reliable operation of a battery, in particular in a motor vehicle. According to the invention, this object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous refinements and developments of the present invention are specified in the dependent claims, in the description and in the drawing.

Die erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug weist mehrere Batteriezellen und eine Wärmetransportstruktur aus mehreren Elementen mit unterschiedlichen Wärmetransporteigenschaften auf. Die Batterie kann bevorzugt als Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug ausgebildet sein.The battery according to the invention for a motor vehicle has several battery cells and a heat transport structure made up of several elements with different heat transport properties. The battery can preferably be designed as a traction battery for the motor vehicle.

In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Wärmetransportstruktur wenigstens eine jeweils zwischen zwei benachbarten Batteriezellen angeordnete Schichtanordnung aus einem thermischen Isolator und einem Wärmeleitelement sowie einen Wärmeverteiler. Der Wärmeverteiler ist dabei zum Aufnehmen von Wärme aus dem Wärmeleitelement wärmeübertragend mit diesem gekoppelt und erstreckt sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Schichtanordnung über eine Vielzahl der Batteriezellen hinweg. Die Schichtanordnung kann hier also insbesondere an zwei einander zugewandten Seitenflächen der jeweiligen beiden benachbarten Batteriezellen anliegen, während der Wärmeverteiler sich an diesen beiden benachbarten Batteriezellen und wenigstens einer weiteren Batteriezelle, bevorzugt mehreren oder allen übrigen Batteriezellen entlang erstreckt, beispielsweise an deren Boden oder Oberseite. Der Wärmeverteiler kann dabei bevorzugt derart thermisch an die Batteriezellen gekoppelt sein, dass eine Wärmeübertragungsfähigkeit oder ein Wärmeübertragungskoeffizient von den Batteriezellen über deren an dem Wärmeverteiler anliegende Seite zu dem Wärmeverteiler geringer ist als die Wärmeübertragungsfähigkeit oder der Wärmeübertragungskoeffizient von dem Wärmeleitelement an den Wärmeverteiler, insbesondere gemessen in der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung, die der Haupterstreckungsfläche des Wärmeleitelements entspricht. Der Wärmeverteiler kann beispielsweise eine Kühlplatte der Batterie oder eines jeweiligen Zell- oder Batteriemoduls der Batterie sein. Ebenso kann der Wärmeverteiler von einer solchen Kühlplatte verschieden, insbesondere zusätzlich zu dieser vorhanden sein.In a first variant of the present invention, the heat transport structure comprises at least one layer arrangement, which is arranged between two adjacent battery cells, and consists of a thermal insulator and a heat conducting element and a heat spreader. In order to absorb heat from the heat-conducting element, the heat spreader is coupled to it in a heat-transferring manner and extends perpendicularly to a main plane of extent of the layer arrangement over a plurality of the battery cells. The layer arrangement can therefore in particular rest on two facing side surfaces of the respective two adjacent battery cells, while the heat spreader extends along these two adjacent battery cells and at least one further battery cell, preferably several or all other battery cells, for example on their bottom or top. The heat spreader can preferably be thermally coupled to the battery cells in such a way that a heat transfer capacity or a heat transfer coefficient from the battery cells via the side adjacent to the heat spreader to the heat spreader is lower than the heat transfer capacity or the heat transfer coefficient from the heat conducting element to the heat spreader, in particular measured in the main extension area of the layer arrangement, which corresponds to the main extension area of the heat-conducting element. The heat distributor can be, for example, a cooling plate of the battery or a respective cell or battery module of the battery. Likewise, the heat spreader can be different from such a cooling plate, in particular it can be present in addition to it.

Durch die Schichtanordnung befindet sich zwischen den jeweiligen benachbarten Batteriezellen also sowohl ein thermischer Isolator als auch ein Wärmeleitelement, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der thermische Isolator aufweist. Beispielsweise kann der thermische Isolator aus einem Material gebildet sein, dessen thermische Leitfähigkeit - zumindest senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung - weniger als 1,5 W/(m.K) aufweist. Hingegen kann das Wärmeleitelement beispielsweise aus einem Material gebildet sein, dessen Wärmeleitfähigkeit - zumindest in seiner Haupterstreckungsfläche, also in Richtung des Wärmeverteilers - wenigstens das 10-fache, bevorzugt wenigstens das 100-fache dieses Wertes beträgt. Beispielsweise können der thermische Isolator aus einem Kunststoff-, Glas- oder Keramikmaterial aus einem Schaum oder Vlies oder dergleichen und das Wärmeleitelement aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder eine einer Legierung, gebildet sein.As a result of the layer arrangement, there is thus both a thermal insulator and a heat-conducting element, which has a higher thermal conductivity than the thermal insulator, between the respective adjacent battery cells. For example, the thermal insulator can be formed from a material whose thermal conductivity - at least perpendicular to the main extension surface of the layer arrangement - has less than 1.5 W / (m.K). In contrast, the heat conducting element can be formed from a material whose thermal conductivity - at least in its main extension area, i.e. in the direction of the heat spreader - is at least 10 times, preferably at least 100 times this value. For example, the thermal insulator can be formed from a plastic, glass or ceramic material from a foam or fleece or the like and the heat-conducting element from a metal, for example aluminum, copper or an alloy.

Durch die Schichtanordnung beziehungsweise deren makroskopische Struktur aus dem thermischen Isolator und dem Wärmeleitelement wird ein anisotropes Wärmetransportverhalten der Schichtanordnung erreicht. Dabei ist insbesondere die Wärmetransportfähigkeit der Schichtanordnung senkrecht zu deren Haupterstreckungsfläche, also von einer der benachbarten Batteriezellen in Richtung der anderen benachbarten Batteriezelle, geringer als die Wärmetransportfähigkeit der Schichtanordnung in deren Haupterstreckungsfläche, insbesondere in Richtung des Wärmeverteilers. Dadurch kann bei einem thermischen Durchgehen einer der benachbarten Batteriezellen der Wärmetransport oder Wärmestrom durch die Schichtanordnung hindurch in die jeweilige benachbarte Batteriezelle abgeschwächt beziehungsweise verlangsamt werden. Durch das Wärmeleitelement kann eine signifikante Wärmemenge, die beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen entsteht, zu dem Wärmeverteiler abgeführt werden, bevor sie durch die Schichtanordnung direkt in die jeweilige benachbarte Batteriezelle eintreten kann.The layer arrangement or its macroscopic structure consisting of the thermal insulator and the heat-conducting element achieve an anisotropic heat transport behavior of the layer arrangement. In particular, the heat transport capacity of the layer arrangement perpendicular to its main extension surface, i.e. from one of the adjacent battery cells in the direction of the other neighboring battery cell, is lower than the heat transport capacity of the layer arrangement in its main extension surface, in particular in the direction of the heat spreader. As a result, if one of the neighboring battery cells thermally runs through, the heat transport or heat flow through the layer arrangement into the respective neighboring battery cell can be weakened or slowed down. A significant amount of heat, which arises when one of the battery cells is thermally run through, can be dissipated to the heat spreader through the heat-conducting element before it can enter the respective adjacent battery cell directly through the layer arrangement.

Durch den Wärmeverteiler kann diese Wärme dann quer zu der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung schneller als durch diese hindurch über die Vielzahl der thermisch mit dem Wärmeverteiler gekoppelten Batteriezellen beziehungsweise in der Batterie insgesamt verteilt werden. Dazu kann insbesondere die thermische Kopplung oder Anbindung des Wärmeverteilers an die Batteriezellen so ausgelegt sein, dass der Wärmetransport oder Wärmeübergang von dem Wärmeverteiler schlechter oder langsamer ist als innerhalb des Wärmeverteilers in dessen Haupterstreckungsebene. Die Batteriezellen sollten mit anderen Worten also im Vergleich zum Wärmewiderstand innerhalb des Wärmeverteilers ausreichend schlecht thermisch an diesen gekoppelt sein, damit von dem Wärmeverteiler aufgenommene Wärme über mehrere oder alle Batteriezellen verteilt wird, bevor die Wärme großteils in die der thermisch durchgehenden Batteriezelle benachbarten Batteriezellen eingeleitet werden kann. Dadurch kann letztlich beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen eine Erwärmung insbesondere der dieser nächstliegenden Batteriezellen reduziert beziehungsweise unterhalb eines kritischen Wertes gehalten werden, ab dem es zu einer Kettenreaktion, also einem durch die entstehende Wärme induzierten thermischen Durchgehen mehrerer oder aller übrigen Batteriezellen der Batterie, kommen kann. Somit wird durch die vorliegend vorgesehene Wärmetransportstruktur beziehungsweise den hier vorgeschlagenen Aufbau der Batterie insgesamt deren Sicherheit und Zuverlässigkeit auch bei einer Beschädigung oder einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen sichergestellt beziehungsweise verbessert.Through the heat spreader, this heat can then be distributed across the main extension surface of the layer arrangement more quickly than through it over the plurality of battery cells thermally coupled to the heat spreader or in the battery as a whole. For this purpose, in particular the thermal coupling or connection of the heat spreader to the battery cells can be designed so that the heat transport or heat transfer from the heat spreader is worse or slower than within the heat spreader in its main plane of extent. In other words, the battery cells should be sufficiently poorly thermally coupled to the heat spreader in comparison to the thermal resistance within the heat spreader so that the heat absorbed by the heat spreader is distributed over several or all battery cells before the heat is largely introduced into the battery cells adjacent to the thermally continuous battery cell can. As a result, when one of the battery cells is thermally runaway, heating, in particular of the battery cells closest to it, can be reduced or kept below a critical value above which a chain reaction occurs, i.e. a thermal runaway of several or all of the other battery cells in the battery induced by the heat generated can. The heat transport structure provided in the present case or the structure of the battery proposed here ensures or improves overall safety and reliability even in the event of damage or thermal runaway of one of the battery cells.

Die Schichtstruktur kann je nach Anordnung oder Art der Batteriezellen beispielsweise eine flache oder plattenförmige Gestalt haben, insbesondere bei Verwendung von sogenannten Pouch-Zellen oder prismatischen Zellen. Die Haupterstreckungsfläche der Schichtstruktur kann dann also eine Ebene sein, die sich parallel zu einer Haupterstreckungsfläche oder Haupterstreckungsebene dieser Batteriezellen, beispielsweise deren größter Seitenfläche, erstrecken kann. Ebenso kann die Schichtstruktur aber gebogen oder gewölbt sein, beispielsweise jeweils um eine Mantelfläche einer zylindrischen Batteriezelle herum oder in einem schlangenlinienförmigen Verlauf zwischen mehreren versetzt angeordneten zylindrischen Batteriezellen hindurch. Die Haupterstreckungsfläche der Schichtstruktur kann dann also dementsprechend gebogen oder gewölbt verlaufen beziehungsweise geformt sein.Depending on the arrangement or type of battery cells, the layer structure can for example have a flat or plate-like shape, in particular when using so-called pouch cells or prismatic cells. The main extension surface of the layer structure can then be a plane which can extend parallel to a main extension surface or main extension plane of these battery cells, for example their largest side surface. Likewise, however, the layer structure can be curved or arched, for example in each case around a jacket surface of a cylindrical battery cell or in a serpentine course between a plurality of offset cylindrical battery cells. The main extension surface of the layer structure can then accordingly run or be shaped in a curved or arched manner.

In einer zusätzlichen oder alternativen Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Wärmetransportstruktur wenigstens einen thermischen Isolator, einen Wärmeverteiler und eine Kühlplatte. Der thermische Isolator ist dabei zwischen zwei benachbarten Batteriezellen zu deren thermischer Isolation voneinander bezüglich eines Wärmeübertrags senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche des thermischen Isolators angeordnet. In diesem Sinne kann der thermische Isolator in dieser Variante also genauso wie der thermische Isolator der Schichtanordnung der ersten beschriebenen Variante der vorliegenden Erfindung ausgebildet und/oder angeordnet sein. Der Wärmeverteiler erstreckt sich hier hauptsächlich senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des thermischen Isolators und an einer Seite der Batteriezellen über eine Vielzahl von diesen hinweg und ist wärmeübertragend, also thermisch an diese gekoppelt. Der Wärmeverteiler weist dabei in seiner Haupterstreckungsfläche eine größere Transportfähigkeit auf als senkrecht dazu. Mit anderen Worten weist der Wärmeverteiler hier also anisotrope Wärmetransporteigenschaften beziehungsweise eine anisotrope Wärmetransportfähigkeit auf. Dabei ist insbesondere die Wärmetransportfähigkeit des Wärmeverteilers in dessen Haupterstreckungsfläche oder Haupterstreckungsebene größer als die Wärmetransportfähigkeit des thermischen Isolators senkrecht zu dessen Haupterstreckungsfläche. Die Kühlplatte ist hier wärmeübertragend mit dem Wärmeverteiler gekoppelt. Die Kühlplatte liegt dabei flächenparallel zu einer Außenseite der Batterie an dieser Außenseite an oder bildet selbst eine Außenseite der Batterie. Zum Realisieren der anisotropen Wärmetransporteigenschaften des Wärmeverteilers kann dieser zumindest teilweise aus einem inhärent anisotrop wärmetransportierenden Material, beispielsweise Graphit, gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Wärmeverteiler aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmetransporteigenschaften aufgebaut sein. Dadurch kann die die Anisotropie durch eine entsprechende makroskopische Struktur oder Anordnung dieser verschiedenen Materialien realisiert werden. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.In an additional or alternative variant of the present invention, the heat transport structure comprises at least one thermal insulator, a heat spreader and a cooling plate. The thermal insulator is arranged between two adjacent battery cells for their thermal insulation from one another with respect to a heat transfer perpendicular to a main extension surface of the thermal insulator. In this sense, the thermal insulator in this variant can thus be designed and / or arranged in exactly the same way as the thermal insulator of the layer arrangement of the first described variant of the present invention. The heat spreader extends here mainly perpendicular to the main extension surface of the thermal insulator and on one side of the battery cells over a large number of these and is heat-transferring, that is to say thermally coupled to them. The heat spreader has a greater transport capacity in its main extension area than perpendicular to it. In other words, the heat spreader here has anisotropic heat transport properties or an anisotropic heat transport capacity. In particular, the heat transport capacity of the heat spreader in its main extension surface or main extension plane is greater than the heat transport capacity of the thermal insulator perpendicular to its main extension surface. The cooling plate is coupled to the heat spreader to transfer heat. In this case, the cooling plate lies parallel to the surface of an outside of the battery on this outside or forms an outside of the battery itself. In order to realize the anisotropic heat transport properties of the heat spreader, it can be formed at least partially from an inherently anisotropically heat-transporting material, for example graphite. Additionally or alternatively, the heat spreader can be constructed from different materials with different heat transport properties. This allows the Anisotropy can be realized by a corresponding macroscopic structure or arrangement of these different materials. This is explained in more detail below.

Auch in dieser zweiten Variante der vorliegenden Erfindung ist ein anisotropes Wärmetransportverhalten der Wärmetransportstruktur gegeben. Auch hier wird beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen durch den thermischen Isolator ein direkter Wärmeübertrag zu der jeweiligen benachbarten Batteriezelle abgeschwächt oder verlangsamt, während eine signifikante Wärmemenge aus der thermisch durgehenden Batteriezelle in den Wärmeverteiler eingebracht wird. In dem Wärmeverteiler wird diese Wärme dann schneller entlang der Vielzahl von Batteriezellen, also in der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers, transportiert als aus dem Wärmeverteiler senkrecht zu dessen Haupterstreckungsfläche in die Vielzahl der Batteriezellen hinein. Somit wird eine besonders schnelle und gleichmäßige Verteilung der durch das thermische Durchgehen einer der Batteriezellen erzeugten Wärme in der Batterie beziehungsweise über die Vielzahl der Batteriezellen hinweg erreicht. Dies führt wie beschrieben letztlich zu einer gleichmäßigeren Erwärmung aller Batteriezellen im Gegensatz zu einer herkömmlich oftmals zu beobachtenden deutlich stärkeren Erwärmung von Batteriezellen, die unmittelbar der thermisch durchgehenden Batteriezelle benachbart angeordnet sind. Somit kann also auch hier letztlich die Erwärmung der übrigen, also nicht initial thermisch durchgegangenen Batteriezellen unterhalb eines kritischen Wertes gehalten und somit eine thermische Kettenreaktion in der Batterie vermieden werden. Dies wird hier zudem durch die Kühlplatte unterstützt, die zusätzlich Wärme aus dem Wärmeverteiler in eine von den Batteriezellen abgewandte Richtung aufnehmen beziehungsweise abführen kann. Dadurch, dass die Kühlplatte an einer Außenseite der Batterie anliegt oder eine Außenseite der Batterie bildet, kann besonders effektiv und effizient Wärme aus der Batterie an deren Umgebung abgegeben werden. In this second variant of the present invention, too, there is an anisotropic heat transport behavior of the heat transport structure. Here, too, when one of the battery cells thermally passes through the thermal insulator, a direct heat transfer to the respective neighboring battery cell is weakened or slowed down, while a significant amount of heat from the thermally passing battery cell is brought into the heat spreader. In the heat spreader, this heat is then transported faster along the multiplicity of battery cells, ie in the main extension surface of the heat spreader, than out of the heat spreader perpendicular to its main extension surface into the multiplicity of battery cells. A particularly rapid and even distribution of the heat generated by the thermal runaway of one of the battery cells is thus achieved in the battery or across the plurality of battery cells. As described, this ultimately leads to a more uniform heating of all battery cells in contrast to a conventionally often observed significantly greater heating of battery cells which are arranged directly adjacent to the thermally continuous battery cell. Thus, here too, the heating of the remaining battery cells, that is to say not initially thermally broken, can be kept below a critical value and thus a thermal chain reaction in the battery can be avoided. This is also supported here by the cooling plate, which can also absorb or dissipate heat from the heat spreader in a direction facing away from the battery cells. Because the cooling plate rests against an outside of the battery or forms an outside of the battery, heat can be given off from the battery to its surroundings in a particularly effective and efficient manner.

Dadurch kann besonders sicher und zuverlässig ein verzögertes thermisches Durchgehen einer oder mehrerer weiterer Batteriezellen der Batterie vermieden werden. Ein solches verzögertes thermisches Durchgehen kann bei herkömmlichen Batterien durch Ausbildung sogenannter Hotspots innerhalb der Batterie auch noch etliche Minuten nach dem initialen thermischen Durchgehen der ersten Batteriezelle auftreten.As a result, a delayed thermal runaway of one or more further battery cells of the battery can be avoided particularly safely and reliably. Such a delayed thermal runaway can occur in conventional batteries due to the formation of so-called hotspots within the battery even several minutes after the initial thermal runaway of the first battery cell.

Insgesamt ermöglichen also alle Varianten der vorliegenden Erfindung durch den durch die Wärmetransportstruktur vorgegebenen anisotropen Wärmetransport innerhalb der Batterie deren besonders sicheren und zuverlässigen Betrieb. Die beiden Varianten sind dabei miteinander kombinierbar, sodass eine Batterie also etwa sowohl die im Zusammenhang mit der ersten Variante beschriebene Schichtstruktur als auch den im Zusammenhang mit der zweiten Variante beschriebenen anisotropen Wärmeverteiler aufweisen kann.Overall, therefore, all variants of the present invention enable particularly safe and reliable operation of the battery due to the anisotropic heat transport predetermined by the heat transport structure. The two variants can be combined with one another, so that a battery can have both the layer structure described in connection with the first variant and the anisotropic heat distributor described in connection with the second variant.

Die erfindungsgemäße Batterie kann eine eigenständige beziehungsweise vollständige Batterie oder ein Batteriemodul einer größeren Gesamtbatterie bilden. Eine solche größere Gesamtbatterie kann also mehrere Batteriemodule aufweisen, die jeweils der erfindungsgemäßen Batterie entsprechen, also wie diese aufgebaut sein können.The battery according to the invention can form an independent or complete battery or a battery module of a larger overall battery. Such a larger overall battery can therefore have a plurality of battery modules which each correspond to the battery according to the invention, that is to say how they can be constructed.

In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Schichtanordnung zwischen zwei benachbarten Batteriezellen symmetrisch bezüglich einer gedachten Ebene ausgebildet, die sich mittig zwischen diesen beiden Batteriezellen parallel zu beziehungsweise in deren Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung erstreckt. Mit anderen Worten weist die Schichtanordnung dann also von einer ersten der beiden benachbarten, also an die Schichtanordnung angrenzenden Batteriezellen in Richtung der zweiten dieser Batteriezellen dieselben Wärmetransporteigenschaften beziehungsweise dieselbe Wärmetransportfähigkeit auf wie in entgegengesetzter Richtung. Dies ist besonders vorteilhaft, da nicht vorhergesagt werden kann, welche der beiden Batteriezellen beschädigt werden, also thermisch durchgehen wird. Somit kann durch die symmetrische Ausgestaltung der Schichtanordnung die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie in einer Vielzahl unterschiedlicher Szenarien sichergestellt werden.In an advantageous embodiment of the present invention, the layer arrangement between two adjacent battery cells is formed symmetrically with respect to an imaginary plane which extends centrally between these two battery cells parallel to or in their main extension surface of the layer arrangement. In other words, the layer arrangement then has the same heat transport properties or the same heat transport capacity from a first of the two adjacent battery cells, that is to say adjoining the layer arrangement, in the direction of the second of these battery cells as in the opposite direction. This is particularly advantageous since it cannot be predicted which of the two battery cells will be damaged, that is, which will thermally run through. The symmetrical configuration of the layer arrangement can thus ensure the safety and reliability of the battery in a large number of different scenarios.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Schichtanordnung zwei außenliegende thermische Isolationsschichten, die jeweils an einer der beiden benachbarten Batteriezellen anliegen. Das Wärmeleitelement ist dabei zwischen diesen beiden außenliegenden thermischen Isolationsschichten angeordnet. Mit anderen Worten ist der thermische Isolator hier also zweigeteilt, das heißt auf die beiden außenliegenden thermischen Isolationsschichten aufgeteilt beziehungsweise durch diese gebildet. Dass die beiden thermischen Isolationsschichten außenliegend angeordnet sind, bedeutet hier, dass sie den jeweiligen benachbarten Batteriezellen zugewandt sind, also jeweils zwischen einer der Batteriezellen und dem innenliegenden, also zwischen den thermischen Isolationsschichten aufgenommenen Wärmeleitelement angeordnet sind. Durch diesen Aufbau der Schichtanordnung kann beim thermischen Durchgehen einer der beiden Batteriezellen ein Temperaturgradient zwischen dieser Batteriezelle und dem Wärmeleitelement durch die dazwischenliegende thermische Isolationsschicht erzeugt werden. Das Wärmeleitelement wird hier also nicht direkt der thermisch durchgehenden und entsprechend heißen Batteriezelle ausgesetzt. Dadurch kann das Wärmeleitelement vorteilhaft aus einem besonders gut wärmeleitenden Material gebildet werden, auch wenn dieses einen Schmelzpunkt aufweist, der unterhalb einer in oder unmittelbar an der thermisch durchgehenden Zelle gegebenen Temperatur liegt. Dadurch kann also besonders viel seitlich aus der thermisch durchgehenden Batteriezelle in Richtung der benachbarten Batteriezelle austretende Wärme durch das Wärmeleitelement in Richtung des Wärmeverteilers abgeführt werden. Dadurch kann ein thermisches Durchgehen der benachbarten Batteriezelle besonders sicher und zuverlässig vermieden werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the layer arrangement comprises two external thermal insulation layers, each of which is in contact with one of the two adjacent battery cells. The heat-conducting element is arranged between these two outer thermal insulation layers. In other words, the thermal insulator is divided into two parts here, that is to say divided between the two outer thermal insulation layers or formed by them. The fact that the two thermal insulation layers are arranged on the outside means here that they face the respective adjacent battery cells, that is to say they are each arranged between one of the battery cells and the internal heat-conducting element, that is, accommodated between the thermal insulation layers. This structure of the layer arrangement allows a temperature gradient to be generated between this battery cell and the heat-conducting element through the thermal insulation layer lying in between when one of the two battery cells is thermally runaway. The The heat-conducting element is therefore not directly exposed to the thermally continuous and correspondingly hot battery cell. As a result, the heat-conducting element can advantageously be formed from a material that conducts heat particularly well, even if it has a melting point which is below a temperature given in or directly on the thermally continuous cell. As a result, a particularly large amount of heat escaping laterally from the thermally continuous battery cell in the direction of the adjacent battery cell can be dissipated through the heat-conducting element in the direction of the heat spreader. As a result, thermal runaway of the neighboring battery cell can be avoided particularly safely and reliably.

Gleichzeitig wird durch die zwischen der thermisch durchgehenden Batteriezelle und dem Wärmeleitelement angeordnete thermische Isolationsschicht besonders zuverlässig verhindert, dass das Wärmeleitelement schmilzt, wodurch ebenfalls die Sicherheit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Batteriezelle im Fehlerfall verbessert werden kann.At the same time, the thermal insulation layer arranged between the thermally continuous battery cell and the heat-conducting element particularly reliably prevents the heat-conducting element from melting, which can also improve the safety and reliability of the battery cell according to the invention in the event of a fault.

Grundsätzlich wäre ebenso eine umgekehrte oder invertierte Anordnung oder Ausbildung der Schichtanordnung möglich. Die Schichtanordnung könnte also beispielsweise zwei außenliegende Wärmeleitelementen und einen dazwischen angeordneten thermischen Isolator aufweisen oder daraus gebildet sein. Dadurch kann bei ansonsten gleichen Dimensionen, insbesondere gleicher Dicke der Schichtanordnung gegebenenfalls mehr Wärme durch die Wärmeleitelemente zu dem Wärmeverteiler transportiert werden. In diesem Fall ist jedoch bei der Materialwahl beziehungsweise Auslegung der Schichtanordnung auf einen ausreichend hohen Schmelzpunkt der Wärmeleitelemente zu achten. Beispielsweise könnte in diesem Fall Stahl anstelle von Kupfer oder Aluminium verwendet werden.In principle, an inverted or inverted arrangement or formation of the layer arrangement would also be possible. The layer arrangement could therefore, for example, have two external heat conducting elements and a thermal insulator arranged between them or be formed therefrom. As a result, with otherwise the same dimensions, in particular the same thickness of the layer arrangement, if necessary more heat can be transported through the heat-conducting elements to the heat spreader. In this case, however, when selecting the material or designing the layer arrangement, care must be taken to ensure that the melting point of the heat-conducting elements is sufficiently high. For example, steel could be used instead of copper or aluminum in this case.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der ersten Variante der vorliegenden Erfindung weist der Wärmeverteiler eine anisotrope Wärmetransportfähigkeit auf, die senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung größer ist als parallel dazu. Mit anderen Worten ist die Wärmetransportfähigkeit des Wärmeverteilers in dessen Haupterstreckungsfläche oder Haupterstreckungsebene größer als senkrecht dazu. Der Wärmeverteiler kann dadurch die aufgenommene Wärme schneller entlang der Vielzahl der Batteriezellen verteilen, als sie aus dem Wärmeverteiler senkrecht zu dessen Haupterstreckungsfläche in die Batteriezellen eintreten kann. Der Wärmeverteiler kann also wie im Zusammenhang mit der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Verteilung der durch das thermische Durchgehen einer der Batteriezellen erzeugten Wärme in der Batterie erreicht und somit ein thermisches Durchgehen einer oder mehrerer weiterer der Batteriezellen besonders sicher und zuverlässig vermieden werden.In a further advantageous embodiment of the first variant of the present invention, the heat spreader has an anisotropic heat transport capacity which is greater perpendicular to the main extension surface of the layer arrangement than parallel thereto. In other words, the heat transport capacity of the heat spreader in its main extension surface or main extension plane is greater than perpendicular to it. The heat spreader can thereby distribute the absorbed heat along the plurality of battery cells more quickly than it can enter the battery cells from the heat spreader perpendicular to its main extension surface. The heat spreader can thus be designed as in connection with the second variant of the present invention. In this way, a particularly uniform distribution of the heat generated by the thermal runaway of one of the battery cells can be achieved in the battery, and thermal runaway of one or more other battery cells can thus be avoided particularly safely and reliably.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Wärmeverteiler zumindest bereichsweise aus einem anisotrop wärmeleitenden Material gebildet, dessen Wärmeleitfähigkeit in der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers größer ist als senkrecht dazu. Dazu kann der Wärmeverteiler beispielsweise aus Graphitschichten gebildet sein oder Graphitschichten umfassen. Auf diese Weise kann der anisotrope Wärmetransport durch den Wärmeverteiler besonders zuverlässig sichergestellt werden. Dies ist der Fall, da die anisotrope Wärmeleitung typischerweise unabhängig von einer Lage oder Ausrichtung der Batterie relativ zu einem lokalen Schwerkraftvektor ist und auch bei einer teilweisen Beschädigung des Wärmeverteilers weiterhin bestehen bleiben kann. Dies kann beispielsweise im Gegensatz zu einem Wärmerohr oder einem konvektionsbasierten Wärmetransport gesehen werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the heat spreader is at least partially formed from an anisotropically thermally conductive material, the thermal conductivity of which is greater in the main extension surface of the heat spreader than perpendicular to it. For this purpose, the heat spreader can for example be formed from graphite layers or comprise graphite layers. In this way, the anisotropic heat transport through the heat spreader can be ensured particularly reliably. This is the case because the anisotropic heat conduction is typically independent of a position or orientation of the battery relative to a local gravity vector and can continue to exist even if the heat spreader is partially damaged. This can be seen in contrast to a heat pipe or convection-based heat transport, for example.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Wärmeverteiler eine Verbindungsschicht und eine Wärmetransportschicht. Die Verbindungsschicht ist dabei zwischen den Batteriezellen und der Wärmetransportschicht angeordnet und verbindet die Vielzahl der Batteriezellen unter Ausgleich von Unebenheiten mit der Wärmetransportschicht. Die Wärmetransportschicht weist dabei zumindest in der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers beziehungsweise der beiden Schichten eine größere Wärmetransportfähigkeit auf als die Verbindungsschicht. Die Verbindungsschicht kann insbesondere aus einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitkleber oder einem sogenannten Gap Pad oder dergleichen gebildet sein. Durch die Verbindungsschicht kann also ein maximaler beziehungsweise vollflächiger unterbrechungsfreier direkter mechanischer Kontakt sowohl mit den Batteriezellen als auch mit der Wärmetransportschicht hergestellt werden. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders gleichmäßiger und zuverlässiger Wärmetransport zwischen den Batteriezellen und dem Wärmeverteiler, insbesondere der Wärmetransportschicht, sichergestellt werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the heat spreader comprises a connecting layer and a heat transport layer. The connecting layer is arranged between the battery cells and the heat transport layer and connects the large number of battery cells with the heat transport layer compensating for unevenness. The heat transport layer has a greater heat transport capacity than the connecting layer, at least in the main extension area of the heat spreader or the two layers. The connecting layer can in particular be formed from a heat-conducting paste or a heat-conducting adhesive or a so-called gap pad or the like. A maximum or full-area, uninterrupted, direct mechanical contact both with the battery cells and with the heat transport layer can therefore be established through the connection layer. In this way, particularly uniform and reliable heat transport between the battery cells and the heat distributor, in particular the heat transport layer, can advantageously be ensured.

Zudem wird hier durch den Schichtaufbau des Wärmeverteilers eine anisotrope Wärmetransportfähigkeit des Wärmeverteilers erreicht. Daher muss die Wärmetransportschicht dann vorteilhaft nicht aus einem Material mit intrinsisch anisotropen Wärmetransporteigenschaften gebildet sein, wodurch sich eine größere Flexibilität hinsichtlich einer Materialwahl sowie die Möglichkeit einer kostengünstigeren und/oder einfacheren Fertigung der Batterie ergeben können. Letztlich wird sich beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen zumindest initial auch innerhalb des Wärmeverteilers ein von der thermisch durchgehenden Batteriezelle ausgehender Temperaturgradient einstellen. Dadurch, dass die Wärmetransportschicht durch die Verbindungsschicht von den Batteriezellen beabstandet ist, kann dabei erreicht werden, dass die Wärme primär in der Wärmetransportschicht in deren Haupterstreckungsfläche transportiert, also verteilt wird, ohne die der thermisch durchgehenden Batteriezelle benachbarten Batteriezellen einer zu großen Wärmemenge oder Temperatur auszusetzen.In addition, the layer structure of the heat spreader achieves an anisotropic heat transport capacity of the heat spreader. Therefore, the heat transport layer then advantageously does not have to be formed from a material with intrinsically anisotropic heat transport properties, which can result in greater flexibility in terms of the choice of material and the possibility of cheaper and / or simpler manufacture of the battery. Ultimately, one of the battery cells will lose its thermal runaway at least initially, also set a temperature gradient emanating from the thermally continuous battery cell within the heat spreader. Because the heat transport layer is spaced apart from the battery cells by the connecting layer, it can be achieved that the heat is primarily transported in the heat transport layer in its main area of extent, i.e. is distributed without exposing the battery cells adjacent to the thermally continuous battery cell to an excessive amount of heat or temperature .

In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der thermische Isolator senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers in dessen Richtung über die Batteriezellen hinaus und durch die Verbindungsschicht hindurch bis zu der Wärmetransportschicht. Da die Wärmetransportfähigkeit des thermischen Isolators geringer sein soll als die Wärmetransportfähigkeit der Verbindungsschicht, kann auf diese Weise ein primärer Wärmetransportpfad aus einer thermisch durchgehenden Batteriezelle in die jeweilige benachbarte Batteriezelle verlängert werden. Dies ist der Fall, da in Richtung des Wärmeverteilers aus der thermisch durchgehenden Batteriezelle austretende Wärme nicht in der Verbindungsschicht in Richtung der benachbarten Batteriezelle transportiert und dort unmittelbar aus der Verbindungsschicht in diese benachbarte Batteriezelle eintreten kann. Vielmehr muss die Wärme im Bereich der thermisch durchgehenden Batteriezelle die Verbindungsschicht komplett durchtreten und in die Wärmetransportschicht des Wärmeverteilers eintreten und im Bereich der benachbarten Batteriezelle dann in umgekehrter Richtung zunächst aus der Wärmetransportschicht in die Verbindungsschicht eintreten und diese komplett durchdringen. Durch diesen längeren primären Wärmetransportpfad, der zudem die Wärmetransportschicht einschließt, kann letztlich ein Wärmeübertrag von der thermisch durchgehenden Batteriezelle in die benachbarte Batteriezelle weiter abgeschwächt oder verlangsamt und letztlich vorteilhaft eine gleichmäßigere Verteilung der Wärme über die Vielzahl der Batteriezellen beziehungsweise innerhalb der Batterie erreicht werden.In an advantageous development of the present invention, the thermal insulator extends perpendicular to the main extension surface of the heat spreader in its direction beyond the battery cells and through the connecting layer to the heat transport layer. Since the heat transport capacity of the thermal insulator should be less than the heat transport capacity of the connecting layer, a primary heat transport path from a thermally continuous battery cell into the respective neighboring battery cell can be extended in this way. This is the case because heat emerging from the thermally continuous battery cell in the direction of the heat spreader is not transported in the connection layer in the direction of the adjacent battery cell and can there enter this adjacent battery cell directly from the connection layer. Rather, the heat must completely penetrate the connecting layer in the area of the thermally continuous battery cell and enter the heat transport layer of the heat spreader and then enter the connecting layer in the opposite direction from the heat transport layer and penetrate it completely in the area of the adjacent battery cell. Through this longer primary heat transport path, which also includes the heat transport layer, heat transfer from the thermally continuous battery cell to the adjacent battery cell can ultimately be further weakened or slowed down and ultimately a more even distribution of the heat over the large number of battery cells or within the battery can be achieved.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt der Wärmeverteiler an einer sich zumindest im Wesentlichen parallel zu dessen Haupterstreckungsfläche erstreckenden Kühlplatte an, in oder an der wenigstens ein Kühlkanal zum Führen eines Kühlmediums ausgebildet ist. Die hier vorgesehene Kühlplatte kann insbesondere die in der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung vorgesehene Kühlplatte an der Außenseite der Batterie sein beziehungsweise dieser entsprechen. Diese Kühlplatte kann also auch in der ersten Variante der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Der wenigstens eine Kühlkanal kann beispielsweise als Bohrung in der Kühlplatte ausgebildet sein. Ebenso kann die Kühlplatte beispielsweise an ihrer dem Wärmeverteiler zugewandten Seite oder Oberfläche wenigstens eine längserstrecke oder längliche Vertiefung, Rille oder Rinne oder dergleichen aufweisen, die dann durch den Wärmeverteiler abgedeckt wird, um so den wenigstens einen Kühlkanal zu bilden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the heat spreader rests on a cooling plate which extends at least substantially parallel to its main extension surface and in or on which at least one cooling channel for guiding a cooling medium is formed. The cooling plate provided here can in particular be or correspond to the cooling plate provided in the second variant of the present invention on the outside of the battery. This cooling plate can therefore also be provided in the first variant of the present invention. The at least one cooling channel can, for example, be designed as a bore in the cooling plate. Likewise, the cooling plate can for example have on its side or surface facing the heat spreader at least one longitudinal or elongated depression, groove or channel or the like, which is then covered by the heat spreader in order to form the at least one cooling channel.

Der wenigstens eine Kühlkanal kann insbesondere zum Anschließen an einen Kühlkreislauf des jeweiligen Kraftfahrzeugs, also zur Integrierung in einen solchen Kühlkreislauf ausgebildet sein. Dazu kann der wenigstens eine Kühlkanal beispielsweise an einer dem Wärmeverteiler gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte oder an einer beispielsweise oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers und der Kühlplatte stehenden Stirnseite aus der Kühlplatte beziehungsweise dem Verbund aus der Kühlplatte und dem Wärmeverteiler austreten. Der wenigstens eine Kühlkanal kann mit anderen Worten die Kühlplatte also in zumindest einer Richtung vollständig durchgreifen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Batterie in dem Kraftfahrzeug kann der wenigstens eine Kühlkanal also an einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein, der eine Pumpe zum Treiben des Kühlmediums durch den wenigstens einen Kühlkanal umfassen kann. Es besteht dann also zumindest die Möglichkeit, dass auch bei einer Beschädigung und einem anschließenden thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen diese Pumpe weiterhin in Betrieb ist und das Kühlmedium durch den Kühlkanal treibt. Dadurch kann besonders effektiv und effizient die durch das thermische Durchgehen in der Batterie erzeugte Wärme aus der Batterie abgeführt werden. Dadurch kann eine Wahrscheinlichkeit für ein thermisches Durchgehen einer weiteren Batteriezelle weiter reduziert werden. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann also die Sicherheit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Batterie weiter verbessern.The at least one cooling channel can in particular be designed for connection to a cooling circuit of the respective motor vehicle, that is to say for integration in such a cooling circuit. For this purpose, the at least one cooling channel can emerge from the cooling plate or the composite of the cooling plate and the heat spreader, for example, on a side of the cooling plate opposite the heat spreader or on an end face that is, for example, or at least substantially perpendicular to the main extension surface of the heat spreader and the cooling plate. In other words, the at least one cooling channel can fully penetrate the cooling plate in at least one direction. In the intended installation position of the battery in the motor vehicle, the at least one cooling duct can therefore be connected to a cooling circuit of the motor vehicle, which can include a pump for driving the cooling medium through the at least one cooling duct. There is then at least the possibility that even in the event of damage and subsequent thermal runaway of one of the battery cells, this pump will continue to operate and drive the cooling medium through the cooling channel. As a result, the heat generated in the battery by the thermal runaway can be dissipated from the battery particularly effectively and efficiently. This can further reduce the likelihood of a thermal runaway of a further battery cell. The embodiment proposed here can therefore further improve the safety and reliability of the battery according to the invention.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zwischen zumindest zwei benachbarten Batteriezellen eine zumindest flüssigkeitsgefüllte Kammer angeordnet. Diese Kammer weist dabei eine vorgegebene Entgasungsstelle auf. Eine solche Entgasungsstelle kann beispielsweise ein Ventil oder eine Sollbruchstelle sein, wo die Kammer beispielsweise weniger druckstabil sein kann als in ihren übrigen Bereichen. Die flüssigkeitsgefüllte Kammer ist dabei dazu ausgelegt, dass bei einem thermischen Durchgehen einer der beiden benachbarten Batteriezellen die Flüssigkeit zumindest teilweise verdampft und durch einen dabei entstehenden Überdruck innerhalb der Kammer der entsprechende Dampf durch die Entgasungsstelle aus der Kammer austritt, also entweicht. Die Flüssigkeit beziehungsweise die Batterie kann also derart gewählt oder ausgelegt sein, dass in einem bestimmungsgemäßen Betrieb die Flüssigkeit ganz oder teilweise, bevorzugt zumindest größtenteils, in einem flüssigen Zustand verbleibt. Die Flüssigkeit kann beispielsweise einen Dampfdruck aufweisen, der ungefähr dem Atmosphärendruck unter Normalbedingungen entsprechen kann.In a further advantageous embodiment of the present invention, an at least liquid-filled chamber is arranged between at least two adjacent battery cells. This chamber has a predetermined degassing point. Such a degassing point can for example be a valve or a predetermined breaking point, where the chamber can for example be less pressure-stable than in its other areas. The liquid-filled chamber is designed so that if one of the two adjacent battery cells thermally rushes through, the liquid at least partially evaporates and the resulting overpressure inside the chamber causes the corresponding vapor to escape from the chamber through the degassing point. The liquid or the battery can therefore be selected or designed in such a way that in one normal operation the liquid remains wholly or partially, preferably at least for the most part, in a liquid state. The liquid can, for example, have a vapor pressure which can correspond approximately to atmospheric pressure under normal conditions.

Durch die Flüssigkeit beziehungsweise den Phasenübergang der Flüssigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Zustand kann zumindest ein Teil der beim thermischen Durchgehen der Batteriezelle entstehenden Wärme aufgenommen werden. Diese Wärme beziehungsweise die entsprechende Energie wird dann durch das Entweichen des Dampfs aus der Kammer aus einer unmittelbaren Umgebung der thermisch durchgehenden Batteriezelle abgeführt. Beispielsweise kann sich der Dampf innerhalb der Batterie, also innerhalb eines um die Batteriezellen umgebenden Batteriegehäuses, verteilen und somit zu einer gleichmäßigen Erwärmung der übrigen Batteriezellen führen oder beitragen. Dieses Verteilen des Dampfs kann durch den Überdruck in der Kammer besonders schnell erfolgen, wodurch die von dem Dampf transportierte Wärme besonders schnell aus dem Bereich der thermisch durchgehenden Zelle abtransportiert werden kann. Dadurch kann also besonders schnell und zuverlässig erreicht werden, dass nicht die gesamte Wärme aus der thermisch durchgehenden Batteriezelle in deren Nachbarzellen eintritt und diese gegebenenfalls ebenfalls zum thermischen Durchgehen anregt. Bevorzugt kann die Entgasungsstelle der Kammer auf einer Seite angeordnet sein, die einem Entgasungs- oder Überdruckventil des umgebenden Batteriegehäuses zugewandt ist. Dadurch kann gegebenenfalls sichergestellt werden, dass der Dampf besonders schnell und zuverlässig sogar aus dem umgebenden Batteriegehäuse, also aus der Batterie insgesamt, abgeführt werden kann. Dadurch kann das thermische Durchgehen weiterer Batteriezellen besonders zuverlässig vermieden und somit die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie weiter verbessert werden.Through the liquid or the phase transition of the liquid from the liquid to the gaseous state, at least part of the heat generated when the battery cell is thermally runaway can be absorbed. This heat or the corresponding energy is then dissipated from the immediate vicinity of the thermally continuous battery cell as the vapor escapes from the chamber. For example, the vapor can be distributed within the battery, that is to say within a battery housing surrounding the battery cells, and thus lead or contribute to uniform heating of the remaining battery cells. This distribution of the steam can take place particularly quickly due to the overpressure in the chamber, as a result of which the heat transported by the steam can be transported away particularly quickly from the area of the thermally continuous cell. As a result, it can be achieved particularly quickly and reliably that not all of the heat from the thermally continuous battery cell enters its neighboring cells and, if necessary, also stimulates them to thermally runaway. The degassing point of the chamber can preferably be arranged on a side which faces a degassing or pressure relief valve of the surrounding battery housing. As a result, it can be ensured, if necessary, that the vapor can be discharged particularly quickly and reliably even from the surrounding battery housing, that is to say from the battery as a whole. As a result, the thermal runaway of further battery cells can be avoided particularly reliably and the safety and reliability of the battery can thus be further improved.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Batterie aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie genannte Kraftfahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.Another aspect of the present invention is a motor vehicle that has a battery according to the invention, in particular as a traction battery. The motor vehicle according to the invention can in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the battery according to the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention can have some or all of the properties and / or features mentioned in connection with the battery according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations shown below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung thermischer Eigenschaften einer Batterie in einer ersten Variante;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Batterie in einer zweiten Variante;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf eine Batterie mit zusätzlichen Wärmebrückenelementen in einer ersten Variante;
  • 4 eine schematische Seitenansicht der Batterie aus 3;
  • 5 eine Draufsicht auf eine Batterie mit zusätzlichen Wärmebrückenelementen in einer zweiten Variante;
  • 6 eine schematische Seitenansicht der Batterie mit mehrere Batteriezellen überspannende Wärmebrückenelementen; und
  • 7 eine schematische Ansicht einer Batterie mit unterschiedlichen thermischen Anbindungen der Batteriezellen.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation to illustrate thermal properties of a battery in a first variant;
  • 2 a schematic representation of a battery in a second variant;
  • 3 a schematic plan view of a battery with additional thermal bridge elements in a first variant;
  • 4th a schematic side view of the battery 3 ;
  • 5 a plan view of a battery with additional thermal bridge elements in a second variant;
  • 6th a schematic side view of the battery with multiple battery cells spanning thermal bridge elements; and
  • 7th a schematic view of a battery with different thermal connections of the battery cells.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

Bei Batterien, insbesondere bei heutzutage weitverbreiteten lithiumbasierten Batterien, ist ein thermisches Durchgehen ein bekanntes Phänomen, das beispielsweise bei einer Beschädigung einer Zelle durch ein eindringendes Fremdobjekt oder dergleichen auftreten kann. Dabei findet eine exotherme Reaktion statt. Reicht eine thermische Isolierung der beschädigten Zelle von einer benachbarten Zelle nicht aus, kann sich ein initialer Temperaturgradient zwischen diesen beiden Zellen nach und nach reduzieren und letztlich auch die benachbarte Zelle thermisch durchgehen. Um dies zu vermeiden müssten insbesondere angesichts der immer weiter steigenden Energiedichten in herkömmlichen Anordnungen immer größere thermische Isolierungen vorgesehen werden. Dadurch wird ein durch Fortentwicklung der Zellen erreichbarer Zugewinn an volumetrischer Energiedichte der jeweiligen Batterie insgesamt zumindest teilweise wieder zunichtegemacht.In batteries, especially lithium-based batteries that are widely used nowadays, thermal runaway is a known phenomenon that can occur, for example, when a cell is damaged by an intruding foreign object or the like. An exothermic reaction takes place. If thermal insulation of the damaged cell from an adjacent cell is not sufficient, an initial temperature gradient between these two cells can gradually reduce and ultimately the adjacent cell can also thermally run through. In order to avoid this, in particular in view of the ever increasing energy densities in conventional arrangements, ever larger thermal insulation would have to be provided. As a result, a gain in volumetric energy density of the respective battery that can be achieved through further development of the cells is at least partially nullified again overall.

Um diesem Problem zu begegnen, wird hier ein veränderter interner Batterieaufbau vorgeschlagen. Dazu zeigt 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Batterie 10 und deren thermischer Eigenschaften. Die Batterie 10 umfasst mehrere Batteriezellen 12, von denen hier beispielhaft drei dargestellt sind. Die Batteriezellen 12 sind hier durch jeweilige Schichtanordnungen 14 voneinander beabstandet. Diese Schichtanordnungen 14 sind hier jeweils gebildet aus einem thermischen Isolator in Form von zwei außenliegenden thermischen Isolationsschichten 16 und einem dazwischen angeordneten Wärmeleitelement 18. Das Wärmeleitelement 18 kann beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen besonders gut wärmeleitenden Material gebildet sein. Die Schichtanordnungen 14 können dabei insgesamt eine Breite oder Dicke von beispielsweise einigen Millimetern, beispielsweise 1 mm bis 10 mm, aufweisen. Diese Dicke ist hier in der Zeichenebene senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Batteriezellen 12 und der Schichtanordnungen 14 gemessen.To counter this problem, a modified internal battery structure is proposed here. To do this shows 1 a schematic representation to illustrate a structure of a battery 10 and their thermal properties. The battery 10 includes multiple battery cells 12th , of which three are shown here as an example. The battery cells 12th are here by respective layer arrangements 14th spaced from each other. These layer arrangements 14th are each formed here from a thermal insulator in the form of two external thermal insulation layers 16 and a heat conducting element arranged therebetween 18th . The heat conducting element 18th can for example be made of aluminum, copper or another particularly good heat-conducting material. The layer arrangements 14th can have a total width or thickness of, for example, a few millimeters, for example 1 mm to 10 mm. This thickness is here in the plane of the drawing perpendicular to a main direction of extent of the battery cells 12th and the layer arrangements 14th measured.

Im vorliegenden Beispiel sei eine der Batteriezellen 12 beschädigt. Diese beschädigte Zelle 20 geht daraufhin thermisch durch. Dabei entsteht innerhalb der beschädigten Zelle 20 durch exotherme chemische Reaktionen eine hier schematisch angedeutete Wärmemenge QTR . Diese Wärmemenge QTR breitet sich dann ausgehend von der beschädigten Zelle 20 in verschiedene Richtungen und auf verschiedene Weisen aus. So tritt eine Wärmemenge Q1 aus einer Seiten- oder Haupterstreckungsfläche der beschädigten Zelle 20 in die angrenzende Schichtanordnung 14 ein. Aufgrund der wärmedämmenden Eigenschaften der der beschädigten Zelle 20 zugewandten thermischen Isolationsschicht 16 kann dies zunächst relativ langsam geschehen. Letztlich erreicht die Wärmemenge Q1 jedoch zumindest teilweise das Wärmeleitelement 18. Die in das Wärmeleitelement 18 eintretende Wärme teilt sich dann in eine Wärmemenge Q1.1 und eine Wärmemenge Q1.2 auf. Die Wärmemenge Q1.1 tritt weiter in von der beschädigten Zelle 20 abgewandter Querrichtung in die andere thermische Isolationsschicht 16 und zumindest teilweise weiter in die benachbarte Batteriezelle 12 ein, führt also letztendlich zu deren Erwärmung. Die Wärmemenge Q1.2 wird durch das Wärmeleitelement 18 hingegen senkrecht zu dieser Querrichtung, also in einer Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung 14 transportiert.In the present example, one of the battery cells is assumed 12th damaged. This damaged cell 20th then goes through thermally. This arises within the damaged cell 20th by exothermic chemical reactions an amount of heat indicated here schematically Q TR . This amount of heat Q TR then spreads starting from the damaged cell 20th in different directions and in different ways. So occurs an amount of heat Q 1 from a side or main extension surface of the damaged cell 20th into the adjacent layer arrangement 14th one. Due to the insulating properties of the damaged cell 20th facing thermal insulation layer 16 this can happen relatively slowly at first. Ultimately, the amount of heat reached Q 1 but at least partially the heat conducting element 18th . The one in the heat conducting element 18th Incoming heat is then divided into a heat quantity Q 1.1 and a heat quantity Q 1.2 . The amount of heat Q 1.1 continues to enter from the damaged cell 20th averted transverse direction in the other thermal insulation layer 16 and at least partially further into the adjacent battery cell 12th one, so ultimately leads to their heating. The amount of heat Q 1.2 is through the heat conducting element 18th on the other hand perpendicular to this transverse direction, that is to say in a main extension surface of the layer arrangement 14th transported.

Vorliegend ist unterhalb der Batteriezellen 12 und der Schichtanordnungen 14 ein Wärmeverteiler 22 angeordnet. Dieser Wärmeverteiler 22 und die Schichtanordnungen 14 sind hier Teil einer Wärmetransportstruktur der Batterie 10. Der Wärmeverteiler 22 ist hier nur schematisch angedeutet und kann mehrere Teile oder Komponenten oder Schichten aufweisen und/oder an weitere Komponenten angrenzen. Dies wird im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert. Vorliegend ist der Wärmeverteiler 22 thermisch, also wärmeübertragend, sowohl an die Batteriezellen 12 als auch zumindest an die Wärmeleitelemente 18 der Schichtanordnungen 14 gekoppelt. Dementsprechend tritt die Wärmemenge Q1.2 aus dem Wärmeleitelement 18 in den Wärmeverteiler 22 ein. Ebenso tritt ein weiterer Anteil der Wärmemenge QTR aus der beschädigten Zelle 20 direkt in den Wärmeverteiler 22 ein. Damit nimmt der Wärmeverteiler 22 also insgesamt eine Wärmemenge Qv auf.The present is below the battery cells 12th and the layer arrangements 14th a heat spreader 22nd arranged. This heat spreader 22nd and the layer arrangements 14th are part of a heat transport structure of the battery 10 . The heat spreader 22nd is only indicated schematically here and can have several parts or components or layers and / or adjoin other components. This is related to 2 explained in more detail. Here is the heat spreader 22nd thermal, i.e. heat transfer, both to the battery cells 12th as well as at least the heat conducting elements 18th the layer arrangements 14th coupled. Correspondingly, the amount of heat Q 1.2 emerges from the heat-conducting element 18th in the heat spreader 22nd one. Another proportion of the amount of heat also occurs Q TR from the damaged cell 20th directly into the heat spreader 22nd one. So that the heat spreader takes 22nd thus a total of an amount of heat Qv.

Bedingt durch das thermische Durchgehen kann die beschädigte Zelle 20 beispielsweise aufplatzen und es kann ein Strom aus Gas und/oder Partikeln aus der beschädigten Zelle 20 entweichen. Dieser Gas- und/oder Partikelstrom ist hier schematisch wolkenartig angedeutet und kann einen weiteren Anteil Q2 der Wärmemenge QTR mit sich führen.Due to the thermal runaway, the damaged cell can 20th for example burst open and there may be a flow of gas and / or particles from the damaged cell 20th escape. This gas and / or particle flow is indicated here schematically in the form of a cloud and can have a further component Q 2 the amount of heat Q TR carry with them.

Damit ergeben sich also folgende Zusammenhänge Q ˙ T R − Q ˙ 1 − Q ˙ 2 − Q ˙ 3 = 0

Figure DE102020115897A1_0001
Q ˙ 1 = Q ˙ 1.1 + Q ˙ 1.2
Figure DE102020115897A1_0002
 Q ˙ 1.1 = Q ˙ T R − Q ˙ 2 − Q ˙ 3 − Q ˙ 1.2
Figure DE102020115897A1_0003
wobei der hochgestellte Punkt jeweils die zeitliche Veränderung kennzeichnet, sodass Q einen Wärmestrom oder Wärmefluss angibt. Q1.2 ist dann der durch das Wärmeleitelement 18 von der benachbarten Batteriezelle 12 weggelenkte Wärmestrom.The following relationships result from this Q ˙ T R. - Q ˙ 1 - Q ˙ 2 - Q ˙ 3 = 0
Figure DE102020115897A1_0001
 Q ˙ 1 = Q ˙ 1.1 + Q ˙ 1.2
Figure DE102020115897A1_0002
 Q ˙ 1.1 = Q ˙ T R. - Q ˙ 2 - Q ˙ 3 - Q ˙ 1.2
Figure DE102020115897A1_0003
 where the superscript characterizes the change over time, so that Q indicates a heat flow or heat flow. Q 1.2 is then that through the heat conducting element 18th from the neighboring battery cell 12th deflected heat flow.

Zur weiteren Veranschaulichung ist die Batterie 10 hier schematisch in ein Diagramm eingebettet, in dem auf einer Ordinate die Temperatur T und auf einer Abszisse der Ort oder die Position x aufgetragen sind. In diesem Diagramm ist hier schematische in Temperaturgradient TG über die an die beschädigte Zelle 20 angrenzende Schichtanordnung 14 dargestellt. In oder an der beschädigten Zelle 20 herrscht eine Reaktionstemperatur TTR . Diese Reaktionstemperatur TTR kann beispielsweise in der Größenordnung von 1000 °C liegen. Aufgrund der wärmedämmenden Eigenschaften der Isolationsschicht 16 fällt die Temperatur bis zu dem Wärmeleitelement 18 ab, vorliegend wenigstens bis zu einer Schmelztemperatur Ts des Wärmeleitelements 18. Somit wird also vermieden, dass beim thermischen Durchgehen das Wärmeleitelement 18 bis über seine Schmelztemperatur Ts erwärmt wird. Durch die andere, von der beschädigten Zelle 20 abgewandte Isolationsschicht 16 wird die Temperatur bis zu der benachbarten Batteriezelle 12 nochmals reduziert. Somit kann zunächst verhindert werden, dass die benachbarte Batteriezelle 12 ebenfalls thermisch durchgeht. Um dies nicht nur initial, sondern dauerhaft sicherzustellen, sind hier das Wärmeleitelement 18 und der Wärmeverteiler 22 vorgesehen. Durch das Wärmeleitelement 18 wird die in x-Richtung in die benachbarte Batteriezelle 12 eintretende Wärmemenge Q1.1 reduziert, indem es die Wärmemenge Q1.2 in den Wärmeverteiler 22 ableitet. Der Wärmeverteiler 22 verteilt die in diesen eingeleitete Wärmemenge Qv in x-Richtung von der beschädigten Zelle 20 weg über sämtliche anderen der Batteriezellen 12, führt also einen signifikanten Wärmeanteil an der benachbarten Batteriezelle 12 vorbei. Dieses Verteilen der Wärme durch das Wärmeleitelement 18 und den Wärmeverteiler 22 geschieht dabei aufgrund deren im Vergleich zu den Isolationsschichten 16 höherer Wärmetransportfähigkeit entsprechend schneller als durch die Isolationsschichten 16.For further illustration is the battery 10 Embedded here schematically in a diagram in which the temperature T is plotted on an ordinate and the location or position x is plotted on an abscissa. In this diagram here is schematic in temperature gradient TG about the to the damaged cell 20th adjacent layer arrangement 14th shown. In or on the damaged cell 20th there is a reaction temperature T TR . This reaction temperature T TR can, for example, be on the order of 1000 ° C. Due to the insulating properties of the insulation layer 16 the temperature drops to the heat conduction element 18th from, in the present case at least up to a melting temperature Ts of the heat conducting element 18th . Thus, it is avoided that the heat conducting element during thermal runaway 18th to above its melting temperature Ts is heated. Through the other, from the damaged cell 20th facing away insulation layer 16 the temperature is up to the neighboring battery cell 12th again reduced. Thus, it can first be prevented that the neighboring battery cell 12th also goes through thermally. In order to ensure this not only initially, but permanently, the heat-conducting element is here 18th and the heat spreader 22nd intended. Through the heat conducting element 18th becomes the one in the x-direction in the neighboring battery cell 12th incoming amount of heat Q 1.1 reduced by the amount of heat Q 1.2 in the heat spreader 22nd derives. The heat spreader 22nd distributes the amount of heat Qv introduced into this in the x-direction from the damaged cell 20th away over all the other battery cells 12th , thus carries a significant proportion of heat to the neighboring battery cell 12th past. This distributing the heat through the heat conducting element 18th and the heat spreader 22nd happens because of them in comparison to the insulation layers 16 higher heat transport capacity correspondingly faster than through the insulation layers 16 .

Eine Grundidee ist hier also durch die Wärmetransportstruktur gezielt und schnellstmöglich die beim thermischen Durchgehen entstehende Wärmemenge QTR gleichmäßig über die Batterie 10 zu verteilen und dabei gleichzeitig die der beschädigten Zelle 20 benachbarte Batteriezelle 12 zumindest teilweise thermisch gegenüber der Wärmemenge QTR beziehungsweise der beschädigten Zelle 20 zu isolieren oder abzuschirmen. Durch die Isolationsschichten 16 kann also beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 12 eine entsprechende Reaktionszone thermisch gegenüber den benachbarten Batteriezellen 12 isoliert werden. Dabei wird die Wärmemenge QTR durch die benachbarte Wärmeleitelemente 18 und den Wärmeverteiler 22 besonders effektiv und schnell aus dieser Reaktionszone abgeführt, wodurch letztlich die Wahrscheinlichkeit oder das Risiko dafür minimiert wird, dass die der beschädigten Zelle 20 benachbarten Batteriezellen 12 ebenfalls eine kritische Temperatur erreichen.A basic idea here is the amount of heat that arises during thermal runaway through the heat transport structure in a targeted manner and as quickly as possible Q TR evenly across the battery 10 to distribute and at the same time that of the damaged cell 20th neighboring battery cell 12th at least partially thermally in relation to the amount of heat Q TR or the damaged cell 20th to isolate or shield. Through the layers of insulation 16 can so if one of the battery cells thermal runaway 12th a corresponding thermal reaction zone with respect to the neighboring battery cells 12th to be isolated. The amount of heat Q TR through the neighboring heat conducting elements 18th and the heat spreader 22nd particularly effectively and quickly removed from this reaction zone, which ultimately minimizes the likelihood or risk of that of the damaged cell 20th neighboring battery cells 12th also reach a critical temperature.

Dies kann nicht nur durch die Schichtanordnung 14, sondern zusätzlich oder alternativ durch andere Maßnahmen erreicht werden. 2 zeigt dazu eine schematische Darstellung der Batterie 10 in einer zweiten Variante. Lediglich beispielhaft sind die Batteriezellen 12 hier zwischen außenseitigen Kompressionsplatten 24 eingespannt. Zwischen den Batteriezellen 12 ist jeweils ein Wärmeisolator 26 zur thermischen Isolierung jeweils zweier benachbarter Batteriezellen 12 voneinander angeordnet. In dem hier gezeigten Beispiel umfasst der unterhalb der Batteriezellen 12 angeordnete Wärmeverteiler 22 eine an den Batteriezellen 12 anliegende Verbindungsschicht 28 - Beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitkleber - und eine Wärmeleitschicht 30, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer oder dergleichen. Die Wärmeleitschicht 30 weist hier eine größere Wärmetransportfähigkeit auf als die Verbindungsschicht 28. Damit weist der Wärmeverteiler 22 also eine anisotrope Wärmetransportfähigkeit auf. Ebenso kann der Wärmeverteiler 22 ganz oder teilweise, insbesondere die Wärmeleitschicht 30, aus einem inhärent anisotrop wärmeleitenden Material, beispielsweise in einer Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers 22 orientierten Graphitschichten, gebildet sein. In jedem Fall wird durch den Wärmeverteiler 22 von der beschädigten Zelle 20 aufgenommene Wärme aufgrund seiner anisotropen Wärmetransporteigenschaften besonders schnell beziehungsweise bevorzugt entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers 22 transportiert und weniger schnell oder weniger stark aus dem Wärmeverteiler 22 in die Batteriezellen 12. Damit ergibt sich eine gleichmäßigere Erwärmung der von der beschädigten Zelle 20 verschiedenen Batteriezellen 12 als dies ohne die anisotrope Wärmetransporteigenschaft des Wärmeverteilers 22 der Fall wäre. Dies ist hier durch entsprechende Pfeile, die verschiedene Wärmeflüsse repräsentieren beziehungsweise eine jeweilige Länge oder Größe dieser Pfeile, angedeutet.This cannot only be achieved through the layer arrangement 14th , but can be achieved additionally or alternatively by other measures. 2 shows a schematic representation of the battery 10 in a second variant. The battery cells are only exemplary 12th here between external compression plates 24 clamped. Between the battery cells 12th is each a heat insulator 26th for thermal insulation of two adjacent battery cells 12th arranged from each other. In the example shown here, the one below includes the battery cells 12th arranged heat spreader 22nd one on the battery cells 12th adjacent connecting layer 28 - For example a thermal paste or a thermal adhesive - and a thermal conductive layer 30th , for example made of aluminum or copper or the like. The thermal conductive layer 30th here has a greater heat transport capacity than the connecting layer 28 . This means that the heat spreader 22nd thus an anisotropic heat transport capacity. The heat spreader can also 22nd in whole or in part, in particular the heat-conducting layer 30th , made of an inherently anisotropically thermally conductive material, for example in a main extension surface of the heat spreader 22nd oriented graphite layers. In any case, it is through the heat spreader 22nd from the damaged cell 20th absorbed heat due to its anisotropic heat transport properties particularly quickly or preferably along the main extension surface of the heat spreader 22nd transported and less quickly or less strongly from the heat spreader 22nd into the battery cells 12th . This results in a more even heating of the damaged cell 20th different battery cells 12th than this without the anisotropic heat transport property of the heat spreader 22nd would be the case. This is indicated here by corresponding arrows which represent different heat flows or a respective length or size of these arrows.

Der Wärmeverteiler 22 ist vorliegend zwischen den Batteriezellen 12 und einer zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Wärmeverteiler 22 erstreckten Kühlplatte 32 angeordnet. Obwohl dies hier nicht durch separate Pfeile dargestellt ist, kann die Kühlplatte 32 Wärme aus dem Wärmeverteiler 22 aufnehmen und ebenfalls von der beschädigten Zelle 20 beziehungsweise aus der Batterie 10 heraus transportieren.The heat spreader 22nd is present between the battery cells 12th and one at least substantially parallel to the heat spreader 22nd extended cooling plate 32 arranged. Although this is not shown here by separate arrows, the cooling plate 32 Heat from the heat spreader 22nd and also from the damaged cell 20th or from the battery 10 transport out.

Die in 1 und 2 dargestellten Varianten können ebenso miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise bei der in 2 gezeigten Variante anstelle der Wärmeisolatoren 26 eine jeweilige Schichtanordnung 14 zwischen den Batteriezellen 12 angeordnet werden. Ebenso kann der in 1 gezeigte Wärmeverteiler 22 dem in 2 gezeigten Wärmeverteiler 22 entsprechen.In the 1 and 2 The variants shown can also be combined with one another. For example, with the in 2 shown variant instead of the heat insulators 26th a respective layer arrangement 14th between the battery cells 12th to be ordered. The in 1 shown heat spreader 22nd the in 2 shown heat spreader 22nd correspond.

Die jeweiligen Wärmetransportstrukturen können ebenso in weiteren Varianten ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein konvektiver Wärmetransport, beispielsweise in einer dampf- oder flüssigkeitsgefüllten Kammer genutzt werden. Eine solche Kammer kann beispielsweise zwischen den Batteriezellen 12 oder unterhalb der Batteriezellen 12 angeordnet sein, etwa als die Wärmeleitelemente 18 oder die Wärmeleitschicht 30 oder zusätzlich zu diesen.The respective heat transport structures can also be designed in further variants. For example, convective heat transport can be used, for example in a steam or liquid-filled chamber. Such a chamber can, for example, between the battery cells 12th or below the battery cells 12th be arranged, for example as the heat conducting elements 18th or the heat conducting layer 30th or in addition to these.

Ebenso sind zusätzlich oder alternativ weitere Anordnungen zur Verbesserung des thermischen Verhaltens der Batterie 10 möglich. Dazu zeigt 3 eine schematische Draufsicht auf die Batterie 10, hier mit einer ersten Batteriezelle 34, einer zweiten Batteriezelle 36, einer dritten Batteriezelle 38 und einer vierten Batteriezellen 40. Wie beschrieben sind hier zwischen diesen Batteriezellen 12 die Schichtanordnungen 14 angeordnet. Zusätzlich sind jedoch oberhalb der Batteriezellen 12 vorliegend Wärmebrücken 42 angeordnet. Die Wärmebrücken 42 können beispielsweise Bleche oder metallische oder keramische plattenförmige Elemente sein. Die Wärmebrücken 42 sind dabei jeweils mit wenigstens zweien der Wärmeleitelemente 18 thermisch, also wärmeübertragend, insbesondere wärmeleitend, verbunden. Dabei überbrücken oder überragen die Wärmebrücken 42 jedoch wenigstens eine Schichtanordnung 14, insbesondere wenigstens ein weiteres der Wärmeleitelemente 18, das nicht direkt mit der jeweiligen Wärmebrücke 42 verbunden ist und in Querrichtung zu den Batteriezellen 12 betrachtet zwischen den wenigstens zwei Wärmeleitelementen 18 angeordnet ist, die direkt mit der jeweiligen Wärmebrücke 42 thermisch verbunden oder gekoppelt sind. Somit kann also von einem der Wärmeleitelemente 18 Wärme durch die damit verbundene Wärmebrücke 42 fließen oder übertragen werden und an einer anderen Seite oder Stelle der jeweiligen Wärmebrücke 42 nach Überbrückung wenigstens einer Schichtanordnung 14 zu einem weiteren beziehungsweise dem anderen mit der jeweiligen Wärmebrücke 42 verbundenen Wärmeleitelement 18 gelangen.There are also additional or alternative arrangements for improving the thermal behavior of the battery 10 possible. To do this shows 3 a schematic top view of the battery 10 , here with a first battery cell 34 , a second battery cell 36 , a third battery cell 38 and a fourth battery cell 40 . As described are here between these battery cells 12th the layer arrangements 14th arranged. In addition, however, are above the battery cells 12th present thermal bridges 42 arranged. The thermal bridges 42 can for example be sheets or metallic or ceramic plate-shaped elements. The thermal bridges 42 are each with at least two of the heat conducting elements 18th thermal, that is heat-transferring, in particular heat-conducting, connected. In doing so, bridge or protrude beyond the thermal bridges 42 but at least one layer arrangement 14th , in particular at least one other of the heat conducting elements 18th , not directly with the respective thermal bridge 42 is connected and in a transverse direction to the battery cells 12th considered between the at least two heat conducting elements 18th is arranged directly with the respective thermal bridge 42 are thermally connected or coupled. Thus, one of the heat conduction elements 18th Heat through the associated thermal bridge 42 flow or be transferred and to another side or point of the respective thermal bridge 42 after bridging at least one layer arrangement 14th to another or the other with the respective thermal bridge 42 connected heat conducting element 18th reach.

Es können mehrere Wärmebrücken 42 versetzt zueinander angeordnet sein, insbesondere in beiden zu einer Hochrichtung der Batteriezellen 12 senkrechten Querrichtungen der Batteriezellen 12.There can be several thermal bridges 42 be arranged offset to one another, in particular in both to a vertical direction of the battery cells 12th perpendicular transverse directions of the battery cells 12th .

Vorliegend ist eine erste Wärmebrücke 44 mit dem Wärmeleitelement 18 der unmittelbar an der ersten Batteriezelle 34 angeordneten Schichtanordnung 14 verbunden. Die erste Wärmebrücke 44 überragt dann ohne direkte Verbindung, also ohne direkte thermische Ankopplung die benachbarte Schichtanordnung sowie die zweite Batteriezelle 36 und die dritte Batteriezelle 38 und ist dahinter mit dem Wärmeleitelement 18 der übernächsten Schichtanordnung 14, die sich unmittelbar an der vierten Batteriezelle 40 befindet, thermisch direkt verbunden. Somit kann von der ersten Batteriezelle 34 durch die erste Wärmebrücke 44 Wärme auf die übernächste oder überübernächste Zelle, hier also die dritte Batteriezelle 38 beziehungsweise die vierte Batteriezelle 40 übertragen und somit zumindest die zweite Batteriezelle 36 überbrückt werden.The present is a first thermal bridge 44 with the heat conducting element 18th the one directly on the first battery cell 34 arranged layer arrangement 14th connected. The first thermal bridge 44 then protrudes beyond the adjacent layer arrangement and the second battery cell without a direct connection, that is to say without direct thermal coupling 36 and the third battery cell 38 and is behind it with the heat conducting element 18th the next but one layer arrangement 14th located directly on the fourth battery cell 40 is directly thermally connected. Thus, from the first battery cell 34 through the first thermal bridge 44 Heat to the next but one or the next but one cell, in this case the third battery cell 38 or the fourth battery cell 40 transferred and thus at least the second battery cell 36 be bridged.

Die Wärmebrücken 42 weisen dabei eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf, beispielsweise entsprechend den Wärmeleitelemente 18. Geht bei dieser Anordnung beispielsweise die erste Batteriezelle 34 thermischen durch, so ist die zweite Batteriezelle 36 aufgrund ihrer räumlichen Nähe, also ihrer direkten räumlichen der Nachbarschaft zu der ersten Batteriezelle 34 potentiell einer höheren Temperatur und somit einem höheren Wärmeeintrag ausgesetzt als die dritte Batteriezelle 38 und die vierte Batteriezelle 40. Durch die erste Wärmebrücke 44 gibt es hier jedoch einen Wärmetransportpfad mit höherer Wärmetransportfähigkeit, also einem geringeren Wärmewiderstand als von der ersten Batteriezelle 34 quer durch die unmittelbar an dieser angeordnete Schichtanordnung 14 in die erst zweite Batteriezelle 36, nämlich durch die erste Wärmebrücke 44 in das Wärmeleitelement 18 der zwischen der dritten Batteriezelle 38 und der vierten Batteriezelle 40 angeordneten Schichtanordnung 14. Somit wird durch die Wärmebrücken 42 ebenfalls eine homogene Wärmeverteilung erreicht, sodass sich beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 12 die übrigen der Batteriezellen 12 zumindest im Wesentlichen gleichmäßig erwärmen. Dadurch kann die Gefahren des thermischen Durchgehens einer weiteren der Batteriezellen 12 letztlich reduziert werden.The thermal bridges 42 have a relatively high thermal conductivity, for example corresponding to the heat conducting elements 18th . With this arrangement, for example, the first battery cell works 34 thermal through, so is the second battery cell 36 due to their spatial proximity, i.e. their direct spatial proximity to the first battery cell 34 potentially exposed to a higher temperature and thus a higher heat input than the third battery cell 38 and the fourth battery cell 40 . Through the first thermal bridge 44 However, there is a heat transport path with a higher heat transport capacity, i.e. a lower thermal resistance than from the first battery cell 34 across the layer arrangement arranged directly on this 14th into only the second battery cell 36 , namely through the first thermal bridge 44 in the heat conducting element 18th the one between the third battery cell 38 and the fourth battery cell 40 arranged layer arrangement 14th . Thus, through the thermal bridges 42 a homogeneous heat distribution is also achieved, so that if one of the battery cells 12th the rest of the battery cells 12th heat at least substantially uniformly. This can reduce the risk of thermal runaway of another of the battery cells 12th ultimately be reduced.

Die Wärmebrücken 42 erstrecken sich dabei vorliegend nicht über die gesamte Breite der Batteriezellen 12. Vielmehr sind hier mehrere Wärmebrücken 42 nebeneinander oberhalb der Batteriezellen 12 angeordnet. Diese beziehungsweise deren direkte thermische Verbindungen zu den Wärmeleitelementen 18 sind dabei versetzt angeordnet. So ist eine zweite Wärmebrücke 46 mit dem Wärmeleitelement 18 der zwischen der zweiten Batteriezelle 36 und der dritten Batteriezelle 38 angeordneten Schichtanordnung 14 direkt thermisch, also wärmeübertragend, insbesondere wärmeleitend, verbunden und überragt oder überbrückt die dieser benachbarte Schichtanordnung 14 zwischen der dritten Batteriezelle 38 und der vierten Batteriezelle 40.The thermal bridges 42 in the present case do not extend over the entire width of the battery cells 12th . Rather, there are several thermal bridges here 42 next to each other above the battery cells 12th arranged. These or their direct thermal connections to the heat conducting elements 18th are arranged offset. So is a second thermal bridge 46 with the heat conducting element 18th the one between the second battery cell 36 and the third battery cell 38 arranged layer arrangement 14th directly thermally, that is to say heat-transferring, in particular thermally conductive, connected and protrudes or bridges the layer arrangement adjacent to it 14th between the third battery cell 38 and the fourth battery cell 40 .

Die zweite Wärmebrücke 46 kann beispielsweise mit dem Wärmeleitelement 18 derjenigen Schichtanordnung 14, die auf einer von der dritten Batteriezelle 38 abgewandten Seite der vierten Batteriezelle 40 angeordnet ist, direkt thermisch verbunden sein oder diese Schichtanordnung 14 ebenfalls überbrücken und mit einem noch weiter entfernt angeordneten Wärmeleitelement 18 direkt thermisch verbunden sein. So können, beispielsweise je nach Breite der Wärmebrücken 42, oder je nach Anwendungsfall oder Auslegung jeweils eine oder mehrere Schichtanordnungen 14 durch die Wärmebrücken 42 überbrückt werden.The second thermal bridge 46 can for example with the heat conducting element 18th that layer arrangement 14th that is on one of the third battery cell 38 facing away from the fourth battery cell 40 is arranged, be directly thermally connected or this layer arrangement 14th also bridged and with a heat conducting element arranged even further away 18th be directly thermally connected. For example, depending on the width of the thermal bridges 42 , or, depending on the application or design, one or more layer arrangements 14th through the thermal bridges 42 be bridged.

Es kann mit mehreren oder allen der Wärmeleitelemente 18 jeweils wenigstens eine der Wärmebrücken 42 direkt thermisch verbunden sein, die dann zumindest das jeweils direkt benachbarte Wärmeleitelement 18 überbrückt, zu diesem also keine direkte thermische Verbindung aufweist.It can use several or all of the thermal conductors 18th at least one of the thermal bridges 42 be directly thermally connected, which then at least the directly adjacent heat conducting element 18th bridged, so has no direct thermal connection to this.

4 zeigt hierzu eine schematische Seitenansicht der Batteriezellen mit den Wärmebrücken 42, von denen hier lediglich die erste Wärmebrücke 44 erkennbar ist. Die Wärmebrücken 42 befinden sich hier wie beschrieben oberhalb der Batteriezellen 12.auf einer gegenüberliegenden Unterseite ist hier zusätzlich der Wärmeverteiler 22 an den Batteriezellen 12 angeordnet. Ein Wärmetransportpfad oder eine Wärmetransport Errichtung von der ersten Batteriezelle 34 entlang der ersten Wärmebrücken 44 in Richtung der vierten Batteriezelle 40 ist hier durch einen Pfeil schematische angedeutet. 4th shows a schematic side view of the battery cells with the thermal bridges 42 , of which only the first thermal bridge is here 44 is recognizable. The thermal bridges 42 are located above the battery cells as described 12th .The heat spreader is also located on the opposite underside 22nd on the battery cells 12th arranged. A heat transport path or a heat transport establishment from the first battery cell 34 along the first thermal bridges 44 towards the fourth battery cell 40 is indicated here schematically by an arrow.

Um die beschriebene thermische Verbindung der Wärmebrücken 42 mit bestimmten Wärmeleitelementen 18 und gleichzeitig eine kontaktlose Überbrückung anderer Wärmeleitelemente 18 zu ermöglichen, können die Wärmeleitelemente 18 jeweils bereichsweise in Hochrichtung der Batteriezellen 12 über diese hinausragen. Ebenso können die Wärmebrücken eine zumindest im Wesentlichen U-förmige Gestalt aufweisen.To the described thermal connection of the thermal bridges 42 with certain heat conducting elements 18th and at the same time a contactless bridging of other heat conducting elements 18th to enable the heat conducting elements 18th each area in the vertical direction of the battery cells 12th protrude beyond this. The thermal bridges can also have an at least essentially U-shaped shape.

5 zeigt eine weitere Draufsicht auf die oder eine Batterie 10 mit Wärmebrücken 42 in einer weiteren Ausführungsform. Hier sind in Querrichtung, also über die Breite der Batteriezellen 42 hinweg, nebeneinander drei Reihen von Wärmebrücken 42 angeordnet, die hier beispielhaft jeweils zwei Schichtanordnungen 14 überbrücken. In Querrichtung der Batteriezellen 12 sind hier also eine erste Reihe von Wärmebrücken 42 mit der ersten Wärmebrücke 44, eine zweite Reihe von Wärmebrücken 42 mit der zweiten Wärmebrücke 46 und eine dritte Reihe von Wärmebrücken 42 mit einer dritten Wärmebrücke 48 angeordnet. Beispielhaft für die beiden ersten Reihen ist hier angedeutet, dass sich in jeder der Reihen mehrere Wärmebrücken 42 hintereinander angeordnet befinden können. Dabei können mit jedem der Wärmeleitelemente 18 mehrere Wärmebrücken 42 einer Reihe verbunden sein. Mit anderen Worten können also die jeweils einander zugewandten Enden zweier benachbarter Wärmebrücken 42 einer Reihe mit dem oder den Wärmeleitelementen 18 jeweils einer der Schichtanordnungen 14 verbunden sein und somit aus dieser Schichtanordnung 14 Wärme in unterschiedliche Richtungen transportieren. 5 shows a further plan view of the or a battery 10 with thermal bridges 42 in a further embodiment. Here are in the transverse direction, i.e. across the width of the battery cells 42 away, three rows of thermal bridges next to each other 42 arranged, here by way of example each two layer arrangements 14th bridge. In the transverse direction of the battery cells 12th are therefore a first series of thermal bridges 42 with the first thermal bridge 44 , a second set of thermal bridges 42 with the second thermal bridge 46 and a third set of thermal bridges 42 with a third thermal bridge 48 arranged. As an example for the first two rows, it is indicated here that there are several thermal bridges in each of the rows 42 can be arranged one behind the other. You can use each of the heat conducting elements 18th several thermal bridges 42 be connected in a row. In other words, the mutually facing ends of two adjacent thermal bridges can 42 a row with the heat conducting element or elements 18th each one of the layer arrangements 14th be connected and thus from this layer arrangement 14th Transporting heat in different directions.

Die Reihen von Wärmebrücken 42 können - anders als hier der Übersichtlichkeit halber schematisch dargestellt - die gesamte Oberseite der Batteriezellen 12 oder zumindest einen Großteil der Oberseite der Batteriezellen 12 überdecken. Dabei können die Wärmebrücken 42 - auch innerhalb einer Reihe - unterschiedliche Längen aufweisen. Damit kann dann eine gestaffelte Überbrückung unterschiedlicher Anzahlen von Batteriezellen 12 beziehungsweise Schichtanordnungen 14 bis zu beiden Rändern der Batterie 10 hin erreicht werden. Letztendlich kann eine zumindest im Wesentlichen vollständige Abdeckung der Batteriezellen 12 durch die Wärmebrücken 42 zu einer besonders großen Wärmetransportkapazität der Wärmebrücken 42 und somit zur weiter verbesserten Sicherheit der Batteriezellen beitragen.The rows of thermal bridges 42 can - unlike shown here for the sake of clarity schematically - the entire top of the battery cells 12th or at least a large part of the top of the battery cells 12th cover. Thereby the thermal bridges 42 - also within a row - have different lengths. This then enables a staggered bridging of different numbers of battery cells 12th or layer arrangements 14th up to both edges of the battery 10 can be achieved. Ultimately, the battery cells can be at least substantially completely covered 12th through the thermal bridges 42 to a particularly large heat transport capacity of the thermal bridges 42 and thus contribute to the further improved safety of the battery cells.

6 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht der oder einer Batterie 10 mit einer Reihe von Wärmebrücken 42. Beispielhaft überspannen die Wärmebrücken 42 hier mehrere Schichtanordnungen 14. Dabei können einige oder alle der Schichtanordnungen 14 zwischen den jeweils außen liegenden Isolationsschichten 16 mehrere Wärmeleitelemente 18 aufweisen. Mit jedem dieser Wärmeleitelemente 18 einer Schichtanordnung 14 ist dabei eine andere Wärmebrücke 42 verbunden, um Wärme in unterschiedliche Richtungen zu transportieren. Dies ist hier schematisch durch entsprechende Pfeile für die Schichtanordnung 14 beziehungsweise die Wärmeleitelemente 18, die zwischen der ersten Batteriezelle 34 und der zweiten Batteriezelle 36 angeordnet sind, angedeutet. 6th shows a further schematic side view of the or a battery 10 with a number of thermal bridges 42 . The thermal bridges span exemplarily 42 here several layer arrangements 14th . Some or all of the layer arrangements can be used 14th between the outer insulation layers 16 several thermal conductors 18th exhibit. With each of these heat conducting elements 18th a layer arrangement 14th is another thermal bridge 42 connected to transport heat in different directions. This is shown here schematically by corresponding arrows for the layer arrangement 14th or the heat conducting elements 18th that is between the first battery cell 34 and the second battery cell 36 are arranged, indicated.

7 zeigt eine weitere schematische Ansicht der beziehungsweise einer Batterie 10 mit mehreren Batteriezellen 12. Dabei kann es sich vorliegend um Rundzellen mit einer Seitenkühlung handeln. Beispielhaft sind hier mehrere Reihen von Batteriezellen 12 mit zwei Kühlrippen 50 dargestellt, beispielsweise für eine Seitenkühlung von Rundzellen. Dabei sind abwechselnd oder in einem schachbrettartigen Muster unterschiedliche, also unterschiedlich gute thermische Anbindungen der Batteriezellen 12 an die Kühlrippen 50 vorgesehen. Dies ist hier schematisch durch einen thermischen ersten Anbindungstyp 52 und einen thermischen zweiten Anbindungstyp 54 angedeutet. Der erste Anbindungstyp 52 kann beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 W/(m·K) und der zweite Anbindungstyp 54 eine Wärmeleitfähigkeit von 0,5 W/(m·K) bieten. Damit ist ein guter Wärmefluss von einer thermisch durchgehenden Zelle zur direkten Nachbarzelle nicht möglich, sondern die Wärme wird an die übernächste Zelle weitergegeben. 7th shows a further schematic view of the or a battery 10 with several battery cells 12th . In the present case, these can be round cells with side cooling. Several rows of battery cells are exemplary here 12th with two cooling fins 50 shown, for example for side cooling of round cells. Thereby, alternately or in a chessboard-like pattern, there are different, i.e. differently good thermal connections between the battery cells 12th to the cooling fins 50 intended. This is here schematically through a thermal first type of connection 52 and a thermal second type of bond 54 indicated. The first type of connection 52 can, for example, have a thermal conductivity of 1.5 W / (m · K) and the second type of connection 54 offer a thermal conductivity of 0.5 W / (m · K). This means that a good heat flow from a thermally continuous cell to the direct neighboring cell is not possible, but the heat is passed on to the next but one cell.

Die hier vorgestellten Ideen und Ausgestaltungen können auf verschiedene Formate und Typen der Batteriezellen 12 angewendet werden. So können die Batteriezellen 12 beispielsweise Pouch-Zellen, prismatische Zellen, zylindrische Zellen oder dergleichen sein. Bei Verwendung von Pouch-Zellen kann die Verwendung der Schichtanordnungen 14 besonders vorteilhaft sein, da typische Pouch-Zellen kein ausreichend wärmeleitfähiges Metallgehäuse haben, wie dies beispielsweise bei prismatischen Zellen oftmals zu finden ist. Bei prismatischen Zellen können hingegen deren Außengehäuse die Funktion der Wärmeleitelemente 18 der Schichtanordnungen 14 ganz oder teilweise übernehmen, sodass die Verwendung des anisotrop wärmetransportierenden Wärmeverteilers 22 besonders vorteilhaft sein kann.The ideas and designs presented here can be applied to different formats and types of battery cells 12th be applied. So can the battery cells 12th for example pouch cells, prismatic cells, cylindrical cells or the like. When using pouch cells, the use of layer arrangements 14th be particularly advantageous, since typical pouch cells do not have a sufficiently thermally conductive metal housing, as is often found in prismatic cells, for example. In the case of prismatic cells, on the other hand, their outer housing can function as heat conducting elements 18th the layer arrangements 14th take over in whole or in part, so that the use of the anisotropic heat-transporting heat spreader 22nd can be particularly advantageous.

Unabhängig von sonstigen Ausgestaltungen können die hier beschriebenen Ideen und Ausgestaltungen auf verschiedene Weisen, beispielsweise an verschiedenen Seiten der Batterie 10 realisiert werden. So kann beispielsweise der Wärmeverteiler 22 oder ein weiterer Wärmeverteiler 22 an einer gegenüberliegenden Oberseite der Batteriezellen 12 oder zumindest im Wesentlichen senkrecht dazu an einer oder mehreren Seiten oder Stirnflächen, hier beispielsweise also parallel zu der Zeichnungsebene, angeordnet werden. Gleiches kann für die Kühlplatte 32 gelten.Independently of other configurations, the ideas and configurations described here can be implemented in different ways, for example on different sides of the battery 10 will be realized. For example, the heat spreader 22nd or another heat spreader 22nd on an opposite top of the battery cells 12th or at least essentially perpendicular thereto on one or more sides or end faces, here for example that is parallel to the plane of the drawing. The same can be done for the cooling plate 32 be valid.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie in Batterien, insbesondere Fahrzeugoder Traktionsbatterien, eine Wärmeverteilung realisiert werden kann, um eine Propagation eines thermischen Durchgehens, also eine thermische Kettenreaktion zu vermeiden.Overall, the examples described show how heat can be distributed in batteries, in particular vehicle or traction batteries, in order to avoid the propagation of thermal runaway, i.e. a thermal chain reaction.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Batteriebattery
1212th
BatteriezellenBattery cells
1414th
SchichtanordnungLayer arrangement
1616
IsolationsschichtenInsulation layers
1818th
WärmeleitelementHeat conducting element
2020th
beschädigte Zelledamaged cell
2222nd
WärmeverteilerHeat spreader
2424
KompressionsplattenCompression plates
2626th
WärmeisolatorenHeat insulators
2828
VerbindungsschichtLink layer
3030th
WärmeleitschichtThermal conductive layer
3232
KühlplatteCooling plate
3434
erste Batteriezellefirst battery cell
3636
zweite Batteriezellesecond battery cell
3838
dritte Batteriezellethird battery cell
4040
vierte Batteriezellefourth battery cell
4242
WärmebrückenThermal bridges
4444
erste Wärmebrückefirst thermal bridge
4646
zweite Wärmebrückesecond thermal bridge
4848
dritte Wärmebrückethird thermal bridge
5050
KühlrippenCooling fins
5252
erster Anbindungstypfirst connection type
5454
zweiter Anbindungstypsecond connection type
TGTG
TemperaturgradientTemperature gradient
TTRTTR
ReaktionstemperaturReaction temperature
TsTs
Schmelztemperatur (des Wärmeleitelements 16)Melting temperature (of the heat conducting element 16 )
QTR, Q1, Q1.1, Q1.2, Q2, Q3QTR, Q1, Q1.1, Q1.2, Q2, Q3
WärmemengenAmounts of heat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016225192 A1 [0002]DE 102016225192 A1 [0002]
  • DE 102011081149 A1 [0003]DE 102011081149 A1 [0003]

Claims (10)

Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere Batteriezellen (12) und eine Wärmetransportstruktur (14, 22) aus mehreren Elementen (14, 16, 18, 22, 26, 28, 30) mit unterschiedlichen Wärmetransporteigenschaften, wobei die Wärmetransportstruktur (14, 22) a) wenigstens eine jeweils zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) angeordnete Schichtanordnung (14) aus einem thermischen Isolator (16) und einem Wärmeleitelement (18) sowie einen Wärmeverteiler (22) umfasst, der zum Aufnehmen von Wärme aus dem Wärmeleitelement (18) wärmeübertragend mit diesem gekoppelt ist und sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung (14) über eine Vielzahl der Batteriezellen (12) hinweg erstreckt, und/oder b) wenigstens einen thermischen Isolator (26), der zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) zu deren thermischer Isolation voneinander bezüglich eines Wärmeübertrags senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche des thermischen Isolators (26) angeordnet ist, und einen Wärmeverteiler (22), der sich hauptsächlich senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des thermischen Isolators an einer Seite der Batteriezellen (12) über eine Vielzahl von diesen hinweg erstreckt und wärmeübertragend an diese gekoppelt ist, wobei der Wärmeverteiler (22) in seiner Haupterstreckungsfläche eine größere Wärmetransportfähigkeit aufweist als senkrecht dazu, und eine Kühlplatte (32) umfasst, die wärmeübertragend mit dem Wärmeverteiler (22) gekoppelt ist und flächenparallel zu einer Außenseite der Batterie (10) an dieser Außenseite anliegt oder eine Außenseite der Batterie (10) bildet.Battery (10) for a motor vehicle, having a plurality of battery cells (12) and a heat transport structure (14, 22) made up of several elements (14, 16, 18, 22, 26, 28, 30) with different heat transport properties, the heat transport structure (14, 22) a) comprises at least one layer arrangement (14) arranged between two adjacent battery cells (12) and made of a thermal insulator (16) and a heat-conducting element (18) and a heat spreader (22) which transfers heat to absorb heat from the heat-conducting element (18) is coupled to this and extends perpendicular to a main extension surface of the layer arrangement (14) over a plurality of the battery cells (12), and / or b) at least one thermal insulator (26) which is arranged between two adjacent battery cells (12) for their thermal insulation from one another with respect to a heat transfer perpendicular to a main extension surface of the thermal insulator (26), and a heat spreader (22) which is mainly perpendicular to the main extension surface of the thermal insulator on one side of the battery cells (12) extends over a plurality of these and is coupled to them in a heat transferring manner, the heat spreader (22) having a greater heat transport capacity in its main extension surface than perpendicular to it, and a cooling plate (32 ), which is coupled to the heat spreader (22) in a heat-transferring manner and lies parallel to an outer side of the battery (10) on this outer side or forms an outer side of the battery (10). Batterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung (14) zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) symmetrisch bezüglich einer gedachten Ebene ausgebildet ist, die sich mittig zwischen diesen beiden Batteriezellen (12) parallel zu der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung (14) erstreckt.Battery (10) Claim 1 , characterized in that the layer arrangement (14) between two adjacent battery cells (12) is formed symmetrically with respect to an imaginary plane which extends centrally between these two battery cells (12) parallel to the main extension surface of the layer arrangement (14). Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Isolator (16) der Schichtanordnung (14) zwei außenliegende thermische Isolationsschichten (16) umfasst, die jeweils an einer der beiden benachbarten Batteriezellen (12) anliegen und zwischen denen das Wärmeleitelement angeordnet ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal insulator (16) of the layer arrangement (14) comprises two external thermal insulation layers (16) which each rest on one of the two adjacent battery cells (12) and between which the Heat conducting element is arranged. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante a) der Wärmeverteiler (22) eine anisotrope Wärmetransportfähigkeit aufweist, die senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der Schichtanordnung (14) größer ist als parallel dazu.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in variant a) the heat spreader (22) has an anisotropic heat transport capacity which is greater perpendicular to the main extension surface of the layer arrangement (14) than parallel thereto. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverteiler (22) zumindest bereichsweise aus einem anisotrop wärmeleitenden Material gebildet ist, dessen Wärmeleitfähigkeit in der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers (22) größer ist als senkrecht dazu.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat spreader (22) is at least partially formed from an anisotropically thermally conductive material, the thermal conductivity of which in the main extension surface of the heat spreader (22) is greater than perpendicular thereto. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverteiler (22) eine Verbindungsschicht (28), insbesondere aus einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitkleber, umfasst, die zwischen den Batteriezellen (12) und einer Wärmetransportschicht (30) des Wärmeverteiler (22) angeordnet ist und die Vielzahl der Batteriezellen (12) unter Ausgleich von Unebenheiten mit der Wärmetransportschicht (30) verbindet, die zumindest in der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers (22) eine größere Wärmetransportfähigkeit aufweist als die Verbindungsschicht (28).Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat spreader (22) comprises a connecting layer (28), in particular made of a heat-conducting paste or a heat-conducting adhesive, which is between the battery cells (12) and a heat transport layer (30) of the heat spreader (22) is arranged and connects the plurality of battery cells (12) while compensating for unevenness with the heat transport layer (30), which at least in the main extension surface of the heat spreader (22) has a greater heat transport capacity than the connecting layer (28). Batterie (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Isolator (26) senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des Wärmeverteilers (22) in dessen Richtung über die Batteriezellen (12) hinaus und durch die Verbindungsschicht (28) hindurch bis zu der Wärmetransportschicht (30) ragt.Battery (10) Claim 6 , characterized in that the thermal insulator (26) protrudes perpendicular to the main extension surface of the heat spreader (22) in its direction beyond the battery cells (12) and through the connecting layer (28) to the heat transport layer (30). Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverteiler (22) an einer sich zumindest im Wesentlichen parallel zu dessen Haupterstreckungsfläche erstreckenden Kühlplatte (32) anliegt, in oder an der wenigstens ein Kühlkanal zum Führen eines Kühlmediums ausgebildet ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat spreader (22) rests on a cooling plate (32) which extends at least substantially parallel to its main extension surface and in or on which at least one cooling channel for guiding a cooling medium is formed. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei benachbarten Batteriezellen (12) eine zumindest teilweise flüssigkeitsgefüllte Kammer angeordnet ist, die eine vorgegebene Entgasungsstelle aufweist und dazu ausgelegt ist, dass bei einem thermischen Durchgehen einer der beiden benachbarten Batteriezellen (12) die Flüssigkeit zumindest teilweise verdampft und durch einen dabei entstehenden Überdruck der Dampf durch die Entgasungsstelle aus der Kammer austritt.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that between at least two adjacent battery cells (12) an at least partially liquid-filled chamber is arranged, which has a predetermined degassing point and is designed so that in a thermal runaway one of the two adjacent battery cells (12) the liquid at least partially evaporates and the resulting excess pressure causes the vapor to exit the chamber through the degassing point. Kraftfahrzeug, das eine Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie (10).Motor vehicle having a battery (10) according to one of the preceding claims, in particular as a traction battery (10).
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