DE212013000082U1

DE212013000082U1 - Batterie und Batteriepack zur elektrischen Energieversorgung

Info

Publication number: DE212013000082U1
Application number: DE201321000082
Authority: DE
Original assignee: HAMMERSCHMID MASCHB GmbH; HAMMERSCHMID MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: Miba Battery Systems At GmbH
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: AT512756B1; WO2013134808A1; AT512756A1

Abstract

Batteriepack zur elektrischen Energieversorgung mit mehreren Rundzellen (2) in zueinander versetzt angeordneten Reihen, wobei die Rundzellen (2) elektrische Pole (3, 3') aufweisen, und mit einer zumindest teilweise über die Pole (3, 3') der Rundzellen (2) ragenden Deck- (5) und Bodenplatte (6), die mit den Rundzellen (2) für einen mechanischen Zusammenhalt verbunden sind und Öffnungen (11) zur Luftkühlung der Rundzellen (2) aufweisen, wobei die elektrisch leitenden Deck- (5) und Bodenplatte (6) mit den Polen der Rundzellen (2) sowohl elektrisch, als auch stoffschlüssig verbunden sind, wobei zwischen den Rundzellen (2) und zwischen der Deck- (5) und Bodenplatte (6) mindestens ein, insbesondere elektrisch isolierender, Abstandshalter (7) vorgesehen ist, der die Deck- (5) und Bodenplatte (6) zusätzlich zu den Rundzellen (2) mechanisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass Deck- (5) und Bodenplatte (6) je mindestens eine abstehende Kontaktfläche (5' bzw. 6') ausbilden, die wenigstens teilweise das Batteriepack (1) mantelseitig begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie und ein Batteriepack zur elektrischen Energieversorgung mit mehreren Rundzellen in zueinander versetzt angeordneten Reihen, wobei die Rundzellen elektrische Pole aufweisen, und mit einer zumindest teilweise über die Pole der Rundzellen ragenden Deck- und Bodenplatte, die mit den Rundzellen für einen mechanischen Zusammenhalt verbunden sind und Öffnungen zur Luftkühlung der Rundzellen aufweisen, wobei die elektrisch leitenden Deck- und Bodenplatte mit den Polen der Rundzellen sowohl elektrisch, als auch stoffschlüssig verbunden sind wobei zwischen den Rundzellen und zwischen der Deck- und Bodenplatte mindestens ein, insbesondere elektrisch isolierender, Abstandshalter vorgesehen ist, der die Deck- und Bodenplatte zusätzlich zu den Rundzellen mechanisch verbindet.
Aus dem Stand der Technik ( EP2154740A2 ) ist ein Batteriepack mit einem plattenförmigen elektrischen Isolator bekannt, der als Deck- und Bodenplatte vorgesehen zur Halterung der Rundzellen des Batteriepacks dient. Die Rundzellen werden mit Ihren Polen zwischen diesen beiden Isolatoren in Ausnehmungen eingesetzt und sind über blechförmige elektrische Leitungskontakte, die durch Öffnungen der Deck- und Bodenplatte zu den Polen der Rundzellen vorragen, miteinander verbunden. Um eine Temperaturregelung der Rundzellen des Batteriepacks zu erreichen, sind im Isolator unter anderem Öffnungen zur Luftkühlung möglich. Auch diese Ausführung eines Batteriepacks gestaltet sich vergleichsweise aufwendig in ihrer Herstellung, zudem ist die Packungsdichte der Rundzellen relativ gering und der Platzbedarf des Batteriepacks somit hoch.
Ein gattungsgemäßes Batteriepack ist aus der US2011/0091749A1 bekannt. Dieses Batteriepack weist mehrere mit mehreren Rundzellen in zueinander versetzt angeordneten Reihen auf, wobei diese elektrische Pole aufweisenden Rundzellen in zwei Polaritätsgruppen eingeteilt nebeneinander angeordnet werden. Weiter sind über die Pole der Rundzellen ragende Deck- und Bodenplatte vorgesehen, die Öffnungen zur Luftkühlung der Rundzellen aufweisen. Deck- und Bodenplatte sind weiter mit den Rundzellen für einen mechanischen Zusammenhalt verbunden, indem die elektrisch leitende Deck- bzw. Bodenplatte mit den Polen der Rundzellen sowohl elektrisch, als auch stoffschlüssig verbunden sind. Die Rundzellen sind zudem an einem Pol in einem isolierenden Sockel eingesetzt und werden von einem massiven Gehäuse als Außenmantel umfasst, um damit die Rundzellen sowie deren Kontakte mechanisch entlasten zu können. Mithilfe derartiger Vorrichtungen kann ein Batteriepack mit kompakten Bauverhältnissen somit nicht gewährleistet werden.
Ein Batteriepack nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der EP2398108A1 bekannt.
Die Erfindung hat sich daher ausgehend von eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Batteriepack mit einer vergleichsweise hohen Packungsdichte an Rundzellen zur Verfügung zu stellen, das gegenüber mechanischen Einflüssen widerstandsfähig ist und auch eine vielseitige Verwendbarkeit gewährleisten kann – insbesondere in Hinblick auf eine mögliche Ausbildung eines modulartigen Verbunds mehrerer dieser Batteriepacks.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass Deck- und Bodenplatte je mindestens eine abstehende Kontaktfläche ausbilden, die wenigstens teilweise das Batteriepack mantelseitig begrenzen.
Bilden Deck- und/oder Bodenplatte je mindestens eine abstehende Kontaktfläche aus, die wenigstens teilweise das Batteriepack mantelseitig begrenzen, kann eine besonders vorteilhafte modulare Verwendbarkeit eines Batteriepacks sichergestellt werden. Auf diese Weise können nämlich mehrere erfindungsgemäße Batteriepacks aneinander elektrisch anschließend positioniert und über Kontaktflächen einfach miteinander verschaltet werden, ohne hierfür aufwendige oder zusätzliche Konstruktionen vorsehen zu müssen – dabei würde im Falle mehrerer abstehender Kontaktflächen eine Verschaltung etwa auch von Stirn- und/oder Längsseiten von Batteriepacks ermöglicht werden. Vorstellbar und im Rahmen der Erfindung ist, auch in Abhängigkeit der Bauart der für einen Batteriepack verwendeten Rundzellen, die Isolierung entsprechend auszuformen, sodass sich diese Isolierung auch zumindest teilweise unterhalb eines von Deck- und/oder Bodenplatte ausgebildeten Mantels befindet. Somit kann zusätzlich und ohne größeren Aufwand etwa auch ein verbesserter Kantenschutz für einen Batteriepack ausgebildet werden. Zudem können auf diese Weise auch der Zusammenhalt und die Stabilität eines Batteriepacks verbessert werden, was in Hinblick auf dessen Einsatz unter Belastungen wie Vibrationen etc. von wesentlicher Bedeutung sein kann. Somit kann erfindungsgemäß ein kostengünstiges und platzsparendes Batteriepack mit hoher Standfestigkeit gewährleistet werden.
Ist zwischen den Rundzellen und zwischen der Deck- und Bodenplatte mindestens ein, insbesondere elektrisch isolierender, Abstandshalter vorgesehen, der die Deck- und Bodenplatte zusätzlich zu den Rundzellen mechanisch verbindet, kann die Stabilität des Batteriepacks besonders gut verbessert werden. Dies kann sich nicht nur hinsichtlich der Verwindungssteifigkeit des Batteriepacks gegenüber mechanischen Belastungen äußern, zum Unterschied vom Stand der Technik kann das erfindungsgemäße Batteriepack auch dadurch abheben, dass die stoffschlüssige Verbindung der Rundzellen mit Deck- und Bodenplatte mechanisch entlastet wird. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Vorteil genutzt werden, wenn mehrere Lagen von Batteriepacks übereinander angeordnet werden. Aufgrund eines Abstandshalters ist die in diesem Fall weiter erhöhte mechanische Belastung der Rundzellen, der Verbindungen zwischen Rundzellen und Deck- bzw. Bodenplatte etc. verringert.
Der mechanisch parallel zu den Rundzellen wirkende Abstandshalter kann also wesentlich zur Erhöhung der Funktionssicherheit und variablen Einsatzmöglichkeit eines Batteriepacks beitragen. Neben dem vergleichsweise festen Zusammenhalt der Bestandteile eines Batteriepacks, kann der Abstandshalter auch dessen kompakte Ausbildung ermöglichen. Insbesondere, wenn die Rundzellen aneinander anschließend und in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind. Zudem kann sich auch von Vorteil erweisen, insbesondere bei vergleichsweise großen Batteriepacks, Abstandshalter zu nutzen, um Batterien, Isolator und/oder Deck- und Bodenplatte – etwa kraftschlüssig und/oder formschlüssig – vorzuverbinden, um in weiterer Folge ein sicheres und einfaches stoffschlüssiges Verbinden von Polen mit Deck- und Bodenplatte zu gewährleisten. Insbesondere bei hoher Packungsdichte von Batterien in einem Batteriepack, wie diese etwa bei zueinander versetzt angeordneten Reihen von Rundzellen erreicht werden kann, können Abstandshalter auch dazu beitragen, nachteilige Temperaturerhöhungen im Batteriepack zu vermeiden oder zumindest zu beschränken. Um hierfür den Konstruktionsaufwand gering zu halten, sind Abstandshalter zu bevorzugen, welche dieselbe Form wie die Batterien des Akkupacks, sowie eine in Längsrichtung durchgehende Bohrung zum Zwecke einer Luftzirkulation aufweisen. Zudem können sich für das erfindungsgemäße Batteriepack Vorteile hinsichtlich der Beschaffenheit seiner Oberfläche ergeben. Es ist nämlich möglich, eine weitgehend plane Oberfläche einer elektrisch leitenden Deck- und/oder Bodenplatte zu schaffen, mit eventuellen Vertiefungen in jenen Bereichen der Deck- und/oder Bodenplatte, in denen diese mit Polen von Batterien verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung können Batteriepacks vereinfacht miteinander zu einer Batterie verbunden werden, indem diese beispielsweise für eine Parallel- und/oder Serienschaltung übereinander angeordnet werden. Außerdem kann die, allen Rundzellen gemeinsame Deck- und/oder Bodenplatte für eine verbesserte thermische Kühlung der Rundzellen bzw. für eine Vergleichmäßigung der Rundzellentemperatur sorgen. Ein äußerst standfestes, betriebssicheres Batteriepack kann und vergleichsweise einfach herzustellendes Batteriepack kann dadurch geschaffen werden. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass der Abstandshalter von Rundzellen umgeben sein kann, um diesen zwischen den Rundzellen vorzusehen. Dies kann für eine erhebliche mechanische Entlastung der umliegenden Rundzellen genützt werden.
Im Allgemeinen wird erwähnt, dass unter Rundzelle jegliche Zelle verstanden werden kann, die zylindrische Form aufweist.
Weisen die Deck- und Bodenplatte im Bereich eines Abstandshalters Öffnungen auf, und sind dem Abstandshalter über diese Öffnungen zugängliche Haltemittel zur Befestigung des Batteriepacks zugeordnet, kann unter anderem der Zusammenbau eines Akkupacks vereinfacht erfolgen. Zudem kann dadurch erfindungsgemäß eine Möglichkeit genutzt werden, das Batteriepack verbessert bzw. erleichtert zu positionieren und/oder zu befestigen – etwa an einem Gehäuse-, das ein oder auch mehrere Batteriepacks aufnehmen soll. Vorstellbar ist auch, derartige Haltemittel zu nutzen, um mehrere Batteriepacks zum Zwecke einer Schaltung miteinander zu verbinden. Es liegt also im Rahmen der Erfindung, derartige Haltemittel zu nutzen, um Batteriepacks parallel oder in Serie zu schalten und/oder anderwärtig zu nutzten, um mehrere Batteriepacks zu einer Batterie zu verbinden und/oder zu schalten.
Konstruktive Einfachheit kann erreicht werden, wenn der Abstandshalter an Deck- und Bodenplatte ansteht. Zudem kann damit eine besonders steife Anbindung zwischen der Deck- und Bodenplatte sichergestellt werden, was die mechanische Belastbarkeit des Batteriepacks noch weiter erhöhen kann – was sich vor allem auch dann von Vorteil erweisen kann, wenn mehrere Batteriepacks übereinander angeordnet sind.
Eine erhöhte Homogenität im Aufbau des Batteriepacks kann sich ergeben, wenn der Durchmesser der Abstandshalter dem Durchmesser mindestens einer Rundzelle entspricht. Zudem kann dies zu einer kompakten Bauform des Batteriepacks beitragen.
Ist zwischen Deckplatte und Rundzellen und/oder zwischen Bodenplatte und Rundzellen je ein plattenförmiger elektrischer Isolator vorgesehen, der die Bereiche zwischen deren Kontaktstellen wenigstens teilweise abdeckt, kann auf einfache Weise ermöglicht werden, Pole einer Rundzelle verbessert elektrisch zu isolieren bzw. abzuschirmen, um deren Verbindung mit einer Deck- oder Bodenplatte zu erleichtern. Somit können in weiterer Folge auch gezielt jene Teile oder Bereiche von Polen einer Rundzelle mithilfe von Aussparungen, insbesondere runden Löchern, festgelegt und für ein Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit einer Deck- oder Bodenplatte zugänglich gehalten werden, die erforderlich oder gewünscht sind. Auf diese Weise kann auch ein Batteriepack mit besonders hoher Packungsdichte von Batterien zur Verfügung gestellt werden, da das so verbesserte Verbinden von Polen einer Batterie mit einer Deck- oder Bodenplatte wesentlich einfacher und auch exakter erfolgen kann und somit auch eventuelle Beschädigungen von Batterien im Zuge eines Verbindens, insbesondere Verschweißens, reduziert bzw. verhindert werden können. Somit können Funktionsbeeinträchtigungen eines Batteriepacks beispielsweise aufgrund von Kurzschlüssen verbessert vermieden werden. Außerdem kann einer derartigen Isolierung in der Art eines Trägers für eine Deck- und/oder Bodenplatte fungieren und so sichergestellt werden, dass Boden- und Deckplatte vereinfacht und auch in weitgehend frei wählbarer Ausformung mit den Polen der Batterien verbunden werden können. Insbesondere von Vorteil zeigte sich, dass Deck- und Bodenplatte in wesentlich geringerer Dicke ausgebildet sein können, da eine Isolierschicht diesen bereits eine gewisse Stabilität verleihen kann. Eine aufgrund des verringerten Materialaufwands kostengünstige und trotzdem standfeste und variabel auszugestaltende Vorrichtung kann somit geschaffen werden. Vorstellbar ist, dass Isolierung sowie Deck- bzw. Bodenplatten als separate Teile oder auch als zumindest teilweise zwei- oder mehrschichtige Einheit in der Art einer Platine ausgebildet sind und mit dem Batteriepack bzw. den Batteriezellen verbunden werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann somit auf vereinfachte Weise ein zuverlässiges Batteriepack zur Verfügung gestellt werden, das aufgrund seiner hohen Packungsdichte bei hoher Leistungsfähigkeit auch vergleichsweise wenig Platz beansprucht.
Liegen die Rundzellen aneinander an und sind die Öffnungen zur Luftkühlung der Rundzellen über den, zwischen den Rundzellen liegenden Lücken angeordnet, kann eine besonders hohe Packungsdichte an Batteriezellen erreicht werden, ohne die Kühlung eines Batteriepacks zu vernachlässigen. Erfindungsgemäß kann nämlich, wenn Batteriezellen als Rundzellen ausgebildet sind und in zueinander versetzten Reihen aneinander anliegend angeordnet werden, die Lücke zwischen jeweils drei aneinander anliegenden Batteriezellen genutzt werden, um eine Luftströmung durch das Batteriepack zum Zwecke einer Temperaturregulierung sicherzustellen. Somit können nachteilige Auswirkungen erhöhter Temperaturen eines Batteriepacks auf dessen Standfestigkeit, Leistung und/oder andere Eigenschaften reduziert werden. Insbesondere ist eine derartige Temperaturregulierung natürlich für jene Batteriezellen von Vorteil, die im Bereich des Zentrums eines Batteriepacks angeordnet sind und somit von mehreren Batteriezellen umgeben sind. Erfindungsgemäß werden also derartige Lücken zwischen Rundzellen zur Temperaturregulierung genutzt, indem, sollten diese Lücken von einem Isolator, von einer Deck- oder Bodenplatte abgedeckt sein, über den Lücken entsprechende Öffnungen vorgesehen sind. Es liegen aber selbstverständlich auch andere Anordnungen von Batteriezellen im Rahmen der Erfindung, etwa solche, bei denen die Batteriezellen einander nicht direkt berührend aneinander anschließend angeordnet sind.
Weist ein Batteriepack an gegenüberliegenden Mantelseiten je eine Kontaktfläche auf, kann auf einfache Weise eine serielle Schaltung mehrerer Batteriepacks erfolgen. So können derartig ausgebildete Batteriepacks beispielsweise vergleichsweise einfach nebeneinander angeordnet in Serie geschalten werden, indem diese derart aneinandergereiht werden, dass die Kontaktfläche der Deckplatte eines Batteriepacks mit der Kontaktfläche der Bodenplatten des anschließenden Batteriepacks elektrisch verbunden werden – wobei Boden- und Deckplatte der Batteriepacks natürlich jeweils unterschiedlich gepolt sind. Somit ist es auch vereinfacht möglich, Batteriepacks derselben Bauart miteinander seriell zu verschalten.
Der konstruktive Aufwand am Batteriepack kann weiter reduziert werden, wenn die Rundzellen zwischen Deck- und Bodenplatte polaritätsgleich angeordnet sind. Ein kostengünstig herzustellendes Batteriepack kann damit geschaffen werden.
Eine Batterie kann aus mehreren elektrisch zusammengeschalteten Batteriepacks ausgebildet werden, indem die nebeneinander angeordneten Batteriepacks über ihre jeweiligen Kontaktflächen elektrisch miteinander verbunden sind. Eine derartige Batterie kann sich als besonders kompakt, leistungsfähig und standfest auszeichnen. Zudem kann auf vergleichsweise einfache Weise die Herstellung eine Batterie mit einer gewünschten Leistung und/oder Kapazität erfolgen, indem die jeweils erforderliche Anzahl von Batteriepacks miteinander verbunden wird. Da eine Verbindung der erfindungsgemäßen Batteriepacks beliebige Parallel- und/oder Serienschaltungen zulassen kann, ist es auch möglich, diese Batterie räumlichen vergleichsweise variabel zu gestalten und an die jeweiligen Gegebenheiten und Erfordernisse anzupassen. Des Weiteren ist eine derartige Batterie auch vergleichsweise kostengünstig herstellbar und kann sich aufgrund ihres modulartigen Aufbaus, wobei ein Batteriepack als einzelnes Modul angesehen werden kann, auch in ihrer Wartung – insbesondere hinsichtlich eines eventuell erforderlichen Austauschs einzelner Module – als besonders kostengünstig auszeichnen.
Sind die Deck- und Bodenplatten nebeneinander angeordneter Batteriepacks durch elektrisch isolierende Trägerplatten abgedeckt, welche Trägerplatten über Verbindungsmittel mit Abstandshaltern wenigstens eines Batteriepacks fest verbunden sind, kann auf einfache Weise eine Lage von Batteriepacks hergestellt werden, die etwa einen Verbund zu einer mehrere Lagen aufweisenden Batterie ermöglichen kann.
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Batterie, aufweisend mehrere Lagen nebeneinander angeordneter und in Serie geschalteter Batteriepacks, wobei zwischen den Lagen je eine elektrisch isolierende Trägerplatte vorgesehen ist und die Lagen der Batteriepacks über biegsame Verbindungsleitungen elektrisch miteinander verbunden sind. Somit kann eine kompakte und leistungsstarke Batterie zur Verfügung gestellt werden, wobei die zudem auch verbessert gewartet werden kann, da sich ein modularer Aufbau einer Batterie ergibt und beispielsweise im Bedarfsfall Lagen mit defekten Rundzellen ausgetauscht und auf einfache Weise ersetzt werden können.
Vorteilhaft können die biegsamen Verbindungsleitungen als Schmelzsicherung ausgeführt sein, um damit Überlastungen der einzelnen Batteriepacks untereinander elektrisch abzusichern.
Die elektrische Kurzschlusssicherheit der Batterie kann erhöht werden, indem die Trägerplatte aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriepacks,
2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 1,
3 eine Schnittansicht nach III-III der 2,
4 eine perspektivische Darstellung einer Batterie, aufweisend mehrere Batteriepacks,
5 eine teilweise Schnittansicht einer Batterie der 4 nach V-V und
6 eine Batterie nach 4 in aufgeklapptem Zustand ohne Trägerplatten.
1 zeigt beispielsweise ein Batteriepack 1 zur elektrischen Energieversorgung mit mehreren Rundzellen 2, die in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind. Die Rundzellen 2 weisen elektrische Pole 3, 3' auf und sind mit einer über die Pole 3, 3' der Rundzellen 2 ragenden Deckplatte 5 sowie Bodenplatte 6 verbunden, wie dies insbesondere der 3 entnommen werden kann. Im Ausführungsbeispiel ragen Decken- 5 und Bodenplatte 6 zur Gänze über die Pole 3, 3' der Rundzellen, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Decken- 5 und Bodenplatte 6 tragen zu einem mechanischen Zusammenhalt der Rundzellen 2 und somit des Batteriepacks 1 bei und weisen zudem Öffnungen 11 auf, die vor allem der Luftkühlung der Rundzellen 2 dienen. Die Rundzellen 2 sind zwischen Deck- 5 und Bodenplatte 6 polaritätsgleich angeordnet.
Decken- 5 und Bodenplatte 6 weisen ein elektrisch leitendes Material auf und sind mit den Polen 3, 3' der Rundzellen 2 sowohl elektrisch, als auch durch Verschweißen stoffschlüssig verbunden. Die Verbindungsstellen 4, also jene Bereiche der Deckplatte 5, die mit den Polen der Rundzellen 2 verbunden sind, bilden im Ausführungsbeispiel Vertiefungen 12 aus, was den oben beschriebenen Vorteil mit sich bringt, dass Decken- 5 und Bodenplatte 6 im Wesentlichen plane Außenseiten des Batteriepacks 1 ausbilden. Derartige Vertiefungen 12 können beispielsweise durch ein Tiefziehen in die Decken- 5 und Bodenplatte 6 eingebracht werden. Vorzugsweise bestehen Decken- 5 und/oder Bodenplatte 6 aus einem Nickelblech, das sich durch seine Vorzüge für eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Verschweißung, mit den Polen einer Batterie 100 des Batteriepacks 1 auszeichnen kann. Die derartige Verbindung erweist sich nämlich als einfach herzustellen und sicher, sodass ein stabiles und leistungsfähiges Batteriepack 1 zur Verfügung gestellt werden kann.
Wie in 1 ersichtlich, ist zwischen der Deckplatte 5 und den Rundzellen 2 ein plattenförmiger elektrischer Isolator 10 vorgesehen. Gleiches wäre auch für die Bodenplatte 6 und Rundzellen 2 vorstellbar. Der Isolator 10 dient unter anderem der Stabilität des Batteriepacks 1, indem dieser die Anordnung und Lage der Rundzellen 2 im Batteriepack 1 weitgehend fixiert. Zudem deckt der Isolator 10 die Bereiche der gewünschten oder erforderlichen Verbindungsstellen an den Batteriepolen 3, 3' wenigstens teilweise ab, wodurch ein sicheres und gezieltes Verbinden von Deck- 5 und Bodenplatte 6 mit den Polen 3, 3' einer Rundzelle 2 sichergestellt werden kann.
Die Rundzellen 2 des Batteriepacks 1 liegen aneinander an, wodurch eine besonders hohe Packungsdichte der Batterien 2 und somit eine kompakte Ausgestaltung des Batteriepacks 1 erreicht werden. Zum Zwecke der Luftkühlung der Rundzellen 2 sind über den, zwischen den Rundzellen 2 liegenden Lücken Öffnungen 11 vorgesehen, die durch den plattenförmigen Isolator 10 sowie die elektrisch leitenden Deck- 5 und Bodenplatte 6 ragen. Diese Öffnungen 11 sind derart positioniert und ausgebildet, dass Luft weitgehend ungehindert durch jene Zwischenräume strömen kann, die sich durch das Positionieren von Rundzellen 2 in parallel verlaufenden, zueinander versetzten Reihen ergeben. So kann selbst bei aneinander anschließend positionierten Rundzellen 2 ein durch den Zwischenraum der Rundzellen 2 und durch die, unter bzw. über den Zwischenräumen gegenüberliegende Öffnungen von Boden- und Deckplatte und Lücken ein im Wesentlichen durchgehender Luftstrom zu Kühlung erreicht werden. Somit kann, beispielsweise auch durch aktive Luftkühlung, die in den Figuren nicht näher dargestellt ist, erreicht werden, dass selbst dicht gepackte Batteriepacks 1 ausreichend gekühlt werden, wodurch eine konstante, gleichbleibende Leistung bzw. auch eine verlängerte Lebensdauer des Batteriepacks 1 sichergestellt wird.
Zwischen den Rundzellen 2 und zwischen der Deck- 5 und Bodenplatte 6 sind mehrere Abstandhalter 7 vorgesehen. Die Abstandshalter 7 entsprechen in ihrer Form im Wesentlichen jener einer Rundzelle 2 und sind zudem elektrisch isolierend ausgeführt, um elektrische Kurzschlüsse zwischen Deck- 5 und Bodenplatte 6 hinten anzuhalten. Hierfür ist der Durchmesser der Abstandshalter 7 dem Durchmesser der Rundzellen 2 entsprechend gewählt.
Über den Abstandhalter 7 sind Deck- 5 und Bodenplatte 6 mechanisch miteinander verbunden, was den mechanischen Zusammenhalt des Batteriepacks 1 deutlich erhöht. Das erfindungsgemäße Batteriepack 1 ist daher besonders standfest bzw. damit für eine mobile Verwendung mit den dabei auftretenden Stoßbelastungen besonders geeignet. Die feste mechanische Verbindung zwischen Deck- 5 und Bodenplatte 6 wird erhöht, indem der Abstandshalter 7 an Deck- 5 und Bodenplatte 6 ansteht, wofür der Isolator 10 Ausnehmungen aufweist.
Zudem weist die Deck- 5 und Bodenplatte 6 im Bereich des Abstandshalters 7 Öffnungen 8 auf, über welche Öffnungen 8 dem Abstandshalter 7 zugeordnete Haltemittel 16 etwa zur zusätzlichen Fixierung von Boden- 5 oder Deckplatte 6 an eine Rundzelle 2 oder zu einer anderwärtigen Befestigung, Montage und dergleichen des Batteriepacks 1 zugänglich sind. Bei dem erfindungsgemäßen Batteriepack 1 konnte sich als Abstandshalter 7 beispielsweise auch ein zylindrisch geformtes Stück Holz bzw. Kunststoffteil eignen, in das zur Aufnahme von Haltemittel 16 eine, die Längsachse zumindest teilweise durchdringende Bohrung 9 eingebracht wird. Dementsprechend werden derartige Haltemittel in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise schraubenförmig ausgeführt, wie dies der 5 entnommen werden kann, und ragen in die Abstandshalter 7 ein. Auf diese Weise kann eine einfache und sichere Verbindung eines Batteriepacks 1, etwa mit einem Gehäuse und/oder mit einem anderen erfindungsgemäßen Batteriepack 1, hergestellt werden. Die Abstandhalter 7 können beispielsweise der Unterstützung der Montage oder des Zusammenbaus eines Batteriepacks 1 diesen oder auch für die Temperaturregelung des Batteriepacks 1 genutzt werden, daher sind sie bevorzugt im Bereich des Zentrums des Batteriepacks 1 angeordnet, da dort üblicherweise ein besonders hoher Bedarf an Ableitung von Wärme besteht.
Ersichtlich ist im Ausführungsbeispiel nach 1 zudem, dass Deck- 5 und/oder Bodenplatte 6 je eine Kontaktfläche 5', 6' absteht, die wenigstens teilweise einen Mantel des Batteriepacks 1 ausbildet. Nach 1 wird aufgrund eines dadurch gebildeten Kantenschutzes bzw. einer teilweisen Ummantelung ein besonders standfestes Batteriepack 1 ermöglicht. Auch eine modulare Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriepacks 1 kann sichergestellt werden, da mehrere dieser Batteriepacks 1 aneinander anschließend positioniert und über Kontaktflächen 5', 6' einfach miteinander in Serie geschalten werden können. Im Ausführungsbeispiel zeigt zudem auch die Isolierung 10 einen entsprechend ausgeformten Bereich 10', sodass sich diese Isolierung auch unter einem von Deck- und/oder Bodenplatte ausgebildeten Mantel befindet.
Fach den Figuren weist das Batteriepack 1 an gegenüberliegenden Mantelseiten je eine Kontaktfläche 5', 6' auf, um eine serielle Schaltung mehrerer dieser Batteriepacks 1 zu erleichtern. Selbstverständlich ist aber auch denkbar und im Sinne der Erfindung, das Batteriepack 1 mit einem anderen, etwa einem quadratischen, Grundriss auszuformen und/oder die Kontaktflächen 5', 6' an Stirnseiten oder an mehr als nur einer Mantelseite eines Batteriepacks 1 vorzusehen.
3 zeigt eine Schnittansicht nach III-III der 2 – hier sind insbesondere die Verbindungsstellen 4, also jene Bereiche der Deckplatte 5, die mit den Polen der Rundzellen 2 verbunden sind, sowie die dazugehörigen Vertiefungen 12 erkennbar. Zudem veranschaulicht 3 einen Abstandshalter 7 mit einer Bohrung 9.
4 zeigt eine Batterie 100, aufweisend mehrere Batteriepacks 1, wobei die nebeneinander angeordneten Batteriepacks 1 über ihre Kontaktflächen 5', 6' elektrisch miteinander verbunden sind. Des Weiteren ist erkennbar, dass die Deck- 5 und Bodenplatten 6 nebeneinander angeordneter Batteriepacks 1 durch elektrisch isolierende Trägerplatten 13 abgedeckt sind, wobei diese Trägerplatten unter anderem Öffnungen 14 aufweisen, die oberhalb der Bohrungen 9 der Abstandshalter 7, sowie den zugehörigen Öffnungen 8 der Deck- 5 und/oder Bodenplatte 6 liegen. Gleiches gilt für Öffnungen 15 der Trägerplatte 13, die über den Öffnungen 11 von Deck- 5 und Bodenplatte 6 sowie Isolator 10 angeordnet und somit den Lücken zwischen aneinander anliegender Rundzellen 2 zugeordnet sind. Somit kann erfindungsgemäß eine besonders vorteilhafte Luftkühlung von übereinander angeordneten Batteriepacks 1 einer Batterie 100 gewährleistet werden, da die Öffnungen 11 und 15 derart übereinander liegen, dass vorteilhaft ein weitgehend unbehinderter, vertikal durch die Batterie 100 verlaufender Luftstrom ermöglicht werden kann – und zwar unabhängig davon, wie Boden- 5 und Deckplatten 6 übereinander angeordneter Batteriepacks 1 zueinander ausgerichtet sind, solange die Batteriepacks 1 vertikal zueinander in Flucht liegen. Eine elektrische Kurzschlusstrennung der Batteriepacks 1 wird dadurch erreicht, indem die Trägerplatte 13 aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
Insbesondere der 5 ist zu entnehmen, dass die Trägerplatten 13 über Verbindungsmittel 16' mit Abstandshaltern 7 eines Batteriepacks 1 fest verbunden sind, wobei diese Verbindungen insbesondere als Schraubverbindung ausgeführt sind. Zudem ist der 5 zu entnehmen, dass Haltemittel 16 zur zusätzlichen kraftschlüssigen Verbindung von Boden- 5 und Deckplatten 6 mit einem Abstandshalter 7 und somit zur verbesserten mechanischen Stabilität eines Batteriepacks 1 genutzt werden können.
Zudem zeigt 5, dass die Lagen 17 nebeneinander angeordneter und in Serie geschalteter Batteriepacks 1 über biegsame Verbindungsleitungen 18 elektrisch miteinander verbunden sind, wobei diese Verbindungsleitungen 18 mit den jeweiligen Kontaktflächen 5' und 6' der entsprechenden, übereinander angeordneten Batteriepacks 1 einer Batterie 100 stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißen, miteinander verbunden sind.
Eine elektrische Überlastung kann die Batterie 100 auf einfache Weise unterbinden, in dem die biegsamen Verbindungsleitungen 18 als Schmelzsicherung ausgeführt sind.
In 6 wird das Ausführungsbeispiel einer Batterie 100 nach 4 in sozusagen aufgeklapptem Zustand ohne Trägerplatten 13 gezeigt, wobei die serielle elektrische Schaltung der Lagen 17 der Batterie 100, sowie die Vorteile der biegsamen Verbindungsleitungen 18 verbessert erkennbar sind. Vorzugsweise, da vergleichsweise einfach durchzuführen, werden die Trägerplatten 13 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich auf den beiden endseitig angeordneten Lagen 17, und zwar auf diesen beidseitig angebracht. So können die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile hinsichtlich Kompaktheit, modularer Einsetzbarkeit, Wartungsfreundlichkeit – etwa im Falle eines eventuell erforderlichen Austauschs einzelner Batteriepacks 1 bzw. Lagen 17 – einer Batterie 100 besonders deutlich entnommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2154740 A2 [0002]
US 2011/0091749 A1 [0003]
EP 2398108 A1 [0004]

Claims

Batteriepack zur elektrischen Energieversorgung mit mehreren Rundzellen (2) in zueinander versetzt angeordneten Reihen, wobei die Rundzellen (2) elektrische Pole (3, 3') aufweisen, und mit einer zumindest teilweise über die Pole (3, 3') der Rundzellen (2) ragenden Deck- (5) und Bodenplatte (6), die mit den Rundzellen (2) für einen mechanischen Zusammenhalt verbunden sind und Öffnungen (11) zur Luftkühlung der Rundzellen (2) aufweisen, wobei die elektrisch leitenden Deck- (5) und Bodenplatte (6) mit den Polen der Rundzellen (2) sowohl elektrisch, als auch stoffschlüssig verbunden sind, wobei zwischen den Rundzellen (2) und zwischen der Deck- (5) und Bodenplatte (6) mindestens ein, insbesondere elektrisch isolierender, Abstandshalter (7) vorgesehen ist, der die Deck- (5) und Bodenplatte (6) zusätzlich zu den Rundzellen (2) mechanisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass Deck- (5) und Bodenplatte (6) je mindestens eine abstehende Kontaktfläche (5' bzw. 6') ausbilden, die wenigstens teilweise das Batteriepack (1) mantelseitig begrenzen.
Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck- (5) und Bodenplatte (6) im Bereich des Abstandshalters (7) Öffnungen (8) aufweisen, und dass dem Abstandshalter (7) über diese Öffnungen zugängliche Haltemittel (16) zur Befestigung des Batteriepacks (1) zugeordnet sind.
Batteriepack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) an Deck- (5) und Bodenplatte (6) ansteht.
Batteriepack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Abstandshalter (7) dem Durchmesser mindestens einer Rundzelle (2) entspricht.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) von Rundzellen (2) umgeben ist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckplatte (5) und Rundzellen (2) und/oder zwischen Bodenplatte (6) und Rundzellen (2) je ein plattenförmiger elektrischer Isolator (10) vorgesehen ist, der die Bereiche zwischen deren Kontaktstellen wenigstens teilweise abdeckt.
Batteriepack nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Isolator (10) zumindest teilweise unter dem von Deck- (5) und/oder Bodenplatte (6) ausgebildeten Mantel des Batteriepacks (1) befindet.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundzellen (2) aneinander anliegen und die Öffnungen (11) zur Luftkühlung der Rundzellen (2) über den, zwischen den Rundzellen (2) liegenden Lücken (2) angeordnet sind.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriepack (1) an gegenüberliegenden Mantelseiten je eine Kontaktfläche (5' bzw. 6') aufweist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundzellen (2) zwischen Deck- (5) und Bodenplatte (6) polaritätsgleich angeordnet sind.
Batterie, aufweisend mehrere Batteriepacks (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander angeordnete Batteriepacks (1) über ihre jeweiligen Kontaktflächen (5' bzw. 6') miteinander elektrisch verbunden sind.
Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck- (5) und Bodenplatten (6) nebeneinander angeordneter Batteriepacks (1) durch elektrisch isolierende Trägerplatten (13) abgedeckt sind, welche Trägerplatten (13) über Verbindungsmittel (16') mit Abstandshaltern (7) wenigstens eines Batteriepacks (1) fest verbunden sind.
Batterie nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie mehrere Lagen nebeneinander angeordneter und in Serie geschalteter Batteriepacks (1) aufweist, wobei zwischen den Lagen je eine elektrisch isolierende Trägerplatte (13) vorgesehen ist und die Lagen der Batteriepacks (1) über biegsame Verbindungsleitungen (18) elektrisch miteinander verbunden sind.
Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die biegsamen Verbindungsleitungen (18) als Schmelzsicherung ausgeführt sind.
Batterie nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (13) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.