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DE102012018113B4 - Battery made up of a large number of individual battery cells - Google Patents

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DE102012018113B4
DE102012018113B4 DE102012018113.2A DE102012018113A DE102012018113B4 DE 102012018113 B4 DE102012018113 B4 DE 102012018113B4 DE 102012018113 A DE102012018113 A DE 102012018113A DE 102012018113 B4 DE102012018113 B4 DE 102012018113B4
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lugs
battery
conductor
battery cells
individual battery
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Mercedes Benz Group AG
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Abstract

Batterie (12) aus einer Vielzahl von im Wesentlichen prismatischen Batterieeinzelzellen (2), welche mit integrierten oder zwischen den Batterieeinzelzellen (2) angeordneten Zwischenrahmen (4) zu einem Stapel (1) aufgestapelt sind, wobei Ableiterfahnen (7, 8) der Batterieeinzelzellen (2) auf einer Seite des Stapels (1) elektrisch abwechselnd miteinander verbunden sind, wobei auf den verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) wenigstens eine Kühleinrichtung (13) angeordnet ist, mit einer Batterieelektronik (9), welche über einen Niedervoltanschluss mit jeder der Batterieeinzelzellen (2) verbunden ist, wobei die Niedervoltanschlüsse mit einer Platine (10) verbunden sind, welche die Batterieelektronik (9) aufweist oder mit dieser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedervoltanschlüsse in Form von Kontaktfahnen (11) ausgebildet sind, welche zwischen der Kühleinrichtung (13) und dem Zwischenrahmen (4) mit den verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) der Batterieeinzelzellen (2) verbunden sind.

Figure DE102012018113B4_0000
Battery (12) consisting of a large number of essentially prismatic individual battery cells (2) which are stacked to form a stack (1) with intermediate frames (4) that are integrated or arranged between the individual battery cells (2), conductor lugs (7, 8) of the individual battery cells ( 2) are alternately electrically connected to one another on one side of the stack (1), with at least one cooling device (13) being arranged on the connected conductor lugs (7, 8), with battery electronics (9) connected to each of the individual battery cells via a low-voltage connection (2), the low-voltage connections being connected to a circuit board (10) which has the battery electronics (9) or is connected to it, characterized in that the low-voltage connections are in the form of contact lugs (11) which are connected between the Cooling device (13) and the intermediate frame (4) are connected to the connected conductor lugs (7, 8) of the individual battery cells (2).
Figure DE102012018113B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie aus einer Vielzahl von im Wesentlichen prismatischen Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a battery made up of a large number of essentially prismatic individual battery cells of the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Batterien, welche sich aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen aufbauen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere Hochleistungs- oder Hochvoltbatterien, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, haben typischerweise einen derartigen Aufbau. Die Batterieeinzelzellen sind dabei häufig prismatisch ausgebildet und werden zu einem Stapel aufgestapelt. Die Batterieeinzelzellen können in verschiedenen Technologien realisiert sein, wobei für die Anwendung als Traktionsbatterien insbesondere die Lithiumlonen-Technologie von großem Interesse ist.Batteries which are made up of a large number of individual battery cells are known from the prior art. In particular, high-performance or high-voltage batteries, such as those used as traction batteries in at least partially electrically powered vehicles, typically have such a structure. The individual battery cells are often prismatic and are stacked in a stack. The individual battery cells can be implemented using various technologies, with lithium-ion technology being of particular interest for use as traction batteries.

Aus der EP 2 228 850 A2 ist es bekannt, eine Batterieelektronik vorzusehen, welche über Niedervoltkontaktelemente mit jeder der Batterieeinzelzellen verbunden ist, wobei diese Verbindung unabhängig von der eigentlichen Verbindung der Batterieeinzelzellen untereinander, beispielsweise einer Reihenschaltung der Batterieeinzelzellen, ausgebildet ist. Die Batterieelektronik dient beispielsweise zur Zellspannungsüberwachung, zum Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen oder dergleichen. Der Aufbau, wie er in der EP 2 228 850 A2 beschrieben ist, hat dabei den Nachteil, dass die Kontaktierung über Verschrauben erfolgt. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in einem Fahrzeug nachteilig, da das Verschrauben von Kontaktelementen sich bei den unweigerlich auftretenden Vibrationen und Mikrovibrationen in einem Fahrzeug entsprechend lösen kann. Hierzu kommt es zu fehlerhaften Messungen, welche letztlich zu einer eingeschränkten Wirkung der Batterieelektronik und der Batterie führen können.From the EP 2 228 850 A2 it is known to provide battery electronics which are connected to each of the individual battery cells via low-voltage contact elements, this connection being formed independently of the actual connection of the individual battery cells to one another, for example a series connection of the individual battery cells. The battery electronics are used, for example, to monitor the cell voltage, to equalize the charge between the individual cells, or the like. The structure as shown in the EP 2 228 850 A2 is described, has the disadvantage that the contact is made by screwing. This is particularly disadvantageous when used in a vehicle, since the screwing of contact elements can loosen correspondingly with the vibrations and micro-vibrations that inevitably occur in a vehicle. This leads to incorrect measurements, which can ultimately lead to a limited effect of the battery electronics and the battery.

Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist es nun ferner bekannt, dass Batterieeinzelzellen in Hochleistungs- bzw. Hochvoltbatterien beim Laden und Entladen eine große Abwärme entwickeln und daher gekühlt und in speziellen Situationen, beispielsweise bei einem Start unter sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, auch erwärmt werden müssen. Für eine solche Heizung oder Kühlung kann dabei insbesondere eine Kühleinrichtung vorgesehen sein, welche von einem entsprechend temperierten Gas und/oder einer speziell temperierten Flüssigkeit durchströmt wird, um die Zellen im Normalfall zu kühlen und unter besonderen Betriebsbedingungen gegebenenfalls auch zu erwärmen.It is now also known from the further general state of the art that individual battery cells in high-performance or high-voltage batteries develop a large amount of waste heat during charging and discharging and therefore have to be cooled and also heated in special situations, for example when starting at very low ambient temperatures . For such heating or cooling, a cooling device can be provided in particular, through which an appropriately tempered gas and/or a specially tempered liquid flows in order to normally cool the cells and, under special operating conditions, possibly also to heat them.

Um eine besonders effiziente Kühlung zu realisieren, ist es insbesondere aus der DE 10 2008 034 867 A1 bekannt, Batterieeinzelzellen, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, über Ableiterfahnen zu kühlen, indem diese in thermischen Kontakt zu einer Kühlplatte gebracht werden, welche wiederum von einem geeigneten Kühlmedium, beispielsweise dem Fluid einer Klimaanlage, von Kühlwasser oder dergleichen durchströmt werden kann. Der Aufbau gewährleistet eine einfache, effiziente und zuverlässige Kühlung, hat jedoch in Verbindung mit einer Batterieelektronik, welche über Niedervoltanschlüsse mit jeder der Batterieeinzelzellen verbunden ist, einen entscheidenden Nachteil. Die Ableiterfahnen oder gegebenenfalls zur Verbindung der Ableiterfahnen eingesetzten elektrischen Verbindungselemente liegen typischerweise unterhalb der Kühleinrichtung und werden von dieser abgedeckt. Zur Anbindung der Batterieelektronik über die Niedervoltanschlüsse ist es daher notwendig, Leiterelemente wie beispielsweise Kontaktfahnen, Stromschienen, Kabel oder dergleichen durch die Kühlplatte hindurchzuführen oder seitlich zwischen den Batterieeinzelzellen unter die Kühlplatte einzubringen und so die Ableiterfahnen mit den Niedervoltanschlüssen zu kontaktieren. Dies ist aufgrund des geringen Bauraums außerordentlich schwierig oder erfordert spezielle Rahmenelemente zwischen den Batterieeinzelzellen, welche geeignete Durchführungen aufweisen. Dies ist in der Herstellung aufwändig und teuer. Außerdem wird die Stabilität der Zwischenrahmen zwischen den Batterieeinzelzellen hierdurch vermindert.In order to realize a particularly efficient cooling, it is in particular from the DE 10 2008 034 867 A1 It is known to cool individual battery cells, in particular a lithium-ion battery, by means of conductor lugs by bringing them into thermal contact with a cooling plate, which in turn can have a suitable cooling medium, for example the fluid in an air conditioning system, cooling water or the like flowing through it. The structure ensures simple, efficient and reliable cooling, but has a decisive disadvantage in connection with battery electronics, which are connected to each of the individual battery cells via low-voltage connections. The conductor lugs or, if appropriate, electrical connecting elements used to connect the conductor lugs are typically located below the cooling device and are covered by it. To connect the battery electronics via the low-voltage connections, it is therefore necessary to guide elements such as contact lugs, busbars, cables or the like through the cooling plate or insert them laterally between the individual battery cells under the cooling plate and thus contact the conductor lugs with the low-voltage connections. Due to the small installation space, this is extremely difficult or requires special frame elements between the individual battery cells, which have suitable bushings. This is complicated and expensive to manufacture. In addition, this reduces the stability of the intermediate frames between the individual battery cells.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen anzugeben, welche diese Nachteile vermeidet und einen einfachen Aufbau der Batterie gewährleistet.The object of the present invention consists in specifying a battery with a multiplicity of individual battery cells which avoids these disadvantages and ensures a simple construction of the battery.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a battery having the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments and refinements of the battery according to the invention result from the dependent subclaims.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass die Niedervoltanschlusselemente in Form von Kontaktfahnen ausgebildet sind, welche zwischen der Kühleinrichtung und dem Zwischenrahmen mit den verbundenen Ableiterfahnen der Batterieeinzelzellen verbunden ist. Eine solche Ausgestaltung der Niedervoltanschlüsse für die Batterieelektronik in Form von Kontaktfahnen, welche zwischen der Kühleinrichtung und den verbundenen Ableiterfahnen mit diesen verbunden sind, ist besonders einfach und effizient im Aufbau. Die verbundenen Ableiterfahnen werden mit der Batterieelektronik bzw. der mit den Kontaktfahnen verbundenen Platine, welche die Batterieelektronik aufweist oder welche mit dieser verbunden ist, in Kontakt gebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Verpressen der verbundenen Ableiterfahnen und der Kontaktfahnen durch die Kühleinrichtung erfolgen. Insbesondere können diese drei Teilelemente auch untereinander verschweißt ausgebildet sein, was vorzugsweise bei der Herstellung in einem einzigen Schritt erfolgt. Die Niedervoltanschlüsse werden so einfach und effizient, ohne den Aufbau der Batterie insgesamt zu stören, modifizierte Zwischenrahmen zu benötigen und bei der Montage einen übermäßigen Aufwand zu verursachen, direkt mit den Batterieeinzelzellen verbunden.The solution according to the invention provides that the low-voltage connection elements are designed in the form of contact lugs, which are connected between the cooling device and the intermediate frame with the connected conductor lugs of the individual battery cells. Such a configuration of the low-voltage connections for the battery electronics in the form of contact lugs, which are connected between the cooling device and the connected conductor lugs, is particularly simple and efficient in construction. The connected conductor lugs are brought into contact with the battery electronics or with the circuit board connected to the contact lugs, which has the battery electronics or which is connected to it. This can for example wise by pressing the connected conductor lugs and the contact lugs through the cooling device. In particular, these three partial elements can also be welded to one another, which preferably takes place in a single step during production. The low-voltage connections are connected directly to the individual battery cells in a simple and efficient manner, without disturbing the structure of the battery as a whole, requiring modified intermediate frames and causing excessive effort during assembly.

Vorzugsweise kann es dabei vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Ableiterfahnen und/oder ein elektrisches Verbindungselement, welches die Ableiterfahnen untereinander verbindet, eine Ausnahme für die Kontaktfahne aufweist. Über eine solche Ausnahme, beispielsweise eine eingeprägte Vertiefung oder eine Ausklinkung in einer von zwei sich überlappenden Ableiterfahnen, kann Platz für die Kontaktfahne geschaffen werden, insbesondere wenn diese eine vergleichbare Materialstärke aufweist wie die Tiefe der Ausnehmung. Ohne dass die Kontaktfahne über die verbundenen Ableiterfahnen und/oder deren elektrisches Verbindungselement wesentlich übersteht, kann dann einfach die Kühleinrichtung aufgebracht und mit den verbundenen Ableiterfahnen in an sich bekannter Art und Weise mit dazwischen angeordneter Wärmeleitfolie verpresst werden.It can preferably be provided that at least one of the conductor lugs and/or an electrical connecting element, which connects the conductor lugs to one another, has an exception for the contact lug. Such an exception, for example an embossed indentation or a notch in one of two overlapping conductor lugs, can create space for the contact lug, particularly if the latter has a material thickness comparable to the depth of the recess. Without the contact lug protruding significantly beyond the connected collector lugs and/or their electrical connection element, the cooling device can then simply be applied and pressed with the connected collector lugs in a manner known per se with a thermally conductive foil arranged in between.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Ableiterfahnen in Stapelrichtung abgekantet ausgebildet sind, wobei der Stapel der Batterieeinzelzellen zwei Reihen von verbundenen Ableiterfahnen aufweist, zwischen welchen die Platine angeordnet ist. Ein solcher Aufbau, bei dem die Platine zwischen zwei Reihen von Ableiterfahnen angeordnet ist, ist besonders einfach und effizient in der Herstellung. Auf jede der Ableiterfahnen kann dann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie eine eigene Kühleinrichtung aufgebracht werden, wobei die Kontaktfahnen die Platine zwischen der Kühleinrichtung und den miteinander verbundenen Ableiterfahnen kontaktieren und eine Niedervoltverbindung zur Platine herstellen. Die Platine kann dann entweder selbst die Batterieelektronik aufweisen oder beispielsweise über Kabel oder dergleichen mit einer solchen Batterieelektronik verbunden sein.In a further very favorable embodiment of the battery according to the invention, it can also be provided that the collector lugs are folded in the stacking direction, with the stack of individual battery cells having two rows of connected collector lugs between which the circuit board is arranged. Such a structure, in which the circuit board is arranged between two rows of conductor lugs, is particularly simple and efficient to manufacture. According to an advantageous development of the battery according to the invention, each of the conductor lugs can then have its own cooling device applied to it, with the contact lugs contacting the circuit board between the cooling device and the conductor lugs connected to one another and producing a low-voltage connection to the circuit board. The circuit board can then either have the battery electronics itself or be connected to such battery electronics, for example, via cables or the like.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous configurations of the battery according to the invention result from the remaining subclaims and become clear from the exemplary embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Explosionsdarstellung eines Stapels von Batterieeinzelzellen;
  • 2 zwei der Batterieeinzelzellen mit verbundenen Ableiterfahnen in einer ersten Ausführungsform;
  • 3 der Batteriestapel gemäß 1 in montierter Form mit einer Batterieelektronik in Explosionsdarstellung;
  • 4 eine vergrößerte Darstellung der aufmontierten Batterieelektronik im Aufbau gemäß 3;
  • 5 die Batterie in Explosionsdarstellung;
  • 6 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus der Batterie in Explosionsdarstellung;
  • 7 die Batterie gemäß 5 in montierter Form;
  • 8 eine Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Stapels analog zur Darstellung in 3;
  • 9 zwei Batterieeinzelzellen mit verbundenen Ableiterfahnen in einer alternativen Ausführungsform, analog zur Darstellung in 2;
  • 10 eine vergrößerte Darstellung der aufmontierten Batterieelektronik im Aufbau gemäß 8;
  • 11 eine Explosionsdarstellung der alternativen Ausführungsform der Batterie analog zur Darstellung in 5; und
  • 12 eine Darstellung der Batterie in der zweiten Ausführungsform im montierten Zustand.
show:
  • 1 an exploded view of a stack of individual battery cells;
  • 2 two of the individual battery cells with connected conductor lugs in a first embodiment;
  • 3 the battery pack according to 1 in assembled form with battery electronics in exploded view;
  • 4 an enlarged view of the mounted battery electronics in accordance with the structure 3 ;
  • 5 the battery in exploded view;
  • 6 a cross section through a section of the battery in an exploded view;
  • 7 the battery according to 5 in mounted form;
  • 8th an exploded view of an alternative embodiment of the stack analogous to the representation in 3 ;
  • 9 Two individual battery cells with connected conductor lugs in an alternative embodiment, analogous to the illustration in 2 ;
  • 10 an enlarged view of the mounted battery electronics in accordance with the structure 8th ;
  • 11 an exploded view of the alternative embodiment of the battery analogous to the representation in FIG 5 ; and
  • 12 a representation of the battery in the second embodiment in the assembled state.

In der Darstellung der 1 ist ein Stapel 1 von Batterieeinzelzellen 2 in einer teilweisen Explosionsdarstellung zu erkennen. Die Batterieeinzelzellen 2 sind dabei als sogenannte Pouch-Zellen ausgebildet, bei welchen eine Zellchemie zwischen Folien eingeschweißt ist, wodurch sich ein um die Batterieeinzelzelle 2 umlaufender verschweißter Folienrand 3 ausbildet. Mit diesem Rand 3 sind die Batterieeinzelzellen 2 formschlüssig zwischen Zwischenrahmen 4 aufgenommen und werden in dem Stapel 1, welcher über Druckbrillen 5 und Zuganker 6 bei der Montage verspannt wird, aufgenommen. Jede der Batterieeinzelzellen 2 weist zwei Ableiterfahnen 7, 8 auf, welche durch den verschweißten Folienrand 3 hindurchragen, und welche bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um 90 Grad in Stapelrichtung abgekantet ausgeführt sind. Die Batterieeinzelzellen 2 werden nun so zu dem Stapel 1 aufgestapelt, dass benachbarte Zellen jeweils spiegelverkehrt zueinander angeordnet sind. So können bei identischem Aufbau der Batterieeinzelzellen 2 die Ableiterfahnen 7, beispielsweise des Pluspols, bei der benachbarten Batterieeinzelzelle mit der Ableiterfahne 8, beispielsweise des Minuspols, entsprechend verbunden werden.In the representation of 1 a stack 1 of individual battery cells 2 can be seen in a partially exploded view. The individual battery cells 2 are designed as so-called pouch cells, in which cell chemistry is welded between foils, as a result of which a welded foil edge 3 is formed running around the individual battery cell 2 . The individual battery cells 2 are accommodated with this edge 3 in a form-fitting manner between the intermediate frame 4 and are accommodated in the stack 1, which is braced by means of pressure glasses 5 and tie rods 6 during assembly. Each of the individual battery cells 2 has two conductor lugs 7, 8 which protrude through the welded foil edge 3 and which, in the exemplary embodiment shown here, are bent by 90 degrees in the stacking direction. The individual battery cells 2 are now stacked up to form the stack 1 in such a way that adjacent cells are each arranged mirror-inverted to one another. Thus, with an identical structure of the individual battery cells 2, the conductor lugs 7, for example of the positive pole, in the adjacent individual battery cell are connected accordingly with the conductor lug 8, for example the negative pole.

In einer Darstellung, welche lediglich zwei der Batterieeinzelzellen 2 zeigt, ist dies in 2 besser zu erkennen. In diesem Fall sind die vorne liegende Ableiterfahne 7 der einen Batterieeinzelzelle 2 und Ableiterfahne 8 der anderen Batterieeinzelzelle 2 miteinander verbunden, beispielsweise durch angedeutete Laserschweißnähte. Wird diese Art der Verbindung durch den gesamten Stapel 1 der Batterieeinzelzellen 2 fortgesetzt, so erhält man letztlich eine Reihenschaltung aller Batterieeinzelzellen 2 in dem Stapel 1. Nachdem der Stapel 1, wie es in der Darstellung der 3 zu erkennen ist, komplettiert und verspannt worden ist, wird eine Batterieelektronik 9 auf einer beispielsweise aus glasfaserverstärktem Epoxid bestehenden Platine 10 auf den Stapel 1 der Batterieeinzelzellen 2 aufgesetzt. Die Platine 10 weist seitlich Kontaktfahnen 11, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium, als Niederspannungsableiter für die einzelnen Batterieeinzelzellen 2 auf, um so beispielsweise Zellspannungen zu messen und einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Batterieeinzelzellen 2 des Stapels 1 bewerkstelligen zu können. In der vergrößerten Darstellung der 4 ist zu erkennen, dass, ebenso wie in der Darstellung der 2, die Ableiterfahne 8 eine geringere Breite aufweist, als die Ableiterfahne 7. Werden diese miteinander verschweißt, so bleibt bei den miteinander verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 eine Ausnehmung übrig, in der lediglich die Materialstärke der in diesem Fall unteren Ableiterfahne 7 vorliegt. Wie es nun aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist, wird in dieser durch die überstehende Ableiterfahne 7 und. die kürzere Ableiterfahne 8 gebildeten Ausnehmung die Kontaktfahne 11 angeordnet und beispielsweise ebenfalls mit der Ableiterfahne 7 verschweißt. Hierdurch ist eine sichere und zuverlässige Niedervoltkontaktierung der Batterieeinzelzelle 2 mit der Platine 10 und damit mit der Batterieelektronik 9 gewährleistet.In an illustration that only shows two of the individual battery cells 2, this is in 2 better to recognize. In this case, the conductor lug 7 at the front of one individual battery cell 2 and the conductor lug 8 of the other individual battery cell 2 are connected to one another, for example by laser weld seams indicated. If this type of connection is continued through the entire stack 1 of the individual battery cells 2, one ultimately obtains a series connection of all the individual battery cells 2 in the stack 1. After the stack 1, as shown in FIG 3 can be seen, has been completed and braced, battery electronics 9 are placed on a board 10 made of glass fiber reinforced epoxy, for example, on stack 1 of individual battery cells 2 . The circuit board 10 has contact lugs 11 on the side, preferably made of copper or aluminum, as low-voltage conductors for the individual battery cells 2, in order to be able to measure cell voltages and achieve charge equalization between the individual battery cells 2 of the stack 1, for example. In the enlarged view of the 4 it can be seen that, just as in the representation of 2 , the conductor lug 8 has a smaller width than the conductor lug 7. If these are welded together, a recess remains in the interconnected conductor lugs 7, 8, in which only the material thickness of the conductor lug 7, which is lower in this case, is present. As it is now from the representation of 4 can be seen, is in this by the protruding conductor lug 7 and. the contact lug 11 is arranged in the recess formed in the shorter conductor lug 8 and, for example, likewise welded to the conductor lug 7 . This ensures safe and reliable low-voltage contacting of the individual battery cell 2 with the circuit board 10 and thus with the battery electronics 9 .

Aus der Darstellung der 5, welche nun erstmals die gesamte Batterie 12 in einer teilweise Explosionsdarstellung zeigt, ist zu erkennen, dass nach dem Montieren der Batterieelektronik 9 und dem Verbinden der Kontaktfahnen 11 mit den Ableiterfahnen 7 und damit selbstverständlich auch den mit diesen verbundenen Ableiterfahnen 8 zwei Kühleinrichtungen 13 in Form von Kühlplatten 13 auf die verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 und Kontaktfahnen 11 aufgebracht werden. Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, wird jeweils eine Wärmeleitfolie 14, welche Wärme gut leitet, elektrisch jedoch isoliert, zwischen die beiden parallelen Reihen von verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 und die beiden Kühlplatten 13 eingelegt. Die Kühlplatten werden dann mit den Zwischenrahmen 4 des Stapels 1 verschraubt. In der Schnittdarstellung der 6 ist dies nochmals detaillierter dargestellt, wobei hier zu erkennen ist, dass die beiden miteinander verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 flächig auf dem Zwischenrahmen 4 aufliegen, und dass durch die kürzer ausgebildete Ableiterfahne 8 eine Ausnehmung freibleibt, in welche die Kontaktfahne 11 positioniert werden kann. Damit entsteht ein nach oben im Wesentlichen ebener Aufbau der miteinander verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 und der Kontaktfahne 11. Eventuelle Toleranzen lassen sich durch die Elastizität und Dicke der Wärmeleitfolie 14 leicht ausgleichen, wenn diese beim Aufschrauben der Kühlplatte 13 mittels der Schrauben 15 auf den Zwischenrahmen 4 zwischen der Kühleinrichtung 13 und den verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 verpresst wird. Im Prinzip würde es hier auch ausreichen, durch das Verpressen über die Kühlplatte 13 die elektrische Kontaktierung zwischen den Ableiterfahnen 7, 8 und/oder der Kontaktfahne 11 zu realisieren. Eine Verbindung über ein Verschweißen ist typischerweise jedoch weniger anfällig gegen Setzungseffekte, Vibrationen und dergleichen und ist daher zu bevorzugen.From the representation of 5 , which now shows the entire battery 12 in a partially exploded view for the first time, it can be seen that after the assembly of the battery electronics 9 and the connection of the contact lugs 11 to the collector lugs 7 and thus of course also the collector lugs 8 connected to them, two cooling devices 13 in the form of cooling plates 13 are applied to the connected conductor lugs 7, 8 and contact lugs 11. In order to avoid electrical short circuits, a heat-conducting foil 14 , which conducts heat well but is electrically insulated, is inserted between the two parallel rows of connected conductor lugs 7 , 8 and the two cooling plates 13 . The cooling plates are then screwed to the intermediate frame 4 of the stack 1. In the sectional view of the 6 This is shown again in more detail, whereby it can be seen here that the two conductor lugs 7, 8 connected to one another lie flat on the intermediate frame 4, and that the shorter conductor lug 8 leaves a recess in which the contact lug 11 can be positioned. This creates a structure that is essentially level at the top of the collector tabs 7, 8 and the contact tab 11 that are connected to one another. Any tolerances can be easily compensated for by the elasticity and thickness of the thermally conductive foil 14 if this is compensated for when the cooling plate 13 is screwed onto the intermediate frame using the screws 15 4 is pressed between the cooling device 13 and the connected conductor lugs 7, 8. In principle, it would also suffice here to realize the electrical contacting between the conductor lugs 7, 8 and/or the contact lug 11 by pressing via the cooling plate 13. However, a connection via welding is typically less susceptible to settlement effects, vibrations and the like and is therefore to be preferred.

In 7 ist dann ein abschließender Blick auf die montierte Batterie 12 zu erkennen.In 7 then a final look at the installed battery 12 can be seen.

Eine alternative Ausführungsform des Stapels 1 der Batterieeinzelzellen 2 ist in den 8 ff. beschrieben. Der Unterschied liegt dabei im Wesentlichen in der elektrischen Verbindung der Ableiterfahnen.An alternative embodiment of the stack 1 of the individual battery cells 2 is shown in FIG 8th ff. described. The main difference lies in the electrical connection of the conductor lugs.

Aus der Darstellung von zwei Batterieeinzelzellen 2 in 9 ist dieser Unterschied sehr gut zu erkennen. Anstelle einer unmittelbaren Verbindung der abgekanteten Ableiterfahnen 7, 8, wie er in 2 dargestellt war, ist die elektrische Kontaktierung der Ableiterfahnen 7, 8 hier mittels eines elektrischen Verbindungselements 16 realisiert. Die Ableiterfahnen 7, 8 sind hierfür nicht abgekantet, sondern verlaufen gerade nach oben aus den jeweiligen Batterieeinzelzellen 2 heraus. Zwischen den Ableiterfahnen 7, 8 ist ein im Querschnitt U-förmiges elektrisches Verbindungselement 16 angeordnet und mit den jeweiligen Ableiterfahnen 7, 8, beispielsweise durch Laserschweißen oder insbesondere durch Ultraschallschweißen, elektrisch und mechanisch verbunden. Die Batterieelektronik 9 mit ihren Kontaktfahnen 11 auf der Platine 10 wird nun wiederum zwischen den beiden parallelen Reihen von hier über die elektrischen Verbindungselemente 16 verbundenen Ableiterfahnen 7, 8 platziert, wie dies aus der Darstellung in 8 zu erkennen ist.From the representation of two single battery cells 2 in 9 this difference can be seen very clearly. Instead of a direct connection of the folded conductor lugs 7, 8, as is shown in 2 was shown, the electrical contacting of the conductor lugs 7, 8 is realized here by means of an electrical connecting element 16. The conductor lugs 7, 8 are not bent for this purpose, but run straight up out of the respective individual battery cells 2. An electrical connecting element 16 with a U-shaped cross section is arranged between the conductor lugs 7, 8 and is electrically and mechanically connected to the respective conductor lugs 7, 8, for example by laser welding or, in particular, by ultrasonic welding. The battery electronics 9 with their contact lugs 11 on the circuit board 10 is now in turn placed between the two parallel rows of conductor lugs 7, 8, which are connected here via the electrical connecting elements 16, as can be seen from the illustration in FIG 8th can be seen.

In der Darstellung der 10 ist nun analog zur Darstellung in 4 ein vergrößerter Ausschnitt dargestellt. Darin ist eine Verbindung zwischen den Kontaktfahnen 11 der Platine 10 der Batterieelektronik 9 und den elektrischen Verbindungselementen 16 erkennbar. Auch diese kann beispielsweise durch die angedeutete Laserschweißnaht realisiert sein.In the representation of 10 is now analogous to the representation in 4 an enlarged section is shown. There is a connection between the contact lugs 11 of the circuit board 10 of the battery electronics 9 and the electrical connecting elements 16 recognizable. This can also be realized, for example, by the laser weld seam indicated.

Der Aufbau, wie er in der Explosionsdarstellung der 11 zu erkennen ist, entspricht dann im Wesentlichen dem in 5 gezeigten Aufbau, wobei lediglich die Ausführung der Verbindung der Ableiterfahnen 7, 8 über die elektrischen Verbindungselemente 16 sowie die konkrete Ausgestaltung der Kühleinrichtungen 13 unterschiedlich ist. Der Unterschied bei den Kühleinrichtungen 13 richtet sich dabei lediglich auf die Formgebung und ist für die Erfindung nicht weiter relevant, sodass auch hierauf nicht näher eingegangen wird. Vergleichbar zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lässt sich über die Wärmeleitfolie 14 dann der Bereich der verbundenen Ableiterfahnen 7, 8, welche hier über die elektrischen Verbindungselemente 16 miteinander verbunden sind, nach oben abschließen. Neben dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem auf eine Ausnehmung im Bereich des elektrischen Verbindungselements 16 für die Kontaktfahne 11 verzichtet worden ist, was eine etwas höhere Flexibilität der Wärmeleitfolie 14 erforderlich macht, könnten ebenso Ausnehmungen oder Vertiefungen in den Bereich der elektrischen Verbindungselemente, in dem Bereich, in dem diese mit den Kontaktfahnen 11 korrespondieren, z.B. eingeprägt werden.The structure as shown in the exploded view of the 11 can be seen, then essentially corresponds to in 5 shown structure, only the execution of the connection of the conductor lugs 7, 8 via the electrical connecting elements 16 and the specific design of the cooling devices 13 is different. The difference in the cooling devices 13 is based solely on the shape and is not relevant to the invention, so that this is not discussed in detail either. Comparable to the exemplary embodiment described above, the region of the connected conductor lugs 7, 8, which are connected to one another here via the electrical connecting elements 16, can then be closed off at the top via the heat-conducting foil 14. In addition to the exemplary embodiment shown here, in which there is no recess in the area of the electrical connecting element 16 for the contact lug 11, which requires a somewhat greater flexibility of the heat-conducting foil 14, recesses or depressions could also be in the area of the electrical connecting elements in which Area in which they correspond with the contact lugs 11, for example, are embossed.

Abschließend ist auch hier in der Darstellung der 12 der Aufbau der Batterie 12 in ihrer Gesamtheit nochmals dargestellt.Finally, here in the presentation of the 12 the structure of the battery 12 is shown again in its entirety.

Claims (10)

Batterie (12) aus einer Vielzahl von im Wesentlichen prismatischen Batterieeinzelzellen (2), welche mit integrierten oder zwischen den Batterieeinzelzellen (2) angeordneten Zwischenrahmen (4) zu einem Stapel (1) aufgestapelt sind, wobei Ableiterfahnen (7, 8) der Batterieeinzelzellen (2) auf einer Seite des Stapels (1) elektrisch abwechselnd miteinander verbunden sind, wobei auf den verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) wenigstens eine Kühleinrichtung (13) angeordnet ist, mit einer Batterieelektronik (9), welche über einen Niedervoltanschluss mit jeder der Batterieeinzelzellen (2) verbunden ist, wobei die Niedervoltanschlüsse mit einer Platine (10) verbunden sind, welche die Batterieelektronik (9) aufweist oder mit dieser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedervoltanschlüsse in Form von Kontaktfahnen (11) ausgebildet sind, welche zwischen der Kühleinrichtung (13) und dem Zwischenrahmen (4) mit den verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) der Batterieeinzelzellen (2) verbunden sind.Battery (12) consisting of a large number of essentially prismatic individual battery cells (2) which are stacked to form a stack (1) with intermediate frames (4) that are integrated or arranged between the individual battery cells (2), conductor lugs (7, 8) of the individual battery cells ( 2) are alternately electrically connected to one another on one side of the stack (1), with at least one cooling device (13) being arranged on the connected conductor lugs (7, 8), with battery electronics (9) connected to each of the individual battery cells via a low-voltage connection (2), the low-voltage connections being connected to a circuit board (10) which has the battery electronics (9) or is connected to it, characterized in that the low-voltage connections are in the form of contact lugs (11) which are connected between the Cooling device (13) and the intermediate frame (4) are connected to the connected conductor lugs (7, 8) of the individual battery cells (2). Batterie (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiterfahnen (7, 8) direkt miteinander verbunden sind.battery (12) after claim 1 , characterized in that the conductor lugs (7, 8) are connected directly to one another. Batterie (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiterfahnen (7, 8) über elektrische Verbindungselemente (16) miteinander verbunden sind.battery (12) after claim 1 , characterized in that the conductor lugs (7, 8) are connected to one another via electrical connecting elements (16). Batterie (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiterfahnen (7, 8), das elektrische Verbindungselement (16) und/oder die Kontaktfahnen (11) miteinander verschweißt ausgebildet sind.battery (12) after claim 3 , characterized in that the conductor lugs (7, 8), the electrical connecting element (16) and/or the contact lugs (11) are welded to one another. Batterie (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Ableiterfahnen (7, 8) und/oder das elektrische Verbindungselement (16) eine Ausnehmung für die Kontaktfahne (11) aufweist.battery (12) after claim 3 , characterized in that at least one of the conductor lugs (7, 8) and/or the electrical connecting element (16) has a recess for the contact lug (11). Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahnen in etwa dieselbe Materialstärke aufweisen, wie die Ableiterfahnen (7, 8), wobei die seitliche Ausdehnung der mit der Kontaktfahne (11) verbundenen Ableiterfahne (7) größer ist als die der anderen Ableiterfahne (8).Battery (12) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the contact lugs have approximately the same material thickness as the conductor lugs (7, 8), the lateral extension of the conductor lug (7) connected to the contact lug (11) being greater than that of the other conductor lug (8). Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiterfahnen (7, 8) in Stapelrichtung abgekantet ausgebildet sind, wobei der Stapel (1) zwei Reihen von verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) aufweist, zwischen welchen die Platine (10) angeordnet ist.Battery (12) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the conductor lugs (7, 8) are bent in the stacking direction, the stack (1) having two rows of connected conductor lugs (7, 8), between which the circuit board (10) is arranged. Batterie (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der zwei Reihen eine eigene Kühleinrichtung (13) vorgesehen ist.battery (12) after claim 7 , characterized in that a separate cooling device (13) is provided for each of the two rows. Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Kühleinrichtung (13) und den verbundenen Ableiterfahnen (7, 8) und der Kontaktfahne (11) ein wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Material, insbesondere eine Wärmeleitfolie (14) angeordnet ist.Battery (12) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that a heat-conducting, electrically insulating material, in particular a heat-conducting foil (14), is arranged between the at least one cooling device (13) and the connected conductor lugs (7, 8) and the contact lug (11). Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) jeweils eine zwischen Folien eingeschweißte Zellchemie aufweisen, und zwischen Zwischenrahmen (4) aufgenommen sind.Battery (12) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the individual battery cells (2) each have cell chemistry welded between foils and are accommodated between intermediate frames (4).
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