DE102023116021A1

DE102023116021A1 - battery arrangement

Info

Publication number: DE102023116021A1
Application number: DE102023116021.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Grass
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2023-06-20
Filing date: 2023-06-20
Publication date: 2024-12-24

Abstract

Eine Batterieanordnung (20) weist Batteriezellen (31, 32, 33, 34, 35, 36), mindestens ein Verbindungselement (81, 82, 83, 84) und mindestens zwei Kühlelemente (51, 52, 53) auf, welche Batteriezellen (31, 32, 33, 34, 35, 36) ein Batteriezellengehäuse (131, 132, 133, 134, 135, 136) und zwei Kontaktelemente (41, 42) aufweisen, welche Batteriezellen (31, 32, 33, 34, 35, 36) eine erste Batteriezelle (31) und eine zweite Batteriezelle (32) umfassen, welches mindestens eine Verbindungselement (81, 82, 83, 84) ein erstes Verbindungselement (81, 82, 83, 84) umfasst, wobei die erste Batteriezelle (31) und die zweite Batteriezelle (32) derart verbunden sind, dass eines der Kontaktelemente (41, 42) der ersten Batteriezelle (31) über das erste Verbindungselement (81, 82, 83, 84) mit einem der Kontaktelemente (41, 42) der zweiten Batteriezelle (32) elektrisch verbunden ist, wobei die Kühlelemente (51, 52, 53) eine Kühlplatte (61, 62, 63) aufweisen, wobei die Kühlelemente (51, 52, 53) ein erstes Kühlelement (51) und ein zweites Kühlelement (52) umfassen, und wobei das erste Kühlelement (51) und das zweite Kühlelement (52)
- auf entgegengesetzten Seiten der ersten Batteriezelle (31) und der zweiten Batteriezelle (32) angeordnet sind,
- an den Batteriezellengehäusen (131, 132, 133, 134, 135, 136) der ersten Batteriezelle (31) und der zweiten Batteriezelle (32) anliegen,
- durch das erste Verbindungselement (81, 82, 83, 84) jeweils mit einer Kraft (101, 102) beaufschlagt sind, und
- flächig an dem ersten Verbindungselement (81, 82, 83, 84) anliegen.

A battery arrangement (20) has battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36), at least one connecting element (81, 82, 83, 84) and at least two cooling elements (51, 52, 53), which battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) have a battery cell housing (131, 132, 133, 134, 135, 136) and two contact elements (41, 42), which battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) comprise a first battery cell (31) and a second battery cell (32), which at least one connecting element (81, 82, 83, 84) comprises a first connecting element (81, 82, 83, 84), wherein the first battery cell (31) and the second battery cell (32) are connected in such a way that one of the contact elements (41, 42) of the first battery cell (31) is electrically connected to one of the contact elements (41, 42) of the second battery cell (32) via the first connecting element (81, 82, 83, 84), wherein the cooling elements (51, 52, 53) have a cooling plate (61, 62, 63), wherein the cooling elements (51, 52, 53) comprise a first cooling element (51) and a second cooling element (52), and wherein the first cooling element (51) and the second cooling element (52)
- are arranged on opposite sides of the first battery cell (31) and the second battery cell (32),
- rest on the battery cell housings (131, 132, 133, 134, 135, 136) of the first battery cell (31) and the second battery cell (32),
- are each subjected to a force (101, 102) by the first connecting element (81, 82, 83, 84), and
- lie flat against the first connecting element (81, 82, 83, 84).

Description

Die EP 1 211 740 A1 zeigt ein Batteriemodul mit prismatischen Batteriezellen, bei welchem die Zelltabs der ungleichnamigen Pole miteinander mittels Zellverbinder verbunden sind.The EP 1 211 740 A1 shows a battery module with prismatic battery cells, in which the cell tabs of the opposite poles are connected to each other by cell connectors.

Die WO 2009 / 082 954 A1 zeigt eine Batteriezelle in einem Batteriegehäuse, wobei die Batteriezelle eine Endkappe an ihrem Zelltab umfasst.The WO 2009 / 082 954 A1 shows a battery cell in a battery case, wherein the battery cell includes an end cap on its cell tab.

Die DE 10 2012 222 733 A1 zeigt einen klebenden elektrischen Verbinder aus einem Formgedächtnispolymer.The DE 10 2012 222 733 A1 shows an adhesive electrical connector made of a shape memory polymer.

Die EP 3 244 478 A1 zeigt eine Batterie mit Zellen, bei welcher zwischen den Zellen eine Kühlrippe angeordnet ist, welche in thermischem Kontakt mit einer Kühlplatte steht.The EP 3 244 478 A1 shows a battery with cells in which a cooling fin is arranged between the cells, which is in thermal contact with a cooling plate.

Die DE 10 2016 213 142 A1 zeigt eine Batteriezelle mit einer Folienhülle für elektrochemisch aktives Material, wobei die Folienhülle in prismatischer Form vorliegt.The DE 10 2016 213 142 A1 shows a battery cell with a foil casing for electrochemically active material, whereby the foil casing is in prismatic form.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Batterieanordnung bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new battery arrangement.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs.The problem is solved by the subject matter of the independent claim.

Eine Batterieanordnung weist Batteriezellen, mindestens ein Verbindungselement und mindestens zwei Kühlelemente auf, welche Batteriezellen als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind, ein Batteriezellengehäuse und zwei Kontaktelemente aufweisen, welche Kontaktelemente dazu eingerichtet sind, eine elektrische Kontaktierung der Batteriezellen zu ermöglichen, welche Batteriezellen eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle umfassen, welches mindestens eine Verbindungselement ein erstes Verbindungselement umfasst, wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle derart verbunden sind, dass eines der Kontaktelemente der ersten Batteriezelle über das erste Verbindungselement mit einem der Kontaktelemente der zweiten Batteriezelle elektrisch verbunden ist, wobei die Kühlelemente eine Kühlplatte aufweisen, wobei die Kühlelemente ein erstes Kühlelement und ein zweites Kühlelement umfassen, und wobei das erste Kühlelement und das zweite Kühlelement

- auf entgegengesetzten Seiten der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle angeordnet sind,
- an den Batteriezellengehäusen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle anliegen, um eine Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellengehäusen und den Kühlplatten zu ermöglichen,
- durch das erste Verbindungselement jeweils mit einer Kraft beaufschlagt sind, und
- flächig an dem ersten Verbindungselement anliegen.

A battery arrangement has battery cells, at least one connecting element and at least two cooling elements, which battery cells are designed as prismatic battery cells, have a battery cell housing and two contact elements, which contact elements are designed to enable electrical contacting of the battery cells, which battery cells comprise a first battery cell and a second battery cell, which at least one connecting element comprises a first connecting element, wherein the first battery cell and the second battery cell are connected in such a way that one of the contact elements of the first battery cell is electrically connected to one of the contact elements of the second battery cell via the first connecting element, wherein the cooling elements have a cooling plate, wherein the cooling elements comprise a first cooling element and a second cooling element, and wherein the first cooling element and the second cooling element

- are arranged on opposite sides of the first battery cell and the second battery cell,
- rest against the battery cell housings of the first battery cell and the second battery cell to enable heat transfer between the battery cell housings and the cooling plates,
- are each subjected to a force by the first connecting element, and
- lie flat against the first connecting element.

Im Bereich der Verbindung zwischen den Batteriezellen tritt häufig ein Hitze-Hotspot auf. Mit der angegebenen Lösung ist eine sehr gute Kühlung in diesem Verbindungsbereich möglich.A heat hotspot often occurs in the area of the connection between the battery cells. The solution provided enables very good cooling in this connection area.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlplatten aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff ausgebildet. Die Gefahr eines Kurzschlusses wird hierdurch verringert.According to a preferred embodiment, the cooling plates are made of an electrically non-conductive material. This reduces the risk of a short circuit.

Gemäß einer bevorzugten sind die Kühlplatten aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, und die Kühlelemente weisen im Bereich zwischen der zugeordneten Kühlplatte und dem zugeordneten Verbindungselement einen elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff auf, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Verbindungselement und der Kühlplatte zu bewirken. Elektrisch leitfähige Werkstoffe sind häufig gute Wärmeleiter und ermöglichen damit eine gute Kühlung. Der zusätzliche nicht leitfähige Werkstoff verringert die Gefahr eines Kurschlusses.According to a preferred embodiment, the cooling plates are made of an electrically conductive material, in particular a metallic material, and the cooling elements have an electrically non-conductive material in the area between the associated cooling plate and the associated connecting element in order to provide electrical insulation between the connecting element and the cooling plate. Electrically conductive materials are often good heat conductors and thus enable good cooling. The additional non-conductive material reduces the risk of a short circuit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Metallische Werkstoffe haben eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. According to a preferred embodiment, the at least one connecting element is made of a metallic material. Metallic materials have very good electrical conductivity and thermal conductivity.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement mit den beiden Kontaktelementen durch eine Schweißverbindung verbunden. Schweißverbindung können prozesssicher hergestellt werden, und sie ermöglichen eine gute elektrische Leitung.According to a preferred embodiment, the connecting element is connected to the two contact elements by a welded connection. Welded connections can be produced in a process-reliable manner and they enable good electrical conduction.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Batteriezellen eine dritte Batteriezelle, das mindestens eine Verbindungselement umfasst ein zweites Verbindungselement, wobei die dritte Batteriezelle und die zweite Batteriezelle derart verbunden sind, dass eines der Kontaktelemente der zweiten Batteriezelle über das zweite Verbindungselement mit einem der Kontaktelemente der dritten Batteriezelle elektrisch verbunden ist, und wobei das erste Kühlelement und das zweite Kühlelement

- auf entgegengesetzten Seiten der dritten Batteriezelle angeordnet sind,
- am Batteriezellengehäuse der dritten Batteriezelle anliegen, um eine Wärmeübertragung zwischen dem Batteriezellengehäuse der dritten Batteriezelle und den Kühlplatten zu ermöglichen,
- durch das zweite Verbindungselement jeweils mit einer Kraft beaufschlagt sind, und
- flächig an dem zweiten Verbindungselement anliegen.

According to a preferred embodiment, the battery cells comprise a third battery cell, the at least one connecting element comprises a second connecting element, wherein the third battery cell and the second battery cell are connected in such a way that one of the contact elements of the second battery cell is electrically connected to one of the contact elements of the third battery cell via the second connecting element, and wherein the first cooling element and the second cooling element

- are arranged on opposite sides of the third battery cell,
- rest on the battery cell housing of the third battery cell to enable heat transfer between the battery cell housing of the third battery cell and the cooling plates,
- are each subjected to a force by the second connecting element, and
- lie flat against the second connecting element.

Es können somit auch mehr als zwei Batteriezellen in Reihe verbunden werden, und über die Kühlelemente kann die Wärme abgeführt werden.This means that more than two battery cells can be connected in series and the heat can be dissipated via the cooling elements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Batteriezellen entlang einer Geraden in Reihe geschaltet.According to a preferred embodiment, several battery cells are connected in series along a straight line.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Batteriezellen eine vierte Batteriezelle und eine fünfte Batteriezelle, und das mindestens eine Verbindungselement umfasst ein drittes Verbindungselement, wobei die vierte Batteriezelle und die fünfte Batteriezelle derart verbunden sind, dass eines der Kontaktelemente der vierten Batteriezelle über das dritte Verbindungselement mit einem der Kontaktelemente der fünften Batteriezelle elektrisch verbunden ist, wobei die Kühlelemente ein drittes Kühlelement umfassen, wobei die vierte Batteriezelle und die fünfte Batteriezelle auf einer zur ersten Batteriezelle und zweitenAccording to a preferred embodiment, the battery cells comprise a fourth battery cell and a fifth battery cell, and the at least one connecting element comprises a third connecting element, wherein the fourth battery cell and the fifth battery cell are connected in such a way that one of the contact elements of the fourth battery cell is electrically connected to one of the contact elements of the fifth battery cell via the third connecting element, wherein the cooling elements comprise a third cooling element, wherein the fourth battery cell and the fifth battery cell are arranged on a surface adjacent to the first battery cell and second

Batteriezelle entgegengesetzten Seite des zweiten Kühlelements angeordnet sind, und wobei das zweite Kühlelement und das dritte Kühlelement

- auf entgegengesetzten Seiten der vierten Batteriezelle und der fünften Batteriezelle angeordnet sind,
- an den Batteriezellengehäusen der vierten Batteriezelle und der fünften Batteriezelle anliegen, um eine Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellengehäusen und den Kühlplatten zu ermöglichen,
- durch das dritte Verbindungselement jeweils mit einer Kraft beaufschlagt sind, und
- flächig an dem dritten Verbindungselement anliegen.

Battery cell opposite side of the second cooling element, and wherein the second cooling element and the third cooling element

- are arranged on opposite sides of the fourth battery cell and the fifth battery cell,
- rest against the battery cell housings of the fourth battery cell and the fifth battery cell to enable heat transfer between the battery cell housings and the cooling plates,
- are each subjected to a force by the third connecting element, and
- lie flat against the third connecting element.

Es ist somit möglich, die Batteriezellen in mehreren Lagen nebeneinander und durch eines der Kühlelemente getrennt anzuordnen.It is therefore possible to arrange the battery cells in several layers next to each other and separated by one of the cooling elements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Verbindungselement zu den benachbarten Kühlelementen hin federnd ausgebildet. Dies ergibt eine bessere Verbindung und einen verbesserten Wärmetransport.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element is designed to be resilient towards the adjacent cooling elements. This results in a better connection and improved heat transport.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft das mindestens eine Verbindungselement zumindest abschnittsweise parallel zu den Kühlelementen. Der parallele Verlauf erhöht die Kontaktfläche und verbessert den Wärmetransport.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element runs parallel to the cooling elements at least in sections. The parallel course increases the contact surface and improves heat transport.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Verbindungselement als Formteil ausgebildet. Dies ergibt eine definiert Form, und die Montagesicherheit wird erhöht.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element is designed as a molded part. This results in a defined shape and the assembly reliability is increased.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Verbindungselement ein geformtes Blech auf. Bleche lassen sich gut verarbeiten und ermöglichen einen guten Wärmetransport.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element comprises a shaped sheet metal. Sheet metal is easy to process and enables good heat transfer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Verbindungselement einen Hohlraum auf. Hierdurch können Bereich des Verbindungselements bei einer Verformung in den Hohlraum hinein bewegt werden.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element has a cavity. This allows areas of the connecting element to be moved into the cavity during deformation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen und die Kühlelemente derart verpresst, dass die Kühlelemente mit einer Kraft gegen die Batteriezellen beaufschlagt sind. Die Verpressung ist sowohl vorteilhaft für die Batteriezellen als auch für die Krafterzeugung zwischen den Verbindungselementen und den Kühlelementen.According to a preferred embodiment, the battery cells and the cooling elements are pressed together in such a way that the cooling elements are subjected to a force against the battery cells. The pressing is advantageous both for the battery cells and for the generation of force between the connecting elements and the cooling elements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Kühlelemente über die Länge von mindestens zwei der Batteriezellen, bevorzugt über die Länge von mindestens drei der Batteriezellen. Die Kühlelemente können hierdurch zur Wärmeabfuhr von einer Mehrzahl von Batteriezellen genutzt werden.According to a preferred embodiment, the cooling elements extend over the length of at least two of the battery cells, preferably over the length of at least three of the battery cells. The cooling elements can thus be used to dissipate heat from a plurality of battery cells.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Verbindungselement ein zusätzliches Federelement auf, welches das Verbindungselement zumindest bereichsweise gegen die benachbarten Kühlelemente mit einer Kraft beaufschlagt. Das zusätzliche Federelement erhöht den Druck zwischen dem Verbindungselement und dem Kühlelement und führt zu einer besseren Wärmeübertragung.According to a preferred embodiment, the at least one connecting element has an additional spring element, which applies a force to the connecting element at least in some areas against the adjacent cooling elements. The additional spring element increases the pressure between the connecting element and the cooling element and leads to better heat transfer.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:

1 in schematischer Darstellung eine Batterieanordnung mit zwei Batteriezellen,
2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Batterieanordnung von 1 mit Kühlelementen,
3 in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der Batterieanordnung von 1 mit Kühlelementen, und
4 in schematischer Detaildarstellung einen Bereich eines Verbindungselements.

Further details and advantageous developments of the invention emerge from the exemplary embodiments described below and shown in the drawings, which are in no way to be understood as a limitation of the invention, and from the subclaims. It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. It shows:

1 schematic representation of a battery arrangement with two battery cells,
2 in schematic representation an embodiment of the battery arrangement of 1 with cooling elements,
3 in schematic representation another embodiment of the battery arrangement of 1 with cooling elements, and
4 A schematic detailed representation of an area of a connecting element.

Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.In the following, identical or similarly functioning parts are given the same reference symbols and are usually only described once. The description builds on each figure to avoid unnecessary repetition.

1 zeigt eine Batterieanordnung 20. 1 shows a battery arrangement 20.

Die Batterieanordnung hat Batteriezellen 31, 32 und ein Verbindungselement 81.The battery assembly has battery cells 31, 32 and a connecting element 81.

Die Batteriezellen 31, 32 sind als prismatische Batteriezellen ausgebildet und weisen jeweils ein Batteriezellengehäuse 131, 132 und zwei Kontaktelemente 41, 42 auf.The battery cells 31, 32 are designed as prismatic battery cells and each have a battery cell housing 131, 132 and two contact elements 41, 42.

Die Kontaktelemente 41, 42 sind dazu eingerichtet, eine elektrische Kontaktierung der Batteriezellen 31, 32 zu ermöglichen. Die Kontaktelemente 41, 42 können auch als Tabs oder Zelltabs bezeichnet werden. Üblicherweise ist eines der Kontaktelemente 41, 42 als Plus-Pol und das andere als Minus-Pol ausgebildet.The contact elements 41, 42 are designed to enable electrical contact to be made between the battery cells 31, 32. The contact elements 41, 42 can also be referred to as tabs or cell tabs. Usually, one of the contact elements 41, 42 is designed as a positive pole and the other as a negative pole.

Die Batteriezelle 31 und die zweite Batteriezelle 32 sind derart verbunden, dass eines der Kontaktelemente 41, 42 der ersten Batteriezelle 31 über das erste Verbindungselement 81 mit einem der Kontaktelemente 41, 42 der zweiten Batteriezelle 32 elektrisch verbunden ist. Das Verbindungselement 81 verbindet bevorzugt zwei ungleichpolige Kontaktelemente 41, 42 für eine Reihenschaltung der Batteriezellen 31, 32.The battery cell 31 and the second battery cell 32 are connected in such a way that one of the contact elements 41, 42 of the first battery cell 31 is electrically connected to one of the contact elements 41, 42 of the second battery cell 32 via the first connecting element 81. The connecting element 81 preferably connects two opposite-polar contact elements 41, 42 for a series connection of the battery cells 31, 32.

2 zeigt die Batterieanordnung 20, bei der vier Batteriezellen 31, 32, 33, 34 vorgesehen sind. 2 shows the battery arrangement 20, in which four battery cells 31, 32, 33, 34 are provided.

Die Batteriezellen 31, 32 sind wie in 1 miteinander verbunden, und in gleicher Weise sind die Batteriezellen 34, 35 wie in 1 miteinander verbunden.The battery cells 31, 32 are as in 1 connected to each other, and in the same way the battery cells 34, 35 are as in 1 connected to each other.

Die Batteriezellen 31, 32 sind zwischen zwei Kühlelementen 51, 52 angeordnet, und die Batteriezellen 34, 35 sind zwischen zwei Kühlelementen 52, 53 angeordnet.The battery cells 31, 32 are arranged between two cooling elements 51, 52, and the battery cells 34, 35 are arranged between two cooling elements 52, 53.

Die Kühlelemente 51, 52 weisen jeweils eine Kühlplatte 61, 62 auf. Die Kühlplatten 61, 62 haben bevorzugt - nicht dargestellte - Kanäle für ein Kühlmittel.The cooling elements 51, 52 each have a cooling plate 61, 62. The cooling plates 61, 62 preferably have channels (not shown) for a coolant.

Für das Kühlelement 51 und das Kühlelement 52 gilt, dass sie

- auf entgegengesetzten Seiten der Batteriezelle 31 und der Batteriezelle 32 angeordnet sind,
- an den Batteriezellengehäusen 131, 132 der Batteriezelle 31 und der Batteriezelle anliegen, um eine Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellengehäusen 131, 132 und den Kühlplatten 61, 62, 63 zu ermöglichen,
- durch das Verbindungselement 81 jeweils mit einer Kraft 101, 102 beaufschlagt sind, und
- flächig an dem Verbindungselement 81 anliegen.

For the cooling element 51 and the cooling element 52,

- are arranged on opposite sides of the battery cell 31 and the battery cell 32,
- rest on the battery cell housings 131, 132 of the battery cell 31 and the battery cell to enable heat transfer between the battery cell housings 131, 132 and the cooling plates 61, 62, 63,
- are each subjected to a force 101, 102 by the connecting element 81, and
- lie flat against the connecting element 81.

Gleiches gilt für die Kühlelemente 52, 53 in Bezug auf die Batteriezellen 34, 35.The same applies to the cooling elements 52, 53 with respect to the battery cells 34, 35.

Die Kühlplatten 61, 62, 63 sind in einer ersten Ausführungsform aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff ausgebildet. Gleichzeitig sind sie bevorzugt thermisch gut leitend. Geeignete Werkstoffe sind beispielsweise

- hexagonales Bornitrid,
- Polyethylenterephthalat (PET) mit hexagonalem Bornitrid, und
- Polyamid (PA) 66 mit keramischem Füllstoff, insbesondere α-Al₂O₃.

In a first embodiment, the cooling

plates

61, 62, 63 are made of an electrically non-conductive material. At the same time, they are preferably thermally highly conductive. Suitable materials are, for example,

- hexagonal boron nitride,
- Polyethylene terephthalate (PET) with hexagonal boron nitride, and
- Polyamide (PA) 66 with ceramic filler, in particular α-Al ₂ O ₃ .

Eine solche Ausbildung verhindert sicher einen ungewünschten Stromfluss über die Kühlplatten 61, 62, 63, und ein Kurzschluss zwischen den Batteriezellen 31, 32, 33, 34 kann verhindert werden.Such a design reliably prevents an undesired current flow via the cooling plates 61, 62, 63, and a short circuit between the battery cells 31, 32, 33, 34 can be prevented.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Kühlplatten 61, 62, 63 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet, und die Kühlelemente 51, 52, 53 weisen im Bereich zwischen der zugeordneten Kühlplatte 61, 62, 63 und dem zugeordneten Verbindungselement 81, 82, 83, 84 einen elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff 71, 72 auf, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Verbindungselement 81, 82 und der Kühlplatte 61, 62, 63 zu bewirken. Der elektrisch nicht leitfähige Werkstoff 71, 72 kann auch als elektrisch isolierender Werkstoff bezeichnet werden, und er kann beispielsweise nur in dem genannten Bereich oder aber auch vollflächig vorgesehen sein.In a further embodiment, the cooling plates 61, 62, 63 are made of an electrically conductive material, and the cooling elements 51, 52, 53 have an electrically non-conductive material 71, 72 in the area between the associated cooling plate 61, 62, 63 and the associated connecting element 81, 82, 83, 84 in order to provide electrical insulation between the connecting element 81, 82 and the cooling plate 61, 62, 63. The electrically non-conductive material 71, 72 can also be referred to as an electrically insulating material, and it can, for example, only be provided in the area mentioned or over the entire surface.

Die Kühlplatten 61, 62, 63 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ermöglichen eine sehr gute Wärmeleitung, und sie erhöhen die Stabilität der Batterieanordnung 20.The cooling plates 61, 62, 63 made of an electrically conductive material enable very good heat conduction and increase the stability of the battery arrangement 20.

Bevorzugt sind die Verbindungselemente 81, 82 aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Metallische Werkstoffe ermöglichen durch den geringen elektrischen Widerstand eine Stromleitung mit nur geringen Verlusten. Die Verbindungselemente 81, 82 können zusätzlich beschichtet sein, beispielsweise durch eine Kunststoffschicht.Preferably, the connecting elements 81, 82 are made of a metallic material. Metallic materials enable current conduction with only low losses. The connecting elements 81, 82 can be additionally coated, for example with a plastic layer.

Bevorzugt sind die Verbindungselemente 81, 82 jeweils mit den beiden Kontaktelementen 41, 42 durch eine Schweißverbindung oder durch ein Lötverbindung verbunden. Schweißverbindungen sind stabil und haben einen geringen elektrischen Widerstand.Preferably, the connecting elements 81, 82 are each connected to the two contact elements 41, 42 by a welded connection or by a soldered connection. Welded connections are stable and have a low electrical resistance.

Im Ausführungsbeispiel umfassen die Batteriezellen 31, 32, 34, 35 die Batteriezelle 34 und die Batteriezelle 35. Die Batteriezelle 34 und die Batteriezelle 35 sind derart verbunden, dass das Kontaktelement 42 der Batteriezelle 34 über das Verbindungselement 82 mit dem Kontaktelement 41 der Batteriezelle 35 elektrisch verbunden ist.In the exemplary embodiment, the battery cells 31, 32, 34, 35 comprise the battery cell 34 and the battery cell 35. The battery cell 34 and the battery cell 35 are connected in such a way that the contact element 42 of the battery cell 34 is electrically connected to the contact element 41 of the battery cell 35 via the connecting element 82.

Die Batteriezelle 34 und die Batteriezelle 35 sind auf einer zur Batteriezelle 31 und Batteriezelle 32 entgegengesetzten Seite des Kühlelements 52 angeordnet, wobei das Kühlelement 52 und das Kühlelement 53

- auf entgegengesetzten Seiten der Batteriezelle 34 und der Batteriezelle 35 angeordnet sind,
- an den Batteriezellengehäusen 134, 135 der Batteriezelle 34 und der Batteriezelle 35 anliegen, um eine Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellengehäusen 134, 135 und den Kühlplatten 62, 63 zu ermöglichen,
- durch das Verbindungselement 82 jeweils mit einer Kraft 101, 102 beaufschlagt sind,
- flächig an dem Verbindungselement 82 anliegen.

The battery cell 34 and the battery cell 35 are arranged on a side of the cooling element 52 opposite to the battery cell 31 and battery cell 32, wherein the cooling element 52 and the cooling element 53

- are arranged on opposite sides of the battery cell 34 and the battery cell 35,
- rest on the battery cell housings 134, 135 of the battery cell 34 and the battery cell 35 to enable heat transfer between the battery cell housings 134, 135 and the cooling plates 62, 63,
- are each subjected to a force 101, 102 by the connecting element 82,
- lie flat against the connecting element 82.

Diese Ausbildung ermöglicht eine sehr gute Wärmeübertragung innerhalb der Batterieanordnung, insbesondere auch im thermisch kritischen Bereich der Verbindungselemente 81, 82.This design enables very good heat transfer within the battery arrangement, especially in the thermally critical area of the connecting elements 81, 82.

Die Verbindungselemente 81, 82 sind zu den benachbarten Kühlelementen 51, 52, 53 hin federnd ausgebildet. Dies ergibt eine gute Anlage der Verbindungselemente 81, 82 an die Kühlelemente 51, 52, 53 und damit eine gute Wärmeübertragung.The connecting elements 81, 82 are designed to be springy towards the adjacent cooling elements 51, 52, 53. This results in a good contact of the connecting elements 81, 82 with the cooling elements 51, 52, 53 and thus a good heat transfer.

Bevorzugt verlaufen die Verbindungselemente 81, 82 zumindest abschnittsweise parallel zu den Kühlelementen 51, 52, 53. Dies erleichtert die Ausübung einer Federfunktion und die Ausbildung einer größeren Kontaktfläche.Preferably, the connecting elements 81, 82 run parallel to the cooling elements 51, 52, 53 at least in sections. This facilitates the exercise of a spring function and the formation of a larger contact surface.

Die Verbindungselemente 81, 82 sind bevorzugt als Formteile ausgebildet, sie haben eine vorgegebene Form, die zwischen den Verbindungselementen 81, 82 zumindest ähnlich oder identisch ist.The connecting elements 81, 82 are preferably designed as molded parts; they have a predetermined shape which is at least similar or identical between the connecting elements 81, 82.

Bevorzugt weisen die Verbindungselemente 81, 82 ein geformtes Blech auf. Blech ermöglicht eine gute Verarbeitung, und zusammen mit Biegungen ist in einfacher Ausgestaltung eine federnde Funktion erzielbar.Preferably, the connecting elements 81, 82 comprise a formed sheet metal. Sheet metal enables good processing and, together with bends, a springy function can be achieved in a simple design.

Die Verbindungselemente 81, 82 weisen bevorzugt einen Hohlraum 181 auf. Hierdurch kann ein Bereich der Verbindungselemente 81, 82 in den Hohlraum 181 einfedern.
Die Batterieanordnung 20 ist bevorzugt verpresst. Hierzu sind die Batteriezellen 31, 32, 34, 35 und die Kühlelemente 51, 52, 53 derart verpresst, dass die Kühlelemente 51, 52, 53 mit einer Kraft 101, 102 gegen die Batteriezellen 31, 32, 34, 35 beaufschlagt sind.The connecting elements 81, 82 preferably have a cavity 181. As a result, a region of the connecting elements 81, 82 can spring into the cavity 181.
The battery arrangement 20 is preferably pressed. For this purpose, the battery cells 31, 32, 34, 35 and the cooling elements 51, 52, 53 are pressed in such a way that the cooling elements 51, 52, 53 are subjected to a force 101, 102 against the battery cells 31, 32, 34, 35.

Bevorzugt stehen die Verbindungselemente 81, 82 im nicht verpressten Zustand der Batterieanordnung 20 senkrecht zur Achse zwischen den Batteriezellen 31, 32 über das Batteriezellengehäuse 131, 132 über, vgl. 1. Hierdurch können die Verbindungselement 81, 82 beim Verpressen einfedern.Preferably, in the non-pressed state of the battery arrangement 20, the connecting elements 81, 82 protrude perpendicular to the axis between the battery cells 31, 32 beyond the battery cell housing 131, 132, cf. 1 This allows the connecting elements 81, 82 to compress during pressing.

3 zeigt die Batterieanordnung 20, wobei im Gegensatz zur Ausführungsform von 2 jeweils drei Batteriezellen 31, 32, 33 bzw. 34, 35, 36 in Reihe miteinander verbunden sind. 3 shows the battery arrangement 20, in which, in contrast to the embodiment of 2 three battery cells 31, 32, 33 or 34, 35, 36 are connected in series.

Dementsprechend sind zwischen den Batteriezellen 32, 33 ein zusätzliches Verbindungselement 83 und zwischen den Batteriezellen 35, 36 ein zusätzliches Verbindungselement 84 vorgesehen. Die Verbindungselemente 83, 84 sind bevorzugt gleich ausgebildet wie die Verbindungselemente 81, 82.Accordingly, an additional connecting element 83 is provided between the battery cells 32, 33 and an additional connecting element 84 is provided between the battery cells 35, 36. The connecting elements 83, 84 are preferably designed in the same way as the connecting elements 81, 82.

Die Batterieanordnung 20 kann variabel ausgestaltet werden. Es kann beispielsweise nur eine Reihe von Batteriezellen 31, 32, 33 vorgesehen sein, welche mindestens zwei Batteriezellen 31, 32 umfasst. Es können auch eine oder mehr als zwei Lagen von in Reihe geschalteten Batteriezellen 31, 32, 33 bzw. 34, 35, 36 etc. vorgesehen werden, beispielsweise drei, vier oder fünf Lagen.The battery arrangement 20 can be designed in a variable manner. For example, only one row of battery cells 31, 32, 33 can be provided, which comprises at least two battery cells 31, 32. One or more than two layers of battery cells 31, 32, 33 or 34, 35, 36 etc. connected in series can also be provided, for example three, four or five layers.

Die Kühlelemente 51, 52, 53 erstrecken sich bevorzugt über die Länge von mindestens zwei der Batteriezellen 31, 32, 33 bzw. 34, 35, 36 und weiter bevorzugt über die Länge von mindestens drei der Batteriezellen 31, 32, 33 bzw. 34, 35, 36. Im Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Kühlelemente 51, 52, 53 über die Länge von ca. drei Batteriezellen 31, 32, 33.The cooling elements 51, 52, 53 preferably extend over the length of at least two of the battery cells 31, 32, 33 or 34, 35, 36 and more preferably over the length of at least three of the battery cells 31, 32, 33 or 34, 35, 36. In the exemplary embodiment, the cooling elements 51, 52, 53 extend over the length of approximately three battery cells 31, 32, 33.

Die Batteriezellen 31, 32, 33 sind entlang einer Geraden angeordnet, ebenso die Batteriezellen 34, 35, 36. Hierdurch können die Kühlelemente 51, 52, 53 ohne größere Biegungen oder Knicke ausgebildet werden.The battery cells 31, 32, 33 are arranged along a straight line, as are the battery cells 34, 35, 36. This allows the cooling elements 51, 52, 53 to be formed without major bends or kinks.

Die Batterieanordnung 20 hat ein Batterieanordnungsgehäuse 99, in welchem die Batteriezellen 31, 32, 33, 34, 35, 36 vorgesehen sind. Bevorzugt hat auch die Batterieanordnung 20 ein solches Batterieanordnungsgehäuse 99.The battery arrangement 20 has a battery arrangement housing 99 in which the battery cells 31, 32, 33, 34, 35, 36 are provided. Preferably, the battery arrangement 20 also has such a battery arrangement housing 99.

4 zeigt in einer Detaildarstellung das Verbindungselement 81, welches eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 42 der Batteriezelle 31 und dem Kontaktelement 41 der Batteriezelle 32 bewirkt. 4 shows in a detailed representation the connecting element 81, which creates an electrical connection between the contact element 42 of the battery cell 31 and the contact element 41 of the battery cell 32.

Eine Schweißverbindung 142 zwischen dem Kontaktelement 42 und dem Verbindungselement 81 sowie eine Schweißverbindung 141 zwischen dem Kontaktelement 41 und dem Verbindungselement 81 sind dargestellt.A welded connection 142 between the contact element 42 and the connecting element 81 as well as a welded connection 141 between the contact element 41 and the connecting element 81 are shown.

Das Verbindungselement 81 hat ein zusätzliches Federelement 182, welches den oberen und unteren Bereich des Verbindungselements 81 zusätzlich mit einer Kraft in Richtung der Kühlelemente 51 und 52 beaufschlagt. Hierdurch ist eine sehr gute Wärmeübertragung möglich. Das Federelement 182 ist bevorzugt in einem inneren Bereich des Verbindungselements 81 vorgesehen.The connecting element 81 has an additional spring element 182, which additionally applies a force to the upper and lower areas of the connecting element 81 in the direction of the cooling elements 51 and 52. This enables very good heat transfer. The spring element 182 is preferably provided in an inner area of the connecting element 81.

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.Naturally, various variations and modifications are possible within the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1 211 740 A1 [0001]
WO 2009 / 082 954 A1 [0002]
DE 10 2012 222 733 A1 [0003]
EP 3 244 478 A1 [0004]
DE 10 2016 213 142 A1 [0005]

Claims

Battery arrangement (20) which has battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36), at least one connecting element (81, 82, 83, 84) and at least two cooling elements (51, 52, 53), which battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) are designed as prismatic battery cells, have a battery cell housing (131, 132, 133, 134, 135, 136) and two contact elements (41, 42), which contact elements (41, 42) are designed to enable electrical contacting of the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36), which battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) have a first battery cell (31) and a second battery cell (32), which at least one connecting element (81, 82, 83, 84) comprises a first connecting element (81, 82, 83, 84), wherein the first battery cell (31) and the second battery cell (32) are connected in such a way that one of the contact elements (41, 42) of the first battery cell (31) is electrically connected to one of the contact elements (41, 42) of the second battery cell (32) via the first connecting element (81, 82, 83, 84), wherein the cooling elements (51, 52, 53) have a cooling plate (61, 62, 63), wherein the cooling elements (51, 52, 53) comprise a first cooling element (51) and a second cooling element (52), and wherein the first cooling element (51) and the second cooling element (52) - on are arranged on opposite sides of the first battery cell (31) and the second battery cell (32), - rest on the battery cell housings (131, 132, 133, 134, 135, 136) of the first battery cell (31) and the second battery cell (32) in order to enable heat transfer between the battery cell housings (131, 132, 133, 134, 135, 136) and the cooling plates (61, 62, 63), - are each subjected to a force (101, 102) by the first connecting element (81, 82, 83, 84), and - rest flatly on the first connecting element (81, 82, 83, 84).

Battery arrangement according to claim 1 , in which the cooling plates (61, 62, 63) are made of an electrically non-conductive material.

Battery arrangement according to claim 1 , in which the cooling plates (61, 62, 63) are formed from an electrically conductive material, and in which the cooling elements (51, 52, 53) in the region between the associated cooling plate (61, 62, 63) and the associated connecting element (81, 82, 83, 84) have an electrically non-conductive material (71, 72) in order to bring about electrical insulation between the connecting element (81, 82, 83, 84) and the cooling plate (61, 62, 63).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) is formed from a metallic material.

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the connecting element (81, 82, 83, 84) is connected to the two contact elements (41, 42) by a welded connection.

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) comprise a third battery cell (33), in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) comprises a second connecting element (83), wherein the third battery cell (33) and the second battery cell (32) are connected in such a way that one of the contact elements (41, 42) of the second battery cell is electrically connected to one of the contact elements (41, 42) of the third battery cell (33) via the second connecting element (81, 82, 83, 84), and wherein the first cooling element (51) and the second cooling element (52) - are arranged on opposite sides of the third battery cell (33), - rest on the battery cell housing (133) of the third battery cell (33) in order to facilitate heat transfer between the battery cell housing (133) of the third Battery cell (33) and the cooling plates (61, 62, 63), - are each subjected to a force (101, 102) by the second connecting element (83), and - lie flat against the second connecting element (81, 82, 83, 84).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) comprise a fourth battery cell (34) and a fifth battery cell (35), in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) comprises a third connecting element (82), wherein the fourth battery cell (34) and the fifth battery cell (35) are connected in such a way that one of the contact elements (41, 42) of the fourth battery cell is electrically connected to one of the contact elements (41, 42) of the fifth battery cell (35) via the third connecting element (82), wherein the cooling elements (51, 52, 53) comprise a third cooling element (53), wherein the fourth battery cell (34) and the fifth battery cell (35) are on a side of the second cooling element (52) opposite to the first battery cell (31) and second battery cell (32). are arranged, and wherein the second cooling element (52) and the third cooling element (53) - are arranged on opposite sides of the fourth battery cell (34) and the fifth battery cell (35), - rest on the battery cell housings (134, 135) of the fourth battery cell (34) and the fifth battery cell (35) in order to enable heat transfer between the battery cell housings (134, 135) and the cooling plates (62, 63), - are each subjected to a force (101, 102) by the third connecting element (82), and - rest flatly on the third connecting element (82).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) is designed to be resilient towards the adjacent cooling elements (51, 52, 53).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) runs at least partially parallel to the cooling elements (51, 52, 53).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) is designed as a molded part.

Battery arrangement according to one of the preceding claims, wherein the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) comprises a shaped sheet metal.

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) has a cavity (181).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36) and the cooling elements (51, 52, 53) are pressed together in such a way that the cooling elements (51, 52, 53) are subjected to a force (101, 102) against the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the cooling elements (51, 52, 53) extend over the length of at least two of the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36), preferably over the length of at least three of the battery cells (31, 32, 33, 34, 35, 36).

Battery arrangement according to one of the preceding claims, in which the at least one connecting element (81, 82, 83, 84) has an additional spring element (182) which applies a force to the connecting element (81, 82, 83, 84) at least in regions against the adjacent cooling elements (51, 52, 53).