DE102009058955A1 - Volume compensation arrangement for cooling- or heating medium of battery, has flexible housing on which prestressed elastic element acts or has rigid housing which is arranged to another flexible housing - Google Patents

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Abstract

The volume compensation arrangement has a flexible housing on which a prestressed elastic element acts or has a rigid housing which is arranged to another flexible housing, on which another prestressed elastic element acts. The elastic elements are operated in an area, in which the force is independent of the spring stroke.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium eines Akkumulators.The invention relates to a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium of a rechargeable battery.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In der heutigen Zeit werden vermehrt elektrische und elektronische Geräte verwendet, die unabhängig von einem Stromnetz betrieben werden können. Dabei bedingen immer leistungsstärkere Geräte sowie der Wunsch nach möglichst langer Betriebszeit immer leistungsfähigere Akkumulatoren. In aller Regel sollen diese möglichst klein und leicht sein aber dennoch hohen Energieinhalt aufweisen. Um diese sich widersprechenden Forderungen, die insbesondere beim Bau von Elektrokraftfahrzeugen zum Tragen kommen, zu erfüllen, wurden in letzter Zeit große Anstrengungen unternommen. Nichts desto Trotz existiert auf dem Gebiet der Akkumulatortechnik noch Verbesserungspotential.Today, more and more electrical and electronic devices are used, which can be operated independently of a power grid. More and more powerful devices and the desire for the longest possible operating time require more and more powerful accumulators. As a rule, these should be as small and light as possible, yet have high energy content. In order to meet these contradictory demands, which are particularly important in the construction of electric vehicles, great efforts have recently been made. Nevertheless, there is still room for improvement in the field of accumulator technology.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Akkumulator beziehungsweise eine Volumenausgleichsanordnung dafür anzugeben, insbesondere für einen Akkumulator für ein Elektrokraftfahrzeug.The object of the present invention is therefore to specify an improved accumulator or a volume compensation arrangement therefor, in particular for an accumulator for an electric motor vehicle.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Volumenausgleichsanordnung nach dem Patentanspruch 1 gelöst, nämlich durch eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium (beziehungsweise für den Verbund an Kühl-/Heizelementen) eines Akkumulators, umfassend ein flexibles Gehäuse, auf welches vorgespannte Tellerfedern wirken oder durch eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium eines Akkumulators, umfassend ein starres Gehäuse, in dem ein flexibles Gehäuse angeordnet ist, auf welches vorgespannte elastische Elemente, insbesondere Tellerfedern, wirken.The object of the invention is achieved with a volume compensation arrangement according to claim 1, namely by a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium (or for the composite of cooling / heating elements) of an accumulator, comprising a flexible housing, act on which prestressed disc springs or through a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium of a rechargeable battery, comprising a rigid housing in which a flexible housing is arranged, act on which prestressed elastic elements, in particular disc springs.

Wie schon erwähnt, variiert das Volumen der Zellen von Akkumulatoren je nach Ladezustand und Temperatur. Damit geht in der Regel auch eine Volumsänderung der an die Zellen angrenzenden Kühl-/Heizelemente einher. Eine erfindungsgemäße Volumenausgleichsanordnung ermöglicht nun die genannten Volumsänderungen, da als Kühlmedium üblicherweise eine Flüssigkeit dient, welche ja nicht wie beispielsweise Gase komprimierbar ist. Als elastische Elemente kommen natürlich alle Arten von Federn, insbesondere auch Spiralfedern, sowie beispielsweise auch elastische Kunststoffschäume in Betracht.As already mentioned, the volume of the cells of accumulators varies according to state of charge and temperature. This is usually accompanied by a change in volume of the cells adjacent to the cooling / heating elements. A volume compensation arrangement according to the invention now makes possible the volume changes mentioned, since a liquid which is not compressible, such as, for example, gases, is usually used as the cooling medium. As elastic elements, of course, all types of springs, especially coil springs, as well as, for example, elastic plastic foams into consideration.

Vorteilhaft ist es bei einer Volumenausgleichsanordnung, wenn die elastischen Elemente, insbesondere Tellerfedern, in einem Bereich betrieben werden, in dem die Kraft im Wesentlichen unabhängig vom Federweg ist. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen konstanter Druck im Akkumulator unabhängig von der Ausdehnung der Zellen erreicht werden.It is advantageous in a volume compensation arrangement when the elastic elements, in particular disc springs, are operated in a region in which the force is essentially independent of the spring travel. In this way, a substantially constant pressure in the accumulator can be achieved independently of the extent of the cells.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures of the drawing.

Die Erfindung wird auch durch ein Kühl-/Heizelement gelöst, nämlich durch ein Kühl-/Heizelement für einen Akkumulator, umfassend eine Kühlfläche mit einer ersten Begrenzung, welche zum Körperkontakt zu einer ersten Zelle des Akkumulators vorgesehen ist, und einer zweiten Begrenzung, welche zum Körperkontakt zu einer zweiten Zelle des Akkumulators vorgesehen ist, wobei die beiden Begrenzungen elastisch miteinander verbunden sind.The invention is also achieved by a cooling / heating element, namely by a cooling / heating element for an accumulator, comprising a cooling surface with a first boundary, which is provided for body contact to a first cell of the accumulator, and a second boundary, which Body contact is provided to a second cell of the accumulator, wherein the two boundaries are elastically connected to each other.

Die Zellen eines Akkumulators erzeugen beim Betrieb Verlustwärme, die im Regelfall über die große thermische Masse der Zellen selbst aufgefangen wird. Eine aktive Kühlung ist daher meist nur bei sehr hohen Außentemperaturen erforderlich oder bei einer sehr langen Betriebszeit eines Akkumulators beziehungsweise wenn „Leistungszellen” wie z. B. in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, die mehrfach innerhalb einiger Minuten aufgeladen bzw. entladen werden (die thermische Masse reicht dann sehr schnell nicht mehr aus). Hingegen ist eine Heizung schon bei mäßig tiefen Temperaturen vorteilhaft, da die chemische Reaktionsfreude der meisten Zelltypen zum Erliegen kommt.The cells of a rechargeable battery generate waste heat during operation, which is usually absorbed by the large thermal mass of the cells themselves. An active cooling is therefore usually required only at very high outside temperatures or at a very long operating time of a battery or when "power cells" such. B. are used in a hybrid vehicle that are charged or discharged several times within a few minutes (the thermal mass is then no longer very fast). By contrast, heating is advantageous even at moderately low temperatures because the chemical reaction of most cell types comes to a standstill.

Darüber hinaus variiert das Volumen einer Zelle je nach Ladezustand. Erfindungsgemäß kann das Kühl-/Heizelement die Zellen je nach Bedarf heizen oder kühlen sowie Volumsschwankungen der Zellen ausgleichen und Druckkräfte auf die Zellen ausüben. Diese Druckkräfte dienen unter anderem zur Fixierung der Zellen, welche sich in aller Regel in einem Kunststoffsack befinden. Insgesamt bilden die einzelnen Kühl-/Heizelemente im Stapel ein sehr stabiles Akkumulatorgehäuse.In addition, the volume of a cell varies depending on the state of charge. According to the invention, the cooling / heating element can heat or cool the cells as needed, and compensate for volume fluctuations of the cells and exert pressure forces on the cells. Among other things, these pressure forces serve to fix the cells, which are usually located in a plastic bag. Overall, the individual cooling / heating elements in the stack form a very stable accumulator housing.

Darüber hinaus können die Kühl-/Heizelemente neben der Verwendung für die Zellen natürlich auch für die Temperierung anderer Komponenten im Akkumulator verwendet werden, beispielsweise für die Heizung/Kühlung von elektronischen Baugruppen.In addition, the cooling / heating elements can of course be used in addition to the use of the cells for the temperature control of other components in the accumulator, for example for the heating / cooling of electronic assemblies.

Schließlich bilden die Kühl-/Heizelemente gleichsam „Feuerwände” zwischen den einzelnen Zellen. Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es zu einem sogenannten „Thermal Runaway” kommen. Dabei wird die gesamte in einer Zelle gespeicherte chemische und elektrische Energie innerhalb von 5 bis 25 Sekunden umgesetzt. Dadurch entstehen lokal sehr hohe Temperaturen von über 700°C, die wegen der hohen Packungsdichte der Zellen die benachbarten Zellen entzünden können. Die Kühl-/Heizelemente verhindern dabei ein Übergreifen von Hitze und Feuer auf benachbarte, noch nicht vom Thermal Runaway betroffene Zellen.Finally, the cooling / heating elements form as it were "fire walls" between the individual cells. Overheating, overcharging or other improper use can lead to a so-called "thermal runaway". In this case, the entire stored in a cell chemical and electrical energy is implemented within 5 to 25 seconds. This creates locally very high temperatures of over 700 ° C, which can ignite the adjacent cells because of the high packing density of the cells. The cooling / heating elements prevent heat and fire from spreading to neighboring cells that have not yet been affected by the thermal runaway.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn im Inneren des Kühl-/Heizelements im Bereich der Kühlfläche elastische Stege zur Verbindung der ersten und zweiten Begrenzung vorgesehen sind. Auf diese Weise kann sowohl ein guter Zusammenhalt des Kühl-/Heizelements als auch eine Möglichkeit zur Votumsänderung des Kühl-/Heizelements erreicht werden.It is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if elastic webs for connecting the first and second boundaries are provided in the interior of the cooling / heating element in the region of the cooling surface. In this way, both a good cohesion of the cooling / heating element as well as a possibility for Votumsänderung of the cooling / heating element can be achieved.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn die Stege mäanderförmig ausgestaltet sind. Durch die Mäanderform können die Stege leicht verformt werden, sodass der Widerstand gegen eine Volumsänderung nur gering ist. Darüber hinaus bewirkt die Mäanderform, dass bei Kompression des Kühl-/Heizelements ein bestimmter Mindestabstand zwischen den Begrenzungen eingehalten wird, da bei übermäßiger Kompression die Schenkel eines Mäanderbogens aufeinander zu liegen kommen und nicht oder nur unter erheblichem Kraftaufwand weiter zusammen gepresst werden können.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the webs are configured meandering. Due to the meander shape, the webs can be easily deformed, so that the resistance to a change in volume is only slight. In addition, the meandering shape causes a certain minimum distance between the boundaries to be maintained when the cooling / heating element is compressed, since with excessive compression the legs of a meandering arc come to lie on top of each other and can not be compressed further or only under considerable force.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn die Stege schräg von der ersten Begrenzung zur zweiten Begrenzung verlaufen. Auch hier ist der Widerstand gegen eine Votumsänderung nur gering. Desgleichen wird bei übermäßiger Kompression des Kühl-/Heizelements ebenfalls ein Mindestabstand zwischen dessen Begrenzungen eingehalten, der in diesem Fall in etwa der Dicke des Stegs entspricht.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the webs extend obliquely from the first boundary to the second boundary. Again, the resistance to a vote change is low. Similarly, with excessive compression of the cooling / heating element also a minimum distance between its limits is maintained, which in this case corresponds approximately to the thickness of the web.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn Abstandsnoppen im Bereich der Kühlfläche vorgesehen sind, insbesondere ohne die erste Begrenzungsfläche mit der zweiten zu verbinden. Auf diese Weise kann ebenfalls ein Mindestabstand zwischen den Begrenzungen des Kühl-/Heizelements eingehalten werden, insbesondere wenn auf elastische Stege der einfacheren Herstellbarkeit halber verzichtet wird. Die Noppen können dabei einseitig oder zweiseitig angeordnet werden.It is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if spacer knobs are provided in the region of the cooling surface, in particular without connecting the first limiting surface to the second. In this way, a minimum distance between the boundaries of the cooling / heating element can also be maintained, in particular if it is dispensed with elastic webs simpler manufacturability. The nubs can be arranged on one side or two sides.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn ein starrer Rand vorgesehen ist, welcher elastisch mit den Begrenzungen des Kühl-/Heizelements verbunden ist. Der starre Rand ermöglicht eine gute Stapelbarkeit der Kühl-/Heizelemente. Weiterhin kann er Zulauf- und Ablaufkanäle für das Kühlmedium aufnehmen. Schließlich gewährleistet der starre Rand während der Montage des Akkumulators die sichere Positionierung der Zellen. Ist der Akkumulator fertiggestellt, so bilden die Kühl-/Heizelemente im Verbund ein Gehäuse für alle Zellen und fixieren jede Zelle für sich.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a rigid edge is provided, which is elastically connected to the boundaries of the cooling / heating element. The rigid edge allows good stackability of the cooling / heating elements. Furthermore, it can accommodate inlet and outlet channels for the cooling medium. Finally, the rigid edge ensures the safe positioning of the cells during assembly of the accumulator. Once the accumulator has been completed, the cooling / heating elements in a composite form a housing for all cells and fix each cell separately.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn der starre Rand mindestens so hoch ist wie eine Zelle, die Dicke der Begrenzungen und ein Mindestabstand zwischen den Begrenzungen. In diesem Fall gewährleistet der starre Rand auch, dass ein gewisser Mindestabstand zwischen den einzelnen Kühl-/Heizelementen eingehalten wird. Auf diese Weise kann gesichert werden, dass die einzelnen Kühl-/Heizelemente eines Stapels mehr oder minder gleich zusammengedrückt oder aufgeweitet werden. Starke lokale Unterschiede in der Kühl-/Heizleistung können somit vermieden werden.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the rigid edge is at least as high as a cell, the thickness of the boundaries and a minimum distance between the boundaries. In this case, the rigid edge also ensures that a certain minimum distance between the individual cooling / heating elements is maintained. In this way it can be ensured that the individual cooling / heating elements of a stack are compressed or expanded more or less the same. Strong local differences in the cooling / heating power can thus be avoided.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen im Wesentlichen konstanten Zu- oder Ablauf eines Kühl-/Heizmediums unabhängig vom Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung gewährleistet. Ein konstanter Zu- und/oder Ablauf trägt ebenfalls dazu bei, dass die Kühl-/Heizleistung innerhalb des Akkumulators nicht zu stark variiert.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a flow aperture is provided at the edge of the cooling surface, which ensures a substantially constant inflow or outflow of a cooling / heating medium regardless of the distance between the first and second boundary. A constant inflow and / or outflow also contributes to the cooling / heating power within the accumulator not varying too much.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen Zulauf eines Kühl-/Heizmediums bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung drosselt. Bei dieser Variante wird der Zulauf bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung gedrosselt und bei sinkendem Abstand erhöht. Auf diese Weise wird der Druck in der Kühlfläche dahingehend geregelt, dass sinkender Druck einer weiteren Vergrößerung des Abstands zwischen den Begrenzungen entgegenwirkt und umgekehrt.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when a flow aperture is provided at the edge of the cooling surface, which throttles an inlet of a cooling / heating medium with increasing distance between the first and second boundary. In this variant, the inlet is throttled with increasing distance between the first and second boundary and increased with decreasing distance. In this way, the pressure in the cooling surface is controlled so that decreasing pressure counteracts a further increase in the distance between the boundaries and vice versa.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen Ablauf eines Kühl-/Heizmediums bei sinkendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung drosselt. Bei dieser Variante wird der Ablauf bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung erhöht und bei sinkendem Abstand gedrosselt. Auf diese Weise wird der Druck in der Kühlfläche dahingehend geregelt, dass sinkender Druck einer weiteren Vergrößerung des Abstands zwischen den Begrenzungen entgegenwirkt und umgekehrt. Selbstverständlich ist diese Variante auch mit der oben genannten Variante eines geregelten Zulaufs kombinierbar.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a flow diaphragm is provided at the edge of the cooling surface, which throttles a flow of a cooling / heating medium with decreasing distance between the first and second boundary. In this variant, the process is increased with increasing distance between the first and second boundary and throttled with decreasing distance. In this way, the pressure in the cooling surface is controlled so that decreasing pressure counteracts a further increase in the distance between the boundaries and vice versa. Of course, this variant is also with the above variant of a controlled feed can be combined.

Vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes Kühl-/Heizelement, wenn es stapelbar ist. Auf diese Weise kann ein Akkumulator besonders einfach aufgebaut werden.Advantageously, an inventive cooling / heating element, if it is stackable. In this way, an accumulator can be built particularly simple.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn es eine Verzahnung an dessen zum Stapeln vorgesehenen Grenzflächen aufweist. Die Verzahnung hilft, Schubkräfte innerhalb des Stapels, d. h. quer zum Stapel beziehungsweise zu dessen Rand, zu übertragen und diesen somit zu stabilisieren. Wenn die Verzahnung unsymmetrisch aufgebaut ist, kann diese überdies verhindern, dass die Kühl-/Heizelemente verkehrt oder verdreht gestapelt werden.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if it has a toothing at its intended for stacking interfaces. The gearing helps to reduce shear forces within the stack, d. H. transverse to the stack or to its edge, to transfer and thus stabilize it. If the toothing is asymmetrical, this can also prevent the cooling / heating elements are stacked upside down or twisted.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn ein Zulauf oder Ablauf vorgesehen ist, welcher in einem Stapel mit einem Zulauf oder Ablauf eines benachbarten Kühl-/Heizelements zusammenwirkt. Auf diese Weise bilden die Zu- und Abläufe der einzelnen Elemente einen Zu- und Ablauf, welcher über den gesamten Stapel reichen kann, ohne dass dazu eine gesonderte Verrohrung nötig wäre. Der Zusammenbau des Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach, insbesondere wenn eine Dichtung direkt am Kühl-/Heizelement angespritzt ist. Die Dichtung kann aber auch als gesondertes Teil ausgeführt sein. In beiden Fällen sind sowohl Dichtungen aus demselben Material möglich, aus dem auch das Kühl-/Heizelement besteht, als auch Dichtungen aus einem anderen Material.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if an inlet or outlet is provided, which cooperates in a stack with an inlet or outlet of an adjacent cooling / heating element. In this way, the inflows and outflows of the individual elements form an inlet and outlet, which can extend over the entire stack, without the need for a separate piping would be necessary. The assembly of the accumulator is thus particularly simple, especially when a seal is molded directly on the cooling / heating element. The seal can also be designed as a separate part. In both cases, both seals of the same material are possible from which also the cooling / heating element consists, as well as seals made of a different material.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement überdies, wenn dieses zumindest einen mit einem Kühlmedium gekühlten Kanal zur Abfuhr heißer Brenngase aus einer Zelle umfasst. Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es wie bereits erwähnt zu einem „Thermal Runaway” kommen. Um ein Übergreifen auf andere Zellen zu verhindern, wird vorteilhaft der mit einem Kühlmedium gekühlte Kanal zur Abfuhr heißer Brenngase vorgesehen. Um die Wärmeabfuhr zu verbessern, können auch mehrere Kanäle vorgesehen werden.Moreover, it is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if it comprises at least one channel cooled with a cooling medium for removing hot combustion gases from a cell. Overheating, overcharging or other improper use may lead to a "thermal runaway" as already mentioned. In order to prevent it from spreading to other cells, the channel cooled with a cooling medium is advantageously provided for removing hot combustion gases. In order to improve the heat dissipation, several channels can be provided.

Weiterhin wird die Erfindung durch ein Kühlmedium gelöst, nämlich einem Kühlmedium für ein Kühl-/Heizelement, der ein Frostschutzmittel und/oder ein Tensid und/oder ein Korrosionsschutzmittel zugesetzt ist.Furthermore, the invention is achieved by a cooling medium, namely a cooling medium for a cooling / heating element, which is added to an antifreeze and / or a surfactant and / or a corrosion inhibitor.

Insbesondere durch Zusatz von Tensiden bekommt das Kühlmedium eine Schmutz und Luftblasen lösende Wirkung. Dadurch werden Schmutz und Luftblasen in dem Kühlmedium gelöst und aus den Kapillaren der Kühl-/Heizelemente entfernt. Diese Luftblasen und Schmutz lösende Wirkung ermöglicht weiterhin, dass der Zu- und Abfluss bei einem liegend eingebauten Akkumulator auch auf der Unterseite angeordnet werden kann. Die Luftblasen können sich dann nicht in den höher liegenden Bereichen der Kühlelemente sammeln bzw. festsetzen – diese werden bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit ausgewaschen. Die Kühlwirkung bleibt damit über die gesamte Kühlfläche gleichmäßig erhalten.In particular, by adding surfactants, the cooling medium gets a dirt and air bubbles releasing effect. As a result, dirt and air bubbles are dissolved in the cooling medium and removed from the capillaries of the cooling / heating elements. This air bubbles and dirt dissolving effect also allows the inflow and outflow can be arranged in a lying built-in accumulator on the bottom. The air bubbles can then not accumulate or settle in the higher areas of the cooling elements - these are washed out at a sufficient flow rate. The cooling effect thus remains uniform over the entire cooling surface.

Darüber hinaus wird die Erfindung durch eine Zelle für einen Akkumulator gelöst, nämlich einer Zelle für einen Akkumulator, deren Anschlussfahne derart gekröpft ist, dass sie bei Stapeln mit einer anderen Zelle auf deren Anschlussfahne zu liegen kommt.In addition, the invention is achieved by a cell for a rechargeable battery, namely a cell for a rechargeable battery whose terminal lug is cranked so that it comes to rest on their terminal lug when stacked with another cell.

Erfindungsgemäß werden jeweils „linke” und „rechte” Zellen übereinandergestapelt, um eine gewünschte Gesamtkapazität beziehungsweise Spannung zu erhalten. Dabei kommen die Anschlussfahnen übereinander zu liegen, so dass die Verbindung der Zellen ohne weitere Verbindungsdrähte oder Verbindungsstege erfolgen kann. Die Anschlussfahnen können also direkt miteinander verlötet, verschweißt (z. B. durch Ultraschallschweißen beziehungsweise Ultraschallkompaktieren) oder chemisch reaktiv verbunden werden. Die Aneinanderreihung von Zellen, insbesondere bei Serienschaltung, ist somit besonders einfach. Bei Parallelschaltung der Zellen sind gegebenenfalls (in geringer Zahl) zusätzliche Verbindungsbügel vorzusehen. Eine aufwändige Ausführung in Bimetall kann dabei üblicherweise entfallen.According to the invention, "left" and "right" cells are stacked on top of each other to obtain a desired total capacitance or voltage. The terminal lugs come to lie one above the other, so that the connection of the cells can be made without further connecting wires or connecting webs. The terminal lugs can therefore be directly soldered together, welded (eg by ultrasonic welding or ultrasonic compacting) or chemically reactive connected. The juxtaposition of cells, especially when connected in series, is thus particularly simple. If the cells are connected in parallel, additional connecting brackets may have to be provided (in small numbers). A complex design in bimetal can usually be omitted.

Vorteilhaft ist es bei einer Zelle, wenn diese zusätzlich eine Anschlussfahne zum Anschluss eines Temperatur- und/oder Spannungssensors umfasst. Auf diese Weise kann ein Temperatur- und/oder Spannungssensor besonders einfach angeschlossen werden.It is advantageous in a cell if it additionally comprises a connection lug for connecting a temperature and / or voltage sensor. In this way, a temperature and / or voltage sensor can be connected very easily.

Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch einen Akkumulator gelöst, nämlich durch einen Akkumulator, umfassend ein in einem Stapel angeordnetes Grundelement, ein Deckelelement und zumindest ein Kühl-/Heizelement zwischen dem Grundelement und dem Deckelelement sowie zumindest eine erste und eine zweite Zelle, welche an das Kühl/-Heizelement angrenzen im Inneren des Stapels.Finally, the object of the invention is achieved by an accumulator, namely by an accumulator comprising a base element arranged in a stack, a cover element and at least one cooling / heating element between the base element and the cover element and at least a first and a second cell, which the cooling / heating element adjoin the interior of the stack.

Ein typischer Batterieaufbau benötigt zumeist mehrere in Serie geschaltete Zellen, um eine gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten. Häufig werden 100 und mehr Zellen benötigt. Nach dem Stand der Technik können beispielsweise 12 Zellen zu einem Modul zusammengebaut werden und anschließend 8 Module aneinandergereiht werden, um eine gewünschte Spannung zu erhalten. Für die Realisierung verschiedener Kapazitäten und/oder Spannungen eines Akkumulators wird erfindungsgemäß nun vorgeschlagen, einen Stapel von Zellen (z. B. 50 bis 70 Zellen) mit dazwischen liegenden Kühl-/Heizelementen vorzusehen. Die Herstellung eines Akkumulators wird somit besonders flexibel, da man nicht auf Module mit 12 Zellen und deren Vielfache angewiesen ist, sondern auch einzelne Zellen hinzufügen oder weglassen kann. Eine zur Überwachung der Zellen vorgesehene elektronische Schaltung kann natürlich auch kleinere Gruppen aus den 50 bis 70 Zellen überwachen, diese Schaltungen sind aber vorzugsweise in einer elektronischen Baugruppe zusammengefasst.A typical battery assembly usually requires multiple series connected cells to obtain a desired output voltage. Often, 100 and more cells are needed. For example, in the prior art, 12 cells can be assembled into one module and then 8 modules strung together to obtain a desired voltage. For the realization of different capacities and / or voltages of a rechargeable battery is according to the invention now proposed to provide a stack of cells (eg, 50 to 70 cells) with intervening cooling / heating elements. The production of an accumulator is thus particularly flexible, since one does not rely on modules with 12 cells and their multiples, but can also add or omit individual cells. Of course, an electronic circuit provided for monitoring the cells can also monitor smaller groups from the 50 to 70 cells, but these circuits are preferably combined in an electronic module.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Medium im Kühl-/Heizelement unter Druck steht. Die Zellen des Akkumulators weisen nicht notwendigerweise ein starres Außengehäuse auf sondern sind teilweise nur in relativ weichen Kunststoffhüllen eingebettet. Aus diesem Grund benötigen die Zellen für eine korrekte Funktion in der Regel einen äußeren Druck, typischerweise bis zu 2 bar.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the medium is under pressure in the cooling / heating element. The cells of the accumulator do not necessarily have a rigid outer housing but are partially embedded only in relatively soft plastic sheaths. For this reason, the cells usually require an external pressure, typically up to 2 bar, for proper function.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn zwischen einer Begrenzung eines Kühl-/Heizelements und einer Zelle ein brandhemmendes Material angeordnet ist, insbesondere ein feuerfestes Flies, ein feuerfestes Gewebe oder feuerfestes Papier. Bei einem Defekt oder einer missbräuchlichen Verwendung des Akkumulators kann es zu einem „Abbrennen” einzelner Zellen kommen, welche durch die große Hitzeentwicklung auch die Nachbarzellen entzünden und so eine Zerstörung des gesamten Akkumulators verursachen können. Um dieser Kettenreaktion entgegenzuwirken, wird vorteilhaft eine brandhemmende Schicht zwischen einer Zelle und einem Kühl-/Heizelement derart angeordnet, dass das brandhemmende Material einen großen Anteil des Temperaturgefälles bis zur Oberfläche des Kühlelements abbaut. Damit kann eine thermische Schädigung eines Kühl-/Heizelements, welches an eine vom Thermal Runaway betroffene Zelle angrenzt, verhindert werden.It is advantageous in the case of an accumulator according to the invention if a fire-retardant material is arranged between a boundary of a cooling / heating element and a cell, in particular a refractory fleece, a refractory fabric or refractory paper. In the event of a defect or improper use of the accumulator, individual cells may "burn off", which, as a result of the great heat development, may also ignite the neighboring cells and thus cause destruction of the entire accumulator. To counteract this chain reaction, a fire-retarding layer is advantageously arranged between a cell and a cooling / heating element in such a way that the fire-retardant material degrades a large proportion of the temperature gradient up to the surface of the cooling element. This can prevent thermal damage to a cooling / heating element adjacent to a cell affected by the thermal runaway.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn die Oberfläche des Grundelements und/oder Deckelelements nach außen gewölbt ist, insbesondere mit einer mittigen Einbuchtung. Auf diese Weise können Kräfte, die beispielsweise durch ein um den Akkumulator gewickeltes Spannband aufgebracht werden, besonders gut in den Akkumulator eingeleitet werden. Die Einbuchtung kann vorteilhaft dazu dienen, ein Spannschloss aufzunehmen.It is advantageous in the case of an accumulator according to the invention if the surface of the base element and / or cover element is curved outwardly, in particular with a central indentation. In this way, forces that are applied, for example, by a wound around the accumulator strap, are particularly well introduced into the accumulator. The indentation can advantageously serve to accommodate a turnbuckle.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn im Stapel ein Steuerelement mit einem elektronischen Steuermodul angeordnet ist, welches zur Steuerung von Schalt- und/oder Messvorgängen im Akkumulator vorgesehen ist. Moderne Akkumulatoren umfassen häufig elektronische Schaltungen, die der Überwachung und Steuerung desselben dienen. Erfindungsgemäß werden diese Steuermodule in einem oder mehreren Steuerelementen integriert, welche beispielsweise innerhalb eines Stapels von Kühl-/Heizelementen angeordnet werden können. Der Aufbau eines Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if in the stack a control with an electronic control module is arranged, which is provided for controlling switching and / or measuring operations in the accumulator. Modern accumulators often include electronic circuits that serve to monitor and control the same. According to the invention, these control modules are integrated in one or more control elements, which can be arranged, for example, within a stack of cooling / heating elements. The construction of a rechargeable battery is therefore particularly simple.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Steuerelement an ein Kühl-/Heizelement angrenzt. Auf diese Weise kann das Steuerelement beziehungsweise das darin enthaltene Steuermodul gekühlt werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Steuermodul Elemente der Leistungselektronik beinhaltet, die mitunter sehr hohe Leistungen schalten. Dieses Steuermodul kann zum Beispiel ein Ladegerät für den Akkumulator umfassen.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the control is adjacent to a cooling / heating element. In this way, the control or the control module contained therein can be cooled, which is particularly advantageous if the control module includes elements of the power electronics, which sometimes switch very high powers. This control module may include, for example, a recharger for the rechargeable battery.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator auch, wenn als Steuerelement eine Akkumulator-Trenn-Einheit beziehungsweise Battery Disconnect Unit und/oder eine Akkumulator-Verwaltungs-Einheit beziehungsweise Battery Management Unit vorgesehen ist. Auf diese Weise können die beiden bei einem Akkumulator häufig eingesetzten Einheiten leicht in den Akkumulator integriert beziehungsweise auch gekühlt werden.It is also advantageous in the case of an accumulator according to the invention if a battery disconnect unit or battery disconnect unit and / or an accumulator management unit or battery management unit is provided as the control element. In this way, the two units frequently used in a rechargeable battery can easily be integrated into the rechargeable battery or also be cooled.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn die elektrischen Anschlüsse der Einzelelemente des Akkumulators im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Auf diese Weise ist die Verdrahtung des Akkumulators beziehungsweise die Überprüfung derselben – beispielsweise wenn der Akkumulator defekt ist – besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the electrical connections of the individual elements of the accumulator lie substantially in one plane. In this way, the wiring of the accumulator or the review of the same - for example, when the accumulator is defective - particularly simple.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn alle Temperatur- und/oder Spannungssensoren zur Überwachung der Zellen und/oder Schaltungsteile für das Balancing der Zellen auf einer Platine angeordnet sind. Der Aufbau der Schaltung zur Überprüfung der Zellen des Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when all temperature and / or voltage sensors for monitoring the cells and / or circuit parts for balancing the cells are arranged on a circuit board. The structure of the circuit for checking the cells of the accumulator is thus particularly simple.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Temperatur- und/oder Spannungssensoren zur Überwachung der Zellen und/oder Schaltungsteile für das Balancing der Zellen auf verschiedenen Platinen angeordnet sind und zwischen den Platinen eine potentialfreie Kommunikationsverbindung vorgesehen ist. Hier werden einzelne Platinen für die Überwachung einer Zelle oder einer Gruppe von Zellen eingesetzt, was dem modularen Aufbau des Akkumulators entgegenkommt. Zwischen den Platinen besteht eine Spannungspotential-überbrückende Kommunikationsverbindung, sodass die mitunter hohen Potentialunterschiede innerhalb eines Zellenstapels nicht zur Beeinträchtigung oder gar Zerstörung der Bauteile auf den einzelnen Platinen führen kann. Die Kommunikation kann seriell von Platine zu Platine aber auch von jeder Platine zu jeder anderen beliebigen Platine erfolgen. Denkbar ist auch eine sternförmige Kommunikation zu einem zentralen Steuergerät. Selbstverständlich sind auch Mischformen denkbar.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if temperature and / or voltage sensors for monitoring the cells and / or circuit parts for balancing the cells are arranged on different boards and between the boards a potential-free communication connection is provided. Here, individual boards are used to monitor a cell or group of cells, which accommodates the modular design of the battery. There is a voltage-potential-bridging communication link between the boards, so that the sometimes high potential differences within a cell stack are not detrimental or even destruction of the components on the individual boards can lead. Communication can be serial from board to board but also from any board to any other board. Also conceivable is a star-shaped communication to a central control unit. Of course, hybrids are also conceivable.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator weiterhin, wenn als potentialfreie Kommunikationsverbindung eine optische Datenverbindung oder eine Funkverbindung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein Spannungspotential zwischen den einzelnen Platinen besonders gut überbrückt werden. Diese Technik kann auch unabhängig von weiteren in der Anmeldung genannten Merkmalen, somit für jede Art von Akkumulator, genutzt werden.It is also advantageous in the case of an accumulator according to the invention if an optical data connection or a radio connection is provided as the potential-free communication connection. In this way, a voltage potential between the individual boards can be bridged particularly well. This technique can also be used independently of other features mentioned in the application, thus for each type of accumulator.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator auch, wenn die elektrischen Anschlüsse der Einzelelemente des Akkumulators mit einer Zellüberwachungs-Einheit beziehungsweise einem Cell Supervisory Cuircuit verbunden sind. Auf diese Weise kann diese bei einem Akkumulator häufig eingesetzte Einheit leicht in den Akkumulator integriert werden.It is also advantageous in an accumulator according to the invention if the electrical connections of the individual elements of the accumulator are connected to a cell monitoring unit or a Cell Supervisory Cuircuit. In this way, this often used in a battery unit can be easily integrated into the accumulator.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn um den Stapel ein Spannband angeordnet ist. Da der Stapel ohne weitere Maßnahmen relativ instabil ist und in der Regel innerhalb des Akkumulators kein Druck aufgebaut werden kann, wird erfindungsgemäß ein Spannband um den Akkumulator gelegt, welches diesen zusammenhält und überdies die inneren Druckkräfte aufnimmt. Selbstverständlich können auch mehrere Spannbänder um den Akkumulator gelegt werden. Spannbänder, um Zellen eines Akkumulators zusammenzuhalten, sind an sich bekannt. Beispielsweise offenbart die JP 2003323874A dazu eine Anordnung bei der mehrere Zellen durch ein gespanntes Band zusammengehalten werden. Im Unterschied zur vorliegenden Erfindung variiert bei der JP 2003323874A jedoch die Länge des Stapels und damit die Länge des Bandes. Bei der vorliegenden Erfindung bleibt die Länge des außenliegenden Bandes dagegen gleich. Es können daher Bänder aus Materialien mit vergleichsweise hohem Elastizitätsmodul verwendet werden. Vorzugsweise werden diese Bänder hinsichtlich ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten an die thermischen Ausdehnungseigenschaften des Stapels angepasst.It is advantageous in the case of an accumulator according to the invention if a strap is arranged around the stack. Since the stack is relatively unstable without further measures and usually no pressure can be built up within the accumulator, a tension band is placed around the accumulator according to the invention, which holds them together and, moreover, absorbs the internal pressure forces. Of course, several clamping bands can be placed around the accumulator. Tension straps to hold cells of a battery together are known per se. For example, the JP 2003323874A to an arrangement in which several cells are held together by a strained band. In contrast to the present invention, JP 2003323874A, however, varies the length of the stack and thus the length of the strip. In the present invention, however, the length of the outer band remains the same. Therefore, bands of materials with comparatively high modulus of elasticity can be used. Preferably, these bands are adjusted in terms of their thermal expansion coefficient of the thermal expansion properties of the stack.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Spannband aus einem der Materialien: Gummi, Metall, Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff besteht. Beispielsweise bietet Gummi den Vorteil, dass das Band ohne weitere Maßnahmen um den Akkumulator gelegt werden kann und dort eine Kraft aufbaut. Metalle sind dagegen nicht so elastisch und werden vorteilhaft mit einer Vorrichtung gespannt und fixiert. Dafür können sie wesentlich höhere Kräfte aushalten als Gummi. Kunststoffe bieten einen guten Mittelweg an.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the clamping band consists of one of the materials: rubber, metal, plastic, fiber-reinforced plastic. For example, rubber offers the advantage that the band can be placed around the accumulator without further measures and builds up a force there. In contrast, metals are not so elastic and are advantageously tensioned and fixed with a device. But they can withstand much higher forces than rubber. Plastics offer a good middle ground.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Spannband ein Spannschloss aufweist. Auf diese Weise können die Bänder gut gespannt werden, insbesondere jene aus Materialien mit relativ hohem Elastizitätsmodul.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the clamping band has a turnbuckle. In this way, the bands can be well tensioned, especially those made of relatively high modulus materials.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Haltelaschen vorgesehen sind, welche zwischen einem Spannband und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt sind. Um den Akkumulator in einem Fahrzeug oder einem mit Energie zu versorgenden Gerät fixieren zu können, werden bei dieser Variante vorteilhaft Haltelaschen zwischen Spannband und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt. Auf diese Weise können die Laschen besonders leicht an verschiedene Positionen angeordnet werden beziehungsweise können verschiedene Haltelaschen für ansonsten baugleiche Akkumulatoren verwendet werden. Der Akkumulator kann somit besonders gut an verschiedene Einbausituationen angepasst werden.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if retaining tabs are provided, which are clamped between a clamping band and a base element or cover element. In order to be able to fix the accumulator in a vehicle or a device to be supplied with energy, holding tabs between clamping band and a basic element or cover element are advantageously clamped in this variant. In this way, the tabs can be particularly easily arranged at different positions or different retaining tabs for otherwise identical accumulators can be used. The accumulator can thus be adapted particularly well to different installation situations.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn über den Stapel vertikal reichende Zugelemente, insbesondere Gewindestangen, vorgesehen sind, welche für den Zusammenhalt des Stapels bestimmt sind. Gewindestangen, welche vertikal (das heißt quer zur Trennebene der einzelnen Module) angeordnet sind, sind ebenfalls sehr gut geeignet, um den Stapel zu stabilisieren beziehungsweise um innere Drücke des Akkumulators aufzunehmen. Durch einfaches Ablängen können sie noch dazu sehr einfach an verschieden hohe Stapel angepasst werden. Am unteren und am oberen Ende wird der Stapel dann mit einer Mutter zusammengespannt.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when over the stack vertically extending tension elements, in particular threaded rods, are provided, which are intended for the cohesion of the stack. Threaded rods which are arranged vertically (that is to say transversely to the parting plane of the individual modules) are likewise very well suited for stabilizing the stack or for absorbing internal pressures of the accumulator. By simply cutting to length, they can also be easily adapted to different levels of stacking. At the bottom and at the top of the stack is then clamped together with a nut.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn eine horizontal über den Stapel reichende Brücke vorgesehen ist, insbesondere aus Flachmaterial, einem U-Profil oder einem Rohrprofil, welches an den Enden Elemente zur Aufnahme der Zugelemente aufweist, insbesondere Löcher zur Aufnahme einer Gewindestange. Wenn der Akkumulator keine Löcher zur Aufnahme einer Gewindestange aufweist beziehungsweise auch zur besseren Kraftverteilung kann eine Brücke horizontal (das heißt in Richtung der Trennebene der einzelnen Module) über den Stapel vorgesehen werden. Eine obere und eine untere Brücke werden dann wiederum mit Hilfe von Gewindestangen und Mutter gegeneinander gespannt und halten so den Stapel sicher zusammen. It is advantageous in an accumulator according to the invention, when a horizontally extending over the stack bridge is provided, in particular of flat material, a U-profile or a tubular profile, which has at the ends elements for receiving the tension elements, in particular holes for receiving a threaded rod. If the accumulator has no holes for receiving a threaded rod or for better force distribution, a bridge can be provided horizontally (that is, in the direction of the separation plane of the individual modules) over the stack. An upper and a lower bridge are then in turn stretched by means of threaded rods and nut against each other and thus keep the stack together safely.

Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Haltelaschen vorgesehen sind, welche zwischen einer Brücke und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt sind. Auch bei dieser Variante sind Haltelaschen einsetzbar. Auf diese Weise können die Laschen wiederum leicht an verschiedene Positionen angeordnet werden beziehungsweise können verschiedene Haltelaschen für ansonsten baugleiche Akkumulatoren verwendet werden. Der Akkumulator kann somit besonders gut an verschiedene Einbausituationen angepasst werden.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if retaining tabs are provided, which are clamped between a bridge and a base element or cover element. Also in this variant retaining tabs can be used. In this way, the tabs in turn can be easily arranged at different positions or different retaining tabs for otherwise identical accumulators can be used. The accumulator can thus be adapted particularly well to different installation situations.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.The above embodiments and developments of the invention can be combined in any manner.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows:

1 einen Ausschnitt aus einem Stapel von Einzelzellen mit dazwischen liegender Kühl-/Heizplatte; 1 a section of a stack of single cells with intermediate cooling / heating plate;

2 einen weiteren Ausschnitt aus einem Stapel von Einzelzellen, die an ihrem Rand jeweils einen Falz aufweisen; 2 a further section of a stack of individual cells, each having a fold at its edge;

3 ein Kühl-/Heizelement von oben; 3 a cooling / heating element from above;

4 eine Draufsicht auf ein Kühl-/Heizelement mit eingelegter oder angespritzter Dichtung; 4 a plan view of a cooling / heating element with inserted or molded seal;

5 einen Schnitt durch einen Stapel mehrerer Einzelzellen mit dazwischen angeordneten Kühl-/Heizelementen; 5 a section through a stack of a plurality of single cells with cooling / heating elements arranged therebetween;

6 ein Kühl-/Heizelement mit einer Strömungsblende im Zulauf einer Kühlfläche; 6 a cooling / heating element with a flow aperture in the inlet of a cooling surface;

7 eine Variante eines Kühl-/Heizelements mit einer Zulaufblende und einer Ablaufblende; 7 a variant of a cooling / heating element with an inlet panel and a drain panel;

8 einen Stapel von zwei identischen Kühl-/Heizelementen; 8th a stack of two identical cooling / heating elements;

9 ein Kühl-/Heizelement aus Blech; 9 a cooling / heating element made of sheet metal;

10 Federkennlinien verschiedener Tellerfedern; 10 Spring characteristics of various disc springs;

11 eine Volumenausgleichsanordnung mit einem flexiblen Behälter; 11 a volume balancing assembly with a flexible container;

12 eine Volumenausgleichsanordnung mit einem starren Behälter; 12 a volume compensation arrangement with a rigid container;

13a ein Grundelement von unten; 13a a primitive from below;

13b ein Grundelement von oben; 13b a primitive from above;

14 eine erste Ausführungsform einer Zelle; 14 a first embodiment of a cell;

15 eine zweite Ausführungsform einer Zelle; 15 a second embodiment of a cell;

16 eine Akkumulator-Trenn-Einheit; 16 an accumulator-disconnecting unit;

17 einen halbfertigen Paketakkumulator in Schrägansicht; 17 a half-finished Paketakkumulator in an oblique view;

18 einen halbfertigen Paketakkumulator in Frontansicht; 18 a half-finished Paketakkumulator in front view;

19 eine Akkumulator-Verwaltungs-Einheit; 19 an accumulator management unit;

20 ein Sicherungsmodul mit zusätzlichen Stromsensoren und Hochvolt-Steckern; 20 a fuse module with additional current sensors and high-voltage plugs;

21 einen fertigen Paketakkumulator in Schrägansicht; 21 a finished Paketakkumulator in an oblique view;

22 den oberen Bereich eines Paketakkumulators mit Befestigungslaschen; 22 the upper portion of a Paketakkumulators with mounting tabs;

23 eine erste Variante eines Kanals zur Abfuhr heißer Brenngase; 23 a first variant of a channel for the removal of hot fuel gases;

24 eine zweite Variante eines Kanals zur Abfuhr heißer Brenngase. 24 a second variant of a channel for the removal of hot fuel gases.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Kühlung:Cooling:

Für eine optimale Funktion des Akkumulators werden die Zellen desselben gekühlt oder beheizt, um eine optimale Betriebstemperatur einzuhalten. Wenn die Zellen eines Akkumulators flächig ausgebildet sind, kann deren Temperierung über die vergleichsweise großen ebenen Flächen des Akkumulators erfolgen. Das kann beispielsweise durch Aluminium Platten erreicht werden, welche die Wärme zum Rand der Zelle führen. Eine weitere Möglichkeit sind Platten oder Beutel, die von einem Kühlmedium durchflossen werden. 1 zeigt dazu einen Ausschnitt aus einem Stapel 10 von Einzelzellen 11, zwischen denen jeweils eine Kühl-/Heizplatte 12 angeordnet ist. Die Kühl-/Heizplatte 12 weist Begrenzungen 13 auf, die über flexible Stege 14 miteinander verbunden sind. In einer konkreten Ausführung eines solchen Stapels 10 wurde zur Kühlung ein Kühlwasserstrom von ca. 3 g/s vorgesehen, der durch einen ca. 0,2 mm breiten Spalt innerhalb der Kühl-/Heizplatte 12 fließt. Dabei entsteht ein Druckabfall von ca. 7 kPa. Dieselbe Strömung kann auch zum Heizen der Zellen Verwendung finden.For optimum battery operation, the cells thereof are cooled or heated to maintain an optimum operating temperature. If the cells of an accumulator are flat, their temperature can be controlled by the comparatively large flat areas of the accumulator. This can be achieved, for example, by aluminum plates, which conduct the heat to the edge of the cell. Another possibility is plates or bags, which are traversed by a cooling medium. 1 shows a part of a stack 10 of single cells 11 , between each of which a cooling / heating plate 12 is arranged. The cooling / heating plate 12 has limitations 13 on, over flexible webs 14 connected to each other. In a concrete embodiment of such a stack 10 For cooling, a cooling water flow of approx. 3 g / s was provided, passing through a gap of approx. 0.2 mm inside the cooling / heating plate 12 flows. This results in a pressure drop of about 7 kPa. The same flow can also be used to heat the cells.

Damit die Kühl-/Heizplatte 12 in wärmeleitfähiger Verbindung zu den Zellen 11 steht, kann der gesamte Kühlwasserkreislauf unter Druck gesetzt werden (z. B. auf ca. 2 bar aufgepumpt werden). Damit die Presskräfte auf die Zelle wirken können, sollten die Begrenzungen 13 der Kühl-/Heizplatte 12 eine Bewegungsfreiheit aufweisen. Die Begrenzungen 13 sollten daher nur am Rand miteinander verbunden sein oder flexible Stege aufweisen. Da die Presskräfte direkt auf die Zelle übertragen werden benötigt man für die Begrenzungen 13 oder Wände nur sehr dünne Materialstärken wie z. B. 1 mm Kunststoff oder 0,2 mm Blech.So that the cooling / heating plate 12 in thermally conductive connection to the cells 11 the entire cooling water circuit can be pressurized (eg inflated to approx. 2 bar). So that the pressing forces can act on the cell, the limits should be 13 the cooling / heating plate 12 have a freedom of movement. The limits 13 should therefore be connected only at the edge or have flexible webs. Since the pressing forces are transmitted directly to the cell, one needs for the limits 13 or walls only very thin material thicknesses such. B. 1 mm plastic or 0.2 mm sheet metal.

2 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus einem Stapel 20 von Einzelzellen 21, die an ihrem Rand jeweils einen Falz 22 aufweisen. Vorteilhaft wird der Raum 23 zwischen den Zellen 21 für die Zufuhr und/oder Abfuhr eines Kühlmediums genutzt (siehe hierzu auch 3 und 5). 2 shows another section of a stack 20 of single cells 21 , which at their edge in each case a fold 22 exhibit. Advantageous is the room 23 between the cells 21 used for the supply and / or removal of a cooling medium (see also 3 and 5 ).

3 zeigt ein Kühl-/Heizelement 30 von oben. Das Kühl-/Heizelement 30 umfasst einen Zulauf 31, eine Kühlfläche 32 sowie einen Ablauf 33. Über die vier Seitenkanten der Kühlfläche 34, 35, 36 und 37 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie das Kühlmedium vom Zulauf 31 über die Kühlfläche 32 zum Ablauf 33 gelangen kann. Stellvertretend sind in der 3 zwei Varianten dargestellt. Bei einer ersten Variante wird ein Kühl-/Heizelement 30a von links nach rechts also von der Seitenkante 34 zur Seitenkante 36 durchflossen. Bei einer zweiten Variante wird ein Kühl-/Heizelement 30b von unten nach oben, also von der Seitenkante 35 zur Seitenkante 37 durchflossen. Selbstverständlich sind noch viele andere Varianten denkbar, insbesondere auch eine mäanderförmige Anordnung der Kühlkanäle. Die Kühl-/Heizelemente 30, 30a, 30b können übereinander gestapelt werden, wobei sich durch die übereinander zu liegen kommenden Zuflüsse 31 und Abflüsse 33 je eine durchgehende Zu- und Ableitung ergibt. Um die Dichtheit zu gewährleisten, können auch Dichtungen vorgesehen werden, die beispielsweise aus dem Material des Kühl-/Heizelements 30, 30a, 30b, einer angespritzten Dichtung oder einer eingelegten Dichtung besteht. Schließlich können die Kühl-/Heizelemente 30, 30a, 30b (gruppenweise) miteinander verklebt werden. Als konkretes Ausführungsbeispiel zeigt 4 eine Draufsicht auf ein Kühl-/Heizelement 40 mit eingelegter oder angespritzter Dichtung 41. 3 shows a cooling / heating element 30 from above. The cooling / heating element 30 includes an inlet 31 , a cooling surface 32 as well as a process 33 , Over the four side edges of the cooling surface 34 . 35 . 36 and 37 Various possibilities are conceivable, such as the cooling medium from the inlet 31 over the cooling surface 32 the end 33 can get. Representing are in the 3 two variants shown. In a first variant, a cooling / heating element 30a from left to right so from the side edge 34 to the side edge 36 traversed. In a second variant, a cooling / heating element 30b from bottom to top, so from the side edge 35 to the side edge 37 traversed. Of course, many other variants are conceivable, in particular a meandering arrangement of the cooling channels. The cooling / heating elements 30 . 30a . 30b can be stacked on top of each other, passing through the superimposed inflows 31 and drains 33 each results in a continuous supply and discharge. To ensure the tightness, seals can be provided, for example, from the material of the cooling / heating element 30 . 30a . 30b , a molded seal or an inlaid seal. Finally, the cooling / heating elements 30 . 30a . 30b (in groups) are glued together. As a concrete embodiment shows 4 a plan view of a cooling / heating element 40 with inserted or molded gasket 41 ,

5 zeigt einen Schnitt AA durch einen Stapel 50 mehrerer Einzelzellen 51 mit dazwischen angeordneten Kühl-/Heizelementen 53. Die Einzelzellen 51 sind wie in 1 mit einem Falz 52 versehen. Die Kühl-/Heizelemente 53 weisen einen Zulauf 54 und einen Ablauf 55 auf. In einer Variante der Erfindung ist der Rand 56 des Kühl-/Heizelement 53 so hoch ausgeführt, dass zwischen den Zellen 51 ein bestimmter Mindestabstand sichergestellt werden kann und die Kühlflächen 58 der Kühl-/Heizelemente 53 nicht übermäßig zusammengedrückt werden können. 5 shows a section AA through a stack 50 several single cells 51 with interposed cooling / heating elements 53 , The single cells 51 are like in 1 with a fold 52 Mistake. The cooling / heating elements 53 have an inlet 54 and a process 55 on. In a variant of the invention is the edge 56 of the cooling / heating element 53 so high that between the cells 51 a certain minimum distance can be ensured and the cooling surfaces 58 the cooling / heating elements 53 can not be over-compressed.

Die Zellen 51 können nämlich nicht mehr weiter aufeinander zubewegt werden, sobald sie mit ihrem Falz 52 auf dem Rand 56 beziehungsweise dem Zulauf 54 oder Ablauf 55 anliegen.The cells 51 Namely, they can no longer be moved towards each other as soon as they fold 52 on the edge 56 or the inlet 54 or expiration 55 issue.

Aus der 5 wird auch deutlich, wie der zwischen den Zellen 51 verbleibende Raum 57 durch die Zuläufe 54 und Abläufe 55 genützt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Abstandshalter in einer Kühlfläche 58 selbst integriert sein. Die Abstandshalter können dabei in die Begrenzungen nur auf einer Seite oder auf beiden Innenseiten des Kühl-/Heizelements 53 integriert sein oder aber auch beispielsweise durch ein gesondertes Bauteil (nicht dargestellt) realisiert sein, z. B. ein eingelegtes Gitter oder Geflecht oder flexible Stege. Auch die zu 1 erwähnten flexiblen Stege 14 können so gestaltet sein, dass eine bestimmte Restspaltbreite auch bei relativ hohen auf das Kühl-/Heizelement 53 wirkenden Kräften gewährleistet wird und die Stege 14 somit auch die Abstandshalter-Funktion erfüllen. Bei den Stegen 14 aus 1 ist dies gewährleistet, da die Laschen der Stege 14 bei übermäßiger Krafteinwirkung aufeinander zu liegen kommen und de facto nicht mehr weiter zusammengedrückt werden können. Die beiden Begrenzungen einer Kühlfläche können schließlich auch so ausgebildet sein, dass eine starr ausgeführt ist und die andere flexibel aufgehängt ist. Damit wird eine bessere, stabile Positionierung der Zellen 51 im Stapel erreicht.From the 5 also becomes clear how the between the cells 51 remaining space 57 through the inlets 54 and processes 55 can be used. Alternatively or additionally, spacers in a cooling surface 58 be integrated yourself. The spacers can in the limits only on one side or on both inner sides of the cooling / heating element 53 be integrated or even be realized for example by a separate component (not shown), for. As an inserted grid or mesh or flexible webs. The too 1 mentioned flexible webs 14 can be designed so that a certain residual gap width even at relatively high on the cooling / heating element 53 acting forces is ensured and the webs 14 thus also fulfill the spacer function. At the footbridges 14 out 1 This is guaranteed because the tabs of the webs 14 excessive force, and de facto can not be further compressed. Finally, the two boundaries of a cooling surface can also be designed such that one is rigid and the other is flexibly suspended. This will give a better, stable positioning of the cells 51 reached in the stack.

Feuerfeste Isolation:Fireproof insulation:

Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es zu einem sogenannten „Thermal Runaway” kommen. Dabei wird die gesamte in einer Zelle 51 gespeicherte chemische und elektrische Energie innerhalb von 5 bis 25 Sekunden umgesetzt. Dadurch entstehen lokal sehr hohe Temperaturen von über 700°C, die wegen der gewünschten hohen Packungsdichte der Zellen 51 die beiden benachbarten Zellen 51 im selben Modul (häufig sind diese Module aus ca. 12 Zellen aufgebaut) entzündet. Sind mehrere Module derart nebeneinander angeordnet, dass der Feuerball der ersten durchgegangenen Zelle 51 eine oder mehrere Zellen 51 der Nachbarmodule entzündet, entsteht eine Kettenreaktion.Overheating, overcharging or other improper use may result in a so-called "thermal runaway". The whole is in a cell 51 stored chemical and electrical energy implemented within 5 to 25 seconds. This creates locally very high temperatures of over 700 ° C, due to the desired high packing density of the cells 51 the two neighboring cells 51 in the same module (these modules are often made of approx. 12 cells) ignited. Are several modules arranged side by side in such a way that the fireball of the first passed cell 51 one or more cells 51 ignites the neighboring modules, creates a chain reaction.

Im Fall eines Thermal Runaways sollte die Ausbreitung des Brandherdes auf benachbarte Zellen 51 im Zellenstapel 50 oder auch auf benachbarte Zellstapel nach Möglichkeit unterbunden werden. Dazu werden die Kühl-/Heizelemente 53 vorteilhaft aus Metallblech hergestellt. Die vorhandene Wasserkühlung kann, wenn eine an die Kühl-/Heizelemente 53 angeschlossene Umlaufpumpe läuft, die anfallende Wärmeenergie abführen. Um die Wärmebelastung auf die Kühl-/Heizelemente 53 dennoch möglichst gering zu halten, kann zwischen den Zellen 51 und den Kühl-/Heizelementen 53 ein feuerfestes Flies (hitzebeständiges, flammhemmendes oder feuerfestes Gewebe beziehungsweise Papier – nicht dargestellt) eingelegt sein. Dieses fungiert als zusätzliche thermische Isolation gegen sehr hohe Temperaturen und reduziert damit die Wärmeübertragung von der brennenden Zelle 51 zum Kühl-/Heizelement 53 auf ein erträgliches Maß. So kann der Brand auf diese eine Zelle 51 beschränkt werden. Im Normalbetrieb ergibt sich wegen der im Vergleich zum Thermal Runaway nur sehr geringen thermischen Leistung (nur ca. 1% vom Thermal Runaway) keine oder keine wesentliche Einschränkung der Wärmeübertragung von der Zelle 51 zum Kühl-/Heizelement 53.In the case of a thermal runaways, the spread of the fire should spread to neighboring cells 51 in the cell stack 50 or else on neighboring cell stacks if possible prevented become. These are the cooling / heating elements 53 advantageously made of sheet metal. The existing water cooling can, if one to the cooling / heating elements 53 Connected circulation pump runs, dissipate the accumulating heat energy. To the heat load on the cooling / heating elements 53 Nevertheless, to keep as low as possible, can be between the cells 51 and the cooling / heating elements 53 a refractory tile (heat-resistant, flame-retardant or refractory tissue or paper - not shown) to be inserted. This acts as an additional thermal insulation against very high temperatures and thus reduces the heat transfer from the burning cell 51 to the cooling / heating element 53 to a bearable level. So the fire on this one cell 51 be limited. In normal operation, due to the very low thermal performance (only about 1% of the thermal runaway) compared to the thermal runaway, there is no or no significant restriction in heat transfer from the cell 51 to the cooling / heating element 53 ,

Die hitzebeständige, flammhemmende oder feuerfeste Schicht kann dabei umso dünner dimensioniert werden, je geringer deren thermische Leitfähigkeit ist. Unter normalen Bedingungen ist die von der Zelle 51 in das Kühlsystem übertragene Wärmeleistung kleiner 0,2 kW/m2 und verursacht an der besagten Schicht einen Temperaturabfall von ca. 2°C. Im Fall eines thermal Runaways kann eine Wärmeleistung bis 20 kW/m2 auftreten die an dieser Schicht einen erwünschten hohen Temperaturabfall von ca. 200°C verursacht. Das Kühlwasser neben der brennenden Zelle 51 wird dabei auf 100°C erhitzt – durch den Kühlkreislauf wird diese Energie dann gleichmäßig auf die gesamte Masse der Batterie verteilt ohne dass dabei kritische Temperaturwerte erreicht werden.The heat-resistant, flame-retardant or refractory layer can be dimensioned the thinner, the lower their thermal conductivity. Under normal conditions, that is from the cell 51 heat output less than 0.2 kW / m2 transferred to the cooling system causes a temperature drop of approx. 2 ° C at the said layer. In the case of a thermal runaways, a heat output of up to 20 kW / m2 may occur, causing a desired high temperature drop of around 200 ° C at this layer. The cooling water next to the burning cell 51 is heated to 100 ° C - through the cooling circuit, this energy is then evenly distributed over the entire mass of the battery without thereby reaching critical temperature values.

Die Abfuhr der heißen Brenngase kann über mit einem Kühlmedium gekühlte Kanäle erfolgen die seitlich in den Kühl-/Heizelementen 53 integriert sind (nicht dargestellt – siehe auch die 23 und 24).The removal of the hot fuel gases can be done via cooled with a cooling medium channels laterally in the cooling / heating elements 53 are integrated (not shown - see also the 23 and 24 ).

Strömung in der Kühlfläche:Flow in the cooling surface:

Wenn sich der Spalt in der Kühlfläche vergrößert, so fliest mehr Kühlmedium durch diesen Spalt oder diese Kapillare als durch eng gebliebene Kapillaren. Dies führt zu einer an sich unerwünschten ungleichmäßigen Wärmeab- oder -zufuhr. Diesem Effekt kann man entgegensteuern indem man eine Strömungsblende mit gleichbleibendem, von der Bewegung der Begrenzungen der Kühl-/Heizfläche unabhängigem, Querschnitt vorsieht. Diese wird vorzugsweise auf der Zulaufseite integriert. 6 zeigt dazu ein Kühl-/Heizelement 60 mit einem Zulauf 61, einer Kühlfläche 62 und einem Ablauf 63. Weiterhin umfasst das Kühl-/Heizelement 60 eine Strömungsblende 64, welche eine Öffnung mit einem Querschnitt aufweist, der unabhängig von der Spaltdicke in der Kühlfläche 62 im Wesentlichen konstant bleibt. 6 zeigt hierzu ein Kühl-/Heizelement 60a mit reduziertem Querschnitt und ein Kühl-/Heizelement 60b mit erweitertem Querschnitt. Deutlich zu sehen ist, dass die Öffnung der Strömungsblende 64 und damit der Durchfluss des Kühlmediums durch die Kühlfläche 62 im Wesentlichen gleich bleibt.As the gap in the cooling surface increases, more cooling medium flows through this gap or capillary than through tight capillaries. This leads to an undesirable uneven heat dissipation or supply. This effect can be counteracted by providing a flow restrictor with a constant, independent of the movement of the boundaries of the cooling / heating surface, cross-section. This is preferably integrated on the inlet side. 6 shows a cooling / heating element 60 with a feed 61 , a cooling surface 62 and a process 63 , Furthermore, the cooling / heating element comprises 60 a flow aperture 64 which has an opening with a cross-section which is independent of the gap thickness in the cooling surface 62 remains essentially constant. 6 shows a cooling / heating element 60a with reduced cross-section and a cooling / heating element 60b with extended cross-section. Clearly seen is that the opening of the flow aperture 64 and thus the flow of the cooling medium through the cooling surface 62 remains essentially the same.

7 zeigt eine weitere Variante eines Kühl-/Heizelements 70 mit einem Zulauf 71 einer Kühlfläche 72, einem Ablauf 73, einer Zulaufblende 74 und einer Ablaufblende 75. Wenn sich die Spaltdicke der Kühlfläche 72 verringert, dann wird die Zulaufblende 74 weiter geöffnet und die Ablaufblende 75 weiter geschlossen (siehe dazu Kühl-/Heizelement 70a). Wenn sich die Spaltdicke der Kühlfläche 72 vergrößert, dann wird die Zulaufblende 74 verengt und die Ablaufblende 75 aufgeweitet (siehe hierzu Kühl-/Heizelement 70b). Auf diese Weise wird erreicht, dass in einem relativ engen Spalt ein relativ hoher Druck herrscht, da der Druckabbau ja erst bei der Ablaufblende 75 erfolgt. Der hohe Druck bewirkt mm aber, dass sich die Spaltdicke im Kühl-/Heizelement 70 vergrößert. Bei einem relativ weiten Spalt wird der Druck jedoch bereits bei der Zulaufblende 74 abgebaut, sodass im Spalt selbst ein relativ niedriger Druck herrscht. Der niedrige Druck bewirkt nun, dass sich die Spaltdicke im Kühl-/Heizelement 70 verringert. Es entsteht gewissermaßen eine hydraulische Regelung der Spaltdicken der einzelnen, in einem Zellenstapel angeordneten Kühl-/Heizelemente 70. 7 shows a further variant of a cooling / heating element 70 with a feed 71 a cooling surface 72 , a process 73 , a supply panel 74 and a progress bar 75 , When the gap thickness of the cooling surface 72 decreases, then the inlet aperture 74 continue to open and the drain panel 75 further closed (see cooling / heating element 70a ). When the gap thickness of the cooling surface 72 enlarged, then the inlet aperture 74 narrowed and the drainpipe 75 expanded (see cooling / heating element 70b ). In this way it is achieved that in a relatively narrow gap a relatively high pressure prevails, since the pressure reduction so only at the drain plate 75 he follows. The high pressure causes mm but that the gap thickness in the cooling / heating element 70 increased. At a relatively wide gap, however, the pressure is already at the inlet aperture 74 degraded, so that there is a relatively low pressure in the gap itself. The low pressure now causes the gap thickness in the cooling / heating element 70 reduced. As it were, there is a hydraulic regulation of the gap thicknesses of the individual cooling / heating elements arranged in a cell stack 70 ,

Verzahnung:gearing:

8 zeigt einen Stapel 80 von zwei identischen Kühl-/Heizelementen 81 (hier in Kunststoff ausgeführt). Jedes Kühl-/Heizelement 81 umfasst einen Zulauf 82, eine Kühlfläche 83 und einen Ablauf 84. Für einen besseren Zusammenhalt des Stapels 80 weist jedes Kühl-/Heizelement auch eine Verzahnung 85 auf, die ein Verrutschen der Kühl-/Heizelemente 81 im Stapel 80 verhindert. Vorzugsweise kann die Verzahnung 85 Schubkräfte in jeder Richtung übertragen. Sie kann ein- oder mehrreihig versetzt angeordnet sein. Weiterhin ist die Verzahnung 85 in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform selbstverrastend (unlösbar oder wieder lösbar) ausgeführt. Dies vereinfacht die Montage, insbesondere wenn die einzelnen Kühl-/Heizelement miteinander verklebt werden, da so ein Gegeneinanderpressen der Teile bis zum Aushärten des Klebstoffs durch eine gesonderte Einrichtung entfallen kann. Die Verrastung kann z. B. trapezförmig ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Verzahnung 85 mäanderförmig ausgeführt, um Kerbwirkungen zu vermeiden. In der 8 ist jeweils nur eine Zahnflanke je Seite ausgeführt. Vorteilhaft sind aber je Seite viele Zahnflanken ausgeführt. Beispielsweise sind die Zähne 2–5 mm breit. Schließlich umfasst eine Kühl-/Heizelement 81 auch eine Befestigungslasche 86 für einen Zellenüberwachungsschaltung auf (siehe hierzu auch 18). Vorteilhaft umfassen die Befestigungslaschen 86 Rasten zur Befestigung und Kodierungsrippen zur korrekten Positionierung der Zellenüberwachungsschaltungen entlang der Kühl-/Heizelemente 81 auf. 8th shows a stack 80 of two identical cooling / heating elements 81 (executed here in plastic). Each cooling / heating element 81 includes an inlet 82 , a cooling surface 83 and a process 84 , For a better cohesion of the pile 80 Each cooling / heating element also has a toothing 85 on, the slipping of the cooling / heating elements 81 in the pile 80 prevented. Preferably, the toothing 85 Transmit shear forces in each direction. It can be arranged offset one or more rows. Furthermore, the gearing 85 in a particularly advantageous embodiment selbstverrastend (insoluble or detachable) executed. This simplifies assembly, especially if the individual cooling / heating element are glued together, since so a pressing against each other of the parts can be omitted by curing the adhesive by a separate device. The locking can z. B. be executed trapezoidal. The toothing is preferred 85 Meandered to avoid notch effects. In the 8th In each case only one tooth flank per side is executed. Advantageously, however, many tooth flanks are executed on each side. For example, the teeth are 2-5 mm wide. Finally, includes a cooling / heating element 81 also a fastening strap 86 for a cell monitoring circuit (see also 18 ). Advantageously, the fastening straps comprise 86 Fastening latches and coding ribs for correctly positioning the cell monitoring circuits along the cooling / heating elements 81 on.

In einer konkreten Ausführungsform wurden die Kühl-/Heizelemente 81 aus Kunststoff hergestellt, wobei die Wandstärke am Rand etwa 1,5–2 mm, am Wannenboden etwa 0,6 mm betrug. Das Material ist Dauerfest mit 6–7 N/mm2 bei –40C bis 85°C beziehungsweise dauerfest und dicht für Wasser und/oder Glykol bei 2 bar und einer Temperatur von –40C bis 85°C. Vorteilhaft sollte der Kunststoff kurzzeitig und einmalig auch höheren Temperaturen von über 200°C widerstehen.In a specific embodiment, the cooling / heating elements 81 made of plastic, the wall thickness was about 1.5-2 mm at the edge, about 0.6 mm at the bottom of the tub. The material is durable with 6-7 N / mm2 at -40C to 85 ° C or durable and tight for water and / or glycol at 2 bar and a temperature of -40C to 85 ° C. Advantageously, the plastic should resist for a short time and once even higher temperatures of over 200 ° C.

9 zeigt ein alternatives Kühl-/Heizelement 90, welches aus Blech hergestellt (tiefgezogen) ist. Zum Stapeln der einzelnen Kühl-/Heizelemente 90 umfasst dieses auch eine Dichtung 91. In einer konkreten Ausführungsform wurde der obere Bereich aus 0,6 mm, der Wannenbereich aus 0,2 mm starkem Material hergestellt. Bevorzugt ist das Blech antikorrosionsbeschichtet. 9 shows an alternative cooling / heating element 90 , which is made of sheet metal (deep-drawn). For stacking the individual cooling / heating elements 90 this also includes a seal 91 , In a specific embodiment, the upper area was made of 0.6 mm, the trough area of 0.2 mm thick material. Preferably, the sheet is anti-corrosion coated.

Kühlmedium:Cooling medium:

Vorteilhaft weist das Kühlmedium eine hohe spezifische Wärmekapazität auf, ist frostgeschützt, ist für die eingesetzten Materialien nicht korrosiv, weist eine geringe Oberflächenspannung auf und ist schmutzlösend (unter Schmutz sind in diesem Zusammenhang auch gelöste Gase oder Gasblasen zu verstehen). Diese Eigenschaften können auch durch Zusatz von geeigneten Stoffen (z. B. Frostschutzmittel, Tensid, Antikorrosionsmittel, etc.) zu einer oder mehreren Grundsubstanzen erreicht werden. Da der Zellstapel in den gezeigten Anordnungen schwimmend gelagert ist, das heißt quasi in dem Kühlmedium „schwimmt”, sind die Zellen vor Erschütterungen und hohen Beschleunigungen geschützt. Bevorzugt weist das Kühlmedium dazu eine hohe Dichte auf beziehungsweise wird unter entsprechend hohen Druck gesetzt. Das Kühlmedium ist vorteilhaft flüssig, kann natürlich aber auch gasförmig sein.Advantageously, the cooling medium has a high specific heat capacity, is frost-protected, is not corrosive to the materials used, has a low surface tension and is soil-releasing (dirt in this context also means dissolved gases or gas bubbles). These properties can also be achieved by adding suitable substances (eg antifreeze, surfactant, anticorrosion agents, etc.) to one or more basic substances. Since the cell stack is floatingly mounted in the arrangements shown, that is to say "floating" in the cooling medium, the cells are protected against shocks and high accelerations. For this purpose, the cooling medium preferably has a high density or is placed under a correspondingly high pressure. The cooling medium is advantageously liquid, but may of course also be gaseous.

Volumenausgleich:Volume compensation:

Da die Dicke einer Zelle Toleranzen aufweist und sich diese beim Laden oder Entladen noch dazu periodisch ändert, ist ein Behälter für den Volumenausgleich vorteilhaft. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn auch ein Behälter zum Auffangen der in dem Kühlmedium enthaltenen Gasblasen vorgesehen ist. Das können zwei verschiedene Behälter oder ein und derselbe Behälter sein. Damit die Zellen unter einem gleichmäßigen Druck stehen, wird das gesamte Kühlsystem unter Druck gesetzt. Dieser kann vor jedem Betrieb der Zellen über eine kleine Pumpe erfolgen, welche das Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter in die Kühl-/Heizelemente drückt, oder das gesamte System wird nach dem Zusammenbau fabrikmäßig unter Druck gesetzt. Damit sich der Druck bei Temperaturschwankungen oder Ladungsänderung der Zellen (dadurch ändert sich ja die Dicke der Zellen) möglichst nicht ändert, steht der Volumenausgleichsbehälter vorteilhaft unter mechanischem Druck, der vorzugsweise mit Hilfe von Tellerfedern realisiert wird. Tellerfedern lassen eine geeignete Wahl der Federkennlinie zu, die über einen größeren Hub eine annähernd konstante Kraft erzeugt. 10 zeigt dazu Federkennlinien 100 verschiedener Tellerfedern. Dabei ist die Kraft F über dem Weg s aufgetragen. Die Tellerfedern unterscheiden sich durch unterschiedliche Verhältnisse von Materialdicke zur Höhe der Tellerfeder. Durch geeignete Wahl kann nun eine über einen längeren Weg s nahezu konstante Kraft F erreicht werden. Im rechten unteren Diagramm ist dazu ein vorteilhafter Kennlinienbereich 101 eingezeichnet, welcher von etwa 25% bis 90% des Federweges s reicht.Since the thickness of a cell has tolerances and this periodically changes during loading or unloading, a container for volume compensation is advantageous. Moreover, it is advantageous if a container for collecting the gas bubbles contained in the cooling medium is provided. This can be two different containers or one and the same container. For the cells to be under a uniform pressure, the entire cooling system is pressurized. This can be done before each operation of the cells via a small pump, which pushes the cooling medium from a reservoir into the cooling / heating elements, or the entire system is factory-set under pressure after assembly. So that the pressure does not change as far as possible in the event of temperature fluctuations or changes in the charge of the cells (this does not change the thickness of the cells), the volume compensation vessel is advantageously under mechanical pressure, which is preferably realized with the aid of disc springs. Disc springs allow a suitable choice of the spring characteristic, which generates an approximately constant force over a larger stroke. 10 shows spring characteristics 100 different disc springs. The force F is plotted over the path s. The disc springs differ by different ratios of material thickness to the height of the plate spring. By a suitable choice, a force F which is nearly constant over a longer path can now be achieved. In the lower right diagram is an advantageous characteristic area 101 drawn, which ranges from about 25% to 90% of the spring travel s.

11 zeigt nun eine erste Variante einer Volumenausgleichsanordnung 110 bestehend aus einem flexiblen Behälter 111 und mehreren Tellerfedern 112, welche eine mehr oder minder konstante Kraft auf den Behälter 111 ausüben. Im vorderen Bereich des Behälters 111 befindet sich eine Öffnung 113, über den der Behälter 111 an den Kühlkreislauf angeschlossen werden kann. 11 now shows a first variant of a volume compensation arrangement 110 consisting of a flexible container 111 and several disc springs 112 which gives a more or less constant force to the container 111 exercise. In the front area of the container 111 there is an opening 113 over which the container 111 can be connected to the cooling circuit.

12 zeigt eine zweite Variante einer Volumenausgleichsanordnung 120, bestehend aus einem starren Behälter 121 mit einer Öffnung 122 zum Anschluss an den Kühlkreislauf. Im Behälter 121 ist ein flexibler Behälter 123 angeordnet, der über Tellerfedern 124 einen Druck auf die im Behälter 121 enthaltene Flüssigkeit ausübt. Denkbar ist natürlich auch, anstelle des flexiblen Behälters 123 einen Kolben vorzusehen, auf den die Tellerfedern 124 wirken. In einer konkreten Ausführungsform wurde der Volumenausgleichsbehälter mit einem Durchmesser von 65 mm und einer Länge von 220 mm ausgeführt, womit sich ein Volumen von etwa 730 cm3 ergibt. Der Behälter ist druckfest für einen Nenndruck von ca. 2 bar. Für die Druckerzeugung wurden ca. 100 Stück Tellerfedern mit einem Durchmesser von 25 mm, einer Höhe von 1,4 mm und einer Materialstärke von 1 mm vorgesehen. Die Tellerfedern können aus Metall oder Kunststoff bestehen. Der flexible Behälter 123 wurde schließlich mit einem Durchmesser von 63 mm und einer Länge von 150 mm ausgeführt und besteht aus Blech. 12 shows a second variant of a volume compensation arrangement 120 consisting of a rigid container 121 with an opening 122 for connection to the cooling circuit. In the container 121 is a flexible container 123 arranged, over disc springs 124 a pressure on the container 121 contained liquid exerts. It is also conceivable, of course, instead of the flexible container 123 to provide a piston on which the disc springs 124 Act. In a specific embodiment, the volume expansion tank was designed with a diameter of 65 mm and a length of 220 mm, which results in a volume of about 730 cm 3 . The container is pressure-resistant for a nominal pressure of approx. 2 bar. Approximately 100 disc springs with a diameter of 25 mm, a height of 1.4 mm and a material thickness of 1 mm were provided for the pressure generation. The disc springs can be made of metal or plastic. The flexible container 123 was finally made with a diameter of 63 mm and a length of 150 mm and is made of sheet metal.

Grundelement: Basic Element:

Die 13a und 13b zeigen ein Grundelement 130 von unten (13a) und von oben (13b). Im zusammengebauten Zustand befindet sich die in 13a sichtbare Fläche außen und die in 13b sichtbare Rippenstruktur innen. Das Grundelement 130, das außen eine Oberfläche aufweist, die zur geeigneten Kraftverteilung gewölbt ist, wird zum Aufbau des (Paket) Akkumulators verwendet. Vorteilhaft ist die Oberfläche derart gewölbt, dass für den Zusammenbau später verwendete Spannbänder eine auf die Grundfläche gleichmäßige Kraftverteilung bewirken. Damit das Spannband gespannt werden kann und Spannschlösser zur Verbindung der Enden des Spannbands Platz finden, ist die Oberfläche in der Mitte konkav gewölbt. Auch dabei erfolgt eine auf die Fläche gleichmäßige Krafteinleitung. Die Oberfläche ist in der dargestellten Ausführungsform nur in einer Richtung gewölbt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche aber auch in beide Richtungen gewölbt sein, sodass sich eine 3D-Wölbung ergibt. Von der Oberfläche werden die Kräfte von direkt über den Spannbändern positionierten Rippen zum untersten Kühl-/Heizelement geführt. Damit die Kraftverteilung auf die Oberfläche des untersten Kühl-/Heizelements gleichmäßig erfolgt, ist eine zusätzliche, dazwischen liegende steife Platte vorteilhaft. In einer Variante wird das Deckelement gleich oder im Wesentlichen gleich wie das Grundelement 130 aufgebaut.The 13a and 13b show a primitive 130 from underneath ( 13a ) and from above ( 13b ). When assembled, the in 13a visible area outside and in 13b visible rib structure inside. The basic element 130 , which has a surface outside, which is curved for proper distribution of force, is used to build the (package) accumulator. Advantageously, the surface is curved in such a way that later used clamping bands for the assembly cause a uniform force distribution on the base. So that the tensioning strap can be tensioned and tensioning locks can be accommodated to connect the ends of the tensioning strap, the surface in the middle is concavely arched. Here too, an even force is applied to the surface. The surface is curved in the illustrated embodiment only in one direction. In a further embodiment, however, the surface may also be curved in both directions, resulting in a 3D curvature. From the surface, the forces are guided by ribs positioned directly above the straps to the lowest cooling / heating element. In order that the force distribution to the surface of the lowermost cooling / heating element is uniform, an additional, intermediate rigid plate is advantageous. In one variant, the cover element is the same or substantially the same as the base element 130 built up.

Anschlüsse der Zellen:Connections of the cells:

14 zeigt eine erste Ausführungsform einer Zelle 140 mit einem positiven Anschluss 141 und einem negativen Anschluss 142, über welche die elektrische Leistung zu- und abgeführt wird. Zusätzlich sind Abzweigungen 143 vorhanden, über die eine elektronische Schaltung zur Überwachung der Zelle 140 angeschlossen werden kann. Die Abzweigungen 143 können als ebene Kontakte für eine spätere leitfähige Verklebung oder als Steckerpins ausgeführt sein. Für die Verbindung mehrerer Zellen 140 sind die Anschlüsse 141 und 142 gebogen beziehungsweise gekröpft ausgeführt. Der positive Anschluss 141 ist hier in der 14 nach oben, der negative Anschluss 142 nach unten gebogen. 14 shows a first embodiment of a cell 140 with a positive connection 141 and a negative connection 142 , via which the electrical power is supplied and removed. In addition, there are branches 143 present, via which an electronic circuit for monitoring the cell 140 can be connected. The branches 143 can be designed as planar contacts for a later conductive bonding or plug pins. For the connection of several cells 140 are the connections 141 and 142 bent or cranked executed. The positive connection 141 is here in the 14 up, the negative connection 142 bent down.

Damit die Zellen 140 ohne Zwischenelemente direkt miteinander verbunden werden können sind zwei Biegevarianten erforderlich – eine „linke” und eine „rechte” Variante. 15 zeigt dazu eine Zelle 150, die spiegelbildlich zur Zelle 140 aus 14 gestaltet ist. Die Zelle 150 umfasst analog einen positiven Anschluss 151 und einen negativen Anschluss 152, über welche die elektrische Leistung zu- und abgeführt wird. Der positive Anschluss 151 ist nach oben, der negative Anschluss 152 nach unten gebogen. Zusätzlich sind wiederum Abzweigungen 153 vorhanden, über die eine elektronische Schaltung zur Überwachung der Zelle 150 angeschlossen werden können.So that the cells 140 Without intermediate elements can be connected directly to each other two bending variants are required - a "left" and a "right" variant. 15 shows a cell 150 , the mirror image of the cell 140 out 14 is designed. The cell 150 analogously includes a positive connection 151 and a negative connection 152 , via which the electrical power is supplied and removed. The positive connection 151 is up, the negative connection 152 bent down. In addition, in turn, branches 153 present, via which an electronic circuit for monitoring the cell 150 can be connected.

Im gezeigten Beispiel sind die Abzweigungen 143 und 153 sowohl bei den positiven Anschlüssen 141 und 151 als auch bei den negativen Anschlüssen 142 und 152 angeordnet. Im zusammengebauten Zustand, das heißt nach dem Stapeln der Zellen 140 und 150, sind somit doppelt so viele Abzweigungen 143 und 153 vorhanden wie eigentlich erforderlich wären. In einer alternativen Ausführungsform sind die Abzweigungen 143 und 153 daher nur bei den positiven Anschlüssen 141 und 151 oder nur bei den negativen Anschlüssen 142 und 152 angeordnet (gilt für Serienschaltung der Zellen 140 und 150).In the example shown, the branches are 143 and 153 both at the positive terminals 141 and 151 as well as the negative connections 142 and 152 arranged. In the assembled state, that is after stacking the cells 140 and 150 , are thus twice as many branches 143 and 153 available as would actually be required. In an alternative embodiment, the branches are 143 and 153 therefore only with the positive connections 141 and 151 or only with the negative connections 142 and 152 arranged (applies to series connection of the cells 140 and 150 ).

Die Verbindung der Zellen 140 und 150 kann nun ohne weitere Elemente erfolgen, beispielsweise durch Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen beziehungsweise Ultraschallkompaktieren, oder durch chemisch, reaktive Verbindung. Die Zellen 140 und 150 sind für Serienschaltung vorgesehen. Für eine Parallelschaltung wären andere Biegevarianten vorzusehen. Die Parallelschaltung mehrerer Module (d. h. mehrerer in Serie geschalteter Zellen 140 und 150) kann auch über längere Anschlüsse oder mit Hilfe gesonderter Brückenbleche (z. B. aus Aluminium oder Kupfer) erfolgen.The connection of the cells 140 and 150 can now be done without further elements, for example by welding, in particular ultrasonic welding or ultrasonic compacting, or by chemically reactive compound. The cells 140 and 150 are intended for series connection. For a parallel connection other bending variants would be provided. The parallel connection of several modules (ie several series connected cells 140 and 150 ) can also be made over longer connections or with the help of separate bridge plates (eg made of aluminum or copper).

Aufbau eines PaketakkusConstruction of a package battery

Ausgehend vom Grundelement 130 aus 13a und 13b, gegebenenfalls einer zusätzlichen steifen Platte zur gleichmäßigeren Verteilung der Kräfte werden abwechselnd ein Kühl-/Heizelement 81 aus 8, eine Zelle 140 aus 14, ein weiteres Kühl-/Heizelement 81 und eine Zelle 150 aus 15 gestapelt. Je nach Bedarf kann diese Abfolge aus Kühl-/Heizelement 81, Zelle 140, Kühl-/Heizelement 81 und Zelle 150 beliebig oft wiederholt werden. Der erhaltene Stapel ist ohne weitere Maßnahmen durch die Verzahnung am Rand des Kühl-/Heizelements 81 stabil (siehe hierzu auch 17). Bei Versuchen konnten Stapel von etwa 1 m Höhe problemlos aufgebaut werden. Vorteilhaft können aber auch Gruppen von Kühl-/Heizelementen 81 (und Zellen 140, 150) miteinander verklebt werden, insbesondere dicht verklebt werden. Bevorzugt werden solche Module in einem vorgeschalteten Montageschritt angefertigt, sodass bei der Endmontage des Paketakkus nur mehr wenige Module aufeinander gestapelt werden müssen.Starting from the basic element 130 out 13a and 13b , optionally an additional rigid plate for more even distribution of forces are alternately a cooling / heating element 81 out 8th , a cell 140 out 14 , another cooling / heating element 81 and a cell 150 out 15 stacked. Depending on your needs, this sequence of cooling / heating element 81 , Cell 140 , Cooling / heating element 81 and cell 150 be repeated as often as you like. The stack obtained is without further action by the teeth on the edge of the cooling / heating element 81 stable (see also 17 ). In experiments, stacks of about 1 m in height could be built easily. Advantageously, however, groups of cooling / heating elements 81 (and cells 140 . 150 ) are glued together, in particular are glued tight. Preferably, such modules are made in an upstream assembly step, so that in the final assembly of the package batteries only a few modules must be stacked on each other.

Akkumulator-Trenn-Einheit (Battery Disconnect Unit)Battery Disconnect Unit

16 zeigt eine Akkumulator-Trenn-Einheit 160. Deutlich zu sehen sind die Verstärkungsrippen im Inneren der Akkumulator-Trenn-Einheit 160, welche für eine Kraftübertragung zwischen oberer und unterer Verbindungsfläche sorgen. Die elektrische Funktion der Akkumulator-Trenn-Einheit 160 ist an sich bekannt. Die Akkumulator-Trenn-Einheit 160 ist dafür vorgesehen, den Hochspannungskreis mit Hilfe von Relais galvanisch vom Fahrzeug oder anderen daran angeschlossenen Geräten zu trennen. Weiterhin umfasst die Akkumulator-Trenn-Einheit 160 einen Vorladekreis, welcher vor dem eigentlichen Schalten der Relais eine ohmsche Verbindung zwischen Akkumulator und Fahrzeug herstellt, um Potentialunterschiede ausgleichen zu können. Schließlich umfasst die Akkumulator-Trenn-Einheit 160 in der dargestellten Variante Stromsensoren und Spannungssensoren für Messungen im Hochspannungsbereich und zur Überwachung der Relaisfunktion. 16 shows an accumulator-separation unit 160 , Clearly visible are the reinforcing ribs in the interior of the accumulator-separating unit 160 . which provide for a power transmission between the upper and lower joint surface. The electrical function of the accumulator-separation unit 160 is known per se. The accumulator-separation unit 160 is intended to galvanically isolate the high voltage circuit from the vehicle or other equipment connected to it by means of relays. Furthermore, the accumulator-separation unit comprises 160 a pre-charge circuit, which establishes an ohmic connection between the accumulator and the vehicle before the actual switching of the relays in order to be able to compensate for potential differences. Finally, the accumulator-separator unit includes 160 in the illustrated variant, current sensors and voltage sensors for measurements in the high voltage range and for monitoring the relay function.

17 zeigt einen halbfertigen Paketakkumulator 170, bestehend aus dem zuvor erhaltenen Stapel 171 sowie einer darauf aufgesetzten Akkumulator-Trenn-Einheit 172. Gut zu sehen ist auch die Verzahnung 173 der einzelnen Kühl-/Heizelemente sowie die verbundenen Kontakte 174 der einzelnen Zellen. Die Akkumulator-Trenn-Einheit 172 weist auch einen Kühlkanal 175 auf, sodass das Kühlmedium von den unter der Akkumulator-Trenn-Einheit 172 angeordneten Kühl-/Heizelement in die Akkumulator-Trenn-Einheit 172 fließen kann (in der 17 sind der besseren Vorstellbarkeit halber die Achsen der Kühlkanäle eingezeichnet). Zur Versteifung weist die Akkumulator-Trenn-Einheit 172 überdies Verstärkungsrippen 176 auf, um die mitunter hohen Kräfte innerhalb des Stapels weiterleiten zu können. Alle elektrischen Verbindungen (sowohl Hochvolt als auch Niedervolt) sind vorteilhaft in einer Verbindungsebene 177 angeordnet, womit eine besonders einfache elektrische Verbindungstechnik angewandt werden kann. 17 shows a half-finished packet accumulator 170 consisting of the previously obtained stack 171 and a battery-separating unit mounted thereon 172 , Good to see is the gearing 173 the individual cooling / heating elements as well as the connected contacts 174 the individual cells. The accumulator-separation unit 172 also has a cooling channel 175 on, so that the cooling medium of the under the accumulator-separating unit 172 arranged cooling / heating element in the accumulator-separation unit 172 can flow (in the 17 are the better Vorbarbarkeit half the axes of the cooling channels shown). For stiffening points the accumulator-separation unit 172 Moreover, reinforcing ribs 176 to forward the sometimes high forces within the stack. All electrical connections (both high voltage and low voltage) are advantageous in one connection plane 177 arranged, whereby a particularly simple electrical connection technology can be applied.

Zellüberwachungs-Einheit (Cell Supervisor Circuit)Cell supervision unit (Cell Supervisor Circuit)

18 zeigt einen halbfertigen Paketakkumulator 180, bestehend aus aufeinandergestapelten Kühl-/Heizelementen 181, einer darauf aufgesetzten Akkumulator-Trenn-Einheit 182 sowie weiteren Kühl-/Heizelementen 181. Ein Bereich 183 deutet an, wo später eine Zellüberwachungs-Einheit angeordnet wird. Die Positionierung der Zellüberwachungs-Einheit erfolgt direkt zwischen den Zellanschlüssen. Dieser Bereich ist durch Stege des Kühl-/Heizelements umrandet. Diese Stege bilden, versehen mit geeigneten Rasten die Halterung der Zellüberwachungs-Einheit und enthalten vorteilhaft Elemente, die eine Kodierung bzw. sichere Positionierung der Zellüberwachungs-Einheit über den seitlich liegenden Zellabzweigungen ermöglicht. Diese Zellabzweigungen sind für leitfähige Klebestellen oder direkt zum Stecken ausgeführt. Eine etwaige Verklebung der Zellüberwachungs-Einheit mit den Zellabzweigungen kann durch große Durchkontaktierungen in der Platine der Zellüberwachungs-Einheit erfolgen. Sind die Zellabzweigungen sehr kurz gehalten, so besteht eine gute thermische Anbindung zum Zellkörper, wodurch die Sensoren zur Temperaturmessung direkt auf der Platine der Zellüberwachungs-Einheit, jedoch in der Nähe der Zellabzweigungen positioniert werden können. Damit kann ein Teil der Niedervolt-Verkabelung inklusive der Stecker zu den Zellen, wie sie bei herkömmlichen Systemen erforderlich sind, entfallen. Durch den geringen Abstand der einzelnen Zellüberwachungs-Einheiten zueinander ist auch eine Anordnung von mehreren Zellüberwachungs-Einheiten auf einer einzigen (hier länglichen) Platine denkbar. Die maximale Länge wird an sich lediglich durch die thermischen Ausdehnungseigenschaften das Kühl-/Heizelement und der Platinen beziehungsweise der maximal produzierbaren Platinenlängen beschränkt. Die Zellüberwachungs-Einheit dient im Wesentlichen dazu, Spannung und/oder Temperaturen der Zellen zu messen, das Balancing der Zellen zu ermöglichen, sowie die Kommunikation zwischen verschiedenen Zellüberwachungs-Einheiten zu gewährleisten. Vorteilhaft erfolgt die Verbindung zwischen mehreren Zellüberwachungs-Einheiten über eine ein Spannungspotential überbrückende Verbindung, um Probleme wegen mitunter hohen Potentialunterschieden (ein Stapel von Zellen kann mehrere hundert Volt Spannung erzeugen) zu vermeiden. Beispielsweise können die Zellüberwachungs-Einheiten über optischem Weg oder über Funk verbunden sein. Die Kommunikation kann in beiden Fällen seriell von Zellüberwachungs-Einheit zu Zellüberwachungs-Einheit aber auch von jeder Zellüberwachungs-Einheit zu jeder anderen beliebigen Zellüberwachungs-Einheit erfolgen. Denkbar ist auch eine sternförmige Kommunikation zu einem zentralen Steuergerät. Selbstverständlich sind auch Mischformen denkbar. 18 shows a half-finished packet accumulator 180 , consisting of stacked cooling / heating elements 181 , an accumulator-separating unit mounted thereon 182 and other cooling / heating elements 181 , An area 183 indicates where later a cell monitoring unit will be located. The cell monitoring unit is positioned directly between cell terminals. This area is bordered by webs of the cooling / heating element. These webs, provided with suitable detents form the holder of the cell monitoring unit and advantageously contain elements which enable coding or secure positioning of the cell monitoring unit over the lateral cell branches. These cell branches are designed for conductive splices or directly for plugging. Any sticking of the cell monitoring unit to the cell branches can be done by large vias in the board of the cell monitoring unit. If the cell branches are kept very short, then there is a good thermal connection to the cell body, whereby the sensors for temperature measurement can be positioned directly on the board of the cell monitoring unit, but in the vicinity of the cell branches. This can be a part of the low-voltage wiring including the connector to the cells, as required in conventional systems, omitted. Due to the small distance between the individual cell monitoring units to each other, an arrangement of several cell monitoring units on a single (here elongated) board is conceivable. The maximum length is limited in itself only by the thermal expansion properties of the cooling / heating element and the boards or the maximum producible board lengths. Essentially, the cell monitoring unit serves to measure the voltage and / or temperatures of the cells, to enable the balancing of the cells, and to ensure the communication between different cell monitoring units. Advantageously, the connection between several cell monitoring units via a connection bridging a voltage potential, to avoid problems due to sometimes high potential differences (a stack of cells can produce several hundred volts of voltage). For example, the cell monitoring units may be connected by optical means or by radio. Communication in both cases can be done serially from cell monitoring unit to cell monitoring unit but also from each cell monitoring unit to any other cell monitoring unit. Also conceivable is a star-shaped communication to a central control unit. Of course, hybrids are also conceivable.

Akkumulator-Verwaltungs-Einheit (Battery Management Unit)Accumulator Management Unit (Battery Management Unit)

19 zeigt eine Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 (hier mit offenem Gehäuse dargestellt). Die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 ist im Wesentlichen dafür vorgesehen, die Prozesse im Akkumulator zu steuern sowie die Kommunikation mit dem Fahrzeug oder einem anderen an den Akkumulator angeschlossenen Gerät zu ermöglichen. In der dargestellten Variante umfasst die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 dazu zwei Prozessoren, welche beispielsweise Messabläufe steuern, Relais zum Trennen der Batterie vom Verbraucher ansteuern, etc. 19 shows an accumulator management unit 190 (shown here with an open housing). The accumulator management unit 190 is essentially intended to control the processes in the accumulator and to allow communication with the vehicle or other device connected to the accumulator. In the illustrated variant, the accumulator management unit comprises 190 plus two processors, which control, for example, measuring processes, control relays for disconnecting the battery from the consumer, etc.

Die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 (hier ohne Abdeckung der Elektronik abgebildet) bildet das obere Abschlusselement des Paketakkus und ist wie das Grundelement oben gewölbt ausgeführt. Vorteilhaft ist die Oberfläche derart gewölbt, dass für den Zusammenbau später verwendete Spannbänder eine auf die Grundfläche gleichmäßige Kraftverteilung bewirken. Damit das Spannband gespannt werden kann und Spannschlösser zur Verbindung der Enden des Spannbands Platz finden ist die Oberfläche in der Mitte konkav gewölbt. Auch dabei erfolgt eine auf die Fläche gleichmäßige Krafteinleitung. Die Oberfläche ist in der dargestellten Ausführungsform nur in einer Richtung gewölbt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche aber auch in beide Richtungen gewölbt sein, sodass sich eine 3D-Wölbung ergibt. Von der Oberfläche werden die Kräfte von direkt unter den Spannbändern positionierten Rippen zu dem unter der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 liegenden Element geführt. Damit die Kraftverteilung auf dieses Element gleichmäßig erfolgt, ist eine zusätzliche, dazwischen liegende steife Platte vorteilhaft. Bevorzugt ist das unter der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 liegenden Element ein Kühl-/Heizelement (z. B. so wie aus 8 bekannt). Über Stege oder Rippen im Gehäuse der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 wird eine elektronische Schaltung derselben beziehungsweise deren Platine gegen den Kühl-/Heizelement gedrückt, sodass ein optimaler Wärmeübergang stattfinden kann. Insbesondere kann die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 so auch Leistungsschaltkreise enthalten. Der äußere Anschluss der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 kann über eine Steckerleiste erfolgen, die vorteilhaft in derselben Ebene wie andere Kontakte des Akkumulators liegen (nämlich in der Verbindungsebene 177 aus 17). Vorteilhaft wird die Steckerleiste der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 direkt für den Niedervolt-Anschluss des Paketakkumulators verwendet und weist dazu mindestens eine Steckerkammer (nicht abgebildet) auf, die in der besagten Ebene liegt, um die interne Niedervolt-Verbindungen zu ermöglichen. Obwohl die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 190 wie in 19 dargestellt vorteilhaft an der Oberseite des Paketakkumulators liegt, kann diese selbstverständlich auch als ein im Inneren des Paketakkus liegendes Modul ausgeführt sein.The accumulator management unit 190 (Shown here without covering the electronics) forms the upper end element of the package battery and is designed like the basic element above arched. The surface is advantageous in this way arched, that later used clamping bands for the assembly cause a uniform force distribution on the base. So that the tensioning strap can be tensioned and tensioning locks can be used to connect the ends of the tensioning strap, the surface is concave in the middle. Here too, an even force is applied to the surface. The surface is curved in the illustrated embodiment only in one direction. In a further embodiment, however, the surface may also be curved in both directions, resulting in a 3D curvature. From the surface, the forces of ribs positioned directly under the straps become that under the accumulator management unit 190 lying element out. In order for the force distribution to this element is uniform, an additional, intermediate rigid plate is advantageous. This is preferably under the accumulator management unit 190 lying element a cooling / heating element (eg as well as out 8th known). Via webs or ribs in the housing of the accumulator management unit 190 an electronic circuit of the same or its board is pressed against the cooling / heating element, so that an optimal heat transfer can take place. In particular, the accumulator management unit 190 as well as power circuits included. The external port of the accumulator management unit 190 can be done via a connector strip, which are advantageously in the same plane as other contacts of the accumulator (namely in the connection plane 177 out 17 ). Advantageously, the power strip of the accumulator management unit 190 used directly for the low-voltage connection of the Paketakkumulators and has for this purpose at least one connector chamber (not shown), which lies in said plane to allow the internal low-voltage connections. Although the accumulator management unit 190 as in 19 shown advantageously located at the top of the Paketakkumulators, this can of course also be designed as a lying inside the Paketakkus module.

Modul mit Stromsensor, Sicherung und Hochvolt-SteckerModule with current sensor, fuse and high-voltage plug

20 zeigt ein Sicherungsmodul 200 (hier ohne die zugehörige Elektronik abgebildet), welches zusätzlich Stromsensoren und Hochvolt-Stecker umfasst. Im Fall eines verteilten Systems (das heißt einem Zusammenschluss von mehreren Paketakkumulatoren) wird in jedem der einzelnen Paketakkumulatoren vorteilhaft ein baugleiches Sicherungsmodul 200 verbaut, um im Kurzschlussfall jeden Paketakkumulator gesondert schützen zu können. Der Stromsensor kann auch in einem anderen Modul untergebracht werden (insbesondere in der in 16 dargestellten Akkumulator-Trenn-Einheit). 20 shows a fuse module 200 (pictured here without the associated electronics), which additionally includes current sensors and high-voltage connectors. In the case of a distributed system (that is to say an association of a plurality of packet accumulators), an identical security module advantageously becomes available in each of the individual packet accumulators 200 installed in order to be able to separately protect each Paketakkumulator in the event of a short circuit. The current sensor can also be accommodated in another module (in particular in the in 16 illustrated accumulator-separation unit).

Spannbänder:Straps:

21 zeigt nun einen fertigen Paketakkumulator 210, bestehend aus einem Grundelement 211, mehreren Kühl-/Heizelementen 212 mit innen liegenden Zellen (nicht dargestellt), einer Akkumulator-Trenn-Einheit 213, einem weiteren Kühl-/Heizelement 214, einem Sicherungsmodul 215, zusätzlich enthaltend Stromsensoren und Hochvolt-Stecker, einem weiteren Kühl-/Heizelement 216 und einer Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 217. Im gezeigten Beispiel wird die gesamte Anordnung durch Spannbänder 218 (hier durch 4 Spannbänder 218) zusammengehalten. Zum Spannen weisen die Spannbänder 218 Spannschlösser auf, die vorteilhaft unter dem Grundelement 211 oder oberhalb der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 217 geführt werden. 21 now shows a finished Paketakkumulator 210 consisting of a basic element 211 , several cooling / heating elements 212 with internal cells (not shown), an accumulator-separation unit 213 , another cooling / heating element 214 , a security module 215 additionally comprising current sensors and high-voltage connectors, another cooling / heating element 216 and an accumulator management unit 217 , In the example shown, the entire arrangement is made by tension bands 218 (here by 4 tension bands 218 ) held together. For clamping, the tension straps 218 Turnbuckles on, which are advantageous under the basic element 211 or above the accumulator management unit 217 be guided.

Die Spannbänder können aus Gummi, Stahl, Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Die Wahl des Materials ist von den zu übertragenden Kräften und von den thermischen Dehnungseigenschaften der Bänder und des Modulverbunds abhängig, das heißt die Spannbänder 218 sollten hinsichtlich ihrer Dehnungseigenschaften auf das Dehnverhalten des Modulverbunds abgestimmt sein. Die Spannbänder 218 übertragen die Presskräfte der Zellen vom Grundelement 211 zur oberen Endplatte (hier in Form der Akkumulator-Verwaltungs-Einheit 217). Zusätzlich werden Kräfte übertragen, die über die verzahnten Ränder des Kühl-/Heizelements 212, 214 und 216 wirken und dem nur zusammengesteckten Modulverbund eine Vorspannung beziehungsweise die erforderliche Stabilität verleihen.The straps can be made of rubber, steel, plastic or fiber-reinforced plastic. The choice of material depends on the forces to be transmitted and on the thermal expansion properties of the bands and the module composite, that is to say the tension bands 218 should be matched in terms of their elongation properties on the expansion behavior of the module composite. The tension bands 218 transfer the pressing forces of the cells from the basic element 211 to the upper end plate (here in the form of the accumulator management unit 217 ). In addition, forces are transmitted through the toothed edges of the cooling / heating element 212 . 214 and 216 act and give the only mated module composite a bias or the required stability.

Die äußeren Ränder der einzelnen Bauteile bilden ein starkes, vorgespanntes, festes Gehäuse für den Akkumulator. Die Begrenzungen oder Wände der Kühlflächen der Kühl-/Heizelemente 212, 214 und 216 (siehe hierzu auch 5) bilden eine innere Versteifung des Gehäuses. Bei üblichen Anzahlen von zirka 50 Zellen für einen Paketakkumulator 210 ergeben sich 100 Wände (2 je Zelle) quer durch den Akkumulator 210 so dass ein extrem steifes aber dennoch leichtes Gehäuse entsteht, ähnlich einem durch Schottwände oder Spanten versteiften Schiffs- oder Flugzeugrumpf.The outer edges of the individual components form a strong, preloaded, solid housing for the accumulator. The boundaries or walls of the cooling surfaces of the cooling / heating elements 212 . 214 and 216 (see also 5 ) form an internal stiffening of the housing. With usual numbers of approximately 50 cells for a packet accumulator 210 There are 100 walls (2 per cell) across the accumulator 210 so that an extremely stiff but still lightweight housing is created, similar to a stiffened by bulkheads or ribs ship or aircraft fuselage.

Die Spannbänder 218 können am Umfang des Gehäuses zum Schutz in die Oberfläche eingelassen bzw. versenkt sein (Ausnehmung in der Oberfläche des Modulverbunds). Der besseren Darstellbarkeit halber wurde eine Abdeckung auf der Vorderseite des Akkumulators 210, welche die die Aufgabe von Berührungsschutz und Abdichtung übernimmt, noch nicht angebracht.The tension bands 218 can be embedded or recessed into the surface on the circumference of the housing for protection (recess in the surface of the module assembly). For ease of illustration, a cover has been placed on the front of the accumulator 210 , which takes over the task of contact protection and sealing, not yet appropriate.

Die Länge der Spannbänder 218 kann sehr leicht verändert werden, sodass aus den einzelnen Bauteilen sehr leicht viele verschiedene Typen von Paketakkumulatoren 210 gefertigt werden können. Nichts desto Trotz sind natürlich auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann der Akkumulator verschraubt werden. Besonders geeignet sind hier Gewindestangen, deren Länge ebenfalls leicht an verschiedene Gegebenheiten angepasst werden kann. Diese Gewindestangen werden beispielsweise durch Löcher in den Modulen geschoben. Die Befestigung erfolgt dann durch Mutter. Denkbar ist aber auch, dass oberhalb und unterhalb des Paketakkumulators 210 Brücken vorgesehen werden, die an ihren Enden Löcher für die genannte Gewindestangen aufweisen und so den Paketakkumulator 210 zusammenhalten.The length of the tension bands 218 can be changed very easily, so that from the individual components very easily many different types of package accumulators 210 can be made. Nevertheless, of course, other mounting options are conceivable. For example, the accumulator can be screwed. Especially suitable here are threaded rods whose length can also be easily adapted to different conditions. These threaded rods are pushed through holes in the modules, for example. The attachment is then by mother. It is also conceivable that above and below the Paketakkumulators 210 Bridges are provided, which have at their ends holes for said threaded rods and so the Paketakkumulator 210 stick together.

Befestigungspunkte des Paketakkumulators:Attachment points of the package accumulator:

Um den Paketakkumulators in einem Fahrzeug oder einem anderen, mit Energie zu versorgenden Gerät montieren zu können, sind geeignete Befestigungspunkte am Paketakkumulator erforderlich. 22 zeigt dazu den oberen Bereich eines Paketakkumulators 220, nämlich einen Deckel 221, um den ein Spannband 222 mit einem Spannschloss 223 gelegt ist. Zwischen Deckel 221 und Spannband 222 sind Befestigungslaschen 224 eingelegt, welche die Befestigung des Paketakkumulators 220 in zum Beispiel einem Fahrzeug ermöglichen. Vorteilhaft weisen der Deckel 221 und/oder die Laschen 224 dazu eine Verzahnung 225 auf, welche ein gegenseitiges Verrutschen verhindern oder zumindest verringern. Selbstverständlich ist es auch möglich, zusätzlich oder alternativ Laschen an der Unterseite des Paketakkumulators 220 vorzusehen. Denkbar ist natürlich auch, dass die Laschen Bestandteil des Bodens oder Deckels des Paketakkumulators 220 sind beziehungsweise auf andere Weise angebracht werden, beispielsweise durch Verschrauben. Insbesondere können die Laschen 224 zwischen Deckel 221 und den zu 21 erwähnten Brücken angeordnet sein.In order to mount the package accumulator in a vehicle or other powered device, suitable attachment points on the package accumulator are required. 22 for this purpose shows the upper area of a packet accumulator 220 namely a lid 221 to make a strap 222 with a turnbuckle 223 is laid. Between lid 221 and strap 222 are fastening straps 224 inserted, which is the attachment of the Paketakkumulators 220 in allow for example a vehicle. Advantageously, the lid 221 and / or the tabs 224 to a toothing 225 which prevent or at least reduce mutual slippage. Of course, it is also possible, additionally or alternatively tabs on the underside of the Paketakkumulators 220 provided. It is also conceivable, of course, that the tabs are part of the bottom or lid of the Paketakkumulators 220 are attached or otherwise attached, for example by screwing. In particular, the tabs 224 between lids 221 and to 21 be arranged bridges mentioned.

Abfuhr heißer Brenngase:Removal of hot fuel gases:

23 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus einem Stapel 230 von Einzelzellen 231, die an ihrem Rand jeweils einen Falz 232 aufweisen, welcher dem Stapel 20 aus 2 sehr ähnlich ist. Wiederum wird der Raum 233 zwischen den Zellen 231 für die Zufuhr und/oder Abfuhr eines Kühlmediums genutzt. Bei dieser Variante ist aber ein zusätzlicher mit einem Kühlmedium gekühlter Kanal 234 für die Abfuhr heißer Brenngase vorgesehen. 23 shows another section of a stack 230 of single cells 231 , which at their edge in each case a fold 232 which is the stack 20 out 2 is very similar. Again the room becomes 233 between the cells 231 used for the supply and / or removal of a cooling medium. In this variant, but is an additional cooled with a cooling medium channel 234 intended for the removal of hot fuel gases.

24 zeigt einen Schnitt durch einen Stapel 240 mehrerer Einzelzellen 241 mit dazwischen angeordneten Kühl-/Heizelementen 243, welcher dem Stapel 50 aus 5 sehr ähnlich ist. Die Einzelzellen 241 sind wiederum mit einem Falz 242 versehen. Bei dieser Variante ist ebenfalls ein zusätzlicher mit einem Kühlmedium gekühlter Kanal 244 für die Abfuhr heißer Brenngase vorgesehen. Damit die Brenngase in den Kanal 244 entweichen können, sind zwischen der Stirnseite des Falzes 242 und dem Kanal 244 im Rand des Kühl-/Heizelementen 243 Öffnungen vorgesehen. Beispielsweise ist der Rand des Kühl-/Heizelementen 243 zinnenartig geformt. In 24 sind weiterer Verbindungskanäle 245 zu den Kühl-/Heizelementen 243 vorgesehen. Dies ist aber nur beispielhaft zu sehen, selbstverständlich sind auch anderer Ausgestaltungen des Kühl-/Heizelementen 243 und des Kanals 244 denkbar. Auch ist vorstellbar, dass die Kanäle der Kühl-/Heizelemente 243 und der Kanal 244 nicht getrennt, sondern gemeinsam ausgeführt sind. 24 shows a section through a stack 240 several single cells 241 with interposed cooling / heating elements 243 which is the pile 50 out 5 is very similar. The single cells 241 are in turn with a fold 242 Mistake. In this variant is also an additional cooled with a cooling medium channel 244 intended for the removal of hot fuel gases. So that the fuel gases in the channel 244 can escape between the front of the fold 242 and the channel 244 in the edge of the cooling / heating elements 243 Provided openings. For example, the edge of the cooling / heating elements 243 crenellated. In 24 are further connection channels 245 to the cooling / heating elements 243 intended. However, this is only an example to see, of course, other embodiments of the cooling / heating elements 243 and the channel 244 conceivable. It is also conceivable that the channels of the cooling / heating elements 243 and the channel 244 not separated, but executed together.

Abschließend wird festgehalten dass die Darstellungen in den Figuren teilweise unmaßstäblich sind. Weiterhin können die einzelnen in den Figuren dargestellten Varianten auch den Gegenstand einer unabhängigen Erfindung bilden.Finally, it is noted that the representations in the figures are sometimes not true to scale. Furthermore, the individual variants shown in the figures can also form the subject of an independent invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2003323874 A [0044] JP 2003323874A [0044]

Claims (2)

Volumenausgleichsanordnung (110) für ein Kühl-/Heizmedium eines Akkumulators (170, 180, 210), umfassend ein flexibles Gehäuse (111), auf welches ein vorgespanntes elastisches Element (112) wirkt oder umfassend ein starres Gehäuse (121), in dem ein flexibles Gehäuse (123) angeordnet ist, auf welches ein vorgespanntes elastisches Element (124) wirkt.Volume compensation arrangement ( 110 ) for a cooling / heating medium of an accumulator ( 170 . 180 . 210 ) comprising a flexible housing ( 111 ) to which a prestressed elastic element ( 112 ) acts or comprises a rigid housing ( 121 ), in which a flexible housing ( 123 ) to which a prestressed elastic element ( 124 ) acts. Volumenausgleichsanordnung (110, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (112, 124) in einem Bereich (101) betrieben wird, in dem die Kraft (F) im Wesentlichen unabhängig vom Federweg (s) ist.Volume compensation arrangement ( 110 . 120 ) according to claim 1, characterized in that the elastic element ( 112 . 124 ) in one area ( 101 ) is operated, in which the force (F) is substantially independent of the spring travel (s).
DE102009058955A 2009-12-18 2009-12-18 Volume compensation arrangement for cooling- or heating medium of battery, has flexible housing on which prestressed elastic element acts or has rigid housing which is arranged to another flexible housing Ceased DE102009058955A1 (en)

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