EP4113705A2

Traction accumulator, in particular for a motor vehicle, with lithium ion secondary cells and manufacturing process of a traction accumulator dissipating heat

Abstract

A traction accumulator 1l, In particular for a motor vehicle, includes electrochemical secondary cells, z. B. prismatic secondary cells, with at least one lithium-ion electrode and preferably with a non-aqueous electrolyte. In a section, the secondary cells have a rectangular, elongated basic shape. The basic form continues in a width to a conversion volume. The volume is part of a module volume of the traction accumulator 1l. The module housing 33 or the cell housing comprises an extruded profile having the four sides. In it, several or individual secondary cells are combined to form a battery pack. A suitable method for cooling a traction accumulator works with a housing 33 which lies tightly against the cells and which has been produced at least in part by an extrusion process. Its thickness is determined by a load as a mechanically stressed carrier plate and based on its heat capacity, which is determined by its thickness, as a heat sink or thermal exchange surface 71 for dissipating heat.

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15 claims: 15 independent, 0 dependent

  1. 1
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301), in particular for a motor vehicle such as a passenger car,with lithium-ion secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I),which have a rectangular, elongated basic shape (5, 105) in a section,wherein the basic form (5, 105) continues in a width (11) to form a conversion volume (21) with active elements (19, 119) layered parallel to one another,and the conversion volume (21) is part of a module volume (23, 123) of the traction accumulator (1, 1stI, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) is,in which several or individual secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) in a cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131', 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) and/or in a module housing (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333)are combined into a battery pack,characterized in thatthe module housing (33, 33', 133, 133I, 133", 233, 333) or the cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) comprises an extruded profile having the four sides as housing sides and forming a closed shell,one of which as a carrier plate (45, 145, 145I, 146, 245) or cover plate (146) the secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) and which is at the same time a cooling plate, the basic shape (5, 105) being three times the length (13) running at least along one long side (7, 7') compared to one along a high side (9, 9I, 109, 109I) extending height (15, 115) of the basic form (5, 105). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301), insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen,mit Lithium-Ionen-Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I),die in einem Schnitt eine rechteckige, längliche Grundform (5, 105) haben,wobei sich die Grundform (5, 105) in einer Breite (11) zu einem Konversionsvolumen (21) mit parallel zueinander geschichteten, aktiven Elementen (19, 119) fortsetzt,und das Konversionsvolumen (21) Teil eines Modulvolumens (23, 123) des Traktionsakkumulators (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) ist,bei dem mehrere oder einzelne Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) in einem wenigstens vier Seiten umfassenden Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131', 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) und/oder in einem wenigstens vier Seiten umfassenden Modulgehäuse (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333)zu einem Akkumulatorpaket zusammengefasst sind,dadurch gekennzeichnet, dassdas Modulgehäuse (33, 33', 133, 133I, 133", 233, 333) oder das Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) ein die vier Seiten als Gehäuseseiten aufweisendes, eine geschlossene Hülle bildendes Strangpressprofil umfasst,von denen eine als Trägerplatte (45, 145, 145I, 146, 245) oder Deckplatte (146) die Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) unterstützt und die zugleich eine Kühlplatte ist, wobei die Grundform (5, 105) eine wenigstens entlang einer Langseite (7, 7') verlaufende dreifache Länge (13) im Vergleich zu einer entlang einer Hochseite (9, 9I, 109, 109I) verlaufenden Höhe (15, 115) der Grundform (5, 105) hat.
  2. 2
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) according to claim 1,characterized in thatin the area (17, 17I) of the high sides (9, 9I, 109, 109I) Pole lugs (25, 125, 27, 127) are connected to an active surface (19, 119) or to active elements (19, 119), in particular by welding (129). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (17, 17I) der Hochseiten (9, 9I, 109, 109I) Polfahnen (25, 125, 27, 127) an einer aktiven Fläche (19, 119) bzw. an aktiven Elementen (19, 119), insbesondere durch schweißen (129), angeschlossen sind.
  3. 3
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II ", 101, 101I, 101II, 201, 301) according to claim 2,characterized in thatin a space of the module volume (23, 123) which is immediately adjacent to a lithium-ion secondary cell (31, 31I, 31I, ", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) arranged pole lugs (25, 27, 125, 127), in each case a cooling channel (77, 77', 135, 137, 177, 177I) for the lithium-ion secondary cells (31, 31I, 31", 131, 131I, 131", 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) is present, one of the pole lugs (25, 27, 125, 127) being a positive pole and one pole lug (27, 127) being a negative pole,and wherein preferably through the cooling channels (77, 77I, 135, 137, 177, 177I) the heat-producing active surfaces (19, 119) of the lithium-ion secondary cells (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) in their lateral areas, ie on their high sides (9, 9I, 109, 109I), by means of the cooling channels (77, 77I, 135, 137, 177, 177I) to be cooled. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II ", 101, 101I, 101II, 201, 301) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassin einem Raum des Modulvolumens (23, 123), der unmittelbar benachbart zu an einer Lithium-Ionen-Sekundärzelle (31, 31I, 31I, ", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) angeordneten Polfahnen (25, 27, 125, 127) ist, jeweils ein Kühlkanal (77, 77', 135, 137, 177, 177I) für die Lithium-Ionen-Sekundärzellen (31, 31I, 31", 131, 131I, 131", 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) vorhanden ist, wobei von den Polfahnen (25, 27, 125, 127) eine Polfahne (25, 125) ein Pluspol ist und eine Polfahne (27, 127) ein Minuspol ist,und wobei vorzugsweise durch die Kühlkanäle (77, 77I, 135, 137, 177, 177I) die wärmeproduzierenden aktiven Flächen (19, 119) der Lithium-Ionen-Sekundärzellen (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) in ihren seitlichen Bereichen, d. h. an ihren Hochseiten (9, 9I, 109, 109I), mittels der Kühlkanäle (77, 77I, 135, 137, 177, 177I) gekühlt werden.
  4. 4
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thatthe traction accumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) has a thermal exchange surface (71) on its lowest surface to be arranged, in particular formed by the cooling plate and/or by the carrier plate (45, 145, 145l, 245, 365). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) eine thermische Austauschfläche (71) an seiner tiefsten anzuordnenden Fläche aufweist, insbesondere gebildet durch die Kühlplatte und/oder durch die Trägerplatte (45, 145, 145l, 245, 365).
  5. 5
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thateach lithium-ion secondary cell (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) individually (53, 53I, 53II, 153, 153I) or as part of a group (253, 253I, 253II, 253III) in its own housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III), in particular in a cell housing (31, 31I, 31", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III), is enveloped. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lithium-Ionen-Sekundärzelle (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) einzeln (53, 53I, 53II, 153, 153I) oder als Teil einer Gruppe (253, 253I, 253II, 253III) in ein eigenes Gehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III), insbesondere in ein Zellengehäuse (31, 31I, 31", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III), eingehüllt ist.
  6. 6
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II, 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thatan electrical line (55, 57, 155, 157, 255, 257) of an electrical current in a central area (17, 17I) of the high sides (15, 115) is arranged transversely to the reaction surface of the active surface (19, 119) or an active element (19, 119). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitung (55, 57, 155, 157, 255, 257) eines elektrischen Stroms in einem mittleren Bereich (17, 17I) der Hochseiten (15, 115) quer zur Reaktionsfläche der aktiven Fläche (19, 119) bzw. eines aktiven Elements (19, 119) angeordnet ist.
  7. 7
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) according to one of claims 3 to 6,characterized in thatthe cooling channel (135, 137) is arranged outside the active surface (19, 119) with approximately the same width as the pole lugs. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201, 301) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit annähernd gleicher Breite wie die Polfahnen der Kühlkanal (135, 137) außerhalb der aktiven Fläche (19, 119) angeordnet ist.
  8. 8
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101II, 101II, 201, 301) according to one of claims 2 to 7,characterized in thatthe pole lugs (25, 125, 27, 127) on opposite high sides (9, 9I, 109, 109I) are attached to the active surface (19, 119) or an active element (19, 119), in particular at spot welds (129). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101II, 101II, 201, 301) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polfahnen (25, 125, 27, 127) auf gegenüberliegenden Hochseiten (9, 9I, 109, 109I) an der aktiven Fläche (19, 119) bzw. eines aktiven Elements (19, 119), insbesondere an Schweißpunkten (129), befestigt sind.
  9. 9
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thatthe housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III, 33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333), more precisely the cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) and/or the module housing (33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333) made of a metal such as aluminum or stainless steel. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III, 33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333), genauer das Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) und/oder das Modulgehäuse (33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333), aus einem Metall wie Aluminium oder Edelstahl hergestellt ist.
  10. 10
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101II, 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thata housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III, 33, 33', 133, 133I, 133", 233, 333) a surface occupied by the active surface or by an active element (19, 119) is extended outwards (51, 151) by only two percent in a section. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101II, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III, 33, 33', 133, 133I, 133", 233, 333) eine durch die aktive Fläche bzw. durch ein aktives Element (19, 119) beanspruchte Fläche in einem Schnitt nur um zwei Prozent nach Außen (51, 151) erweitert.
  11. 11
    Traction accumulator (1, 1stI, 1II ", 101, 101I, 101II, 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thata sandwich cooling plate (139, 139I, 139II), e.g. B. from a double-walled sheet metal and / or, z. B. by gluing, assembled half-shells made of a plastic material, between two adjacent electrochemical lithium-ion secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I), which are in particular in two different cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) are bordered, arranged,through which, in particular, an actively circulated liquid cooling medium (143), such as a glycol mixture or a refrigerant, can flow,wherein preferably the sandwich cooling plate (139, 139I, 139II) in its central area more than two cooling channels (141, 141I, 141II, 141III) which extend parallel to the long side (7, 7') of the basic form (5, 105). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II ", 101, 101I, 101II, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasseine Sandwich-Kühlplatte (139, 139I, 139II), z. B. aus einem doppelwandigen Blech und/oder aus, z. B. durch Kleben, zusammengefügten Halbschalen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, zwischen zwei benachbarten elektrochemischen Lithium-Ionen-Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I), die insbesondere in zwei unterschiedlichen Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) eingefasst sind, angeordnet ist,die insbesondere mit einem aktiv umgewälzten Flüssigkühlmedium (143), wie einem Glykolgemisch oder einem Kältemittel, durchströmbar ist,wobei vorzugsweise die Sandwich-Kühlplatte (139, 139I, 139II) in ihrem mittleren Bereich mehr als zwei parallel zu einander angeordnete Kühlkanäle (141, 141I, 141II, 141III) hat, die sich parallel zu der Langseite (7, 7') der Grundform (5, 105) erstrecken.
  12. 12
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thata number of cells containing between ten and forty lithium-ion secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) is, with their active surfaces or their active elements (19, 119) arranged side by side in a cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331II, 331III) or in a module housing (33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333) are clamped to form a battery pack in order to connect the lithium-ion secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) to produce. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Zellen, die zwischen zehn und vierzig Lithium-Ionen-Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) beträgt, mit ihren aktiven Flächen bzw. ihren aktiven Elementen (19, 119) nebeneinander angeordnet in einem Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331II, 331III) oder in einem Modulgehäuse (33, 33I, 133, 133I, 133II, 233, 333) zur Bildung eines Akkumulatorpakets eingespannt sind, um eine Serienverschaltung der Lithium-Ionen-Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) herzustellen.
  13. 13
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thata cut surface resulting from the cut has at least 80% active surface (19, 119), ideally more than 92% active surface (19, 119), and/oran active volume (21) resulting from the active area (19, 119) times the width (11) occupies at least 60% of the module volume (23, 123), ideally more than 62% of the module volume (23, 123). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101", 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasseine durch den Schnitt sich ergebende Schnittfläche zu wenigstens 80 % eine aktive Fläche (19, 119), idealerweise zu mehr als 92 % eine aktive Fläche (19, 119), aufweist und/oderein sich aus aktiver Fläche (19, 119) mal Breite (11) ergebendes Aktivvolumen (21) wenigstens 60 % des Modulvolumens (23, 123), idealerweise zu mehr als 62 % des Modulvolumens (23, 123), beansprucht.
  14. 14
    Traction accumulator (1, 1stI, 1", 101, 101I, 101II, 201, 301) according to one of the preceding claims,characterized in thatthe carrier plate (245) at some points to form at least one coolant line (292II), which in particular has an oval flow cross section, is hollow,so that a coolant such as water, optionally with additives such as (poly)glycol, can flow through the carrier plate (245),preferably all individual cell housings (231, 231I, 231", 231III) can be flown under by the coolant. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1", 101, 101I, 101II, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dassdie Trägerplatte (245) an einigen Stellen zur Bildung wenigstens einer Kühlmittelleitung (292II), die insbesondere einen ovalen Strömungsquerschnitt aufweist, hohl ist,damit durch die Trägerplatte (245) ein Kühlmittel wie Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen, wie (Poly-)Glykol, fließen kann,wobei vorzugsweise alle einzelnen Zellengehäuse (231, 231I, 231", 231III) von dem Kühlmittel unterströmbar sind.
  15. 15
    Method of manufacturing a heat-dissipating traction battery (1st, 1stI, 1II, 101, 101', 101", 201, 301), in particular according to one of the preceding claims,the at least one housing (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31II, 131, 131I, 131", 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) havingand in which several individual cells (53, 53I, 53II, 153, 153I, 253, 253I, 253II, 253III ) in the housing (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331', 331", 331III) are summarized,characterized in thatthe housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III;33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333) has been produced at least in part by an extrusion process and is closely attached to a cell (3, 3I, 3", 3III, 103, 103I) of the several individual cells (53, 53I, 53II, 153, 153I, 253, 253I, 253II, 253III) or on a cell stack (253, 253I, 253II, 253III), which preferably has at least two pole lugs (25, 125;27, 127), and is equipped in such a way that the thickness of the housing (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) by being stressed as a mechanically stressed carrier plate (45, 145, 145I, 245) and is designed as a heat sink or thermal exchange surface (71) for dissipating heat on the basis of its heat capacity, which is determined by its thickness. Verfahren zum Herstellen eines Wärme abführenden Traktionsakkumulators (1, 1I, 1II, 101, 101', 101", 201, 301), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,der mindestens ein Gehäuse (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31II, 131, 131I, 131", 131III, 231, 231', 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III) aufweistund bei dem mehrere Einzelzellen (53, 53I, 53II, 153, 153I, 253, 253I, 253II, 253III ) in dem Gehäuse (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31", 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331', 331", 331III) zusammengefasst sind,dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231", 231III, 331, 331I, 331", 331III;33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333) zumindest in Teilen durch ein Strangpressverfahren hergestellt worden ist und eng, insbesondere durch eine Flächenberührung, an einer Zelle (3, 3I, 3", 3III, 103, 103I) der mehreren Einzelzellen (53, 53I, 53II, 153, 153I, 253, 253I, 253II, 253III) oder an einem Zellpaket (253, 253I, 253II, 253III), die oder das vorzugsweise zumindest zwei Polfahnen (25, 125;27, 127) aufweisen, anliegt und derart ausgestattet ist, dass eine Dicke des Gehäuses (33, 33I, 133, 133I, 133", 233, 333, 31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 331, 331I, 331II, 331III) durch eine Beanspruchung als mechanisch beanspruchte Trägerplatte (45, 145, 145I, 245) bestimmt ist und anhand ihrer durch ihre Dicke bestimmten Wärmekapazität als Kühlkörper oder thermische Austauschfläche (71) zur Ausleitung von Wärme gestaltet ist.
Independent claims15