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Title:
HEATING DEVICE FOR A PRISMATIC BATTERY CELL OF A HIGH-VOLTAGE BATTERY OF A MOTOR VEHICLE, BATTERY CELL, BATTERY MODULE, HIGH-VOLTAGE BATTERY AND MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/007569
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heating device (10) for a prismatic battery cell (1) of a high-voltage battery of a motor vehicle comprising - two sheet-like heating elements (11, 12) for arranging on two opposite lateral outer sides (6, 9) of a cell housing (2) of the battery cell (1), and - two connecting elements (14, 15) for arranging on a housing cover (4) of the cell housing (2), wherein - the connecting elements (14, 15) are electrically connected to terminals (16, 17) of the two heating elements (11), - the connecting elements (14, 15) are flexibly formed, at least in certain regions, and as a result the heating elements (11, 12) are connected in a hinge-like manner, and - the heating device (10) can be arranged by arranging the first heating element (11) on the first lateral outer side (6) of the cell housing (2), swinging the second heating element (12) over the housing cover (4) and arranging the second heating element (12) on the second lateral outer side (9) on the cell housing (2). The invention also relates to a battery cell (1), a battery module, a high-voltage battery and a motor vehicle.

Inventors:
NUERNBERGER SIMON (DE)
BAUER CHRISTOPH (DE)
SCHMIDT JAN PHILIPP (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/064907
Publication Date:
January 09, 2020
Filing Date:
June 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
H01M10/625; B60H1/00; H01M10/615; H01M10/647; H01M10/651; H01M10/6551; H01M10/6554; H01M10/6555; H01M10/6571; H05B3/34
Domestic Patent References:
WO2012120090A12012-09-13
Foreign References:
EP3098897A12016-11-30
FR2718888A11995-10-20
FR1557516A1969-02-14
JP2011243524A2011-12-01
US20100151307A12010-06-17
EP3057172A12016-08-17
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Claims:
Patentansprüche

1. Heizeinrichtung (10) für eine prismatische Batteriezelle (1 ) einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend

- zwei flächenförmige Heizelemente (11 , 12) zum Anordnen an zwei

gegenüberliegenden Mantelaußenseiten (6, 9) eines Zellgehäuses (2) der

Batteriezelie (1), und

- zwei die Heizelemente (11 , 12) mechanisch und elektrisch verbindende

Verbindungselemente (14, 15) zum Anordnen an einem Gehäusedeckel (4) des Zellgehäuses (2) und zum Verbinden mit einer einen Heizstrom bereitstellenden Energiequelle, wobei

- zum Bestromen der Heizelemente (11 , 12) mit dem Heizstrom das erste

Verbindungselement (14) mit ersten Anschlüssen (16) beider Heizelemente (11) elektrisch verbunden ist und das zweite Verbindungselement (15) mit zweiten Anschlüssen (17) beider Heizelemente (11 , 12) elektrisch verbunden ist,

- die Verbindungselemente (14, 15) zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet sind und dadurch die Heizelemente (11 , 12) scharnierartig verbunden sind, und

- die Heizeinrichtung (10) durch Anordnen des ersten Heizelementes (11) an der ersten Mantelaußenseite (6) des Zellgehäuses (2), Klappen des über die

Verbindungselemente (14, 15) mit dem ersten Heizelement (11) schamierartig verbundenen zweiten Heizelementes (12) über den Gehäusedeckel (4) und Anordnen des zweiten Heizelementes (12) an der zweiten Mantelaußenseite (9) an dem Zellgehäuse (2) anordenbar ist.

2, Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die flächenförmigen Heizelemente (11, 12) jeweils eine Heizfolie (13) mit einem integrierten, bestrombaren Heizwiderstand (13a) aufweisen.

3. Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass den Mantelaußenseiten (6, 9) zugewandte Innenseiten (18) der Heizelemente (11 , 12) klebend ausgebiidet sind, sodass die Heizelemente (11, 12) an den

Mantelaußenseiten (6, 9) stoffschlüssig befestigbar sind.

4. Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zum elektrischen Isolieren der mit der Heizeinrichtung (10) ausgestatteten

Batteriezelle (1) von einer benachbarten Batteriezelle in einem Zellstapel der Hochvoltbatterie, den Mantelaußenseiten (6, 9) abgewandte Außenseiten der Heizelemente (11 , 12) elektrisch isolierend ausgebildet sind.

5. Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Heizeinrichtung (10) achsensymmetrisch ausgebildet ist.

6. Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Größe einer Fläche der Heizelemente (11 , 12) zumindest 90% einer Größe einer Fläche der Mantelaußenseiten (6, 9) entspricht, wobei eine Höhe (30) der

Heizelemente (11 , 12) zumindest 90% einer Höhe (29) des Zellgehäuses (2), insbesondere zwischen 60 mm und 90 mm, vorzugsweise 75 mm, beträgt und eine Länge (32) der Heizelemente (11, 12) zumindest 90% einer Länge (31 ) des

Zellgehäuses (2), insbesondere zwischen 150 mm und 180 mm, vorzugsweise 165 mm, beträgt.

7. Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Heizelemente (11 , 12) jeweils eine Dicke von höchstens 200 mm, insbesondere höchstens 150 mm, aufweisen.

8. Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungselemente (14, 15) jeweils eine Kontaktplatte (21) zum elektrischen Verbinden mit der den Heizstrom bereitstellenden Energiequelle sowie flexible Leiter (28) aufweisen, wobei die Kontaktplatten (21 ) über die flexiblen Leiter (28) mit den jeweiligen Anschlüssen (16, 17) der Heizelemente (11, 12) elektrisch verbunden sind.

9. Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine dem Gehäusedeckel (4) zugewandte Unterseite (22) der Kontaktplatten (21) eine Klebeschicht (23) zum Ankleben an dem Gehäusedeckel (4) des Zellgehäuses (2) aufweist.

10. Prismatische Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs

aufweisend ein Zeilgehäuse (2) mit einem Gehäusemantel (5) sowie einem

Gehäusedeckel (4), an welchem Zellterminals (19, 20) der Batteriezelle (1 ) angeordnet sind, sowie eine Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flächenförmigen Heizelemente (11 , 12) an zwei

gegenüberliegenden Mantelaußenseiten (6, 9) des Gehäusemantels (5) angeordnet sind und die Verbindungselemente (14, 15) zwischen den Zellterminals (19, 20) auf dem Gehäusedeckel (4) angeordnet sind.

11. Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit einer Vielzahl von aneinander gestapelten Batteriezellen (1 ) nach Anspruch 10 sowie mit zwei

Modulanschlüssen, weiche mit den Zellterminals (19, 20) der Batteriezellen (1) entsprechend einer vorbestimmten Verschaltung elektrisch verbunden sind, wobei zur Bereitstellung des Heizstroms aus den Batteriezelien (1) die ersten

Verbindungselemente (14) der Heizeinrichtungen (10) miteinander und mit dem ersten Modulanschluss elektrisch verbunden sind und die zweiten

Verbindungselemente (15) der Heizeinrichtungen (10) miteinander und mit dem zweiten Modulanschluss elektrisch verbunden sind, wobei die ersten

Verbindungselemente (14) und/oder die zweiten Verbindungselemente (15) über ein steuerbares Schaltelement mit dem jeweiligen Modulanschluss verbunden sind.

12. Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul nach

Anspruch 11.

13. Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie nach Anspruch 12.

Description:
Heizeinrichtung für eine prismatische Batteriezelle einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, Batteriezelle, Batteriemodul, Hochvoltbatterie sowie Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine prismatische Batteriezelle einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvoltbatterien bzw.

Hochvoltspeicher für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Hochvoltbatterien weisen eine Vielzahl von Batteriezellen bzw. Speicherzellen auf, welche in der Regel zu einem Zellstapel gestapelt und zu einem Batteriemodul verschaltet sind. Dabei sinkt mit sinkender Betriebstemperatur der Batteriezelien in der Regel eine maximale Leistung, die von einem elektrischen

Batteriemodui bereitgestellt werden kann. Dies kann bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug dazu führen, dass bei niedrigen Außentemperaturen zu Beginn einer Fahrt nur eine begrenzte Antriebsleistung zur Verfügung steht. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Batteriemodule mit einer Heizeinrichtung auszustatten, sodass die Batteriezellen bei Bedarf geheizt werden können. Aus der WO 2012/120090 A1 ist ein elektrischer Energiespeicher für Kraftfahrzeuge mit zumindest einem Batteriemodul bekannt, bei welchem zwischen zumindest zwei Speicherzellen des Batteriemoduls ein flexibles elektrisches Heizelement angeordnet ist, welches beispielsweise durch eine flexible Heizfolie gebildet ist. Solche Heizfolien zwischen den Batteriezellen zu positionieren und die Heizfolien zu kontaktieren, ist üblicherweise sehr aufwändig.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie

Heizelemente besonders einfach und ohne großen Aufwand in ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug integriert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizeinrichtung, eine Batteriezelle, ein Batteriemodui, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung für eine prismatische Batteriezelle einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs weist zwei flächenförmige Heizelemente zum Anordnen an zwei gegenüberliegenden Mantelaußenseiten eines Zellgehäuses der Batteriezelle sowie zwei die Heizelemente mechanisch und elektrisch verbindende Verbindungselemente zum Anordnen an einem Gehäusedeckel des Zellgehäuses und zum Verbinden mit einer einen Heizstrom bereitstellenden Energiequelle auf. Zum Bestromen der Heizelemente mit dem Heizstrom ist das erste Verbindungselement mit ersten Anschlüssen beider Heizelemente elektrisch verbunden und das zweite

Verbindungselement ist mit zweiten Anschlüssen beider Heizelemente elektrisch verbunden. Die Verbindungselemente sind zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet, wobei die Heizelemente dadurch schamierartig verbunden sind. Die Heizeinrichtung ist durch Anordnen des ersten Heizelementes an der ersten Mantelaußenseite des

Zellgehäuses, Klappen des durch die Verbindungselemente mit dem ersten Heizelement scharnierartig verbundenen zweiten Heizelementes über den Gehäusedeckel und Anordnen des zweiten Heizelementes an der zweiten Mantelaußenseite an dem

Zellgehäuse anordenbar.

Die Erfindung betrifft außerdem eine prismatische Batteriezeile für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend ein Zellgehäuse mit einem Gehäusemantel sowie einem Gehäusedeckel, an welchem Zellterminals der Batteriezelle angeordnet sind, sowie eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung, wobei die flächenförmigen Heizelemente an zwei gegenüberliegenden Mantelaußenseiten des Gehäusemantels angeordnet sind und die Verbindungselemente zwischen den Zellterminals auf dem Gehäusedeckel angeordnet sind.

Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines

Kraftfahrzeugs mit einer Vielzahl von aneinander gestapelten erfindungsgemäßen Batteriezelien sowie mit zwei Modulanschlüssen, welche mit den Zellterminals der Batteriezellen entsprechend einer vorbestimmten Verschaltung verbunden sind, wobei zur Bereitstellung des Heizstroms für die Heizeinrichtungen aus den Batteriezellen die ersten Verbindungselemente der Heizeinrichtungen miteinander und mit dem ersten

Modulanschluss des Batteriemoduls elektrisch verbunden sind und die zweiten

Verbindungselemente der Heizeinrichtungen miteinander und mit dem zweiten

Modulanschluss des Batteriemoduls elektrisch verbunden sind, wobei die ersten Verbindungselemente und/oder die zweiten Verbindungselemente über ein steuerbares Schaltelement mit dem jeweiligen Modulanschluss verbunden sind.

Die prismatische Batteriezelle ist als eine Sekundärzelle ausgebildet und weist ein insbesondere flachquaderförmiges Zellgehäuse auf, in dessen Gehäuseinnenraum ein Zellwickel angeordnet ist. Das Zellgehäuse weist einen insbesondere rechteckförmigen Gehäuseboden, einen Gehäusemantel sowie einen insbesondere rechteckförmigen Gehäusedeckel auf. Der Gehäusemantel äst dabei durch vier Mantelseiten gebildet, wobei die Mantelseiten insbesondere eine Frontseite, eine Rückseite und zwei Seitenbereiche des Zellgehäuses ausbilden. Zum Kontaktieren von Elektroden des Zellwickels sind die Zellterminals mit den Elektroden elektrisch verbunden und durch den Gehäusedeckel hindurch geführt. Die prismatischen Batteriezellen können entlang einer Stapelrichtung zu einem Zellstapel gestapelt werden. Dazu wird beispielsweise eine Frontseite einer Batteriezelle an der Rückseite einer benachbarten Batteriezelle angeordnet, usw. Die Zellterminals können zum Verschalten der Batteriezellen über ein Zellkontaktiersystem elektrisch miteinander verbunden werden.

Um die Batteriezellen, beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen, zum Erhöhen einer Leistung beheizen zu können, weist zumindest eine Batteriezelle des

Batteriemoduls, insbesondere jede Batteriezelle des Batteriemoduls, die Heizeinrichtung auf, welche an einer Außenseite des Zellgehäuses angeordnet wird. Die Heizeinrichtung weist dabei die flächigen Heizelemente sowie die Verbindungselemente auf. Die

Verbindungselemente sind dazu ausgelegt, die Heizelemente mechanisch und elektrisch miteinander zu verbinden. Vorzugsweise weisen die flächenförmigen Heizelemente jeweils eine Heizfolie mit einem integrierten, bestrombaren Heizwiderstand auf. Eine Heizfolie bzw. ein Heizsheet weist beispielsweise einen dünnen, insbesondere flexiblen Träger mit eingebettetem Heizwiderstand bzw. Heizdraht auf, welcher sich beispielsweise mäanderförmig über den bzw. in dem Träger erstreckt und die zwei Anschlüsse aufweist. Die Heizfolie kann beispielsweise rechteckförmig ausgebildet sein.

Die Heizelemente, insbesondere die Heizwiderstände, sind dabei parallel geschaltet, indem das erste Verbindungselement mit den ersten Anschlüssen beider Heizelemente elektrisch verbunden ist und das zweite Verbindungselement mit den zweiten

Anschlüssen beider Heizelemente elektrisch verbunden ist. Über die

Verbindungselemente kann den Heizelementen außerdem der Heizstrom der

Energiequelle zugeführt werden. Die Energiequelle kann beispielsweise die Batteriezelle selbst oder eine Zusammenschaltung der Batteriezellen des Batteriemoduls sein. Beispielsweise können die Verbindungselemente über steuerbare Schalter mit den Zellterminals der Batteriezelle, elektrisch verbunden sein, durch welche die Heizelemente bei Bedarf an die Zellterminals geschaltet werden können. Die Verbindungselemente sind dabei zumindest bereichsweise flexibel, insbesondere biegbar, ausgebildet. Dadurch sind die Heizelemente über Scharniere in Form von den Verbindungselementen miteinander verbunden und zueinander klappbar ausgebildet. Beispielsweise können die

Verbindungselemente zumindest bereichsweise durch ein Flachbandkabel gebildet sein.

Die Heizeinrichtung mit den Heizelementen und den Verbindungselementen ist dabei vormontiert und insbesondere einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass die

Verbindungselemente vor dem Anordnen der Heizeinrichtung an dem Zellgehäuse bereits mit den Heizelementen elektrisch und mechanisch verbunden sind. Die Heizeinrichtung weist somit ein Doppelheizsheet mit zwei miteinander verbundenen Heizsheets auf. Die Heizeinrichtung wird als Ganzes an dem Zellgehäuse angeordnet. Dabei wird eines der Heizelemente an der ersten Mantelaußenseite angeordnet und dort ortsfest positioniert. Das andere Heizelement wird nun mithilfe der schamierartigen Verbindungselemente derart über den Gehäusedeckel geklappt, dass das andere Heizelement an der zweiten Mantelaußenseite angeordnet wird. Beim Klappen des zweiten Heizelementes über den Gehäusedeckel werden die Verbindungselemente an dem Gehäusedeckel positioniert. Die Verbindungselemente werden insbesondere zwischen den auf dem Gehäusedeckel angeordneten Zeilterminals angeordnet. Durch die Verbindungselemente werden an dem Gehäusedeckel also zusätzlich zu den Zellterminals der Batteriezellen zwei Heizterminals zum Bestromen der Heizelemente gebildet. Die Heizeinrichtung wird dabei insbesondere derart an dem Zellgehäuse angeordnet, dass eines der Heizelemente an der Außenseite der Frontseite des Zellgehäuses angeordnet ist und ein anderes der Heizelemente an der Außenseite der Rückseite des Zellgehäuses angeordnet ist. Innerhalb des Zellstapeis sind die Heizelemente also zwischen zwei Batteriezeilen angeordnet.

Durch die einteilige, vormontierte Heizeinrichtung kann diese besonders einfach und schnell während der Fertigung der Batteriemodule an den Batteriezellen montiert werden. Durch das Positionieren der Verbindungselemente an dem Gehäusedeckel können diese besonders einfach zum Bestromen der Heizelemente mit der Energiequelle kontaktiert werden.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn den Mantelaußenseiten zugewandte Innenseiten der Heizelemente klebend ausgebildet sind, sodass die Heizelemente an den

Mantelaußenseiten stoffschiüssig befestigbar sind. Beispielsweise kann die Heizfolie an der der Mantelaußenseite zugewandten Innenseite eine Klebeschicht aufweisen. Durch die Klebeschicht können die Heizelemente, insbesondere die Heizfolien, an die

Mantelaußenseiten geklebt werden und somit besonders einfach positioniert und befestigt werden. Außerdem garantiert die Klebung einen guten thermischen Kontakt zwischen den Heizelementen und den Mantelaußenseiten, sodass ein guter Wärmeübertrag von den Heizelementen in den Gehäuseinnenraum erreicht werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind, zum elektrischen Isolieren der mit der

Heizeinrichtung ausgestatteten Batteriezelle von einer benachbarten Batteriezelle in einem Zellstapel der Hochvoltbatterie, den Mantelaußenseiten abgewandte Außenseiten der Heizelemente elektrisch isolierend ausgebildet. Beispielsweise kann die Heizfolie einen Träger aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise einem Kunststoff, aufweisen, in welches der Heizwiderstand eingebettet ist. Die elektrisch isolierende Außenseite des Heizelementes kann dabei ebenfalls klebend ausgebildet sein, sodass die mit der Heizeinrichtung ausgestattete Batteriezelle mit einer benachbarten

Batteriezelle bzw. deren Heizeinrichtung stoffschlüssig verbunden werden kann. Durch die elektrisch isolierenden Heizelemente kann in vorteilhafter Weise auf einen weiteren Isolator oder einen Abstandshalter zwischen den metallischen Zellgehäusen der

Batteriezellen verzichtet werden.

Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung achsensymmetrisch ausgebildet, sodass ein jeweiliger Abstand der Verbindungselemente zu jeweiligen Seitenrändem der

Batteriezellen im Wesentlichen gleich ist. Im gestapelten Zustand der Batteriezellen weist eine durch die Gehäusedeckel der Batteriezelien gebildete Oberseite des Zellstapels zwei parallel zueinander und zu der Stapelrichtung verlaufende Reihen mit Zellterminals und zwei dazwischen liegende, parallel zueinander und zu der Stapelrichtung verlaufende Reihen mit Verbindungselementen auf. Durch die symmetrische Ausbildung der

Heizeinrichtung und die symmetrische Ausbildung des Zellgehäuses ist auch die mit der Heizeinrichtung ausgestattete Batteriezelle achsensymmetrisch ausgebildet. Dadurch können die mit den Heizeinrichtungen ausgestatteten Batteriezellen innerhalb des Zellstapels auch um 180° gedreht werden, ohne dass sich Positionen der

Verbindungselemente auf der Oberseite des Zellstapels verändern. Hierdurch können die Verbindungselemente besonders, beispielsweise einfach über gerade, parallel zu der Stapelrichtung verlaufende Stromschienen, elektrisch miteinander verbunden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine Größe einer Fläche der

Heizelemente zumindest 90% einer Größe einer Fläche der jeweiligen Mantelaußenseite, wobei eine Höhe der Heizelemente insbesondere 90% einer Höhe des Zellgehäuses, vorzugsweise zwischen 60 mm und 90 mm, besonders bevorzugt in etwa 75 mm, beträgt und eine Länge der Heizelemente insbesondere 90% einer Länge des Zellgehäuses, vorzugsweise zwischen 150 mm und 180 mm, besonders bevorzugt in etwa 165 mm, beträgt. Durch die flächigen Heizelemente, welche zumindest 90% der jeweiligen Mantelaußenseite bedecken, können eine homogene Temperaturverteilung während des Beheizens der Batteriezelle sowie ein besonders großer Wärmeeintrag in das

Zellgehäuse der Batteriezelle bereitgestellt werden. Insbesondere weisen die

Heizelemente jeweils eine Dicke von höchstens 200 mm, vorzugsweise von höchstens 150 mm, auf. Durch diese geringe Dicke, welche beispielsweise Dicken der Heizfolie, der Klebeschicht an der Innenseite sowie der Isolationsschicht an der Außenseite umfasst, wird eine Abmessung des gesamten Batteriemoduls nur geringfügig vergrößert.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Verbindungselemente jeweils eine Kontaktplatte zum elektrischen Verbinden mit der Energiequelle sowie flexible Leiter auf, wobei die Kontaktplatten über die flexiblen Leiter mit den jeweiligen Anschlüssen der Heizelemente elektrisch verbunden sind. Solche Kontaktplatten können besonders einfach mit der Energiequelle, beispielsweise einem Modulanschluss des Batteriemoduls, verbunden werden. Dazu kann beispielsweise eine Stromschiene auf die Kontaktplatten geschweißt werden. Die Kontaktplatte kann beispielsweise eine metallische Kontaktplatte sein und aus dem gleichen Material wie die Stromschiene, beispielsweise aus Aluminium, gebildet sein. Die Kontaktplatten werden über die flexiblen, biegbaren Leiter mit den Heizelementen elektrisch und mechanisch verbunden. Die Kontaktplatte wird durch das Anordnen der Heizelemente an den Mantelaußenseiten insbesondere anliegend an dem Gehäusedeckel angeordnet.

Vorzugsweise weist eine dem Gehäusedeckel zugewandte Unterseite der Kontaktplatten eine Klebeschicht zum Ankleben an dem Gehäusedeckel des Zellgehäuses auf. Die Klebeschicht kann beispielsweise ein an der Unterseite angeordnetes Klebepad sein, sodass die Kontaktplatten während des Montierens der Heizeinrichtung an dem

Zellgehäuse an dem Gehäusedeckel fixiert werden können. Insbesondere entspricht eine Breite der Kontaktplatten höchstens einer Dicke des Zellgehäuses, insbesondere höchstens 90% einer Dicke des Zellgehäuses. Eine Kontaktplatte kann eine Breite von 15 mm bis 19 mm, eine Länge von in etwa 10 mm sowie eine Dicke von in etwa 1 mm bis 2 mm aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Batteriemodul. Die Hochvoltbatterie ist insbesondere als eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriemodulen.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Heizeinrichtung vorgestellten

Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Batteriezelle, für das erfindungsgemäße Batteriemodul, für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Batteriezelle; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Heizeinrichtung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Komponente eines

Verbindungselementes der Heizeinrichtung.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine prismatische Batteriezelle 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die prismatische Batteriezelle 1 kann mit einer Vielzahl von weiteren Batteriezeilen 1 zu einem Zellstapel gestapelt werden. Die Batteriezellen 1 eines Zellstapels können zu einem Batteriemodul verschaltet werden, wobei eine Vielzahl von Batteriemodulen wiederum zu einer Hochvoltbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verschaltet werden können. Die Batteriezelle 1 weist ein

flachquaderförmiges Zellgehäuse 2 mit einem Gehäuseboden 3, einem Gehäusedeckel 4 sowie einem Gehäusemantel 5 auf. Der Gehäusemantel 5 weist mehrere Mantelseiten 6, 7, 8, 9 auf, nämlich eine Frontseite 6, zwei Seitenbereiche 7, 8 sowie eine der Frontseite 6 gegenüberliegende Rückseite 9. Außerdem weist die Batteriezelle 1 eine

Heizeinrichtung 10 auf, welche in perspektivischer Darstellung in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Heizeinrichtung 10 weist zwei flächige Heizelemente 11 , 12 auf. Ein erstes

Heizelement 11 ist beispielsweise an einer Außenseite der Frontseite 6 des Zellgehäuses 3 angeordnet und ein zweites Heizelement 12 ist beispielsweise an einer Außenseite der Rückseite 9 des Zeilgehäuses 3 angeordnet. Die Heizelemente 11 , 12 können beispielsweise jeweils eine Heizfolie 13 mit integriertem Heizwiderstand 13a aufweisen. Der Heizwiderstand 13a kann sich im angeordneten Zustand der Heizelemente 11, 12 an den Außenseiten der Mantelseiten 6, 9 mäanderförmig über eine Oberfläche der Außenseiten der Mantelseiten 6, 9 erstrecken.

Die Heizelemente 11 , 12 sind dabei über zwei Verbindungselemente 14, 15 elektrisch miteinander verbunden. Über die Verbindungselemente 14, 15 sind die Heizwiderstände 13a beider Heizelemente 11, 12 parallelgeschaltet, Indem ein erster Anschluss 16 beider Heizelemente 11, 12 mit dem ersten Verbindungselement 14 elektrisch verbunden ist und ein zweiter Anschluss 17 beider Heizelemente 11, 12 mit dem zweiten

Verbindungselement 15 elektrisch verbunden ist Die Heizeinrichtung 10 weist beispielsweise einen Gesamtwiderstand von 20 mOhm bis 150 mOhm, vorzugsweise 30 mOhm bis 60m Ohm auf. Beispielsweise im Falle, dass jeder Heizwiderstand 13a beispielsweise einen Widerstand von 60 mOhm bei 20ºC aufweist, weist die

Heizeinrichtung 10 dadurch einen Gesamtwiderstand von 30 mOhm bei 20ºC auf.

Die Heizeinrichtung 10 ist dabei, wie in Fig. 2 gezeigt, vormontiert. Das heißt, die Heizelemente 11, 12 sind über die Verbindungselemente 14, 15 elektrisch und mechanisch verbunden, bevor die Heizeinrichtung 10 an dem Zellgehäuse 2 angeordnet wird. Die Verbindungselemente 14, 15 sind scharnierartig ausgebildet und dazu bereichsweise flexibel ausgebildet. Über die schamierartigen Verbindungselemente 14, 15 sind die Heizelemente 11, 12 zueinander klappbar ausgebildet. Um die

Heizeinrichtung 10 an dem Zellgehäuse 2 anzuordnen, wird beispielsweise das erste Heizelement 11 an der Frontseite 6 angeordnet. Nach Anordnen des ersten

Heizelementes 11 an der Frontseite 6 wird das zweite Heizelement 12 über den

Gehäusedeckel 4 geklappt und an der Rückseite 9 angeordnet. Innenseiten 18 der Heizelemente 11, 12 können beispielsweise klebend ausgebildet sein, sodass die Heizelemente 11, 12 an die Mantelaußenseiten 6, 9 geklebt werden können. Die

Verbindungselemente 14, 15 sind dabei bandartigen über den Gehäusedeckel 4 geführt und zwischen Zellterminais 19, 20 der Batteriezelle 1 angeordnet. Über die

Verbindungselemente 14, 15 kann ein von einer Energiequelle bereitgestellter Heizstrom in die Heizwiderstände 13 eingespeist werden.

Die Verbindungselemente 14, 15 weisen hier jeweils eine Kontaktplatte 21 auf, wie sie beispielhaft in Fig. 3 gezeigt ist. Die Kontaktplatte 21 kann beispielsweise an ihrer Unterseite 22 eine Klebeschicht 23 aufweisen und somit an dem Gehäusedeckel 4 festgeklebt werden. Die Klebeschicht 23 kann beispielsweise ein Klebepad sein. Eine Länge 24 der Kontaktplatte 21 kann beispielsweise in etwa 10 mm betragen, eine Breite 25 der Kontaktplatte 21 kann zwischen 15 mm und 19 mm betragen und eine Dicke 26 der Kontaktplatte 21 kann in etwa 1 mm betragen. Die Verbindungselemente 14, 15 weisen dabei eine Länge auf, durch welche ein Abstand 27 der Heizelemente 11 , 12 (siehe Fig. 2) in etwa einer Dicke der Batteriezelle 1 entspricht. Der Abstand 27 kann beispielsweise 21 mm befragen. Zum Bereitstellen der Schamierwirkung weisen die Verbindungselemente 14, 15 hier außerdem flexible Leiter 28, beispielsweise

Flachbandkabel, auf. Über diese flexiblen Leiter 28 ist die Kontaktplatte 21 des ersten Verbindungselementes 14 mit den ersten Anschlüssen 16 des ersten und zweiten Heizelementes 11 , 12 elektrisch verbunden und die Kontaktplatte 21 des zweiten Verbindungselementes 15 mit den zweiten Anschlüssen 17 des ersten und zweiten Heizelementes 11 , 12 elektrisch verbunden. Über die flexiblen Leiter 28 sind die

Heizelemente außerdem mechanisch verbunden.

Die Heizelemente 11 , 12 überdecken im angeordneten Zustand der Heizeinrichtung 10 an dem Zellgehäuse 2 die Mantelaußenseiten 6, 9 nahezu vollständig, insbesondere zumindest zu 90%. Wenn das Zellgehäuse 2 beispielsweise eine Höhe 29 von in etwa 85 mm aufweist, weisen die Heizelemente 11 , 12 jeweils eine Höhe 30 von in etwa 78 mm auf. Wenn das Zellgehäuse 2 eine Breite 31 von in etwa 173 mm aufweist, weisen die Heizelement 11 , 12 beispielsweise jeweils eine Breite 32 von in etwa 165 mm auf. So kann beim Beheizen der Batteriezelle 1 eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Zellgehäuses 2 sowie ein hoher Wärmeeintrag in das Zellgehäuse 2 bereitgestellt werden.

Außerdem ist die Heizeinrichtung 10 symmetrisch zu einer Achse A ausgebildet. Die Achse A ist dabei auch die Symmetrieachse des Zellgehäuses 2 und damit der

Batteriezelie 1. Dadurch weist das erste Verbindungselement 14 den gleichen Abstand zu dem Seitenbereich 7 des Zellgehäuses 2 auf wie das Verbindungselement 15 zu dem Seitenbereich 8 des Zellgehäuses 2. Wenn nun mehrere Batteriezellen 1 zu dem

Zellstapei aneinander gestapelt sind, so sind die Verbindungselemente 14, 15 entlang zweier paralleler Reihen auf einer durch die Gehäusedeckel 4 der Batteriezellen 1 gebildeten Oberseite des Zellstapels angeordnet. Somit können die Verbindungselemente 14, 15 mit zwei geraden Stromschienen elektrisch verbunden werden und mit jeweiligen Modulanschlüssen des Batteriemoduls verbunden werden. Zum Verbinden der

Verbindungselemente 14, 15 mit den Stromschienen können die Stromschienen an die Kontaktplatten 21 der Verbindungselemente 14, 15 geschweißt werden.

Die Modulanschlüsse der Batteriezellen 1 sind mit den Zellterminals 19, 20 der

Batteriezelien 1 elektrisch verbunden, sodass die Heizeinrichtungen 10 der Batteriezellen 1 mit elektrischer Energie der Batteriezellen 1 versorgt werden können. Im Falle einer Parallelschaltung von Batteriezellen 1 sind beispielsweise alle ersten Zellterminals 19 mit einem ersten Modulanschluss und alle zweiten Zellterminals 20 mit einem zweiten Modulanschluss verbunden. Außerdem sind die ersten Verbindungselemente 14 miteinander und mit dem ersten Modulanschluss verbunden und die zweiten

Verbindungselemente 15 sind miteinander und mit dem zweiten Modulanschluss verbunden. Die ersten Verbindungselemente 14 und/oder die zweiten

Verbindungselemente 15 sind dabei jeweils über ein steuerbares Schaltelement mit dem jeweiligen Modulanschluss verbunden. Im Fall, dass kein Heizbedarf besteht, ist das jeweilige Schaltelement geöffnet, sodass den Heizelementen 11, 12 kein Heizstrom zugeführt wird. Bei Heizbedarf kann das jeweilige Schaltelement geschlossen werden, sodass den Heizelementen 11, 12 ein Heizstrom zugefühlt wird. Bezugszeichenliste

1 Batteriezelle

2 Zellgehäuse

3 Gehäuseboden

4 Gehäusedeckel

5 Gehäusemantel

6, 7, 8, 9 Mantelseiten

10 Heizeinrichtung

11, 12 Heizelemente

13 Heizfolie

13a Heizwiderstand

14, 15 Verbindungselemente 16, 17 Anschlüsse

18 Innenseite der Heizelemente

19, 20 Zellterminals

21 Kontaktplatte

22 Unterseite der Kontaktplatte

23 Klebeschicht

24 Länge der Kontaktplatte

25 Breite der Kontaktplatte

26 Dicke der Kontaktplatte

27 Abstand der Heizelemente

28 Leiter

29 Höhe des Zellgehäuses

30 Höhe der Heizelemente

31 Länge des Zellgehäuses

32 Länge der Heizelemente

A Achse