DE102006045925A1

DE102006045925A1 - Hochleistungsbatterie

Info

Publication number: DE102006045925A1
Application number: DE102006045925A
Authority: DE
Inventors: Eike Bimczok
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Es wird eine Hochleistungsbatterie (10) beschrieben, die innerhalb eines Gehäuses (11, 14) eine Vielzahl von herkömmlichen Consumerzellen (12) aufweist. Solche Consumerzellen (12) sind beispielsweise Nickelmetallhydrid-Mignonzellen, die als preiswertes Massenprodukt erhältlich sind. Die Consumerzellen (12) sind jeweils zu Zellenclustern verschaltet. Die Verschaltung der Zellen bzw. Cluster innerhalb der Batterie erfolgt so, dass am Ausgang zwischen den Batteriepolen (15) die gewünschte Ausgangsspannung entsteht, die beispielsweise im Bereich von bis zu einigen hundert Volt liegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochleistungsbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Hochleistungsbatterie für den Einsatz in Hybridfahrzeugen.
Es ist bekannt, Batterien so auszugestalten, dass sie sich aus einer Vielzahl von Einzelzellen zusammensetzen. Beispielsweise ist aus der DE 10 2005 020 835 A1 bekannt, eine Batterie aus einer Anzahl von Einzelzellen, die jeweils zu Clustern zusammengefasst sind, aufzubauen. Durch Reihenschaltung mehrerer Cluster werden Spannungen erreicht, die ein ganzzahliges Vielfaches der Einzelzellenspannungen darstellen und beispielsweise bis zu 24 V betragen können. Damit die Anordnung funktionsfähig ist, müssen alle Einzelzellen in geeigneter Weise leitend miteinander in Verbindung stehen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochleistungsbatterie so auszugestalten, dass sie einerseits sehr kostengünstig ist und andererseits eine hohe Flexibilität in ihrem Aufbau gewährleistet. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt in der Verwendung von einer Vielzahl einzelner Consumerzellen. Unter Consumerzellen werden dabei wieder aufladbare Zellen bzw. Batterien oder Akkumulatoren verstanden, die als Massenprodukt kostengünstig herzustellen bzw. zu kaufen sind. Beispielsweise können solche Consumerzellen Nickelmetallhydrid-Mignonzellen sein.
Die einzelnen Consumerzellen können in vorteilhafter Weise flexibel miteinander verschaltet werden. Sie können in vorteilhafter Weise zu Clustern mit jeweils einer geringen Anzahl von Consumerzellen zusammengefasst werden. Die Verschaltung der Zellen bzw. Cluster ist in vorteilhafter Weise über niederohmige elektrische oder mechanische Schalter möglich. Solche Schalter umfassen beispielsweise Transistoren, insbesondere MOSFET's. Durch eine flexible Architektur der Zellen- bzw. Cluster lassen sich auf diese Weise durch geeignete Parallel- bzw. Serien-Verschaltung verschiedene Anforderungen in Bezug auf die Batteriespannung und den Batteriestrom erfüllen. Besonders vorteilhaft ist, dass dies mit der identischen Hochleistungsbatterie möglich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass je nach Einsatzgebiet Spannungswandler für die Ladeschaltungen und für die Entnahme des Batteriestroms entfallen können, da sich die einzelnen Cluster im Gegensatz zu einer abgeschlossenen Batterie mit nur zwei Anschlüssen flexibel zusammenschalten lassen, indem Verbindungen zwischen den verschiedenen Anschlüssen der Cluster hergestellt werden. Es ist dann durch Zugriff auf einzelne Anzapfpunkte zwischen den Clustern auch möglich, optimierte Lade-/Entladeschaltungen zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, defekte Cluster oder Cluster mit Zellen mit verminderter Leistungsfähigkeit zu erkennen und temporär oder permanent auszuschalten. Eine solche Aus- bzw. Abschaltung ist auch im laufenden Betrieb möglich.
Als Ladeverfahren können mikroprozessorgesteuerte herkömmliche Ladeverfahren eingesetzt werden, beispielsweise so genannte Delta-U-Verfahren, die in vorteilhafter Weise gekoppelt mit einer Stromregelung und einer Temperaturüberwachung sind. Dabei ist es vorteilhaft, die Stromregelung und/oder Temperaturüberwachung für jedes einzelne Cluster durchzuführen.
Die einzelnen Consumerzellen werden in vorteilhafter Weise innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Ein solches Gehäuse kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein und Aussparungen aufweisen, in denen geräuscharme Lüfter eingesetzt werden. Damit kann die während schneller Ladevorgänge auftretende Temperaturerhöhung verringert werden, es können also die hohen Temperaturen, die an den Zellen auftreten, leicht abgeführt werden. Die einzelnen Consumerzellen werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung direkt in Öffnungen, beispielsweise runde Bohrungen im Aluminiumgehäuse eingesetzt. Dadurch wird einerseits eine gute Halterung der Zellen sichergestellt und die Halterung der Zellen ist für eine optimale Kühlung geeignet. Insgesamt lässt sich mit einer solchen Anordnung der Zellen in einem Aluminiumgehäuse ein einfacher Aufbau der Hochleistungsbatterie ermöglichen.
Als Consumerzellen sind in vorteilhafter Weise Nickelmetallhydridzellen des Typs Mignon vorzusehen, wobei die Verwendung anderer weit verbreiteter und damit kostengünstig erhältlicher Batteriezelle ebenfalls möglich ist. Optional für diesen Einsatz ist es möglich, dem Endverbraucher durch geeignete Ausgestaltung der Hochleistungsbatterie eine Möglichkeit zum eigenständigen Austausch von defekten oder leistungsverminderten Zellen zu bieten. Ebenso ist ein Aufrüsten der Gesamtbatterie durch neue Zellen größerer Kapazität durch den Endverbraucher möglich.
Durch weiter geeignete Ausgestaltung der Hochleistungsbatterie ist es möglich, bei den verschiedenen Clustern unterschiedliche Batterietypen zu verwenden, wobei unterschiedliche Batterietypen sich auf unterschiedliche Kapazität und/oder unterschiedliche Hersteller beziehen. Es ist jedoch erforderlich, innerhalb eines Clusters identische Consumerzellen einzusetzen und beim Austausch einer Zelle eine neue, also ungebrauchte Zelle zu verwenden. Damit wird eine optimale Flexibilität beim Austausch von defekten Zellen oder von Zellen mit verminderter Leistungsfähigkeit geboten. Sofern die konstruktiven Ausgestaltungen es erlauben, kann innerhalb einer Gesamtbatterie eine Auswahl der Zellen getroffen werden, die herstellerunabhängig ist und vom Endverbraucher selbst vorgenommen werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und zeigt im Einzelnen eine Batterie 10 mit einen Gehäuse, beispielsweise einem Aluminiumgehäuse 11, in das die Consumerzellen 12 eingebettet sind. Die Pluspole der Consumerzellen 12 sind mit 13 bezeichnet. Die Consumerzellen 12 können dabei nicht nur aus einzelnen Zellen, sondern aus einem Zellencluster bestehen. Die Pluspole der Consumerzellen an jedem Zellencluster wären dann ebenfalls mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
Zellencluster werden durch geeignete Kombination von Einzelzellen gebildet. Dabei können beispielsweise Parallelschaltungen von Einzelzellen Cluster bilden, wobei es dann möglich ist mehrere solcher Cluster in Serie zu schalten und die beiden entgegen gesetzten Seiten der der Serienschaltung jeweils mit einem der beiden Batteriepole 15 zu verbinden. Je nach Anzahl der in Serie geschalteten Zellen oder Cluster ergibt sich die Batteriespannung, die beispielsweise bis zu einem Bereich von mehreren hundert Volt einstellbar ist.
Der Gehäusedeckel 14 umfasst in seinem Innern eine Anschlussmatrix und weiterhin vorzugsweise einen Mikroprozessor 19, der die Ladung der Zellen bzw. der Zellencluster sowie die Stromentnahme regelt. Der Mikroprozessor kann beispielsweise im Innern des Gehäusedeckels 14 der Hochleistungsbatterie 10 oder an einer sonstigen geeigneten Stelle der Batterie angeordnet sein. An die Batteriepole 15 werden die nicht dargestellten Verbraucher angeschlossen. Dabei kann der Anschluss der Verbraucher gegebenenfalls über einen im Ausführungsbeispiel im Einzelnen nicht dargestellten Spannungswandler (21) erfolgen, der in die Batterie 10 integriert ist oder der Batterie 10 nachgeschaltet wird.
Die Batterie 10 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich Lüftungsschlitze 16 auf, in die Lüfter 17 eingebaut sind. Nicht explizit dargestellte, da von außen nicht sichtbare Temperatursensoren 18 befinden sich innerhalb des Batteriegehäuses und sind beispielsweise an jedem Zellencluster vorhanden. Es wäre auch möglich, nur einen Temperatursensor einzusetzen. Die Pole der Consumerzellen und Signalleitungen für Temperatursensoren 18 sind über Hoch-/Niederstromsteckverbinder 20 anschließbar.
Die sich im Inneren des Gehäuses befindenden Consumerzellen sind vorzugsweise Metallhydrid-Mignonzellen, die über geeignete nicht dargestellte Schaltmittel miteinander verbunden werden können, wobei die Verbindungen geeignete Serien- und/oder Parallelschaltungen einzelner Mignonzellen umfassen.

Claims

Hochleistungsbatterie mit wenigstens zwei Batteriepolen, mit einer Vielzahl von Einzelzellen, die miteinander über leitende Verbindungen in vorgebbarer Weise verbindbar sind und mit den zugeordneten Batteriepolen in Verbindung sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen Consumerzellen (12) sind.
Hochleistungsbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Consumerzellen (12) Mignonzellen sind.
Hochleistungsbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Consumerzellen (12) Nickelmetallhydridzellen sind.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgebbare Anzahl von Consumerzellen (12) miteinander in Serie geschaltet sind und je eine Seite der Serienschaltung mit je einem Batteriepol (15) verbunden ist.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Consumerzellen (12) zu Clustern verschaltet sind.
Hoch leistungsbatterie nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Consumerzellen (12) so gewählt wird, dass zwischen den Polen (15) der Batterie (10) eine vorgebbare Spannung entsteht.
Hochleistungsbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorgebbare Spannung im Bereich von mehreren hundert Volt liegt.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lüftungsschlitze (16) vorgesehen sind.
Hochleistungsbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lüftungsschlitzen (16) Lüfter (17) angeordnet sind.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass ein Mikroprozessor (19) Bestandteil der Batterie ist.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperatursensor (18) vorhanden ist.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Cluster ein Temperatursensor (18) zugeordnet ist.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (11) aus Aluminium aufweist.
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass ein Gehäusedeckel (14) vorhanden ist, der zwei Batteriepole (15) umfasst und eine Anschlussmatrix für die Einzelzellen, sowie einen Mikroprozessor (19) zur Regelung der Ladung und/oder der Stromentnahme der Batterie (10).
Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass ein Spannungswandler (21) in die Batterie (10) integriert ist, oder dieser nachgeschaltet ist.