DE102007010739A1 - Batterie mit einer Wärmeleitplatte - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie. Die Batterie weist mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen auf, die mit der Wärmeleitplatte wärmeleitend verbunden sind. In der Wärmeleitplatte ist eine Kanalstruktur für ein Wärmeleitmedium angeordnet. Die Wärmeleitplatte weist im Bereich der Pole der Einzelzellen Bohrungen auf, durch die die Pole der Einzelzellen hindurchragen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie bspw. Aus der gattungsbildend zugrunde gelegten
DE 197 24 020 A1 als bekannt hervorgeht. - Die aus der zugrunde gelegten
DE 197 24 020 A1 vorbekannte Batterie weist mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen auf, die auf einer Wärmeleitplatte abgestellt und mit dieser wärmeleitend verbunden sind. In der Wärmeleitplatte ist ein Verdampferabschnitt eines Wärmerohrs angeordnet. Das Wärmerohr ist aus der Wärmeleitplatte, insbesondere aus dem Batteriegehäuse herausgeführt, wodurch sich der Kondensationsabschnitt des Wärmerohrs außerhalb der Wärmeleitplatte befindet. Mit dieser Ausgestaltung des Wärmerohrs kann die Wärmeleitplatte und damit die Einzelzellen temperiert, insbesondere im Betrieb gekühlt werden. Insbesondere bei Li-Ionen-Batterien kann eine Überladung und/oder eine hohe Stromentnahme zu einem starken Druckaufbau den Einzelzellen führen, der letztendlich zu einem Bersten des Zellengehäuses der betreffenden Einzelzelle führen kann. Um einen gezielten Druckabbau zu gewährleisten ist es sinnvoll, im Gehäuseboden der Einzelzelle eine Sollbruchstelle anzuordnen, an der die Einzelzelle gezielt Bersten kann. Zur Verbesserung dieses Druckabbaus ist es ferner sinnvoll, die Wärmeleitplatte unterhalb der Aufstellfläche der Einzelzellen mit durchgehenden Bohrungen bzw. Aussparungen, im Folgenden vereinfachend Berstfenster genannt, zu versehen. Der Durchmesser der Berstfenster ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Zellengehäuses. Dennoch führen die Berstfenster zu einer Verringerung des wirksamen Wärmeleitungsquerschnitts der Wärmeleitplatte, wodurch deren mögliche Effizienz verringert ist. - Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterie zu entwickeln, die bei einem möglichst guten Wirkungsgrad der Wärmeleitung möglichst einfach uns kostengünstig zu realisieren ist.
- Die Aufgabe wird mit einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Wärmeleitplatte kann diese nunmehr im Kopfbereich der Einzelzellen angeordnet werden. Zwar ist auch hier die Wärmeleitplatte mit Bohrungen zu versehen, jedoch ist deren Fläche wesentlich kleinere, so dass der mittlere flächenbezogene wirksame Wärmeleitungsquerschnitt vergrößert ist. Hierdurch wiederum ist es bei gleichbleibendem gesamten Wärmeleitungsquerschnitt möglich, die Wärmeleitplatte dünner und damit leichter auszugestalten.
- In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist innerhalb des Batteriegehäuses in den Zwischenräumen zwischen der Wärmeleitplatte einerseits und den Polen, den elektrischen Zellenverbindern, dem Zellendeckel und dem Batteriekastendeckel sowie in den Räumen zwischen den Einzelzellen eine elektrisch isolierende und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet ist mit einer elektrisch isolierenden und bevorzugt wärmeleitfähigen, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähigen Vergussmasse und/oder einem elektrisch isolierenden und bevorzugt wärmeleitfähigen, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähigen Schaum ausgefüllt. Durch alle diese Ausgestaltungen werden diese Räume innerhalb des Batteriegehäuses effizienter zur Wärmeleitung genutzt, wobei gleichzeitig die Stabilität des gesamten Batteriegehäuses erhöht ist.
- Erfindungsgemäße Einzelzellen können insbesondere für Hochleistungsbatterien, insbesondere zum zumindest teilweisen Antrieb eines Kraftfahrzeugs zur Personenbeförderung verwendet werden.
- Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar. Im Übrigen wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine Batterie mit bodenseitig angeordneter Wärmeleitplatte, -
2 eine Batterie mit kopfseitig angeordneter Wärmeleitplatte im Längsschnitt in Seitenansicht und -
3 einen Horizontalschnitt unterhalb der elektrischen Zellenverbinder entlang der Linie III-III nach2 in Aufsicht. - In
1 ist eine übliche Batterie1 mit bodenseitig angeordneter Wärmeleitplatte2 dargestellt. Die Batterie1 weist u. a. mehrere elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen3 auf. Die im Querschnitt vorzugsweise runden Einzelzellen3 sind in einem insbesondere vollständig geschlossenen Batteriegehäuse4 angeordnet. Innerhalb des Batteriegehäuses4 sind die Einzelzellen3 auf der als Metallplatte ausgebildeten Wärmeleitplatte2 wärmeleitend abgestellt. In der Wärmeleitplatte2 sind Kühlkanale5 zur Durchleitung eines Wärmeleitmediums eingebracht. Die Anordnung der Einzelzellen3 auf der Wärmeleitplatte2 erfolgt mit ihren Längsachsen parallel zueinander. - Bei der Verwendung einer derartigen Batterie
1 , insbesondere als Traktions- und/Traktionshilfebatterie eines Kraftfahrzeuges, können hierzu die Kühlkanäle5 in sinnvoller Weise an eine bereits in dem Fahrzeug vorhandene Klimaanlage (nicht eingezeichnet) angeschlossen und wärmeseitig zumindest teilweise von dieser versorgt werden. Diese Wärmeversorgung kann direkt, bspw. über ein gemeinsames Wärmeleitmedium, insbesondere ein Fluid, mit der Klimaanlage verbunden sein. Sie kann auch indirekt, bspw. über einen Wärmetauscher mit der Klimaanlage zusammenwirken. In bevorzugter Weise kann das Wärmeleitmedium auch die aus dem klimatisierten Innenraum entweichende Luft sein und/oder durch diese Luft versorgt werden. - In
2 ist ein Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Batterie1 in Seitenansicht dargestellt. Im Gegensatz zu der in weiten Teilen bauähnlichen Batterie1 nach1 ist bei der erfindungsgemäßen Batterie1 nach2 die Wärmeleitplatte2 nicht wie bisher bekannt bodenseitig, sondern vielmehr kopfseitig und damit im Bereich der Pole6 der Einzelzellen3 angeordnet. Die Zellengehäuse7 der parallel zu ihrer Längserstreckung ausgerichteten Einzelzellen3 weisen mantelseitig einen gegenseitigen Abstand zueinander auf. - Die vorzugsweise aus einem Metall hergestellte Wärmeleitplatte
2 , die zum Temperieren der Batterie1 vorgesehen ist, weist in ihrem Innern ebenfalls eine durchströmbare und von außerhalb betreibbare Kanalstruktur für ein Wärmeleitmedium auf. Erfindungsgemäß ist die Wärmeleitplatte2 zwischen den Zellengehäusedeckeln8 der Einzelzellen3 und den elektrischen Zellenverbindern9 , die ungleichnamige Pole6 benachbarter Einzelzellen3 miteinander elektrisch verbinden, angeordnet. - Beide Pole
6 einer Einzelzelle3 sind durch eine in der Wärmeleitplatte2 angeordnete und diesen Polen6 zugeordnete Bohrung auf die gegenüberliegende Seite der Wärmeleitplatte2 hindurchgeführt. Auf dieser Seite sind die Zellenverbinder9 angeordnet. Da die Form und die lichten Maße einer dem/Pol(en)6 zugeordneten Bohrung größer ist als die Außenbemaßungen eines bzw. beider Pole6 einer Einzelzelle3 , weisen die durch die Bohrungen hindurchragenden Pole6 überall einen Abstand von den Wandungen der Bohrung auf (siehe3 ). Hierdurch berühren sich die Pole6 und die Wärmeleitplatte2 in keinem Fall, wodurch sie gegeneinander elektrisch isoliert sind. - Ebenso weist die Wärmeleitplatte
2 sowohl von den Zellengehäusedeckeln8 als auch von den Zellenverbindern9 einen ebenfalls elektrisch isolierend wirkenden Abstand auf. - Zur Verbesserung der gegenseitigen elektrischen Isolation, zur Erhöhung der Stabilität des gesamten Batteriegehäuses
4 sowie zur Verbesserung der gesamten Wärmeleitfähigkeit ist in den Zwischenräumen zwischen der Wärmeleitplatte2 einerseits und den Polen6 , sowie den elektrischen Zellenverbindern9 und den Zellengehäusedeckeln8 als auch dem Batteriekastendeckel eine elektrisch isolierende und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet, der diese Zwischenräume bevorzugt vollständig ausfüllt. In zweckmäßiger Weise sind auch die Freiräume zwischen den Wänden benachbarter Zellengehäuse und auch die Freiräume zwischen den Wänden der Zellengehäuse und der Wandung des Batteriekastens4 in der gleichen Weise ausgefüllt. - Als Vergussmasse haben sich insbesondere elektrisch isolierende, jedoch wärmeleitende Werkstoffe wie bevorzugt Polyurethan-Schäume, Epoxidharze und/oder Silikone bewährt. Mit diesen bevorzugten Werkstoffen werden die betreffenden Freiräume möglichst blasenarm und besonders bevorzugt blasenfrei ausgegossen. In günstiger Weise können die Werkstoffe für die Vergussmasse durch Zugabe wärmeleitender Partikel, die in der Art eines gut gemischten Gemenges in dem Werkstoff verteilt angeordnet sind, hinsichtlich ihrer Wärmeleitung noch verbessert werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19724020 A1 [0001, 0002]
Claims (9)
- Batterie mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, welche Batterie mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen aufweist, die wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind, ferner mit einer in der Wärmeleitplatte angeordneten und für ein Wärmeleitmedium durchströmbare Kanalstruktur, sowie mit aus der Wärmeleitplatte herausführenden Anschlussquerschnitten für die Kanalstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte im Bereich der Pole der Einzelzellen Bohrungen aufweist und dass die Pole der Einzelzellen durch die Bohrungen hindurch ragen.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte aus Metall ist und dass die Wärmeleitplatte gegenüber den Einzelzellen der Batterie elektrisch isoliert ist.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Bohrungen größer als der Außendurchmesser des jeweiligen Pols ist.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und die lichten Maße einer Bohrung größer als die Außenbemaßungen beider Pole einer Einzelzelle sind.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und den Polen eine elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet ist.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und den elektrischen Zellverbindern eine elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet ist.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und dem Zellendeckel eine elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet ist.
- Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und dem Batteriekastendeckel eine elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet ist.
- Batterie nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenraum vollständig von der Vergußmasse und/oder dem Schaum ausgefüllt ist.
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