DE102010019374A1

DE102010019374A1 - Batteriezellengehäuse

Info

Publication number: DE102010019374A1
Application number: DE201010019374
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Schreiber Werner; Dr. Pompetzki Markus; Dr. Nolte Oliver
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: DE102010019374B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellengehäuse (1), umfassend ein Hohlkammerprofil (2), wobei das Hohlkammerprofil (2) mindestens eine erste Kammer (3) für eine Batteriezelle und mindestens eine zweite Kammer (4) für ein Temperier-Medium aufweist, wobei die zweite Kammer (4) die erste Kammer (3) mumschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellengehäuse, insbesondere für Batteriezellen zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
Insbesondere für den Einsatz in Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind Traktionsbatterien bekannt, die sich aus einer Vielzahl von Batteriezellen zusammensetzen. Die Batteriezellen werden dann elektrisch miteinander verbunden und bilden die Batterie. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise als Li-Ionen- oder NiMH-Batteriezellen ausgebildet. Die Batteriezellengehäuse sind dabei üblicherweise rund bzw. zylindrisch oder prismatisch ausgebildet. Weiter ist es notwendig, die Batteriezellen zu kühlen bzw. bedarfsweise zu heizen, damit diese in einem optimalen Temperaturbereich arbeiten. All diese Anforderungen bedingen komplexe mechanische Aufbauten, um eine vollständige Batterie zusammenzustellen.
Aus der DE 10 2008 009 041 A1 ist eine Antriebsbatteriebaugruppe eines Elektro-, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeugs zum Transport von Personen und/oder Waren bekannt, mit mehreren nach außen durch jeweils eigene Zellengehäuse geschlossenen, vorgefertigten Batteriezellen und einem die Batteriezellen miteinander fixierenden Gehäuse, wobei die Batteriezellen in Reihen angeordnet sind, wobei das Gehäuse pro Reihe wenigstens zwei an entgegengesetzten Außenbereichen des Umfangs der Batteriezellen angreifende Wände aufweist, die in Radialrichtung der Batteriezellen gegeneinander durch Haltemittel verspannt sind, um die Batteriezellen zwischen sich radial zu klemmen, wobei jede Wand für eine Batteriezelle einen entsprechenden Klemmabschnitt besitzt. Weiter ist offenbart, dass sich wenigstens ein ein Kühlfluid führendes Rohr zum Abtransport von Wärmeenergie der Batteriezellen durch das Gehäuse erstreckt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Batteriezellengehäuse zu schaffen, mittels dessen einfacher eine Batterie zusammensetzbar ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst das Batteriezellengehäuse ein Hohlkammerprofil, wobei das Hohlkammerprofil mindestens eine erste Kammer für eine Batteriezelle und mindestens eine zweite Kammer für ein Temperier-Medium aufweist, wobei die zweite Kammer die erste Kammer mindestens teilweise an der oder den Seitenflächen umschließt. Damit wird die Kühlung bzw. Erwärmung der Batteriezelle in deren Gehäuse verlagert, so dass separate mechanische Vorhaltungen entfallen können. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der zusammengesetzten Batterie. Dabei kann das Hohlkammerprofil einstückig mit einem Bodenteil ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Bodenteil als separates Teil an dem Hohlkammerprofil befestigt ist. Auf das Hohlkammerprofil wird ein separater Deckel angeordnet, durch den der oder die Anschlüsse für den Kreislauf des Temperier-Mediums geführt sind und ansonsten mindestens die zweite Kammer verschließt. Dabei sei angemerkt, dass vorzugsweise mittels des Temperier-Mediums die Batteriezelle sowohl gekühlt als auch beheizt werden kann, beispielsweise um bei kalten Außentemperaturen die Batteriezelle auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Die zweite Kammer umschließt möglichst viel Seitenfläche der ersten Kammer, um eine möglichst große Wärmeabfuhr im Kühlbetrieb bzw. eine große Wärmezufuhr im Heizbetrieb zu ermöglichen. Dabei kann die zweite Kammer die erste Kammer auch vollständig umschließen, als beispielsweise konzentrisch um die erste Kammer angeordnet sein, so dass sich ein vollflächiger Kühlmantel um die erste Kammer bildet. Die erste Kammer kann dabei zylindrisch oder prismatisch geformt sein, wobei bei der zylindrischen Form die Mantelfläche die einzige Seitenfläche bildet.
Neben der ersten und zweiten Kammer können noch eine oder mehrere weitere Kammern vorgesehen sein. Beispielsweise können in einer dritten Kammer Elektronikeinheiten angeordnet sein. Dabei können einzelne oder alle Kammern teilweise miteinander verbunden sein, beispielsweise über Verbindungskanäle oder Einschnitte in den Trennwänden.
Vorzugsweise ist das Hohlkammerprofil als Strangpressprofil ausgebildet, das sich relativ einfach auch bei komplexer Profilierung herstellen lässt.
Die in die erste Kammer eingesetzte Batteriezelle kann dabei bereits ein einfaches Gehäuse umfassen, das das Innere der Batteriezelle nach außen elektrisch isoliert. Vorzugsweise werden jedoch die Elektroden-Separator-Stapel oder -Wickel der Batteriezelle direkt in die erste Kammer eingesetzt, wobei dann die Innenflächen der ersten Kammer elektrisch isolierend ausgebildet sind. Wird das Hohlkammerprofil als Strangpressprofil ausgebildet, so wird die Innenfläche mit einem Isolator beschichtet.
In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens eine Innenwand der zweiten Kammer einen rippen- oder wellenförmigen Querschnitt auf. Dies vergrößert die effektive Oberfläche, so dass mehr Wärme ab- bzw. zugeführt werden kann. Dabei ist vorzugsweise mindestens die zur ersten Kammer zugewandte Innenwand der zweiten Kammer rippen- oder wellenförmig ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind jedoch alle Innenwände der zweiten Kammer entsprechend profiliert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Hohlkammerprofil mit mindestens einem Verbindungselement ausgebildet, mittels dessen das Hohlkammerprofil an ein anderes Hohlkammerprofil anreihbar ist, d. h. das Batteriezellengehäuse übernimmt gleichzeitig den mechanischen Schutz des Inneren der Batteriezelle, die Kühlung/Erwärmung der Batteriezelle und deren mechanische Aneinanderreihung zur Zusammensetzung zu einer kompletten Batterie. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und kompakten Aufbau der Batterie.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an der oder den Außenflächen mindestens zwei Verbindungselemente angeordnet, wobei die Verbindungselemente zueinander komplementär sind. Beispielsweise ist das eine Verbindungselement als Nut und das andere Verbindungselement als Feder ausgebildet. Weiter vorzugsweise weist das Hohlkammerprofil vier Befestigungselemente auf. Ist dabei das Hohlkammerprofil quaderförmig ausgebildet, so ist vorzugsweise an jeder seitlichen Außenfläche je ein Verbindungselement angeordnet. Bei einer zylindrischen Mantelfläche sind entsprechend die Verbindungselemente um 90° zueinander versetzt angeordnet. Dies erlaubt eine flexible Aneinanderreihung der Batteriezellengehäuse in allen Richtungen.
Weiter kann das Hohlkammerprofil mit einem Abblaskanal ausgebildet sein, der über eine Schwach- oder Berststelle mit der ersten Kammer verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Draufsicht auf ein Batteriezellengehäuse.
Das Batteriezellengehäuse 1 umfasst ein Hohlkammerprofil 2, das eine erste Kammer 3 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Batteriezelle und eine zweite Kammer 4 für ein Temperier-Medium aufweist. Die Innenflächen 5 der ersten Kammer 3 sind elektrisch isoliert ausgebildet, so dass die Elektroden-Separator-Stapel oder -Wickel der Batteriezelle direkt in die Kammer 3 eingelegt werden können. Die zweite Kammer 4 umschließt die erste Kammer 3 nahezu vollständig. Im Bereich, wo die zweite Kammer 4 die erste Kammer 3 nicht umschließt, weist das Hohlkammerprofil 2 einen Abblaskanal 6 auf, wobei sich zwischen erster Kammer 3 und Abblaskanal 6 eine Schwach- oder Berststelle 7 bildet. Die beiden Innenwände 8, 9 der zweiten Kammer 4 weisen einen rippenförmigen Querschnitt auf, wobei die Rippen 10 nur im oberen Bereich dargestellt sind, sich jedoch vorzugsweise über den vollen Umfang erstrecken. Dabei sind die Rippen 10 der beiden Innenwände 8, 9 zueinander versetzt angeordnet. Die Außenabmessungen des Hohlkammerprofils 2 sind im Wesentlichen quaderförmig, so dass das Hohlkammerprofil 2 vier Außenflächen 11–14 aufweist. An den Außenflächen 11–14 ist jeweils ein Verbindungselement angeordnet, nämlich jeweils eine Nut 15 an den Außenflächen 11, 12 und eine Feder 16 an den Außenflächen 13, 14. Über die Verbindungselemente können weitere Batteriezellengehäuse 1 angereiht werden.
Das Batteriezellengehäuse 1 integriert also die verschiedensten Funktionen, nämlich mechanische Aufnahme und Schutz der eigentlichen Batteriezelle, Kühlung bzw. Heizung der Batteriezelle, mechanische Verbindung verschiedener Batteriezellen sowie Sicherstellung einer Gasabfuhr im Falle eines Berstens der Batteriezelle. Im Falle des Berstens der Batteriezelle bricht dann die Schwach- oder Berststelle 7 durch, so dass die beim Bersten entstehenden Gase der Batteriezelle über den Abblaskanal 6 abgeleitet werden können.
Insbesondere die zweite Kammer 4 mit dem Temperier-Medium benötigt einen Deckel, um die Kammer 4 an einen Kreislauf für das Temperier-Medium anzuschließen. Dabei kann je Batteriezellengehäuse 1 ein Deckel vorgesehen sein oder aber ein Deckel deckt mehrere (beispielsweise 2 oder 4) Batteriezellengehäuse 1 gemeinsam ab.
Bezugszeichenliste

1: Batteriezellengehäuse
2: Hohlkammerprofil
3: erste Kammer
4: zweite Kammer
5: Innenfläche
6: Abblaskanal
7: Schwach- und Berststelle
8, 9: Innenwände
10: Rippen
11–14: Außenflächen
15: Nut
16: Feder

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 102008009041 A1 [0003]

Claims

Batteriezellengehäuse (1), umfassend ein Hohlkammerprofil (2), wobei das Hohlkammerprofil (2) mindestens eine erste Kammer (3) für eine Batteriezelle und mindestens eine zweite Kammer (4) für ein Temperier-Medium aufweist, wobei die zweite Kammer (4) die erste Kammer (3) mindestens teilweise an der oder den Seitenflächen umschließt.
Batteriezellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil (2) als Strangpressprofil ausgebildet ist.
Batteriezellengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (5) der ersten Kammer (3) elektrisch isolierend ausgebildet ist.
Batteriezellengehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Innenwand (8, 9) der zweiten Kammer (4) einen rippen- oder wellenförmigen Querschnitt aufweist.
Batteriezellengehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil (2) mit mindestens einem Verbindungselement ausgebildet ist, mittels dessen das Hohlkammerprofil (2) an ein anderes Hohlkammerprofil (2) anreihbar ist.
Batteriezellengehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche oder den Außenflächen (11–14) mindestens zwei Verbindungselemente angeordnet sind, wobei die Verbindungselemente zueinander komplementär sind.
Batteriezellengehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil (2) mit einem Abblaskanal (6) ausgebildet ist, der über eine Schwach- oder Berststelle (7) mit der ersten Kammer (3) verbunden ist.