-
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit Batteriezellen, die so gestaltet und gruppiert sind, dass sich zwischen den Batteriezellen Zwischenräume ergeben, die zur Temperierung/Kühlung der Batteriezellen genutzt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batterie. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 021 293 A1 ist eine Antriebsbatteriebaugruppe eines Elektrofahrzeugs bekannt, die zylindrische Batteriezellen und Positioniervorsprünge umfasst, die sich in Zwischenräume zwischen benachbarten Batteriezellen erstrecken. Ein Kühlfluid führendes Rohr zum Abtransport von Wärmeenergie der Batteriezellen erstreckt sich durch ein Außengehäuse der Batterie, wobei das Rohr durch die Positioniervorsprünge im Außengehäuse lagegesichert ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterie mit Batteriezellen, die so gestaltet und gruppiert sind, dass sich zwischen den Batteriezellen Zwischenräume ergeben, die zur Temperierung/Kühlung der Batteriezellen genutzt werden, zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und/oder einen guten Wirkungsgrad aufweist.
-
Die Aufgabe ist bei einer Batterie mit Batteriezellen, die so gestaltet und gruppiert sind, dass sich zwischen den Batteriezellen Zwischenräume ergeben, die zur Temperierung/Kühlung der Batteriezellen genutzt werden, dadurch gelöst, dass sich zur Temperierung/Kühlung fluidführende Schläuche so durch die Zwischenräume erstrecken, dass die fluidführenden Schläuche jeweils an mehreren Batteriezellen anliegen. Bei dem Fluid handelt es sich um ein Temperierfluid, insbesondere ein Kühlfluid. Besonders vorteilhaft dienen die Schläuche zum Durchführen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, die auch als Kühlmittel bezeichnet wird. Die Schläuche dienen gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung allerdings nicht zur dazu, das Fluid zu führen, sondern dienen darüber hinaus dazu, den Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und dem Fluid in den Schläuchen zu verbessern. Das wird dadurch erreicht, dass die fluidführenden Schläuche jeweils an mehreren Batteriezellen anliegen. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und dem Fluid in den Schläuchen deutlich verbessert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestallt, dass eine derartige Batterie auch einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, wie es im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Batterie erläutert wird. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie. Eine Traktionsbatterie, die auch als Antriebsbatterie bezeichnet wird, wird als Energielieferant in Fahrzeuge eingebaut, die, zumindest teilweise, elektrisch angetrieben werden. Um eine ausreichende Energiemenge bereitstellen zu können, ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgeführt, die eine Hochvoltspannung von zum Beispiel 400 Volt liefern kann.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen so gestaltet und gruppiert sind, dass sich zwischen jeweils drei Batteriezellen ein Zwischenraum ergibt, durch den sich ein fluidführender Schlauch erstreckt, der an den drei Batteriezellen anliegt. Die Batteriezellen haben vorzugsweise einen im Wesentlichen runden Querschnitt. Mit dem Schlauch kann das Fluid durch den Zwischenraum hindurch geführt werden, ohne dass es mit den Batteriezellen in Kontakt kommt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch aus einem dehnbaren und/oder elastischen Material gebildet ist. Der fluidführende Schlauch hat vorzugsweise ebenfalls einen im Wesentlichen runden Querschnitt. Durch Ausdehnen des fluidführenden Schlauchs unter Fluiddruck kann die Berührfläche zwischen dem fluidführenden Schlauch und den Batteriezellen vergrößert werden. Der ursprünglich runde Querschnitt des Schlauchs passt sich vorteilhaft an den Querschnitt des Zwischenraums an.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch so ausgeführt und in dem Zwischenraum angeordnet ist, dass er in einem drucklosen Zustand von den Batteriezellen beabstandet ist und unter Fluiddruck an den Batteriezellen anliegt. Dadurch wird die Montage der Batterie vereinfacht. Im drucklosen Zustand können die fluidführenden Schläuche auf einfache Art und Weise in die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen eingeführt werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch, im Querschnitt betrachtet, den Zwischenraum ausfüllt. Durch eine ausreichende Elastizität des Schlauchmaterials und durch einen ausreichenden Fluiddruck kann der fluidführende Schlauch in dem Zwischenraum so ausgedehnt werden, dass er den Zwischenraum komplett ausfüllt. Dadurch wird die Berührfläche zwischen dem fluidführenden Schlauch und den Batteriezellen maximiert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der fluidführende Schlauch die Enden der Batteriezellen, an denen er anliegt, umgreift. Konstruktionsbedingt kann sich der fluidführende Schlauch außerhalb des Zwischenraums stärker ausdehnen als in dem Zwischenraum. Daher kann der fluidführende Schlauch, zum Beispiel durch eine entsprechende Elastizität oder eine entsprechende Gestalt an den Enden der Batteriezellen so ausgeführt sein, dass er, zumindest teilweise, auch an den Stirnseiten der vorzugsweise zylindrischen Batteriezellen anliegt. Dadurch wird die Berührfläche zwischen dem fluidführenden Schlauch und den Batteriezellen weiter vergrößert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere fluidführende Schläuche jeweils an ihren Enden miteinander verbunden sind. Über die Enden einer Seite wird den fluidführenden Schläuchen das Fluid zugeführt. Über die Enden an der anderen Seite wird das Fluid abgeführt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Schläuche mit ersten Enden von einem ersten Sammelbehälter ausgehen und mit zweiten Enden an einen zweiten Sammelbehälter angeschlossen sind. Über den ersten Sammelbehälter wird zum Beispiel das Fluid zugeführt. Zu diesem Zweck weist der erste Sammelbehälter einen Einlass für das Fluid auf. Der zweite Sammelbehälter dient zum Beispiel dazu, das Fluid abzuführen. Zu diesem Zweck ist der Sammelbehälter mit einem Auslass ausgestattet.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sammelbehälter aus einem relativ steifen Material gebildet ist und definierte Anschlussstellen für die fluidführenden Schläuche aufweist. Die fluidführenden Schläuche können auf verschiedene Art und Weise an den Sammelbehälter angeschlossen sein. Die Verbindungen zwischen Sammelbehälter und Schläuchen können stoffschlüssig, zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Schweißen, oder formschlüssig, zum Beispiel durch Schrauben, oder auch kraftschlüssig, zum Beispiel durch Aufstecken der Schlauchenden unter Spannung, ausgeführt sein.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sammelbehälter, zumindest teilweise, von einer Stabilisierungsstruktur umgriffen ist. Der Sammelbehälter kann auch aus dem gleichen Material wie die Schläuche gebildet sein. Dann dient die Stabilisierungsstruktur dazu, eine unerwünschte Formänderung der Gestalt des Sammelbehälters unter Fluiddruck zu verhindern. Die Stabilisierungsstruktur kann zum Beispiel eine Wanne umfassen, die den Sammelbehälter teilweise umgibt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen als Rundzellen ausgeführt sind und/oder die Gestalt von geraden Kreiszylindern aufweisen. Je nach Ausführung kann der ansonsten runde Querschnitt der Batteriezellen eine von einem idealen Kreis abweichende Gestalt aufweisen. Ebenso kann die Gestalt der Batteriezellen an den Enden eine von dem geraden Kreiszylinder abweichende Gestalt aufweisen. Die Batteriezellen können auch nur im Wesentlichen die Gestalt von Kreiszylindern, insbesondere von geraden Kreiszylindern, aufweisen.
-
Bei einem Verfahren zum Herstellen der vorab beschriebenen Batterie ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen so über eine geeignete Anzahl von fluidführenden Schläuchen gestülpt wird, dass die fluidführenden Schläuche in den Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen angeordnet werden. Alternativ kann ein Schlauchmodul mit fluidführenden Schläuchen so auf ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen montiert werden, dass die fluidführenden Schläuche in den Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen angeordnet werden. Die fluidführenden Schläuche sind bei beiden Ausführungsbeispielen zunächst nur jeweils an einem Ende miteinander verbunden, zum Beispiel durch einen Sammelbehälter. Die jeweils anderen Enden der Schläuche liegen frei, so dass sie in die Zwischenräume zwischen die Batteriezellen eingeführt werden können. Nach dem Einführen der Schläuche in die Zwischenräume können die freiliegenden Enden der Schläuche an einen weiteren Sammelbehälter angeschlossen werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Schläuche so mit Fluiddruck beaufschlagt werden, dass sie sich optimal an die Kontur der Batteriezellen anpassen. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen den Schläuchen und den Batteriezellen verbessert. Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die fluidführenden Schläuche erst nach dem Einführen in die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen mit Fluiddruck beaufschlagt. Dadurch wird die Herstellung der Batterie erheblich vereinfacht.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Batterie, die insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug mit einer Elektromaschine, die allein oder zusammen mit einer weiteren Antriebsmaschine, wie einer Brennkraftmaschine, zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte Darstellung von sechs als Rundzellen ausgeführten Batteriezellen, die so gruppiert sind, dass jeweils drei Batteriezellen aneinander anliegen und einen Zwischenraum begrenzen;
-
2 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterie im Längsschnitt durch zwei Batteriezellen;
-
3 die Batterie aus 2 bei der Montage und
-
4 die Batterie aus 3 nach einem Ausdehnen von fluidführenden Schläuchen.
-
In 1 ist ein Ausschnitt eines Batteriemoduls 1 mit sechs Batteriezellen 3 bis 8 in der Draufsicht dargestellt. Die Batteriezellen 3 bis 8 sind als Rundzellen ausgeführt und haben jeweils die Gestalt von geraden Kreiszylindern. In dem Batteriemodul 1 sind die Batteriezellen 3 bis 8 so angeordnet, dass jeweils drei Batteriezellen 3, 6, 7 und 4, 5, 8 und 3, 4, 7 und 4, 7, 8 mit ihren Mantelflächen aneinander anliegen. Das bedeutet, dass die Längsachsen der Batteriezellen 3 bis 8 gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
-
Jeweils drei Batteriezellen 4, 5, 8 begrenzen mit ihren Mantelflächen einen Zwischenraum 9. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird dieser Zwischenraum zwischen den Batteriezellen 4, 5, 8 zur Temperierung/Kühlung genutzt, indem ein fluidführender Schlauch (in 1 nicht dargestellt) durch den Zwischenraum 9 hindurch geführt wird.
-
Dabei ist der fluidführende Schlauch aus einem elastischen, dehnbaren Material gebildet, und wird nach dem Einführen in den Zwischenraum 9 durch Fluiddruck so ausgedehnt, dass er den Zwischenraum 9 komplett ausfüllt. Dabei kommt der Schlauch in dem Zwischenraum 9 an den Mantelflächen der Batteriezellen 4, 5 und 8 zur Anlage.
-
In 2 ist eine erfindungsgemäße Batterie 10 im Längsschnitt durch zwei Batteriezellen 14, 15 dargestellt. Die Batteriezellen 14, 15 entsprechen zum Beispiel den Batteriezellen 4 und 5 in 1 und sind zusammen mit einer Vielzahl weiterer (in 2 nicht dargestellten) Batteriezellen so angeordnet wie in dem Batteriemodul 1 in 1. Jeweils drei Batteriezellen, von denen in 2 nur die Batteriezellen 14, 15 im Längsschnitt sichtbar sind, begrenzen mit ihren Mantelflächen einen Zwischenraum, wie er in 1 mit 9 bezeichnet ist.
-
Durch jeden dieser Zwischenräume erstreckt sich ein fluidführender Schlauch 31, 32, 33, der aus einem nachgiebigen, dehnbaren Kunststoffmaterial gebildet ist. Dabei werden die fluidführenden Schläuche 31 bis 33 durch den darin herrschenden Fluiddruck so ausgedehnt, dass sie die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen 14, 15 vollständig ausfüllen und an den die Zwischenräume begrenzenden Batteriezellen 14, 15 flächig anliegen.
-
Die Enden der Batteriezellen 14, 15 sind an elektrische Anschlusseinrichtungen 18, 19 angeschlossen, die dazu dienen, eine Vielzahl von Batteriezellen 14, 15 in der Batterie 10 elektrisch miteinander zu verschalten. Die zylindrischen Batteriezellen 14, 15 sind dabei in der Batterie 1 dicht gepackt nebeneinander angeordnet.
-
Zum Abführen der im Betrieb der Batterie 1 auftretenden Wärme werden die Batteriezellen 14, 15 temperiert, insbesondere gekühlt. Zu diesem Zweck sind die fluidführenden Schläuche 31, 32, 33 durch die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen 14, 15 hindurch geführt. Die fluidführenden Schläuche 31 bis 33 sind Teil einer Einrichtung 20 zum Temperieren/Kühlen der Batteriezellen 14, 15.
-
Die Einrichtung 20 zum Temperieren/Kühlen umfasst zwei Sammelbehälter 21, 22 zwischen denen sich die fluidführenden Schläuche 31, 32, 33 erstrecken. Der Sammelbehälter 21 dient zum Zuführen eines Fluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, und ist zu diesem Zweck mit einem Einlass 24 ausgestattet. Durch einen Pfeil 25 ist das eintretende Fluid angedeutet, das, wie durch weitere Pfeile angedeutet ist, über den Sammelbehälter 21 auf die fluidführenden Schläuche 31 bis 33 aufgeteilt wird. Der Sammelbehälter 22 dient zum Abführen des Fluids und ist zu diesem Zweck mit einem Auslass 26 ausgestattet. Das austretende Fluid ist durch einen weiteren Pfeil 27 angedeutet.
-
Der Sammelbehälter 21 ist aus dem gleichen nachgiebigen, dehnbaren Material wie die fluidführenden Schläuche 31 bis 33 gebildet. Die fluidführenden Schläuche 31 bis 33 sind einstückig mit dem Sammelbehälter 21 verbunden. Zur Stabilisierung des Sammelbehälters 21 ist dieser teilweise von einer Wanne 23 umgeben, die eine Stabilisierungsstruktur für den Sammelbehälter 21 darstellt. Die dem Sammelbehälter 21 abgewandten Enden der fluidführenden Schläuche 31 bis 33 sind mit Hilfe von Schlauchschellen 35 an den Sammelbehälter 22 angeschlossen.
-
In den 3 und 4 ist angedeutet, wie die in 2 dargestellte Batterie 10 auf einfache Art und Weise hergestellt werden kann. In 3 sieht man, dass die Schläuche 31 bis 33 im drucklosen Zustand ohne Fluid einen so geringen Durchmesser aufweisen, dass sie von den Batteriezellen 14, 15 beabstandet sind. Dadurch wird eine Bewegung der Schläuche 31 bis 33 relativ zu den Batteriezellen 14, 15, und umgekehrt, zu Montagezwecken ermöglicht.
-
In 4 ist angedeutet, was passiert, wenn die Schläuche 31 bis 33 nach der Montage mit dem Fluiddruck beaufschlagt werden. Durch den Fluiddruck dehnen sich die Schläuche 31 bis 33 so aus, dass sie die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen. 14, 15 ausfüllen und an den Mantelflächen der die Schläuche umgebenden Batteriezellen zur Anlage kommen. Dadurch können die über die Zwischenräume zugänglichen Flächen der Batteriezellen 14, 15 vollständig zur Wärmeübertragung genutzt werden. Darüber hinaus umgreifen die sich ausdehnenden Schläuche 31 bis 33 die Batteriezellen 14, 15 an ihren Enden außerhalb der elektrischen Anschlüsse. Dadurch wird die zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsfläche weiter vergrößert.
-
Zur einfachen Montage kann ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen 14, 15 von oben über die freien Enden der Schläuche 31 bis 33 gestülpt werden, wie man in 3 sieht. Die Schläuche 31 bis 33 sind durch den Sammelbehälter 21 miteinander verbunden. Nach der Montage der Batteriezellen 14, 15 kann der Sammelbehälter 22 mit Hilfe der Schlauchschellen 35 an den in den 3 und 4 freien Enden der Schläuche 31 bis 33 befestigt werden, wie man in 2 sieht. Nach der Montage des Sammelbehälters 22 wird der Fluidkreislauf befüllt. Unter Fluiddruck dehnen sich die Schläuche 31 bis 33 aus und passen sich optimal an die Kontur der Batteriezellen 14, 15 an.
-
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 102007021293 A1 [0002]
