DE102011053940A1

DE102011053940A1 - Sammelbatterie aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen mit einer verbesserten Kühlkonstruktion

Info

Publication number: DE102011053940A1
Application number: DE201110053940
Authority: DE
Inventors: Donald P.H. Wu
Original assignee: Energy Control Ltd
Current assignee: Pihsiang Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: DE102011053940B4; ES2402733A1; KR101246291B1; KR20120041116A; FR2966644A1; TWI423496B; RU2488197C2; FR2966644B1; RU2011138505A; ITBO20110538A1; JP2012089478A; ES2402733B1; TW201218481A; JP5301624B2

Abstract

Sammelbatterie, die aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen zusammengesetzt und mit einer verbesserten Kühlkonstruktion ausgerüstet ist, wobei Kühlelemente und Distanzhülsen zwischen zwei Batteriemodulen angeordnet und dann durch entsprechende Schraubenstangen zusammen verbunden werden. Die einzelnen Kühlelemente stehen in einem engen Kontakt mit einzelnen Batteriemodulen, sodass die von der Sammelbatterie erzeugte Wärme an die Kühlrippenfläche mit Kühlrippen weitergeleitet und von dort durch Austausch mit Außenluft abgeführt wird, was eine Temperaturverringerung mit sich bringt. Dabei wird ein räumlicher Abstand zwischen zwei Batteriemodulen der Sammelbatterie geschaffen, was einerseits vermeidet, dass die von Sammelbatterie erzeugte Wärme durch einen direkten Kontakt der beiden Batteriemodule akkumuliert, und andererseits ein innenhohler Wärmeabführkanal bildet, wodurch die Kaltluft außerhalb der Sammelbatterie mit der Warmluft in dem Wärmeabführkanal besser ausgetauscht wird, was eine Temperaturverringerung mit sich bringt.

Description

Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein verbessertes Design einer externen Kühlkonstruktion für eine Sammelbatterie, wobei die Sammelbatterie eine Sekundärzelle ist, die nach Baukastenprinzip aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen zusammengesetzt wird.
Um einem praktischen Bedarf an Sammelbatterien mit einer höheren Ausgangsleistung gerecht zu werden, ist es in der Praxis der Batterieindustrie üblich, eine Unmenge Einzelbatterien durch Reihen- bzw. Parallelschaltung elektrisch miteinander zusammenzuschalten, um eine Sammelbatterie mit einer relativ höheren Ausgangsleistung zu bilden.
Nachteilig ist jedoch bei einer derartigen Sammelbatterie, dass die eingebauten Einzelbatterien aufgrund eines Auf- bzw. Entladens Wärme erzeugen können, was zu einer Temperaturerhöhung der gesamten Sammelbatterie führt. Die Temperaturerhöhung kann einen effizienten und sicheren Betrieb der Sammelbatterie stören.
In 1 ist eine in US2007/0037051 offenbarte Konstruktion einer Sammelbatterie 10 dargestellt, wobei zwischen den Einzelbatterien 11 je ein Trennstück 12 angeordnet ist. Das Trennstück 12 ist so ausgelegt, dass es an einer seiner Oberflächen eine konvex und konkav geformte Konstruktion 13 aufweist. Nachdem die Einzelbatterien 11 jeweils mit einem dazwischen gelegten Trennstück 12 zusammengesetzt sind, entsteht eine Mehrzahl von Luftkanälen 14 zwischen jeweiligen Einzelbatterien 11. Die Luftkanäle 14 werden zur Wärmeabfuhr eingesetzt, die meist eine Temperaturverringerung der Sammelbatterie 10 mit sich bringt.
Obwohl je ein Trennstück zwischen jeweiligen Einzelbatterien der Sammelbatterie angeordnet ist, ist die Wärmeabfuhrwirkung der oben genannten Kühlkonstruktion immer noch nicht zufrieden stellend, weil sie folgende Nachteile aufweist.

1) Nach dem Zusammenbau der Sammelbatterie 10 hat das Trennstück 12 mit seiner konvex und konkav geformten Konstruktion 13 keinen direkten Kontakt zur Außenluft und kann außerdem nur eine Seite der jeweiligen Einzelbatterie 11 decken, sodass die von Sammelbatterie 10 erzeugte Wärme nur schwer abgeführt werden kann.
2) Nach dem Zusammenbau der Sammelbatterie 10 ist zwar eine Mehrzahl von Luftkanälen 14 aufgrund der konvexen und konkaven Konstruktion 13 einzelner Trennstücke 12 ausgebildet, aber die einzelnen Luftkanäle 14 sind nicht miteinander verbunden. Außerdem weisen die einzelnen Luftkanäle 14 nur relativ schmale Öffnungen auf, was eine Luftzirkulation beschränkt und leicht zu einer Wärmeakkumulation führt.

Der Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlkonstruktion für eine aus mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Sammelbatterie zu schaffen, wobei ein räumlicher Abstand zwischen zwei Batteriemodulen geschaffen wird, was einerseits eine Wärmeakkumulation bei einem direkten Kontakt zweier Batteriemodule vermeidet, und andererseits einen innenhohlen Wärmeabfuhrkanal zwischen zwei Batteriemodulen bildet, sodass die Kaltluft außerhalb der Sammelbatterie besser mit der Warmluft in dem Wärmeabfuhrkanal ausgetauscht wird, um eine Temperaturverringerung zu ermöglichen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für eine aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen zusammengesetzte Sammelbatterie eine Kühlkonstruktion vorzusehen, deren Kühlrippen hauptsächlich an linken und rechten Seiten einzelner Batteriemodule angeordnet sind, was einerseits vermeidet, dass sich die erzeugte Wärme an einer Innenfläche der Sammelbatterie sammelt, und andererseits ein rationelles Aufstellen der Sammelbatterie bei ihrer Verwendung, beispielsweise die Kühlrippen an einer besser gelüfteten Stelle, ermöglicht.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Sammelbatterie nach der US 2007/037051 ,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sammelbatterie,
3 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sammelbatterie,
4 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 3,
5 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sammelbatterie und
6 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sammelbatterie mit zwei zusätzlich vorgesehenen Batteriemodulen.
In 2, 3, 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Kühlkonstruktion der Sammelbatterie 70 u. a. aus vier Kühlelementen 30 und vier Distanzhülsen 40 besteht und zwischen zwei Batteriemodulen 201, 202 angebracht wird. Die vorgenannten Bestandteile werden mittels vier Schraubenstangen 50 zusammen verbunden.
Die Batteriemodule 201, 202 sind aus einer Mehrzahl von Einzelbatterien 21 zusammengesetzt und jeweils in einem rechteckigen Rahmen 22 eingebaut, wobei die Einzelbatterien 21 mittels ihrer eigenen metallischen Anschlussplättchen 211 elektrisch mit entsprechenden Ausgangspolen 23 verbunden sind. Der Rahmen 22 weist eine Innenfläche 24 und eine Außenfläche 25 auf, wobei die zwei gegenüberliegenden Seitenwände jeweils als eine linke Seitenwand 26 und eine rechte Seitenwand 27 definiert sind. Die Einzelbatterien 21 sind in den Rahmen 22 so eingebaut, dass sie an einer Seite aus der Innenfläche 24 herausragen. An vier Ecken des Rahmens 22 ist je eine durchgehende Bohrung 28 ausgebildet.
Das Kühlelement 30 ist aus Metall hergestellt und weist einen flachen Grundkörper 31 auf, dessen zwei gegenüberliegende Enden jeweils mit einem Verschlussloch 32 versehen sind. Der flache Grundkörper 31 besitzt eine Durchgangsfläche 33 und eine Kontaktfläche 34. An einer Seite der Kontaktfläche 34 ist eine stehende Kühlrippenfläche 35 ausgebildet, an der eine Mehrzahl von Kühlrippen 351 vorgesehen ist. Das Kühlelement 30 wird so an einem Batteriemodul 201, 202 angebracht, dass seine Kontaktfläche 34 in einem engen Kontakt mit der aus der Innenfläche 24 herausragenden Seite der Einzelbatterien 21 steht, wobei seine Kühlrippenfläche 35 jeweils gegen die linke Seitenwand 26 bzw. die rechte Seitenwand 27 der Batteriemodule 201, 202 anliegt. Die Verschlusslöcher 32 des Kühlelements 30 sind zu den einzelnen durchgehenden Bohrungen 28 am Rahmen 22 angepasst, sodass jedes Batteriemodul 201, 202 jeweils mit zwei Kühlelementen ausgerüstet wird.
Die einzelnen Distanzhülsen 40 sind jeweils an einem entsprechenden Verschlussloch 32 des Kühlelements 30 angebracht.
Die Schraubenstangen 50 werden der Reihenfolge nach durch die durchgehende Bohrung 28 eines Batteriemoduls 201, das Verschlussloch 32 des Kühlelements 30, die Distanzhülse 40, die durchgehende Bohrung 28 eines anderen Batteriemoduls 202 durchgesteckt und dann mit einer Schraubenmutter 51 festgeschraubt, wodurch ein räumlicher Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Durchgangsflächen 33 gehalten wird, sodass ein innerer Wärmeabführkanal 60 zwischen zwei Batteriemodulen 201, 202 ausgebildet ist.
Die Hauptbestandteile und deren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind wie oben beschrieben. Hierunter werden anhand der 2, 3, 4, 5 über die Verwendung und deren Auswirkung der vorliegenden Erfindung erklärt. Die von der Sammelbatterie 70 erzeugte Wärme wird durch die Oberflächen der Einzelbatterien 21 abgegeben. Weil die Kontaktfläche 34 des Kühlelements 30 in der vorliegenden Erfindung in einem direkten Kontakt mit einer Seite der Einzelbatterien 21 steht, wird die von den Einzelbatterien 21 erzeugte Wärme durch den flachen Grundkörper 31 an die Kühlrippenfläche 35 weitergeleitet und dann durch die Rippen 351 der Kühlrippenfläche 35 mit der Luft ausgetauscht, wodurch eine Temperaturverringerung ermöglicht wird.
Bemerkenswert ist in der vorliegenden Erfindung, dass ein räumlicher Abstand – wie es in der 5 dargestellt ist – zwischen zwei Batteriemodulen 201, 202 der Sammelbatterie 70 durch Distanzhülsen 40 geschaffen ist, was einerseits einen direkten Kontakt zweier Batteriemodule 201, 202 vermeidet, sodass keine Wärmeakkumulation erzeugt wird, und andererseits ein inneren Wärmeabführkanal 60 ausbildet, sodass ein besserer Austausch der Kaltluft außerhalb der Sammelbatterie 70 mit der Warmluft im Wärmeabfuhrkanal 60 erfolgen kann, was eine Temperaturverringerung mit sich bringt.
Wie in 3 und 4 dargestellt, sind die Wärmeabfuhrrippen 351 hauptsächlich an der linken Seitenwand 26 bzw. rechten Seitenwand 27 der jeweiligen Batteriemodule 201, 202 der Sammelbatterie 70 angebracht, was einerseits vermeidet, dass die von Sammelbatterie 70 erzeugte Wärme an der Innenfläche 24 akkumuliert und sich deswegen schwer abführen lässt, und andererseits ermöglicht, dass die Sammelbatterie 70 bei ihrer Verwendung an einer günstigeren Stelle, beispielsweise die Kühlrippen an einer besser gelüfteten Stelle, aufgestellt werden kann.
Besonders bemerkenswert in der vorliegenden Erfindung ist, dass zwei Batteriemodule der Sammelbatterie durch Schraubenstangen übereinander aufgestapelt zusammengesetzt werden können. Wie in 6 dargestellt, kann die vorhandene Sammelbatterie, bestehend aus Batteriemodulen 201, 202, durch zwei zusätzliche Batteriemodule 203, 204 erweitert werden, wobei nur die entsprechenden Schraubenstangen 50a verlängert werden müssen. Mit einem anderen Worte ist die vorliegende Erfindung leicht erweiterbar.
Bezugszeichenliste

10: Sammelbatterie
11: Einzelbatterie
12: Trennstück
13: Konvex und konkav geformte Konstruktion
14: Luftkanal
201, 202, 203, 204: Batteriemodul
21: Einzelbatterie
22: Rahmen
23: Ausgangspol
24: Innenfläche
25: Außenfläche
26: linke Seitenwand
27: rechte Seitenwand
28: Durchgehende Bohrung
30: Kühlelement
31: Flache Grundkörper
32: Verschlussloch
33: Durchgangsfläche
34: Kontaktfläche
35: Kühlrippenfläche
351: Kühlrippe
40: Distanzhülse
50, 50a: Schraubenstange
51: Schraubenmutter
60: Wärmeabführkanal

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

US 2007/0037051 [0004]
US 2007/037051 [0009]

Claims

Sammelbatterie mit einer verbesserten Kühlkonstruktion, wobei die Sammelbatterie aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen zusammengesetzt ist, und wobei die Sammelbatterie Folgendes umfasst: – mindestens zwei Batteriemodule (201, 202), die jeweils aus einer Mehrzahl von Einzelbatterien (21) zusammengesetzt ist, wobei die Einzelbatterien (21) elektrisch miteinander verbunden und in einem rechteckigen Rahmen (22) eingebaut sind, und wobei der Rahmen (22) eine Innenfläche (24) und eine Außenfläche (25) aufweist, wobei die zwei gegenüberliegenden Seitenwände eine linke Seitenwand (26) und eine rechte Seitenwand (27) umfassen, und wobei die Einzelbatterien (21) in den Rahmen (22) so eingebaut sind, dass sie seitlich aus der Innenfläche (24) herausragen, und wobei an vier Ecken des Rahmens (22) je eine durchgehende Bohrung (28) ausgebildet ist; – mindestens vier aus Metall hergestellte Kühlelemente (30), die jeweils einen flachen Grundkörper (31) aufweisen, dessen zwei gegenüberliegende Enden jeweils mit einem Verschlussloch (32) versehen sind, und wobei der flache Grundkörper (31) eine Durchgangsfläche (33) und eine Kontaktfläche (34) besitzt, und wobei an einer Seite der Kontaktfläche (34) eine stehende Kühlrippenfläche (35) mit einer Mehrzahl von Kühlrippen (351) ausgebildet ist, die jeweils mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, und wobei das Kühlelement (30) so an einem Batteriemodul (201, 202) angebracht ist, dass seine Kontaktfläche (34) in einem engen Kontakt mit der aus der Innenfläche (24) herausragenden Seite der Einzelbatterien (21) steht, wobei seine Kühlrippenfläche (35) jeweils gegen die linke Seitenwand (26) bzw. die rechte Seitenwand (27) der Batteriemodule (201, 202) anliegt, und wobei die Verschlusslöcher (32) des Kühlelements (30) an die einzelnen durchgehenden Bohrungen (28) am Rahmen (22) angepasst sind, sodass jedes der Batteriemodule (201, 202) mit zwei Kühlelementen (30) ausgerüstet ist; – mindestens vier Distanzhülsen (40), die jeweils an einem entsprechenden Verschlussloch (32) eines Kühlelements (30) angeordnet sind; – mindestens vier Schraubenstangen (50), die jeweils aufeinanderfolgend durch die durchgehende Bohrung (28) eines Batteriemoduls (201), das Verschlussloch (32) des Kühlelements (30), die Distanzhülse (40), die durchgehende Bohrung (28) eines anderen Batteriemoduls (202) hindurchführbar und dann mit einer Schraubenmutter (51) festschraubbar sind, wodurch ein räumlicher Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Durchgangsflächen (33) gehalten wird, sodass ein innen hohler Wärmeabführkanal (60) zwischen zwei Batteriemodulen (201, 202) ausgebildet ist.