DE102012112392A1

DE102012112392A1 - Hochvoltbatterie

Info

Publication number: DE102012112392A1
Application number: DE201210112392
Authority: DE
Inventors: Uwe Möhrstädt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit einer Kühleinrichtung (4), die eine Vielzahl von Kühlelementen (5, 6) umfasst, die voneinander beabstandet sind und zwischen denen jeweils ein Aufnahmeraum für eine Batteriezelleneinrichtung (10) ausgespart ist. Um die Kühlung der Hochvoltbatterie zu vereinfachen und/oder zu verbessern, sind die Kühlelemente (5, 6) in einem einstückigen Kühlkörper (15) zusammengefasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit einer Kühleinrichtung, die eine Vielzahl von Kühlelementen umfasst, die voneinander beabstandet sind und zwischen denen jeweils ein Aufnahmeraum für eine Batteriezelleneinrichtung ausgespart ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hochvoltbatterie. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hochvoltbatterie.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 011 375 A1 ist ein Kühlsystem für eine Batteriebaugruppe bekannt, das eine Mehrzahl von Kühlplatten aufweist, die durch ein Paar von Leitungen verbunden sind. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 355 232 A1 ist ein Wärmeleitmodul bekannt, das eine Grundplatte und eine Mehrzahl von Erhebungen aufweist, die jeweils mit einem Endbereich mit einer Hauptfläche der Grundplatte verbunden und so voneinander beabstandet sind, dass mindestens eine elektrochemische Energiespeichereinheit zwischen benachbarten Erhebungen angeordnet sein kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung einer Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu vereinfachen und/oder zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer Hochvoltbatterie mit einer Kühleinrichtung, die eine Vielzahl von Kühlelementen umfasst, die voneinander beabstandet sind und zwischen denen jeweils ein Aufnahmeraum für eine Batteriezelleneinrichtung ausgespart ist, dadurch gelöst, dass die Kühlelemente in einem einstückigen Kühlkörper zusammengefasst sind. Dadurch wird besonders vorteilhaft die Verwendung von standardisierten Kühlkörpern ermöglicht. Ein derartiger Kühlkörper kann besonders vorteilhaft mit speziellen beutelartigen Batteriezellen kombiniert werden, die als coffee-bag-Zellen oder pouch-Zellen bezeichnet werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente als Kühllamellen oder Kühlrippen ausgeführt sind. Die Kühllamellen oder Kühlrippen sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper als massiver Standard-Kühlkörper ausgeführt ist. Dadurch können die Herstellkosten der Hochvoltbatterie erheblich reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente durch einen im Wesentlichen quaderförmigen Kühlblock einstückig miteinander verbunden sind. Der quaderförmige Kühlblock kann auch als Bodenplatte der Kühleinrichtung bezeichnet werden. Die Kühlelemente sind vorzugsweise senkrecht zu dem quaderförmigen Kühlblock angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlelemente mit ihren dem Kühlblock abgewandten Enden relativ zueinander begrenzt bewegen können. Dadurch wird das Einsetzen der Batteriezelleneinrichtungen in die Aufnahmeräume der Kühleinrichtungen erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente von außen mit Hilfe einer Spanneinrichtung gegen die Batteriezelleneinrichtungen vorgespannt sind. Die Spanneinrichtung wird vorteilhaft nach dem Einsetzen der Batteriezellen in die Aufnahmeräume der Kühleinrichtung von außen so an der Kühleinrichtung angebracht, dass die Kühlelemente gegen die Batteriezelleneinrichtungen definiert vorgespannt werden. Dabei ist die Spanneinrichtung vorzugsweise lösbar außen an der Kühleinrichtung angebracht. Lösbar bedeutet in diesem Zusammenhang wiederholt zerstörungsfrei trennbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung mindestens einen Spanngurt umfasst. Die Spanneinrichtung kann auch mehrere Spanngurte umfassen. Die Spanngurte werden von außen um die Kühleinrichtung mit den Batteriezelleneinrichtungen herum gelegt und gespannt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelleneinrichtung mindestens eine coffee-bag-Zelle oder pouch-Zelle umfasst. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst jede Batteriezelleneinrichtung zwei solche coffee-bag-Zellen oder pouch-Zellen. Eine derartige Batteriezelleneinrichtung wird auch als BI-Pack bezeichnet.
Ein Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Hochvoltbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente zunächst aufgeweitet werden. Anschließend wird zwischen zwei aufgeweiteten Kühlelementen jeweils eine Batteriezelleneinrichtung eingesetzt. Daraufhin werden die Kühlelemente von außen gegen die Batteriezelleneinrichtungen vorgespannt. Durch das Aufweiten der Kühlelemente wird das Einsetzen der Kühlelemente erheblich vereinfacht. Durch das Vorspannen der Kühlelemente von außen kann auf einfache Art und Weise eine definierte Vorspannung aufgebracht werden. Dabei ist die Spanneinrichtung vorteilhaft so ausgelegt, dass sich die Batteriezelleneinrichtungen auch im vorgespannten Zustand der Spanneinrichtung betriebsbedingt noch ausdehnen und/oder entspannen können.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Hochvoltbatterie. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug, das neben einem elektrischen Antrieb noch einen weiteren Antrieb, zum Beispiel einen verbrennungsmotorischen Antrieb, umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich aber auch um ein reines Elektrofahrzeug handeln.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie mit eingesetzten Kühlelementen;
2 eine Kühleinrichtung der Hochvoltbatterie aus 1 ohne Kühlelemente im aufgeweiteten Zustand und
3 die Hochvoltbatterie aus 1 mit einer montierten Spanneinrichtung.
In 1 ist eine Hochvoltbatterie 1 mit einer Kühleinrichtung 4 vereinfacht dargestellt. Die Kühleinrichtung 4 umfasst eine Vielzahl von Kühlelementen 5, 6, die als Kühlrippen oder Kühllamellen ausgeführt sind.
Die Kühlelemente 5, 6 haben die Gestalt von quaderförmigen Platten, die parallel zueinander angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Zwischen zwei Kühlelementen 5, 6 ist jeweils ein in 2 mit 20 bezeichneter Aufnahmeraum für jeweils eine Batteriezelleneinrichtung 10 vorgesehen.
Die Batteriezelleneinrichtung 10 umfasst zwei Batteriezellen 11, 12, die beutelartig ausgeführt sind und auch als coffee-bag-Zellen oder pouch-Zellen bezeichnet werden. Die Batteriezelleneinrichtung 10 mit den beiden Batteriezellen 11, 12 wird auch Bi-Pack bezeichnet. Anschlussfahnen der Batteriezellen 11, 12 ragen nach oben aus dem Aufnahmeraum 20 für die Batteriezelleneinrichtung 10 heraus. Dadurch wird das Anschließen der Batteriezellen 11, 12 vereinfacht.
Die Kühleinrichtung 4 umfasst zusätzlich zu den Kühlelementen 5, 6 einen Kühlkörper 15, der die Kühlelemente 5, 6 einstückig miteinander verbindet. Der Kühlkörper 15 mit einem plattenartigen Kühlblock 18 und den Kühlelementen 5, 6 ist vorzugsweise als massiver Standard-Kühlkörper 15 ausgeführt.
In 2 sieht man, dass der Kühlkörper 15 zur Montage der Batteriezellen begrenzt aufgeweitet oder aufgefächert werden kann. Beim Aufweiten oder Auffächern wird der Abstand der freien Enden der Kühlelemente 5, 6 relativ zueinander geringfügig vergrößert. Dadurch wird das Einsetzen einer Batteriezelleneinrichtung in den Aufnahmeraum 20 erheblich vereinfacht.
In 3 ist in jedem Aufnahmeraum der Kühleinrichtung 4 jeweils eine Batteriezelleneinrichtung 10 mit zwei Batteriezellen 11, 12 angeordnet. Durch diese Anordnung kann auf einfache Art und Weise eine effiziente Kühlung der Batteriezellen 11, 12 erreicht werden.
Die Batteriezellen 11, 12 sind zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen im pouch- beziehungsweise coffee-bag-Design ausgeführt. Solche Batteriezellen 11, 12 können sich beim Laden beziehungsweise Entladen signifikant ausdehnen beziehungsweise entspannen. Derartige Ausdehnungs- beziehungsweise Entspannungsvorgänge werden durch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 4 auf einfache Art und Weise ermöglicht.
In 3 ist dargestellt, dass die Batteriezelleneinrichtungen 10 in der Kühleinrichtung 4 besonders vorteilhaft mit einer Spanneinrichtung 30 verspannt werden. Durch das Verspannen mit der Spanneinrichtung 30 werden die Batteriezelleneinrichtungen 10 so zwischen den Kühlelementen 5, 6 vorgespannt, dass sie sich im Betrieb ausreichend ausdehnen und/oder entspannen können.
Die Spanneinrichtung 30 umfasst zwei Spanngurte 31, 32, die von außen um die Kühleinrichtung 4 mit den Batteriezelleneinrichtungen 10 herum gelegt und verspannt sind. Die Spanngurte 31, 32 erstrecken sich senkrecht zu den Kühlelementen 5, 6, also parallel zu der Längsausdehnung des Kühlblocks 18.
Durch die Spanneinrichtung 30 werden die Batteriezelleneinrichtungen 10 mechanisch in der Kühleinrichtung 4 stabilisiert. Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie 1 ist stabil, einfach montierbar und kostengünstig herstellbar. Durch den massiven Standard- Kühlkörper 15 kann auf einfache Art und Weise eine effiziente Kühlung der einzelnen Batteriezellen 11, 12 mit geringem Materialaufwand erreicht 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 102011011375 A1 [0002]
EP 2355232 A1 [0002]

Claims

Hochvoltbatterie mit einer Kühleinrichtung (4), die eine Vielzahl von Kühlelementen (5, 6) umfasst, die voneinander beabstandet sind und zwischen denen jeweils ein Aufnahmeraum (20) für eine Batteriezelleneinrichtung (10) ausgespart ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (5, 6) in einem einstückigen Kühlkörper (15) zusammengefasst sind.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (5, 6) als Kühllamellen oder Kühlrippen ausgeführt sind.
Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (15) als massiver Standard-Kühlkörper ausgeführt ist.
Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (5, 6) durch einen im Wesentlichen quaderförmigen Kühlblock (18) einstückig miteinander verbunden sind.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlblock (18) so ausgeführt ist, dass sich die Kühlelemente (5, 6) mit ihren dem Kühlblock (18) abgewandten Enden relativ zueinander begrenzt bewegen können.
Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (5, 6) von außen mit Hilfe einer Spanneinrichtung (30) gegen die Batteriezelleneinrichtungen (10) vorgespannt sind.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (30) mindestens einen Spanngurt (31, 32) umfasst.
Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelleneinrichtung (10) mindestens eine coffee-bag-Zelle oder pouch-Zelle umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – die Kühlelemente (5, 6) werden aufgeweitet; – zwischen zwei aufgeweiteten Kühlelementen (5, 6) wird jeweils eine Batteriezelleneinrichtung (10) eingesetzt; – die Kühlelemente (5, 6) werden von außen gegen die Batteriezelleneinrichtung (10) vorgespannt.
Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.