DE102012203285B4 - Batteriezellenbaugruppe - Google Patents
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Abstract
Batteriezellenbaugruppe (102), umfassend:
eine Batteriezelle (104), die aktives Material umfasst, das ausgelegt ist, um aus einer elektrochemischen Reaktion Leistung zu erzeugen;
einen Pouch (106), der aus einem isolierenden Material gebildet ist und die Batteriezelle (104) umhüllt; und
ein Kühlelement (112) mit einem inneren Abschnitt (114), einem äußeren Abschnitt (118) und einem zwischen dem inneren Abschnitt (114) und dem äußeren Abschnitt (118) angeordneten Abdichtabschnitt (116), wobei der innere Abschnitt (114) in dem Pouch (106) angeordnet ist und mit der Batteriezelle (104) in Wärmeverbindung steht, wobei der äußere Abschnitt (118) außerhalb des Pouch (106) angeordnet ist, wobei das Kühlelement (112) ausgelegt ist, um eine während der elektrochemischen Reaktion erzeugte Wärme weg von der Batteriezelle (104) zu leiten;
dadurch gekennzeichnet , dass
der Abdichtabschnitt (116) eine isolierende Beschichtung aufweist.
eine Batteriezelle (104), die aktives Material umfasst, das ausgelegt ist, um aus einer elektrochemischen Reaktion Leistung zu erzeugen;
einen Pouch (106), der aus einem isolierenden Material gebildet ist und die Batteriezelle (104) umhüllt; und
ein Kühlelement (112) mit einem inneren Abschnitt (114), einem äußeren Abschnitt (118) und einem zwischen dem inneren Abschnitt (114) und dem äußeren Abschnitt (118) angeordneten Abdichtabschnitt (116), wobei der innere Abschnitt (114) in dem Pouch (106) angeordnet ist und mit der Batteriezelle (104) in Wärmeverbindung steht, wobei der äußere Abschnitt (118) außerhalb des Pouch (106) angeordnet ist, wobei das Kühlelement (112) ausgelegt ist, um eine während der elektrochemischen Reaktion erzeugte Wärme weg von der Batteriezelle (104) zu leiten;
dadurch gekennzeichnet , dass
der Abdichtabschnitt (116) eine isolierende Beschichtung aufweist.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batteriezellenbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem integrierten Kühlelement, wie sie beispielswiese in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2010 021 908 A1 beschrieben wird. - Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die
DE 10 2009 005 498 A1 verwiesen. - HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Eine Batteriezelle wurde als saubere, effiziente und umweltverantwortliche Energiequelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene andere Anwendungen vorgeschlagen. Eine Art von Batteriezelle ist als Lithium-Ionen-Batterie bekannt. Die Lithium-Ionen-Batterie ist aufladbar und kann zu einer Vielzahl von Formen und Größen ausgebildet sein, um in Elektrofahrzeugen verfügbaren Raum effizient zu füllen. Die Batteriezelle kann zum Beispiel von prismatischer Form sein, um ein Stapeln der Batteriezellen zu erleichtern. In einem Batteriepack können mehrere einzelne Batteriezellen vorgesehen werden, um einen zum Betreiben von Elektrofahrzeugen ausreichenden Leistungsbetrag vorzusehen.
- Typische prismatische Batteriezellen weisen ein Paar von kunststoffbeschichteten Metallschichten auf, die um einen Umfang der Batteriezelle schmelzgeschweißt sind, um die Batteriezellenkomponenten abzudichten. Das Abdichten der Batteriezellen beginnt im Allgemeinen mit dem Ausstatten einer der kunststoffbeschichteten Metallschichten mit einem Hohlraum, der manchmal als „Butterdosen“-Form bezeichnet wird. Die Batteriezellenkomponenten werden in dem Hohlraum der kunststoffbeschichteten Metallschicht angeordnet. Die andere der kunststoffbeschichteten Metallschichten wird dann oben auf die Batteriezellenkomponenten gesetzt und an dem Umfang an die eine der kunststoffbeschichteten Metallschichten mit dem Hohlraum zum Beispiel durch Heißversiegeln um die Rändern schmelzgeschweißt. Dadurch wird die Batteriezelle für die Aufnahme in dem Batteriepack vorgesehen.
- Batteriezellen wie etwa Lithium-Ionen-Batteriezellen erzeugen bekanntermaßen während des Betriebs und infolge eines Ladezyklus beim Aufladen Wärme. Werden sie überhitzt oder anderweitig Umgebungen hoher Temperatur ausgesetzt, können unerwünschte Wirkungen eine Auswirkung auf den Betrieb der Lithium-Ionen-Batterie haben. Bei Lithium-Ionen-Batteriepacks werden typischerweise Kühlsysteme genutzt, um den unerwünschten Überhitzungsbedingungen entgegenzuwirken. Die Kühlsysteme können Kühlplatten oder -rippen umfassen, die zwischen einzelnen Batteriezellen in dem Batteriepack sandwichartig eingeschlossen sind. Das Kühlsystem kann Kanäle aufweisen, durch die ein Kühlmittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit den Batteriezellen strömt. Nicht einschränkende Beispiele von bekannten Kühlsystemen für Batteriezellen werden in der U.S.- Patentanmeldung
US 2012 / 0 021 270 A1 US 2011 / 0 212 355 A1 - Es besteht nach wie vor Bedarf nach einer Batteriezellenbaugruppe mit einer vereinfachten Konstruktion und einer verringerten Teilezahl. Wünschenswerterweise weist die Batteriezellenbaugruppe abgekoppelte elektrische und thermische Komponenten auf, ermöglicht bei Betrieb eine Luftkühlung der Batteriezellenbaugruppe und minimiert während der Herstellung der Batteriezellenbaugruppe die Teilehandhabung.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dem geschilderten Bedarf gerecht zu werden
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Diese Aufgabe wird mit einer Batteriezellenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Batteriezellenbaugruppe besitzt eine vereinfachte Konstruktion und eine verringerte Teilezahl, die abgekoppelte elektrische und thermische Komponenten aufweist, ermöglicht bei Betrieb eine Luftkühlung der Batteriezellenbaugruppe und minimiert während der Fertigung der Batteriezellenbaugruppe eine Teilehandhabung.
- In einer Ausführungsform umfasst der Pouch der Batteriezellenbaugruppe eine erste Pouchschicht und eine zweite Pouchschicht. Der Abdichtabschnitt des Kühlelements liegt sowohl an der ersten Pouchschicht als auch der zweiten Pouchschicht an, um die Batteriezelle in dem Pouch abzudichten.
- In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Batteriezellenbaugruppe ein Paar von elektrischen Kontakten, die mit der Batteriezelle in Verbindung stehen und sich von mindestens einem von einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Pouch nach außen erstrecken. Der äußere Abschnitt des Kühlelements erstreckt sich von mindestens einem von einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Pouch nach außen. Die Batteriezellenbaugruppe umfasst weiterhin einen zwischen der ersten Pouchschicht und der zweiten Pouchschicht angeordneten steifen Rahmen. Der äußere Abschnitt des Kühlelements ist durch den steifen Rahmen und außerhalb des Pouch angeordnet.
- In einer veranschaulichenden Ausführungsform wird vor dem Abdichten einer Batteriezelle einer Batteriezellenbaugruppe in einer kunststoffbeschichteten Pouch eine Metallplatte in einer Rolle von aktivem Material der Zelle positioniert. Die Metallplatte weist einen größeren Flächeninhalt als das aktive Zellenmaterial auf. Die Metallplatte ist auch mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet. Wenn die Batteriezelle um einen Umfang derselben abgedichtet ist, ist auch die Metallplatte entlang des Umfangs abgedichtet, wobei ein Abschnitt der Metallplatte in der Batteriezelle bleibt und ein anderer Abschnitt außerhalb des Pouch angeordnet bleibt. Das isolierende Material auf der Metallplatte stellt sicher, dass die Metallplatte die Batteriezelle der Batteriezellenbaugruppe nicht kurzschließt. Das isolierende Material auf dem Abschnitt der Metallplatte, der nicht in dem Pouch abgedichtet ist, wird für verbesserte Wärmeleitfähigkeit entfernt.
- Figurenliste
- Die vorstehenden sowie andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen für den Fachmann ohne weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung, insbesondere bei Betrachtung im Hinblick auf die hierin beschriebenen Zeichnungen, hervor.
-
1 ist eine Vorderansicht einer Batteriezellenbaugruppe der vorliegenden Offenbarung, wobei eine innere Batteriezelle und ein Abschnitt eines Kühlelements in der Batteriezellenbaugruppe in gestrichelten Linien gezeigt sind; -
2 ist eine unvollständige Seitenquerschnittansicht der Batteriezellenbaugruppe nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der SchnittlinieA-A von1 ; -
3 ist eine vergrößerte unvollständige Seitenquerschnittansicht der Batteriezellenbaugruppe, die in2 durch die BezeichnungB kenntlich gemacht ist; und -
4 ist eine unvollständige Seitenquerschnittansicht der Batteriezellenbaugruppe nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die folgende eingehende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
- Unter Bezugnahme auf
1 -3 ist eine Batteriezellenbaugruppe102 nach einer Ausführungsform die vorliegende Offenbarung gezeigt. Die Batteriezellenbaugruppe102 umfasst eine Batteriezelle104 , die aktives Material aufweist, das ausgelegt ist, um aus einer elektrochemischen Reaktion Leistung zu erzeugen. Die gezeigte Batteriezelle104 ist eine prismatische Batteriezelle. Als Beispiel kann die Batteriezelle104 eine prismatische Lithium-lonen(Li-lonen)-Pouchzelle sein. Es versteht sich, dass andere Arten der Batteriezellen104 , die eine andere Struktur und Elektrochemie nutzten, ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. - Die Batteriezellenbaugruppe
102 weist einen Pouch106 auf, der aus einem isolierenden Material gebildet ist. Der Pouch106 umhüllt die Batteriezelle104 und ermöglicht das Anordnen von mehreren der Batteriezellen104 in einem Stapel, wodurch ein (nicht gezeigter) Batteriepack gebildet wird. Der Pouch106 ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Pouch106 aus Aluminium, das mit einem dielektrischen Material wie etwa Gummi oder einem Thermoplast beschichtet ist, gebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Pouch106 eine erste Pouchschicht108 und eine zweite Pouchschicht110 , und die Batteriezelle104 ist zwischen der ersten Schicht108 und der zweiten Schicht110 angeordnet. Nach Bedarf können auch andere elektrisch nicht leitende Materialien und Strukturen genutzt werden. - Bei der Batteriezellenbaugruppe
102 der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlelement112 in Wärmeverbindung mit der Batteriezelle104 angeordnet. Das Kühlelement112 ist ausgelegt, um eine während der elektrochemischen Reaktion erzeugte Wärme weg von der Batteriezelle104 zu leiten. Das Kühlelement112 kann zum Beispiel eine Metallplatte umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Kühlelement112 aus Kupfer oder Aluminium gebildet sein. In einem anderen Beispiel ist das Kühlelement112 eine Graphitfolie, die mit einem elektrisch nicht leitenden Polymer imprägniert ist. Das Kühlelement112 kann weiterhin zum Beispiel aus mehreren Streifen gebildet sein oder eine gitterartige Struktur aufweisen, um eine Wärmeleitung von der Batteriezelle104 vorzusehen, während die thermische Masse der Batteriezellenbaugruppe102 minimiert wird. - Unter Bezugnahme auf
2 kann das Kühlelement112 einen inneren Abschnitt114 , einen Abdichtabschnitt116 und einen äußeren Abschnitt118 aufweisen. Der innere Abschnitt114 ist in dem Pouch106 angeordnet. Der Abdichtabschnitt116 ist zwischen dem inneren Abschnitt114 und dem äußeren Abschnitt118 angeordnet. Der äußere Abschnitt118 ist außerhalb des Pouch106 angeordnet. Der äußere Abschnitt118 kann eine Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann einer Korrosion des äußeren Abschnitts118 entgegenwirken. Die Beschichtung kann auch eine Mindestdicke aufweisen, um eine Wärmeleitung von dem äußeren Abschnitt118 des Kühlelements112 zu maximieren. In anderen Ausführungsformen ist der äußere Abschnitt118 im Wesentlichen frei von einer Beschichtung. Es versteht sich, dass der äußere Abschnitt118 dadurch freiliegt, um die Wärmeleitung von der Batteriezelle104 zu erleichtern. Der äußere Abschnitt118 des Kühlelements112 kann während des Betriebs der Batteriezellenbaugruppe102 mit einer Strömung eines Kühlfluids, zum Beispiel einem Umgebungstemperaturluftstrom, in Verbindung gesetzt werden, um die Batteriezelle104 bei einer erwünschten Temperatur zu halten. - Der innere Abschnitt
114 des Kühlelements112 kann eine isolierende Beschichtung120 aufweisen. Die isolierende Beschichtung120 kann aus einem dielektrischen Material wie etwa beispielsweise einem Gummi oder einem Thermoplast gebildet werden. Die isolierende Beschichtung120 ist ausgelegt, um das Kühlelement112 von der Batteriezelle104 elektrisch zu isolieren. Die isolierende Beschichtung120 weist eine Dicke auf, die ausreicht, um das Kühlelement112 elektrisch zu isolieren, während sie bei Betrieb zum Zweck des Haltens der erwünschten Temperatur der Batteriezelle104 eine Wärmeleitung von der Batteriezelle104 zu dem Kühlelement112 ermöglicht. Wenn die isolierende Beschichtung120 genutzt wird, kann der äußere Abschnitt118 des Kühlelements112 frei von der isolierenden Beschichtung120 sein, um die Wärmeleitung zu erleichtern. Ein Durchschnittsfachmann kann nach Bedarf geeignete dielektrische Materialien und Dicken für die isolierende Beschichtung120 wählen. - Wie in
2 gezeigt kann die Batteriezelle104 eine erste Hauptfläche122 und eine zweite Hauptfläche124 umfassen. Das Kühlelement112 kann einen Flächeninhalt aufweisen, der größer als ein Flächeninhalt der ersten Hauptfläche122 oder der zweiten Hauptfläche124 ist. Der innere Abschnitt114 des Kühlelements112 ist benachbart zu der ersten Hauptfläche122 oder der zweiten Hauptfläche124 angeordnet. Zum Beispiel kann der innere Abschnitt114 des Kühlelements112 an der ersten Hauptfläche122 oder der zweiten Hauptfläche124 anliegen, um bei Betrieb Wärme von der Batteriezelle104 zu leiten. - In bestimmten Ausführungsformen weist der Abdichtabschnitt
116 des Kühlelements112 die isolierende Beschichtung120 auf. Wenn der Pouch106 die erste Pouchschicht108 und die zweite Pouchschicht110 umfasst, kann der Abdichtabschnitt116 des Kühlelements112 sowohl an der ersten Pouchschicht108 als auch der zweiten Pouchschicht110 anliegen, um die Batteriezelle104 in dem Pouch106 abzudichten. Die Abdichtung kann zum Beispiel durch mindestens eines von Reib- und Heißverschweißen der ersten Pouchschicht108 und der zweiten Pouchschicht110 mit der isolierenden Beschichtung120 des Abdichtabschnitts116 gebildet werden. Das thermoplastische Material sowohl für die erste als auch die zweite Pouchschicht108 ,110 und die isolierende Beschichtung120 kann so gewählt werden, dass es bei Schweißen eine ausreichende Bindung zwischen den jeweiligen Materialien vorsieht. Zwischen der ersten Pouchschicht108 , der zweiten Pouchschicht110 und der isolierenden Beschichtung120 des Abdichtabschnitts116 können auch Klebstoffe genutzt werden, um die Batteriezelle104 in dem Pouch106 abzudichten. Nach Bedarf können auch alternative Mittel zum Abdichten der Batteriezelle104 in dem Pouch106 genutzt werden. - In bestimmten Ausführungsformen kann die Batteriezellenbaugruppe
102 der vorliegenden Offenbarung einen steifen Rahmen126 umfassen. Ein beispielhafter steifer Rahmen126 wird in der von der Anmelderin gleichzeitig angemeldeten U.S. PatentanmeldungUS 2011 / 0 183 189 A1 126 ermöglicht das Anordnen von mehreren der Batteriezellenbaugruppen102 in dem Stapel, um den Batteriepack zu bilden. Zum Beispiel kann der steife Rahmen126 zwischen der ersten Pouchschicht108 und der zweiten Pouchschicht110 angeordnet werden. Die erste Pouchschicht108 und die zweite Pouchschicht110 können zum Beispiel mit dem steifen Rahmen126 entweder reib- oder wärmeverschweißt werden, um den Batteriepack104 in dem Pouch106 abzudichten. Wenn der steife Rahmen126 genutzt wird, kann das Kühlelement112 entweder durch den oder benachbart zu dem steifen Rahmen126 angeordnet werden. Der steife Rahmen126 kann zum Beispiel benachbart zu dem Abdichtabschnitt116 des Kühlelements112 angeordnet werden, und der äußere Abschnitt118 des Kühlelements112 kann durch den steifen Rahmen126 angeordnet werden. In einem anderen Beispiel kann der äußere Abschnitt118 des Kühlelements112 entlang einer Außenfläche des steifen Rahmens126 angeordnet werden. - Die Batteriezellenbaugruppe
102 der vorliegenden Offenbarung umfasst auch ein Paar von elektrischen Kontakten128 . Die elektrischen Kontakte128 stehen mit der Batteriezelle104 in Verbindung und erstrecken sich von dem Pouch106 nach außen. Wenn der Pouch106 ein erstes Ende130 und ein zweites Ende132 sowie eine erste Seite134 und eine zweite Seite136 aufweist, kann sich das Paar von elektrischen Kontakten128 von mindestens einem von erstem Ende130 und zweitem Ende132 nach außen erstrecken. Der äußere Abschnitt118 das Kühlelement112 kann sich dann von mindestens einer von erster Seite134 und zweiter Seite136 des Pouch106 nach außen erstrecken. Es versteht sich, dass sich das Kühlelement112 auch von mehr als einem von erster Seite130 und zweiter Seite132 und erstem Ende134 und zweitem Ende136 nach außen erstrecken kann, solange das Kühlelement112 nicht einen des Paars von elektrischen Kontakten128 kontaktiert. Die elektrischen und thermischen Komponenten der Batteriezellenbaugruppe102 bleiben dadurch abgekoppelt. - Unter Bezugnahme auf
4 ist die Batteriezellenbaugruppe102' nach einer anderen Ausführungsform der Offenbarung gezeigt. Ein gleicher oder ähnlicher Aufbau aus1 -3 wird in4 der Klarheit halber mit dem gleichen Bezugszeichen und einem Einstreichungszeichen (') gezeigt. Wie in4 gezeigt kann der innere Abschnitt114' des Kühlelements112' in mindestens einem Abschnitt der Batteriezelle104' der Batteriezellenbaugruppe102' angeordnet werden. Dadurch wird das Abführen von Wärme von der Batteriezelle104' bei Betrieb erleichtert. - Vorteilhafterweise weist die Batteriezellenbaugruppe
102 ,102' der vorliegenden Offenbarung gegenüber bekannten Batteriezellenbaugruppen eine vereinfachte Konstruktion und eine verringerte Teilezahl auf. Die Teilehandhabung während der Herstellung der Batteriezellenbaugruppe102 ,102' wird gleichfalls minimiert. Wie vorstehend festgestellt werden die elektrischen und thermischen Komponenten der vorliegenden Batteriezellenbaugruppe102 ,102' abgekoppelt. Es versteht sich auch, dass der sich nach außen erstreckende äußere Abschnitt118 ,118' des Kühlelements112 ,112' bei Betrieb eine Luftkühlung der Batteriezellenbaugruppe102 ,102' ermöglicht.
Claims (8)
- Batteriezellenbaugruppe (102), umfassend: eine Batteriezelle (104), die aktives Material umfasst, das ausgelegt ist, um aus einer elektrochemischen Reaktion Leistung zu erzeugen; einen Pouch (106), der aus einem isolierenden Material gebildet ist und die Batteriezelle (104) umhüllt; und ein Kühlelement (112) mit einem inneren Abschnitt (114), einem äußeren Abschnitt (118) und einem zwischen dem inneren Abschnitt (114) und dem äußeren Abschnitt (118) angeordneten Abdichtabschnitt (116), wobei der innere Abschnitt (114) in dem Pouch (106) angeordnet ist und mit der Batteriezelle (104) in Wärmeverbindung steht, wobei der äußere Abschnitt (118) außerhalb des Pouch (106) angeordnet ist, wobei das Kühlelement (112) ausgelegt ist, um eine während der elektrochemischen Reaktion erzeugte Wärme weg von der Batteriezelle (104) zu leiten; dadurch gekennzeichnet , dass der Abdichtabschnitt (116) eine isolierende Beschichtung aufweist.
- Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 1 , wobei der innere Abschnitt des Kühlelements eine isolierende Beschichtung (120) aufweist. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 1 , wobei das Kühlelement (112) eine Graphitfolie ist, die mit einem elektrisch nicht leitenden Polymer imprägniert ist. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 1 , wobei der innere Abschnitt (114) des Kühlelements (112) in der Batteriezelle (104) angeordnet ist. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 1 , wobei der Pouch (106) eine erste Pouchschicht (108) und eine zweite Pouchschicht (110) umfasst, wobei die Batteriezelle (104) zwischen der ersten Pouchschicht (108) und der zweiten Pouchschicht (110) angeordnet ist. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 5 , welche weiterhin einen zwischen der ersten Pouchschicht (108) und der zweiten Pouchschicht (110) angeordneten steifen Rahmen (126) umfasst. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 6 , wobei das Kühlelement (112) durch den steifen Rahmen (126) angeordnet ist. - Batteriezellenbaugruppe nach
Anspruch 7 , wobei der steife Rahmen (126) benachbart zu dem Abdichtabschnitt (116) des Kühlelements (112) angeordnet ist, wobei der äußere Abschnitt (118) durch den steifen Rahmen (126) angeordnet ist.
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