DE102012217600A1

DE102012217600A1 - Batterie sowie Kraftfahrzeug mit Batterie

Info

Publication number: DE102012217600A1
Application number: DE102012217600.4A
Authority: DE
Inventors: Hans Partes
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2014048601A1

Abstract

Es wird eine Batterie (10) beschrieben mit wenigstens einem mehrere Batteriezellen (12) aufweisenden Batteriemodul (11). Die Batteriezellen (12) sind mittels Zellverbinder (14) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden und mittels Anschlüsse (18, 19) an einem leistungselektronischen Stellglied (15) angeschlossen. Erfindungsgemäß sind die Batteriezellen (12) in dem wenigstens einen Batteriemodul (11) in mehreren Reihen (17) und einer geraden Anzahl von Zeilen (16) angeordnet. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Batterie (10) vorgeschlagen, wobei die Batterie (10) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit mehreren zu wenigstens einem Batteriemodul angeordneten Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen sowie ein Kraftfahrzeug mit dieser Batterie.
Stand der Technik
Es ist bekannt, in Batterien mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul anzuordnen. Eine Batterie kann mehrere solcher Batteriemodule aufweisen. Den Batteriemodulen ist jeweils eine Koppeleinrichtung zugeordnet, mittels der die Batteriemodule miteinander verschaltet sind. Bestandteil der Koppeleinrichtungen ist ein leistungselektronisches Stellglied.
1 zeigt eine übliche Anordnung von Batteriezellen zu einem Batteriemodul. Das Batteriemodul 11 weist dabei zwölf Batteriezellen 12 auf, die mittels Zellverbinder 14 elektrisch leitend verbunden sind. Die Zellverbinder 14 verbinden jeweils ein Terminal 13 einer Batteriezelle 12 mit einem Terminal 13 einer benachbarten Batteriezelle 12. Damit die benachbarten Batteriezellen 12 jeweils miteinander verbunden werden können, sind die Batteriezellen 12 mit ihren Polen alternierend angeordnet. Die Batteriezellen 12 sind hier in Reihe miteinander verschaltet. An den beiden äußeren Batteriezellen 12 weist das Batteriemodul 11 Anschlüsse 18 und 19 auf, an denen ein leistungselektronisches Stellglied 15 angeschlossen ist. Auch dessen Aufbau ist Stand der Technik.
Die Batteriezellen 12 sind in herkömmlicher Weise in einer Reihe 17 angeordnet. Eine Anzahl an Zeilen 16 ist dabei identisch mit der Anzahl der Batteriezellen 12. In 1 sind die Batteriezellen 12 in zwölf Zeilen 16 angeordnet.
Durch eine derartige Verdrahtung des Batteriemoduls und den Anschluss des leistungselektronischen Stellglieds entstehen parasitäre Induktivitäten. In diesen Induktivitäten wird Energie gespeichert, wenn das Batteriemodul von Strom durchflossen ist. Diese Energie wird beim Abschalten der im leistungselektronischen Stellglied enthaltenen Transistoren in Wärme umgewandelt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Batterie gezeigt mit wenigstens einem mehrere Batteriezellen aufweisenden Batteriemodul. Die Batteriezellen sind dabei mittels Zellverbinder in einer Reihenschaltung miteinander verbunden und mittels Anschlüssen an einem leistungselektronischen Stellglied angeschlossen. Die Batteriezellen sind erfindungsgemäß in dem wenigstens einen Batteriemodul in mehreren Reihen und einer geraden Anzahl von Zeilen angeordnet.
Damit können die Verdrahtungsinduktivitäten innerhalb der Koppeleinrichtungen vorteilhaft stark reduziert werden. Auch die in dem leistungselektronischen Stellglied anfallende Verlustwärme kann reduziert werden, da die Verlustwärme während der Schaltvorgänge proportional zu den Verdrahtungsinduktivitäten auftritt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist vorgesehen, dass die Anschlüsse an zwei benachbarten Batteriezellen derselben Zeile und verschiedener Reihen ausgebildet sind.
Vorteilhaft können die Anschlüsse an das leistungselektronische Stellglied besonders kurz ausgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Batteriemodul eine ganzzahlig durch vier teilbare Anzahl von Batteriezellen aufweist.
Damit sind vorteilhaft mehrere Anordnungen entsprechend der Erfindung möglich. Das Batteriemodul kann in Abhängigkeit der Anforderungen an den Bauraum gestaltet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist vorgesehen, dass die Batteriezellen in zwei Reihen angeordnet sind.
Vorteilhaft sind damit besonders viele Paare entgegengesetzt stromdurchflossener Zellverbinder gebildet, welche die ungewünschten Induktionen weiter verringern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist vorgesehen, dass die Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen sind. Insbesondere weist das wenigstens eine Batteriemodul zwölf Batteriezellen auf.
Lithium-Ionen-Zellen weisen bezogen auf ihre Leistung ein relativ kleines Gewicht und relativ kleine Abmaße auf. Es ist damit vorteilhaft möglich, die Batterie leichter und kompakter zu gestalten, was sie für viele Anwendungen, insbesondere im automobilen Umfeld, attraktiver werden lässt. Mit der Anzahl von zwölf in Reihe geschalteten Zellen ist eine gut handhabbare Spannung von etwa 43 V erreicht.
Der Begriff Batterie umfasst erfindungsgemäß auch Batteriesysteme, Akkumulatorbatterien, Akkumulatoren, Akkumulatorsysteme, insbesondere Lithium-Ionen-Systeme oder Lithium-Polymer-Ionen-Systeme.
Die gezeigte Batterie kann erfindungsgemäß in vielfältigen Vorrichtungen integriert sein. Sowohl stationäre als auch mobile Anwendungen profitieren von den Vorteilen der erfindungsgemäßen Batterie.
Die erfindungsgemäße Batterie ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug integriert. Dabei ist die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Batterie ermöglichen dem Kraftfahrzeug, bei dem die Batterie bevorzugt auch als Traktionsbatterie angeordnet ist, einen effizienteren Betrieb und eine erhöhte Reichweite.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine herkömmliche Batteriezellenanordnung nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Batterie mit erfindungsgemäßer Batteriezellenanordnung mit zwölf Batteriezellen,
3 eine erfindungsgemäße Batterie mit erfindungsgemäßer Batteriezellenanordnung mit acht Batteriezellen,
4 eine erfindungsgemäße Batterie mit erfindungsgemäßer Batteriezellenanordnung mit sechs Batteriezellen, und
5 eine erfindungsgemäße Batterie mit erfindungsgemäßer Batteriezellenanordnung mit zehn Batteriezellen.
Ausführungsformen der Erfindung
In den 2 bis 5 sind erfindungsgemäße Batterien 10 mit unterschiedlichen Anzahlen von Batteriezellen 12 schematisch gezeigt. Die erfindungsgemäße Batterie 10 weist zumindest ein Batteriemodul 11 mit mehreren Batteriezellen 12 auf. Die Batteriezellen 12 weisen jeweils zwei Terminals 13 auf, einen Pluspol und einen Minuspol, und sind mittels Zellverbinder 14 miteinander verdrahtet. Das Batteriemodul 11 ist mit Anschlüssen 18, 19 an ein leistungselektronisches Stellglied 15 angeschlossen.
Erfindungswesentlich ist die Anordnung der Batteriezellen 12. Diese sind erfindungsgemäß in mehreren Reihen 17 angeordnet und in wenigstens zwei Zeilen 16, wobei die Anzahl der Zeilen 16 immer eine gerade Zahl ist. Das Produkt aus der Anzahl der Reihen 17 und der Anzahl der Zeilen 16 ist gleich der Anzahl der Batteriezellen 12. Das Batteriemodul 11 der erfindungsgemäßen Batterie 10 weist mindestens vier Batteriezellen 12 auf und immer eine gerade Anzahl von Batteriezellen 12.
Die Batteriezellen 12 sind so angeordnet, dass die zwei Terminals 13 einer jeden Batteriezelle 12 in derselben Zeile 16 liegen. Die Reihen 17 sind senkrecht zu den Zeilen 16 ausgebildet.
Die Anschlüsse 18, 19 sind dabei an zwei äußeren unmittelbar nebeneinanderliegenden Batteriezellen 12 vorgesehen. Die Anschlüsse 18, 19 liegen damit möglichst dicht beieinander. Die Anschlüsse 18, 19 gehen bevorzugt von Batteriezellen 12 derselben Zeile 16 ab. Die Anschlüsse 18, 19 gehen gleichzeitig von Batteriezellen 12 ab, die in unterschiedlichen, benachbarten Reihen 17 angeordnet sind. Die Anschlüsse 18, 19 gehen bevorzugt quer von einer äußeren Zeile 16 ab.
Die Batteriezellen 12 einer jeden Zeile 16 sind gleich ausgerichtet. Ihre Pluspole weisen einheitlich in dieselbe Richtung und ihre Minuspole weisen einheitlich in die entgegengesetzte Richtung. Die Batteriezellen 12 einer Reihe 16 sind alternierend ausgerichtet. Bei benachbarten Batteriezellen 12 einer Reihe 16 weisen die Minuspole in entgegengesetzte Richtungen und die Pluspole weisen in entgegengesetzte Richtungen.
Mit dieser Ausrichtung und Verdrahtung sind Paare 20 von benachbarten Zellverbindern 14 gebildet, die in entgegengesetzten Richtungen vom Strom durchflossen sind. Das trägt ebenfalls zu einer Verringerung der Induktivitäten bei.
In der 2 ist eine erfindungsgemäße Batterie 10 mit einem bevorzugten Batteriemodul 11 mit zwölf Batteriezellen 12 gezeigt. Die zwölf Batteriezellen 12 sind in zwei Reihen 17 und sechs Zeilen 16 angeordnet.
Alternativ ist bei zwölf Batteriezellen 12 auch eine Anordnung in drei Reihen 17 und vier Zeilen 16 möglich. Allerdings sind dabei weniger Paare 20 entgegengesetzt stromdurchflossener Zellverbinder 14 gebildet als bei der Anordnung in zwei Reihen 17 und sechs Zeilen 16.
In der 3 ist eine erfindungsgemäße Batterie 10 mit einem Batteriemodul 11 mit acht Batteriezellen 12 gezeigt. Die acht Batteriezellen 12 sind in zwei Reihen 17 und vier Zeilen 16 angeordnet.
In der 4 ist eine erfindungsgemäße Batterie 10 mit einem Batteriemodul 11 mit sechs Batteriezellen 12 gezeigt. Die sechs Batteriezellen 12 sind in drei Reihen 17 und zwei Zeilen 16 angeordnet.
In der 5 ist eine erfindungsgemäße Batterie 10 mit einem Batteriemodul 11 mit zehn Batteriezellen 12 gezeigt. Die zehn Batteriezellen 12 sind in fünf Reihen 17 und zwei Zeilen 16 angeordnet.
In den 2 und 3 sind die Paare 20 entgegengesetzt stromdurchflossener Zellverbinder 14 aus Zellverbindern unterschiedlicher benachbarter Reihen 17 gebildet. In den 4 und 5 sind die Paare 20 entgegengesetzt stromdurchflossener Zellverbinder 14 aus Zellverbindern unterschiedlicher benachbarter Zeilen 16 gebildet.

Claims

Batterie (10) mit wenigstens einem mehrere Batteriezellen (12) aufweisenden Batteriemodul (11), wobei die Batteriezellen (12) mittels Zellverbinder (14) in einer Reihenschaltung miteinander verbunden und mittels Anschlüssen (18, 19) an einem leistungselektronischen Stellglied (15) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (12) in dem wenigstens einen Batteriemodul (11) in mehreren Reihen (17) und einer geraden Anzahl von Zeilen (16) angeordnet sind.
Batterie (10) nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse (18, 19) an zwei benachbarten Batteriezellen (12) derselben Zeile (16) und verschiedener Reihen (17) ausgebildet sind.
Batterie (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Batteriemodul (11) eine ganzzahlig durch vier teilbare Anzahl von Batteriezellen (12) aufweist.
Batterie (10) nach Anspruch 3, wobei die Batteriezellen (12) in zwei Reihen (17) angeordnet sind.
Batterie (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das wenigstens eine Batteriemodul (11) zwölf Batteriezellen (12) aufweist.
Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Batteriezellen (12) Lithium-Ionen-Zellen sind.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Batterie (10) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.