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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter für eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie beziehungsweise ein sogenanntes Lithium-Ionen-Batteriepack, sowie eine Batterie, die mit Batteriezellen sowie zumindest einem derartigen Abstandshalter ausgerüstet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine derartige Batterie aufweist.
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In verschiedenen Technologie-Bereichen kommen in letzter Zeit vermehrt hochentwickelte wiederaufladbare Batterien oder Batteriepacks, das heißt ein Zusammenschluss mehrerer einzelner Batteriezellen zu einem Pack oder einer Baugruppe, zum Einsatz. Einzelne Batteriezellen können dabei durch parallele oder serielle Verschaltung zu Modulen und dann zu Batterien verschaltet werden. Da es sich also bei einem Batteriepack um einen Zusammenschluss mehrerer Einzelbatterien handelt, werden im Nachfolgenden die Begriffe „Batterie“ und „Batteriepack“ gleichbedeutend verwendet. Anwendungsmöglichkeiten dafür sind zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich zum Antrieb eines Elektromotors oder eines Elektro-Zusatzmotors zu finden, der zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder dergleichen, sowie in anderen technischen Bereichen, wie zum Beispiel bei stationären Anlagen, Mobilfunktelefonen, tragbaren Computer, Videokameras oder MP3-Playern. Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist dabei die Lithium- lonen-Batterietechnologie, die sich mitunter durch hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung hervorhebt. Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht demnach aus mindestens einer, üblicherweise aus zwei und mehr Lithium-Ionen-Batteriezellen, die mindestens eine positive und eine negative Elektrode besitzen, welche Lithium-Ionen reversibel ein- oder wieder auslagern können.
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Eine Lithium-Ionen-Batterie kann nur in einem bestimmten Temperaturfenster effizient betrieben werden. Ab einer Betriebstemperatur ab 40 °C aufwärts wird beispielsweise die Batterielebensdauer signifikant reduziert. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batterie stark an und die Leistungsfähigkeit nimmt mit weiter fallenden Temperaturen kontinuierlich ab. Der Temperaturgradient darf in einer Batteriezelle und innerhalb der Batterie zwischen den Zellen 5 bis 10 Kelvin nicht überschreiten. Li-Ionen-Hochleistungsbatterien für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich werden in hybriden Antriebssträngen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während den kurzzeitigen Spitzenbelastungen, wie zum Beispiel beim Bremsen, also der sogenannten Rekuperation der Bremsenergie, und beim Beschleunigen, der sogenannten Boostunterstützung, muss die Batterie in sehr kurzer Zeit eine hohe Leistung erbringen. Diese kurzen Spitzenbelastungen führen aufgrund des Innenwiderstands zu einer starken Erwärmung der Lithium-Ionen-Zellen. Der Lade- und Entladewirkungsgrad ist mit etwa 95% sehr hoch, dennoch ist die entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Hinzu kommt, dass in den Sommermonaten Außentemperaturen von über 40°C herrschen können und damit der Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien ohne Kühlung neben der geringeren Lebensdauer unter Umständen auch ein Sicherheitsrisiko darstellen kann. Eine Lebensdaueranforderung von zehn Jahren ist ohne hinreichende thermische Konditionierung der Batterie somit nicht realisierbar, was ein leistungsfähiges Thermomanagement, also eine ausreichende Kühlung der Batterie bei hohen Temperaturen erfordert.
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Zur Kühlung der Batteriemodule ist es gemäß dem Stand der Technik bereits seit längerem bekannt, Kühlplatten zu verwenden. In einer alternativen Lösung wird Luft als Kühlmedium verwendet, wobei dabei die Luft an den Zellen vorbeigeführt werden soll, die dabei Abwärme aufnimmt, und anschließend aus den Zellen wieder abgeführt wird. Dazu muss es jedoch bei einem Batteriezellen-Zusammenschluss erst die Möglichkeit geben, Luft an den Batteriezellen vorbeiführen zu können. Eine bereits bekannte verbesserte Luftkühlung verwendet Kunststoffhalterungen, sogenannte Spacer oder Abstandshalter, die die Batteriezellen eines Batteriepacks elektrisch wie auch thermisch voneinander trennt. Hierdurch ist die Umströmung frei zugänglicher Zellenoberflächen erst möglich, so dass eine wesentlich homogenere Temperaturverteilung innerhalb eines Moduls erzielt werden kann. Eine Lösung ist beispielsweise aus der
US 6,689,510 B1 bekannt, bei der ein Batteriepack aus mehreren Batteriezellen besteht, die in ein Batteriegehäuse eingesetzt sind, wobei die einzelnen Batteriezellen durch jeweilige Zelltrennelemente voneinander beabstandet sind. In jedem dieser Zelltrennelemente ist zumindest ein Kanal vorgesehen, den ein Kühlfluid, wie zum Beispiel Luft, durchströmt, um Wärme von den angrenzenden Batteriezellen abzuführen. Bei der Luftkühlung einer Lithium-Ionen Batterie in Kraftfahrzeugen kann die Kühlluft über ein Gebläse an den Oberflächen der Batteriezellen und eventuell weiteren Komponenten vorbeigeführt werden. Da die Zellen jedoch mitunter aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums sehr nahe zueinander angeordnet sind, ist die Effektivität und Effizienz der Kühlleistung nur bedingt gegeben. Demnach ergeben sich hier neue Herausforderungen bei der geometrischen Gestaltung der Luftkühlung, um die Wärmeübertragung zu optimieren und eine möglichst hohe Kühleffizienz zu erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es also, die Effizienz und Effektivität der Luftkühlung zur Temperierung von Batteriezellen und anderen Komponenten in Akkumulatoren zu erhöhen.
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Stand der Technik hierzu sind bspw. die Dokumente
WO 2012 / 173 269 A1 ,
US 2011 / 0 052 960 A1 und
US 2008 / 0 292 950 A1 .
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Offenbarung der Erfindung
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Um die vorhergehend behandelte Aufgabe zu lösen wird mit der vorliegenden Erfindung ein Abstandshalter mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt, der für eine Batterie vorgesehen ist, vorzugsweise für eine Lithium-Ionen-Batterie. Des Weiteren werden mit der vorliegenden Erfindung eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Abstandshalter sowie ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, mit einer derartigen Batterie bereitgestellt.
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Der solche Abstandshalter für eine Batterie weist einen Rahmen, eine Wand und zumindest ein vorstehendes Element beziehungsweise einen vorstehenden Absatz auf, wobei die Wand zumindest teilweise innerhalb des Rahmens angeordnet ist, also als Mittelwand zu verstehen ist, und wobei das vorstehende Element an wenigstens einer Seite der Wand angeordnet ist und von dieser ausgehend nach außen hervorsteht. Dabei sind zumindest zwei Seiten des Rahmens Aussparungen vorgesehen, durch die ein Fluid entlang der Wand den Rahmen durchströmen kann.
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Unter dem Begriff „Abstandshalter“ ist ein Bauteil zu verstehen, das bei einer Anordnung zwischen zwei benachbarten Objekten einen bestimmten Abstand zwischen diesen Objekten herstellt, so dass die benachbarten Objekte nicht direkt aneinander angrenzen.
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Beispielsweise bei der Anordnung von mehreren Batteriezellen in einer Batterie kann die Zwischenanordnung eines Abstandshalters zwischen zwei Batteriezellen einen direkten Kontakt zwischen den beiden Batteriezellen unterdrücken beziehungsweise einen bestimmten Abstand zwischen diesen sicherstellen, der für die Kühlung der Batteriezellen als Lüftungskanal oder Luftkanal zu verstehen ist. Der Abstandshalter besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material wie zum Beispiel einem thermoplastischen Kunststoff, einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, oder einem Aluminiumwerkstoff. Beim Einsatz metallischer Materialien für den Abstandshalter im Einsatz als Abstandshalter zwischen zwei Batteriezellen muss durch geeignete Maßnahmen jedoch die elektrische Isolation zwischen den Batteriezellen sichergestellt sein, beispielsweise durch Aufbringen einer isolierenden Beschichtung des Abstandshalters, oder dergleichen.
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Unter dem Begriff „Rahmen“ ist ein hohles Konstrukt mit Seitenwänden zu verstehen, die einen zu zwei Seiten offenen Innenraum umschließen. Das Konstrukt des Rahmens hat dabei eine Längsdimension und eine Breitendimension, die die generelle Fläche des Rahmens vorgeben, sowie eine Tiefendimension, die die Tiefe beziehungsweise Höhe des Rahmens angibt. Vorzugsweise kann dabei unter dem Begriff des Rahmens eine hohle Quaderform verstanden sein, die 4 Seitenwände aufweist, und deren Grundflächen ohne Wand versehen sind, der Quader also in Längsrichtung, das heißt quer zu den Seitenwänden durchgängig ist. Die Seitenwände können dabei, insbesondere bei der Quaderform, aus geraden Flächenelemente bestehen, die im rechten Winkel zueinander miteinander verbunden sind. Dabei ist es denkbar, dass die Verbindungsbereiche der Flächenelemente abgerundet sind, also die rechten Winkel abgerundet sind, um beispielsweise eine veränderte Strömung des Fluids zu erreichen.
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Unter dem Begriff „Wand“ ist eine Fläche zu verstehen, deren Dicken- oder Tiefendimension verhältnismäßig kleiner als deren Breitendimension und Längendimension ist. Die Wand kann dabei eine durchgehend geschlossene Wand sein, oder alternativ dazu auch durchgehende Aussparungen aufweisen, die die von der Wand abzutrennenden Bereiche miteinander verbinden. Die Wand kann bei dem solchen Abstandshalter zumindest zwei gegenüberliegende Rahmenseiten miteinander verbinden, vorzugsweise verbindet die Wand alle Rahmenseiten miteinander.
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Unter dem Begriff „vorstehendes Element“ kann jede Art von Vorsprung oder hervorstehendem Absatz verstanden werden, solange sich dieser von der Grundfläche, an der dieser angeordnet ist, wie zum Beispiel eine Wandseite der vorhergehend genannten Wand, abhebt und damit von dieser hervorsteht. Bei dem erfindungsgemäßen Abstandshalter kann beispielsweise eine entsprechende Vorstehtiefe beziehungsweise Vorsprungshöhe zwischen 2mm und 10mm, weiter vorzugsweise zwischen 4mm und 6mm betragen, insbesondere 4,5mm. Die Höhe der Kontaktpunkte bestimmt den Abstand zwischen den Batteriezellen und damit den Querschnitt der für die Kühlung zur Verfügung stehenden Luftkanals. Dieser Luftkanal kann je nach Energiegehalt und Größe der verwendeten Batteriezellen beziehungsweise der abzuführenden Wärmeleistung über die Vorsprungshöhe variiert werden.
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Unter dem Begriff „Aussparung“ ist bei dem erfindungsgemäßen Abstandshalter ein Hohlraum gemeint, der optional auch durchgehend sein kann, also ein Durchgangsloch ausbilden kann. Die Aussparungen im Rahmen sind hier im Sinne von Lüftungsschlitzen zu verstehen, durch die ein Lüftungsmedium beziehungsweise ein Fluid als Lüftungsfluid strömen kann.
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Ein Fluid, das durch die Aussparungen in dem Rahmen an der Wand entlang strömen kann, ist vorzugsweise ein Kühlfluid, wie zum Beispiel Kühlluft. Die Kühlluft kann dabei beispielsweise bei Verwendung des Abstandshalters in einem Fahrzeug Fahrtwind sein. Die Kühlluft kann aber auch durch ein Gebläse oder dergleichen durch die Aussparungen in das Innere des Rahmens eingeblasen werden. Es wäre hier auch denkbar, statt Luft ein anderes Kühlgas zu verwenden, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid oder Ammoniak. Da das Kühlgas jedoch direkt mit den Batteriezellen beziehungsweise deren Isolation in Kontakt kommen kann, ist dabei sicher zu stellen, dass nachhaltige Materialverträglichkeit zwischen Kühlgas und Batteriezelle oder Batteriezellenisolation unter Beibehaltung der elektrischen Isolationswerte gegeben ist. Bei Verwendung eines derartigen Kühlgases ist ferner ein nach außen geschlossenes Kühlsystem oder ein nach außen geschlossener Kühlkreislauf vorzuziehen. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, eine Kühlflüssigkeit zu verwenden, wie zum Beispiel Kühlwasser oder Kühlöl. Da die Kühlflüssigkeit jedoch direkt mit den Batteriezellen beziehungsweise deren Isolation in Kontakt kommen kann, ist dabei sicher zu stellen, dass nachhaltige Materialverträglichkeit zwischen Kühlflüssigkeit und Batteriezelle oder Batteriezellenisolation unter Beibehaltung der elektrischen Isolationswerte gegeben ist. Bei Verwendung einer derartigen Kühlflüssigkeit ist ferner ein nach außen geschlossenes Kühlsystem oder ein nach außen geschlossener Kühlkreislauf vorzuziehen.
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Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Abstandshalter eine Vielzahl von vorstehenden Elementen aufweisen, die an zumindest einer Seite der Wand beabstandet zueinander angeordnet sind, und demnach von dieser hervorstehen. Weiter vorzugsweise ist an jeder Seite der Wand eine Vielzahl vorstehender Elemente angeordnet. Die Anordnung der Wand in dem Rahmen des Abstandshalters, zusammen mit dem vorstehenden Element beziehungsweise den vorstehenden Elementen kann die wärmeabgebende Gesamtoberfläche signifikant erhöht werden, da der Abstandshalter mit der Wand eine zusätzliche Kühlfläche erhält, welche die mit Lüftungsschlitzen versehenen Außenflächen des Rahmens miteinander verbindet. Dabei verfügt diese Kühlfläche über eine definierte Anzahl an von den vorstehenden Elementen ausgebildeten Kontaktpunkten, die bei Anordnung des Abstandshalters zwischen zwei Batteriezellen die Wärmeleitung zwischen Außenseite jeder der Batteriezellen und der Kühlfläche sicherstellt. Gleichzeitig kann auch die von den Batteriezellen abgestrahlte Wärme durch die Kühlfläche absorbiert werden. Das Kühlfluid, vorzugsweise Kühlluft, kann dabei über die Lüftungsschlitze der Abstandshalteraußenfläche beispielsweise mithilfe eines Gebläses an den Oberflächen der Batteriezellen und eventuell weiterer Komponenten vorbeigeführt werden. Gleichzeitig umströmt das Kühlfluid ebenso die durch die Wand bereitgestellte zusätzliche Kühlfläche des Abstandshalters, so dass die Konvektion optimiert und eine größere Wärmemenge abtransportiert werden kann.
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Erfindungsgemäß hat das zumindest eine vorstehende Element eine zylinderförmige Gestalt, die entsprechend von der Wand nach vorne hervorsteht, so dass das vorstehende Element im Querschnitt eine Kreisform aufweist. Dadurch kann unter anderem eine verbesserte Umströmung des vorstehenden Elements durch das Fluid erreicht werden. Weiter vorzugsweise weist das vorstehende Element zumindest eine Aussparung auf. Die Aussparung ist dabei in dem von der Wand vorstehenden Teil des vorstehenden Elements vorgesehen, genauer gesagt in einer Stirnfläche des vorstehenden Elements, wobei die Aussparung vorzugsweise entlang der Längsachse des vorstehenden Elements verläuft, also von der Stirnseite des vorstehenden Elements zu der Wandfläche hin, von der das vorstehende Element hervorsteht. In einer erfindungsgemäßen Ausführung hat jedes vorstehende Element mehrere viertelkreisförmige Aussparungen, die in einer Kreisform um die zentrale Aussparung angeordnet sind. Die Aussparungen dienen unter anderem der mechanischen Stabilität und bewirken zudem eine Gewichtsersparnis. Durch das geringere Materialvolumen wird weniger Wärmeenergie vom Material selbst absorbiert und kann damit schneller an die Kühlluft abgegeben werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Wand des erfindungsgemäßen Abstandshalters in der Tiefenrichtung des Rahmens mittig in diesem angeordnet ist, die Wand also den Rahmen in dessen Tiefendimension unterteilt beziehungsweise halbiert. Die Wand ist demnach so in dem Rahmen angeordnet, dass bei Anordnung des Abstandshalters zwischen zwei Batteriezellen die Wand den Raum zwischen den beiden Batteriezellen in der Mitte trennt, wodurch zwei voneinander unabhängige Zwischenräume zwischen Wand und jeder Batteriezelle entstehen. Die Wand kann dabei vollständig innerhalb des Rahmens angeordnet sein, oder alternativ kann die Wand auch über den Rahmen beziehungsweise dessen Seitenwände hinausragen. Weiter vorzugsweise ist die Wand eine durchgehend geschlossene Wand so dass die beiden Zwischenräume zumindest durch die Wand fluiddicht voneinander abgeschlossen sind. Dadurch kann ein ununterbrochenes Vorbeiströmen des Kühlfluids an der jeweiligen Wandfläche sichergestellt werden.
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Um die Wärmeleitung zwischen Batteriezellenoberfläche und der als Abstandshalterkühlfläche ausgebildeten Wand weiter zu verbessern, ist vorzugsweise eine wärmeleitende Beschichtung zumindest an dem vorstehenden Element beziehungsweise den mehreren vorstehenden Elementen vorgesehen, also an den Kontaktpunkten angebracht. Die wärmeleitende Beschichtung kann dabei eine Wärmeleitpaste oder dergleichen sein. Dies ist an der gesamten Kühlfläche denkbar, also auch an zumindest einem Teil der Wand beziehungsweise an der gesamten Wandfläche, so dass auch hier die Konvektion weiter verbessert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Batterie beziehungsweise ein Batteriepack bereitgestellt, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder dergleichen, die mit einem vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Abstandshalter versehen ist. Die Batterie weist dabei zumindest zwei Batteriezellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen, und zumindest einen erfindungsgemäßen Abstandshalter auf, wobei der Abstandshalter zwischen den Batteriezellen angeordnet ist, und jede Batteriezelle an zumindest einem vorstehenden Element anliegt beziehungsweise mit diesem in Anlageverbindung steht, so dass ein Zwischenraum zwischen Batteriezelle, Wand und dem zumindest einen vorstehenden Element vorliegt, so dass ein Fluid zwischen der Wand und der Batteriezelle vorbei an dem zumindest einen vorstehenden Element strömen kann. Alternativ kann die Batterie aus einer Vielzahl von Batteriezellen bestehen, wobei jeweils zumindest ein Abstandshalter zwischen zwei Batteriezellen angeordnet ist, und wobei die jeweilige Batteriezelle beziehungsweise eine Außenwand der jeweiligen Batteriezelle an einem oder einer Vielzahl von vorstehenden Elementen anliegt. Mit dieser Gestaltung des Abstandshalters beziehungsweise dessen Anordnung in einer Batterie kann die wärmeabgebende Gesamtoberfläche pro Batteriezelle verdoppelt werden, wobei die Abstandshalter durch die Innenwand eine zusätzliche Kühlfläche erhalten, welche die mit Lüftungsschlitzen versehenen Außenflächen der Abstandshalter miteinander verbindet. Dadurch verfügt diese Batteriekühlfläche über eine definierte Anzahl an Kontaktpunkten, die die Wärmeleitung zwischen Außenseite der Batteriezelle und Kühlfläche sicherstellt, und wobei gleichzeitig die abgestrahlte Wärme durch die Kühlfläche absorbiert werden kann. Wie bereits vorhergehend angedeutet kann die Kühlluft über die Lüftungsschlitze der Abstandhalteraußenfläche mithilfe eines Gebläses an den Oberflächen der Batteriezellen vorbeigeführt werden, wobei die Kühlluft nun ebenso gleichzeitig die Kühlfläche der Abstandshalter umströmt, so dass die Konvektion optimiert und eine größere Wärmemenge abtransportiert werden kann.
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Bei einer Anordnung von mehr als zwei Batteriezellen pro Batterie kann jeweils ein Abstandshalter zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sein, wobei die Abstandshalter vorzugsweise mit einer Steckverbindung miteinander verbunden sind, die an der Rahmenaußenseite der Abstandshalter vorgesehen ist, beispielsweise in einstückiger Ausführung mit dem Rahmen, oder alternativ als separates Teil, das an dem Rahmen angebracht werden kann, beispielsweise durch Kleben oder dergleichen.
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Ferner wird gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, mit einer derartigen Batterie beziehungsweise einem derartigen Batteriepack bereitgestellt.
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Vorteile der Erfindung
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Durch den Einsatz einer effizienteren Wärmeübertragung bei der Luftkühlung, wie sie durch den erfindungsgemäßen Abstandshalter im Einsatz in einer Batterie erzielt werden kann, kann ein einfaches und kostengünstiges Kühlungssystem für Batterien verbessert werden, so dass dessen Wirkungsgrad erhöht wird. Durch die größere Anzahl frei zugänglicher Oberflächen erfolgt eine noch homogenere Temperaturverteilung zwischen den Batteriezellen und die Wärme innerhalb der Batterie beziehungsweise des Batteriemoduls kann schneller abgeführt werden. Somit wird die Lebensdauer aller Batteriekomponenten weiter erhöht und die Sicherheit der Batterie gesteigert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters;
- 2a ist eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters aus der Richtung A-A;
- 2b ist eine Schnittansicht auf die in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters entlang der Linie B-B; und
- 3 ist eine Seitenansicht einer Batterie mit mehreren Batteriezellen und dazwischen angeordneten Abstandshaltern gemäß der in 1 bis 2b gezeigten bevorzugten.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist ein Abstandshalter 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenansicht gezeigt. Der Abstandshalter 1 weist dabei einen Rahmen 11 auf, der aus zwei Seiten oder Seitenteilen 111, 112 sowie einer Oberseite beziehungsweise einem Oberseitenteil 113 und einer Unterseite beziehungsweise einem Unterseitenteil 114 aufgebaut ist. Der Rahmen 11 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat hier eine im Wesentlichen quadratische Gestalt, wobei die Seitenteile 111, 112 mit dem Oberseitenteil 113 beziehungsweise dem Unterseitenteil 114 verbunden sind, beispielweise durch eine einstückige Gußausführung des Rahmens 11, durch ein Verkleben dieser Bauteile, ein Verschweißen dieser Bauteile, oder dergleichen. Der Abstandshalter 1 hat des Weiteren eine Wand 12, auch als zentrale Wand oder Mittelwand bezeichnet, die in einer Tiefendimension des Abstandshalters 1, also in einer Dimension, die in die Zeichenebene von 1 hinein gerichtet ist, im Wesentlichen mittig beziehungsweise an zentraler Stelle in dem Rahmen 11 angeordnet ist. Die Wand 12 ist mit dem Rahmen 11 verbunden, so dass ein lückenloser
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Übergang zwischen Rahmen 11 und Wand 12 vorliegt, beispielsweise durch eine einstückige Gußausführung des Rahmens 11 zusammen mit der Wand 12, durch ein Verkleben dieser Bauteile, ein Verschweißen dieser Bauteile, oder dergleichen. Die Wand 12 ist bei der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsform eine durchgehende Wand 12, die demnach keine Aussparungen, Durchgangslöcher oder dergleichen aufweist. In einer alternativen Ausführungsform können jedoch derartige Aussparungen vorgesehen sein, falls sinnvoll.
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Die zentrale Wand 12 ist bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters 1 mit vorstehenden Elementen beziehungsweise Vorsprüngen 13 versehen. Die vorstehenden Elemente 13 liegen bei dieser Ausführungsform in einer Anzahl von 28 vor, wobei die vorstehenden Elemente 13 in einer Reihen- und Spaltenanordnung mit möglichst gleichmäßigem Abstand zueinander über die Wand 12 verteilt angeordnet sind. In einer alternativen Ausführung wäre es auch denkbar, eine geringere oder auch eine größere Anzahl von vorstehenden Elementen 13 vorzusehen, je nach Bedarf auch in einer willkürlichen Anordnung der vorstehenden Elemente 13, in einer zueinander versetzten Anordnung der vorstehenden Elemente 13 oder dergleichen. Die vorstehenden Elemente 13 dienen bei dem Abstandshalter 1 unter anderem dazu, eine Kontaktfläche beziehungsweise eine die thermische Konvektion vergrößernde Gesamtfläche der Wand 12 für eine entlang der Wand 12 verlaufenden Fluidströmung zu vergrößern. Die Anordnung der vorstehenden Elemente 13 kann dabei je nach gewünschter Fluidströmung angepasst werden. Die vorstehenden Elemente 13 sind an der Wand 12 vorgesehen, also mit dieser verbunden, beispielsweise durch eine einstückige Gußausführung der Wand 12 mit den vorstehenden Elementen 13, durch ein Verkleben dieser Bauteile, ein Verschweißen dieser Bauteile, oder dergleichen.
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In einer Detailansicht in 1 ist eines der vorstehenden Elemente 13 in einer Großansicht gezeigt. Die vorstehenden Elemente 13 haben bei der bevorzugten Ausführungsform eine zylindrische Gestalt mit einem kreisförmigen Querschnitt, wobei Aussparungen 131 in den vorstehenden Elementen 13 vorgesehen sind. Die Aussparungen 13 sind hier in dem von der Wand 12 vorstehenden Abschnitt des vorstehenden Elements 13 vorgesehen, genauer gesagt in einer Stirnfläche des vorstehenden Elements 13, die im Wesentlichen parallel zu der Wand 12 verläuft und von dieser beabstandet ist. Die Aussparungen 13 verlaufen dabei entlang einer Längsachse des vorstehenden Elements 13, also von der Stirnseite des vorstehenden Elements 13 zu der Wandfläche hin, von der das vorstehende Element 13 hervorsteht. Die Aussparungen 131 sind bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer bestimmten Anordnung ausgeführt, bei der eine zentrale, kreisförmige Aussparung 131 sowie mehrere viertelkreisförmige Aussparungen 131 vorgesehen sind, die in einer Kreisform um die zentrale Aussparung 131 angeordnet sind.
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In 2a ist eine Draufsicht gezeigt, also in einer Ansicht von der linken Seite in 1, in Richtung der in 1 gezeigten Pfeile A-A. Dabei ist das Seitenteil 111 beispielhaft für beiden Seitenteile 111, 112 gezeigt, das zwischen der Oberseite 113 und der Unterseite 114 angeordnet ist. In dem Seitenteil 111 sind Aussparungen 14 vorgesehen, die als Lüftungsschlitze dienen. In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters 1 sind 6 Aussparungen in einer länglichen abgerundeten Form vorgesehen, wobei jeweils zwei Aussparungen von einem zentral angeordneten Steg 1111 getrennt sind. Die zentrale Wand 12 verläuft innerhalb des Rahmens 11 hinter diesen Stegen 1111. In dieser Ansicht sind einige der an der Wand 12 angeordneten vorstehenden Elemente 13 durch die Aussparungen 14 hindurch zu sehen. Eine Draufsicht auf das gegenüberliegende Seitenteil 112 wäre identisch zu der in 2a gezeigten Ansicht. Eine Fluidströmung, die durch den Abstandshalter 1 strömen soll, würde durch die Aussparungen 14 in dem Seitenteil 111 hindurch entlang der Wand 12 die vorstehenden Elemente 13 umströmen und durch die Aussparungen 14 in dem Seitenteil 112 aus dem Abstandshalter 1 wieder hinausströmen, wobei die Fluidströmung, die vorzugsweise eine Kühlluftströmung ist, in der Wand 12 oder den vorstehenden Elementen 13 gespeicherte Wärmeenergie aufnehmen und die aus dem Abstandshalter 1 heraus abtransportieren würde.
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In 2b ist eine Draufsicht einer Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1 gezeigt. Dabei kann man die zentrale Anordnung der Wand 12 innerhalb des Rahmens 11 erkennen, wobei die Wand 12 zwischen der Oberseite 113 und der Unterseite 114 angeordnet ist. Die vorstehenden Elemente 13 sind an der Wand 12 angeordnet und stehen von dieser von einer Wandfläche 121 beziehungsweise einer zu der Wandfläche 121 entgegengesetzten Wandfläche 122 weggerichtet hervor. Die Größe des Rahmens 11 beziehungsweise die Größe der zentralen Wand 12 und der dadurch vorgesehene Innenraum innerhalb des Rahmens 11 auf beiden Seiten der Wand 12 ist so angepasst, dass Batteriezellen, die von dem Abstandshalter 1 voneinander beabstandet werden sollen, zumindest teilweise in dem Rahmen 11 angeordnet werden können. In der in 2b gezeigten Ansicht ist zudem das Seitenteil 112 zu sehen, in dem Aussparungen 14 vorgesehen sind. Das Seitenteil 112 weist einen zu dem Seitenteil 111 identischen Aufbau auf.
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In 3 ist letztendlich ein Teil einer Batterie 9 beziehungsweise eines Batteriezellenpacks oder Batteriepacks 9 in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt, das im Wesentlichen aus einer Vielzahl Batteriezellen 2, vorzugsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen 2, sowie Abstandshaltern 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Dabei ist jeweils ein Abstandshalter 1 zwischen zwei Batteriezellen 2 angeordnet, so dass die Batteriezellen 2 mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Batteriezellen 2 sind jeweils teilweise in dem Rahmen 11 des Abstandshalters 1 angeordnet, wobei Oberflächen 21 der Batteriezellen 2 an Stirnseiten der vorstehenden Elemente 13 der Abstandshalter 1 anliegen. Dadurch wird erreicht, dass zwischen zwei nebeneinander angeordneten Batteriezellen 2 ein Zwischenraum 3 bereitgestellt wird. Die Batterie 9 beziehungsweise die Anordnung der Batteriezellen 2 mit den Abstandshaltern 1 wird hier durch eine Steckverbindung mittels Steckverbinder 15 erreicht, wobei in 3 beispielshaft zwei an benachbarten Abstandshaltern 1 an der Unterseite 114 angebrachte Steckverbinder 15 gezeigt sind. Diese Steckverbinder 15 können an jedem Abstandshalter 1 an der Unterseite 114 sowie der Oberseite 113 vorgesehen sein. Alternativ dazu können die Abstandshalter 1 anstatt mit einer Steckverbindung durch jede andere Art von lösbarer oder unlösbarer Verbindung miteinander verbunden sein und die Anordnung der Batteriezellen 2 und der Abstandshalter 1 zueinander halten. Beispielsweise wäre dabei eine Schnappverbindung durch einen Schnappverschluss, eine Klebeverbindung und dergleichen denkbar.
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Eine Fluidströmung, beispielsweise eine Kühlluftströmung, die unter anderem durch ein Gebläse oder dergleichen bereitgestellt werden kann, kann hier durch die Aussparungen 14 in einem der Seitenteile 111, 112 in den Rahmen 11 des Abstandshalters 1, also in die Zwischenräume 3 hinein, an den Oberflächen 21 der Batteriezellen, den Wandflächen 121, 122 der Wand 12 sowie den vorstehenden Elementen 13 vorbei und an den Aussparungen 14 in dem anderen der Seitenteile 111, 112 hinaus strömen und dabei in dem Batteriezellen 2 oder in dem jeweiligen Abstandshalter 1 gespeicherte Wärmeenergie aus der Batterie 9 abführen. Die Abfuhr der gespeicherten Wärmeenergie, also due thermische Konvektion, kann hier durch die von den vorstehenden Elementen 13 bedingte Oberflächenvergrößerung wesentlich erhöht werden.
