DE102014018752A1 - Battery device with cork insulation - Google Patents
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Abstract
Es soll eine zuverlässige und günstige Isolierung von Batterien, insbesondere von Hochvoltbatterien für Kraftfahrzeuge bereitgestellt werden. Dazu wird eine Batterievorrichtung mit einem Gehäuse und mindestens einer Batteriezelle (21, 22) in dem Gehäuse vorgeschlagen, wobei in oder an dem Gehäuse ein thermisches Isolierelement (25) aus Kork angeordnet ist oder das Gehäuse zur thermischen Isolierung zumindest aus Kork gebildet ist.It is a reliable and inexpensive insulation of batteries, especially high-voltage batteries for motor vehicles are provided. For this purpose, a battery device with a housing and at least one battery cell (21, 22) is proposed in the housing, wherein in or on the housing, a thermal insulating element (25) is arranged cork or the housing for thermal insulation is formed at least of cork.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse und mindestens einer Batteriezelle in dem Gehäuse. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterievorrichtung.The present invention relates to a battery device for a motor vehicle with a housing and at least one battery cell in the housing. Moreover, the present invention relates to a motor vehicle with such a battery device.
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb, seien es reine Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, sind in der Regel mit so genannten Hochvoltbatterien ausgestattet. Solche Hochvoltbatterien stellen üblicherweise eine Spannung von 100 V und mehr zur Verfügung. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass eine Vielzahl an Lithiumionenzellen in Reihe geschaltet wird. Gegebenenfalls werden sie dabei zu Blöcken gruppiert.Electric vehicles, whether pure electric vehicles or hybrid vehicles, are usually equipped with so-called high-voltage batteries. Such high-voltage batteries usually provide a voltage of 100 V and more. This is achieved, for example, by connecting a large number of lithium-ion cells in series. If necessary, they are grouped into blocks.
Hochvoltbatterien arbeiten am effektivsten in einem Temperaturfenster von ca. 15 bis 45°C. Es ist also vorteilhaft, die Betriebstemperatur der Hochvoltbatterie möglichst in diesem Temperaturbereich zu halten. Bei hoher Umgebungstemperatur ist daher eine Kühlung notwendig, und bei Kälte eine entsprechende Heizung. Ansonsten ist eine thermische Isolierung günstig, um für ein Minimum an Temperaturverlusten zu sorgen.High-voltage batteries work most effectively in a temperature window of approx. 15 to 45 ° C. So it is advantageous to keep the operating temperature of the high-voltage battery as possible in this temperature range. At high ambient temperature therefore cooling is necessary, and in the cold, a corresponding heating. Otherwise, thermal insulation is beneficial to provide for a minimum of temperature losses.
Aus der Druckschrift
Darüber hinaus sind mehrzellige Akkumulatoren mit Wärmedämmschichten auch aus der Druckschrift
Darüber hinaus ist in der Druckschrift
In der Regel werden jedoch Batteriezellblöcke in ein Batteriegehäuse ohne thermische Isolierung eingebaut. Dies erspart nicht nur die Kosten für die Isolation, sondern auch Gewicht und Bauraum. Die thermische Regulierung erfolgt dann durch aktives Aufheizen der Batterie beim so genannten „Kaltstart”. Die erhöhte Wärmeabgabe nach außen ist bei aktiver Kühlung willkommen.In general, however, battery cell blocks are installed in a battery case without thermal insulation. This saves not only the cost of the insulation, but also weight and space. The thermal regulation then takes place by active heating of the battery during the so-called "cold start". The increased heat output to the outside is welcome with active cooling.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Batterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine zuverlässige thermische Isolierung besitzt.The object of the present invention is therefore to provide a battery device for a motor vehicle, which has a reliable thermal insulation.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterievorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Erfindungsgemäß wird demnach eine Batterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse und mindestens einer Batteriezelle in dem Gehäuse bereitgestellt. In oder an dem Gehäuse ist ein thermisches Isolierelement aus Kork angeordnet, oder das Gehäuse ist zur thermischen Isolierung zumindest teilweise aus Kork gebildet. Dementsprechend können also das Gehäuse selbst oder thermische Isolierkomponenten darin aus Kork gebildet sein. Kork hat nicht nur hervorragende thermische Isoliereigenschaften, sondern auch eine gute elektrische Isolationsfestigkeit. Darüber hinaus besitzt es eine verhältnismäßig hohe mechanische Festigkeit bei doch gewisser Elastizität.According to the invention this object is achieved by a battery device according to
In dem Gehäuse der Batterievorrichtung können mehrere Batteriezellen zu einer Hochvoltbatterie zusammengeschaltet sein. Damit lässt sich die erfindungsgemäße Korkisolierung gerade für Hochvoltbatterien nutzen, die in einem verhältnismäßig schmalen Temperaturfenster betrieben werden sollten.In the housing of the battery device a plurality of battery cells can be interconnected to form a high-voltage battery. Thus, the cork insulation according to the invention can be used just for high-voltage batteries, which should be operated in a relatively narrow temperature window.
Darüber hinaus können die Batteriezellen oder Blöcke von Batteriezellen der Batterievorrichtung voneinander durch Korkelemente thermisch isoliert sein. Damit erfolgt nicht nur eine thermische Isolation nach außen, sondern auch eine Isolation zwischen den Batteriezellen oder Batteriezellblöcken, was insbesondere einen so genannten „Thermal Runaway” erschwert.Moreover, the battery cells or blocks of battery cells of the battery device may be thermally insulated from each other by cork elements. Thus, not only a thermal insulation to the outside, but also an insulation between the battery cells or battery cell blocks, which in particular makes a so-called "thermal runaway" difficult.
Außerdem können die Räume zwischen den Batteriezellen im Wesentlichen vollständig mit Kork ausgefüllt sein. Je mehr diese Räume ausgefüllt sind, desto mehr kann die Batterievorrichtung beispielsweise im Crash-Fall an Energie aufnehmen. Darüber hinaus besteht dann der brandtechnische Vorteil, dass weniger Sauerstoff im Gehäuse vorhanden ist.In addition, the spaces between the battery cells may be substantially completely filled with cork. The more these spaces are filled, the more the battery device, for example, absorb energy in the event of a crash. In addition, there is the fire technical advantage that less oxygen in the housing is available.
Bei dem Material der Korkelemente und/oder bei dem Kork kann es sich um Presskork handeln. Ein solcher Presskork ist einerseits äußerst kostengünstig und andererseits nahezu beliebig formbar. The material of the cork elements and / or the cork may be press cork. Such a cork is on the one hand extremely inexpensive and on the other hand almost arbitrarily malleable.
Eine Batterievorrichtung der oben genannten Art kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die Isolierung der Batterievorrichtung sorgt dann dafür, dass das notwendige Temperaturfenster so gut wie möglich eingehalten werden kann.A battery device of the above type can be used in particular in a motor vehicle. The insulation of the battery device then ensures that the necessary temperature window can be maintained as well as possible.
Speziell kann die Batterievorrichtung in dem Kraftfahrzeug zur Energieversorgung eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs dienen. So können gerade Hochvoltbatterien, die sich für den Antrieb von Kraftfahrzeugen eignen, von der erfindungsgemäßen Isolation profitieren.Specifically, the battery device in the motor vehicle can be used to supply power to a traction drive of the motor vehicle. Thus, just high-voltage batteries, which are suitable for driving motor vehicles, benefit from the insulation according to the invention.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die Merkmale nicht nur in den geschilderten Kombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen, sofern technisch sinnvoll, realisiert werden können.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention. It should be noted that the features not only in the described combinations, but also in isolation or in other combinations, if technically feasible, can be realized.
In dem Beispiel von
Zwischen jeweils zweien der Zellblöcke
Das Material der Isolierelemente
In dem Beispiel von
Der linke Zellblock
Nachfolgend werden Funktionen und Eigenschaften der Korkisolierungen der Batterievorrichtung näher beschrieben. Wie oben bereits angedeutet wurde, können Zellblöcke
Der Kork hat aber auch den Vorteil, dass daraus ein mechanisch stabiles Formteil hergestellt werden kann. Je nach Dichte besitzt das jeweilige Formteil eine entsprechende Elastizität. Solche Kork-Formteile besitzen keine scharfen Kanten und zeichnen sich durch sehr gute Stabilität bei der Aufnahme von Druckkräften aus.But the cork also has the advantage that it can be made into a mechanically stable molded part. Depending on the density of the respective molded part has a corresponding elasticity. Such cork moldings have no sharp edges and are characterized by very good stability in the absorption of compressive forces.
Kork als thermisches Isoliermaterial hat darüber hinaus den Vorzug, dass er nur schlecht brennbar ist. Grundsätzlich ist er auch nur schlecht entzündbar. Zudem besitzt Kork auch bei hoher Pressdichte ein geringes Gewicht.In addition, cork as a thermal insulation material has the advantage that it is poorly flammable. Basically, it is also poorly flammable. In addition, cork has a low weight even at high density.
Auch die Zellblöcke können untereinander mittels Isolierelementen aus Kork bzw. Korkgeometrien abgeschottet werden. Dies führt zu einer thermischen Isolierung untereinander. Des Weiteren hat dies auch Vorteile bei Zellbrand. Feuer bleibt dadurch im Zellblockbereich. Außerdem wird durch die Zellblockisolierung der so genannte „Thermal Runaway” von Zellblock zu Zellblock erschwert. Insgesamt wird dadurch die Zeit bis zu einer Inbrandsetzung der Batterie massiv erhöht.The cell blocks can also be sealed off from one another by means of insulating elements made of cork or cork geometries. This leads to a thermal insulation with each other. Furthermore, this also has advantages in cell blight. Fire thus remains in the cell block area. In addition, the so-called "thermal runaway" of cell block to cell block is hampered by the cell block isolation. Overall, this increases the time until the battery starts to burn up massively.
Freies Innenvolumen eines Batteriegehäuses bzw. eines für die Batterie vorgesehenen Raums kann mittels Korkgeometrien minimiert werden. Auf diese Weise lässt sich Luftvolumen in dem Batteriegehäuse minimieren. Eine solche Reduktion des Luftvolumens wirkt sich positiv auf die Kondenswasserproblematik aus. Außerdem befindet sich bei Brandentstehung weniger Sauerstoff in dem Gehäuse, was für den Brand ebenfalls nicht förderlich ist.Free internal volume of a battery case or a space provided for the battery can be minimized by means of cork geometries. In this way, air volume in the battery case can be minimized. Such a reduction of the air volume has a positive effect on the Condensation problem. In addition, there is less oxygen in the case of fire, which is also not conducive to the fire.
Korkisolierelemente bzw. Korkgeometrien in und an Batterievorrichtungen können zur Energievernichtung bei einem so genannten „Batteriecrash” dienen. Kork dient dabei als Crash- bzw. Dämpfungselement. Es erfolgt eine Energiekompensation durch Verformung. Außerdem kann eine weiche Weiterleitung der Energie erfolgen. Dies wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass keine scharfen Kanten an den Korkelementen gegeben sind, welche zu Zellverletzungen führen könnten.Cork insulation elements or cork geometries in and on battery devices can be used for energy destruction in a so-called "battery crash". Cork serves as a crash or damping element. There is an energy compensation by deformation. In addition, a soft forwarding of the energy can take place. This is ensured in particular by the fact that there are no sharp edges on the cork elements, which could lead to cell injuries.
Der Kork dient insbesondere auch zur „weichen” Kraftverteilung von Punktkräften (z. B. Abstützen auf Batteriedeckel) auf große Flächen. Dabei ist auch von Vorteil, dass Kork keine elektrischen Verbindungen herstellen kann, sodass bei Crashverformung Kurzschlüsse jedenfalls durch Kork vermieden werden.The cork is also used in particular for the "soft" force distribution of point forces (eg support on battery cover) on large areas. It is also of advantage that cork can not produce electrical connections, so that in crash deformation shorts are avoided in any case by cork.
In vorteilhafter Weise ergibt sich also durch die Korkisolierung eine qualitativ hochwertige thermische Isolierung der Zellblöcke gegen die Umwelt. Die Isolierung kann aber auch zu einer Homogenisierung des Temperaturprofils im Zellblockverbau der Zellen führen. Dies kann letztlich eine Erhöhung der Lebensdauer der Zellen ergeben. Darüber hinaus führt die Homogenisierung der Temperaturprofile auch zu einem homogeneren Entladen und Laden der Zellen, sodass sich eine Erweiterung des DOD (Depth of Discharge) ergibt.Advantageously, the cork insulation thus results in high-quality thermal insulation of the cell blocks against the environment. However, the isolation can also lead to a homogenization of the temperature profile in the cell block assembly of the cells. This can ultimately result in an increase in the life of the cells. In addition, the homogenization of the temperature profiles also leads to a more homogeneous unloading and loading of the cells, resulting in an extension of the DOD (Depth of Discharge).
Vorteilhaft ist auch die oben angeführte Isolierung der Zellblöcke untereinander gegen Brandweiterleitung durch den Kork. Weiterhin ist hervorzuheben, dass Isoliergeometrien aus Presskork selbsttragenden Charakter besitzen. Dies hat den Vorzug, dass gegebenenfalls auf spezielle Befestigungsstellen verzichtet werden kann. Ferner können dadurch, wie oben angedeutet wurde, punktförmige Kräfte (z. B. Knie auf Batteriedeckel) großflächig auf die innere Batteriestruktur verteilt werden.Also advantageous is the above-mentioned isolation of the cell blocks with each other against fire propagation through the cork. It should also be emphasized that insulating geometries made of pressed cork have a self-supporting character. This has the advantage that it may be possible to dispense with special attachment points. Furthermore, as indicated above, punctiform forces (eg knees on the battery cover) can be distributed over a large area onto the inner battery structure.
Als Vorteil der Korkisolierung sollte auch noch einmal hervorgehoben werden, dass eine Korkgeometrie bei Verformung (z. B. Crash) Kräfte aufnehmen kann, ohne angrenzende Batterieteile durch scharfe Kanten zu verletzen. Natürlich ist bei der Korkisolierung auch der thermische Vorteil gegeben, dass eine schnellere Kaltstart-Aufheizung des jeweiligen Zellblocks erreicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Batteriegehäuse zum Zellblock thermisch isoliert ist, sodass sich beim Kaltstart eine geringere thermische Masse ergibt.As an advantage of the cork insulation, it should also be emphasized once again that a cork geometry can absorb forces during deformation (eg crash) without injuring adjacent battery parts due to sharp edges. Of course, in the cork insulation also the thermal advantage is given that a faster cold start heating of the respective cell block is achieved. This is especially the case when the battery housing is thermally insulated from the cell block, so that when cold starting a lower thermal mass results.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Zellen bzw. ZellblöckeCells or cell blocks
- 33
- Verbindungselementconnecting element
- 4, 54, 5
- Isolierelementeinsulating
- 21, 2221, 22
- Zellblöckecell blocks
- 23, 2423, 24
- Verbindungselementefasteners
- 2525
- Korkplattecork
- 2626
- Fensterwindow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102012200871 A1 [0005] DE 102012200871 A1 [0005]
- DE 19721348 A1 [0006] DE 19721348 A1 [0006]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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