DE102014200989A1 - Temperature control device for battery cells and methods for controlling the temperature of battery cells and battery module, battery pack, battery and battery system - Google Patents
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Abstract
Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) für eine Batteriezelle (100), gekennzeichnet durch: ein Rohr oder einen Schlauch (300), umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200), jeweils umfassend eine Vielzahl von Kanälen (210), zur Aufnahme des Rohrs oder Schlauchs (300), wobei: die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart platzierbar ist, dass das Rohr oder der Schlauch (300) in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platzierbar ist und das Temperiermittel die Batteriezelle (100) temperieren kann, ein Batteriemodul (10, 20), ein Batteriepack, eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Temperierung einer Vielzahl von Batteriezellen (1001 ... 1003).A temperature control device (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200,220,300,310,320,330) for a battery cell (100), characterized by a tube or hose (300) comprising a channel for receiving a temperature control means, and a plurality of connection means (200), each comprising a plurality of channels (210) for receiving the tube or tube (300), wherein: the plurality of connection means (200) are placeable such that the tube or the hose (300) is placeable in the plurality of channels (210) of the plurality of connection devices (200) and the temperature control means can temper the battery cell (100), a battery module (10, 20), a battery pack, a battery, a battery system , A vehicle and a method for controlling the temperature of a plurality of battery cells (1001 ... 1003).
Description
Stand der TechnikState of the art
Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode), die Lithium-Ionen (Li+) beim Laden reversibel einlagern (Interkalation) oder beim Entladen wieder auslagern (Deinterkalation) können. Dabei nimmt das Volumen der Lithium-Ionen-Akkumulatoren beim Laden aufgrund der Interkalation zu und beim Entladen aufgrund der Deinterkalation ab. Lithium-Ionen-Akkumulatoren haben eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung.Lithium-ion batteries include a positive electrode (cathode) and a negative electrode (anode), the lithium-ion (Li +) reversible store during loading (intercalation) or outsource (deintercalation) during unloading. In the process, the volume of the lithium-ion accumulators on loading increases due to the intercalation and on unloading due to deintercalation. Lithium-ion batteries have a high energy density and low self-discharge.
Es ist jedoch absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher (EES) vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.However, it is foreseeable that both in stationary applications, for example in wind turbines, as well as in mobile applications, for example in electric vehicles (EV) or hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV), as rechargeable electrical energy storage (EES) increased new battery systems, for example with lithium-ion batteries or nickel-metal hybrid batteries, will be used.
Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.The battery systems must meet very high requirements in terms of usable energy content, charge / discharge efficiency, reliability, life and unwanted capacity loss due to frequent partial discharge.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beispielsweise können drei bis zwölf Batteriezellen in einem Batteriemodul zusammengefasst werden. Das Batteriemodul hält die Batteriezellen und nimmt mechanische Beanspruchungen auf, sodass es die Batteriezellen vor Beschädigungen schützt. Weiterhin realisiert das Batteriemodul eine mechanische Verspannung der Batteriezellen und stellt eine elektrische Isolation bereit. Außerdem kann das Batteriemodul zur Temperierung der Batteriezellen dienen. Die Batteriemodule können zu einem Batteriepack zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.A battery system includes a plurality of battery cells. Due to their internal cell resistance and the electrochemical processes that take place, the battery cells heat up during charging and discharging. The battery cells can be connected in series (series) to increase the voltage and / or connected in parallel to increase the maximum electric current. In this case, the battery cells can be combined to form battery units or battery modules. For example, three to twelve battery cells can be combined in one battery module. The battery module holds the battery cells and absorbs mechanical stress, protecting the battery cells from damage. Furthermore, the battery module realizes a mechanical tension of the battery cells and provides electrical insulation. In addition, the battery module can be used for temperature control of the battery cells. The battery modules can be combined to form a battery pack. When used to drive vehicles, for example, about 100 battery cells (as a traction battery) can be connected in series or in parallel. For example, in a high voltage battery system, the total voltage may be 450V or even 600V.
Der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt typischer Weise zwischen –30 °C und +70 °C, vorzugsweise zwischen +5 °C und +35 °C. Im unteren Bereich der Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batteriezellen stark an, und die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Batteriezellen nehmen mit weiter fallenden Temperaturen kontinuierlich ab. Dabei kann auch eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Auch wenn die Betriebstemperatur überschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen über ca. 40 °C wird die Lebensdauer der Batteriezellen reduziert. Dabei kann ebenfalls eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Weiterhin liegt der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturunterschied (Temperaturgradient) in einer Batteriezelle und / oder innerhalb eines Batteriemoduls oder einer Batterie typischer Weise zwischen 5 Kelvin und 10 Kelvin. Bei größeren Temperaturunterschieden können verschiedene Bereiche einer Batteriezelle bzw. verschiedene Batteriezellen eines Batteriemoduls oder einer Batterie unterschiedliche Belastungen erfahren oder sogar (partiell) überlastet und / oder geschädigt werden. Weiterhin besteht aufgrund von Temperaturunterschieden und / oder Temperaturänderungen eine Gefahr der Bildung von Kondenswasser in der Batterie. Die Schädigung kann zu einer beschleunigten Alterung der Batteriezellen oder einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellen, das eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt, führen.The permissible for the operation of the battery cells temperature range is typically between -30 ° C and +70 ° C, preferably between +5 ° C and +35 ° C. In the lower range of the operating temperature, the performance of the battery cells can be significantly reduced. At temperatures below about 0 ° C, the internal resistance of the battery cells increases sharply, and the performance and efficiency of the battery cells continue to decrease as temperatures continue to fall. In this case, an irreversible damage to the battery cells can occur. Even if the operating temperature is exceeded, the performance of the battery cells may decrease significantly. At temperatures above approx. 40 ° C, the service life of the battery cells is reduced. In this case, an irreversible damage to the battery cells can also occur. Furthermore, the allowable for the operation of the battery cells temperature difference (temperature gradient) in a battery cell and / or within a battery module or a battery typically between 5 Kelvin and 10 Kelvin. For larger temperature differences, different areas of a battery cell or different battery cells of a battery module or a battery can experience different loads or even (partially) overloaded and / or damaged. Furthermore, due to temperature differences and / or temperature changes, there is a risk of the formation of condensation in the battery. The damage can lead to an accelerated aging of the battery cells or a thermal runaway of the battery cells, which represents a danger to humans and the environment.
In einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs werden Li-Ionen-Hochleistungsbatteriezellen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während kurzzeitiger Spitzenbelastungen, die beispielsweise durch Rekuperation von Bremsenergie beim Bremsen oder Boostunterstützung beim Beschleunigen entstehen, müssen die Batteriezellen in einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung (bei Ladung) aufnehmen oder (bei Entladung) abgeben. Aufgrund des Innenwiderstands der Batteriezellen führen diese kurzen Spitzenbelastungen zu einer signifikanten Erwärmung der Batteriezellen. Der Wirkungsgrad der Batteriezellen beim Laden bzw. Entladen ist sehr hoch (ca. 95 %); dennoch ist die dabei entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Bei einer Traktionsleistung von beispielsweise 60 KW ergibt ein Verlust von 5 % eine Verlustleistung von 3 KW. Weiterhin können, beispielsweise in den Sommermonaten oder in wärmeren Regionen, Außentemperaturen, die 40 °C und mehr betragen können, außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegen, so dass die Batteriezellen ohne Kühlung keine Lebensdauer von, beispielsweise, zehn oder 15 Jahren erreichen können.In a hybrid powertrain of a vehicle, Li-ion high-performance battery cells are operated with a very high dynamics. During short-term peak loads caused, for example, by recuperation of braking energy during braking or boost assistance during acceleration, the battery cells must in a very short time a high performance (when charging) record or deliver (on discharge). Due to the internal resistance of the battery cells, these short peak loads lead to significant heating of the battery cells. The efficiency of the battery cells when charging or discharging is very high (about 95%); Nevertheless, the resulting waste heat is not negligible. At a traction power of, for example, 60 KW results in a loss of 5%, a power loss of 3 KW. Furthermore, for example, in the summer months or in warmer regions, outside temperatures, which may be 40 ° C and more, outside the allowable temperature range, so that the battery cells can not reach a life of, for example, ten or 15 years without cooling.
Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. Batteriesystems zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht, wie oben beschrieben, während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über die kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriemodul bzw. Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt, wobei die Kühlung in der Regel häufiger erforderlich ist als die Heizung. To ensure the safety, function and life of the battery module or battery system, it is therefore necessary to operate the battery cells within the specified temperature range. On the one hand arises, as described above, during operation of the battery cells heat that must be dissipated to prevent heating of the battery cells above the critical maximum temperature. On the other hand, it may be necessary to heat the battery cells at low temperatures to a minimum temperature. To maintain the predetermined temperature range, the battery module or battery system is heated, ie cooled or heated as needed, the cooling is usually required more often than the heater.
Dazu kann das Batteriemodul bzw. Batteriesystem ein Fluid, zum Beispiel eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser, ein Flüssigkeitsgemisch oder ein Kältemittel, als Temperiermittel beispielsweise Kühl- oder Kältemittel in einem Temperiermittelkreislauf umfassen.For this purpose, the battery module or battery system, a fluid, for example a liquid such as alcohol, for example propane-1,2,3-triol (glycerol, glycerol), oil or water, a liquid mixture or a refrigerant, as a temperature control, for example, cooling or refrigerant in a temperature control circuit include.
Beispielsweise kann die Kühlung der Batteriezellen durch Kühlplatten, auf denen die Batteriezellen montiert sind, erreicht werden. In den Kühlplatten nimmt entweder ein Kühlmittel wie Kühlwasser (Luft-Wärme-Kühler) oder ein Kältemittel, das durch die Wärme verdampft, (Verdampfer) die Wärme der Batteriezellen auf und führt sie über einen Kühler oder eine andere Wärmeaustauscheinrichtung an die Umgebung oder eine Klimaanlage (Airconditioning, AC) ab. Ein Kühlsystem umfasst neben den Kühlplatten oder dem Verdampfer und dem Kühler weiterhin Schläuche und / oder Rohre, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall wie Aluminium, zum Verbinden der Kühlplatten, des Verdampfers und / oder des Kühlers.For example, the cooling of the battery cells can be achieved by cooling plates on which the battery cells are mounted. In the cooling plates, either a coolant such as cooling water (air-heat radiator) or a refrigerant that evaporates by the heat (evaporator) absorbs the heat of the battery cells and supplies it via a radiator or other heat exchange device to the environment or an air conditioner (Airconditioning, AC). In addition to the cooling plates or the evaporator and the cooler, a cooling system further comprises hoses and / or pipes, for example made of plastic or metal such as aluminum, for connecting the cooling plates, the evaporator and / or the cooler.
Um die Funktionalität von Batteriemodulen zu verbessern und die Kosten der Batteriemodule zu reduzieren, ist es somit erforderlich, die Temperiervorrichtung und das Verfahren zur Temperierung der Batteriezellen zu verbessern.In order to improve the functionality of battery modules and to reduce the cost of the battery modules, it is thus necessary to improve the temperature control device and the method for temperature control of the battery cells.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Batteriezellen, beispielsweise prismatischen Batteriezellen, einfacher temperiert und / oder verspannt werden können. Dabei können die Batteriezellen beispielsweise in einen Batteriemodule, einer Vielzahl von Batteriemodulen, einem Batteriepack oder einer Viezzahl von Batteriepacks, insbesondere wenn der Batteriepack bzw. die Batterpacks flach ausgebildet sind, temperiert und / oder verspannt werden. Dabei kann mittels einer turbulenten Durchströmung die thermische Wirksamkeit erhöht und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht werden. Weiterhin kann auch bei großen Temperiermittelströmen der Druckverlust reduziert bzw. minimiert werden. Weiterhin kann dadurch der Engeriebedarf zur Umwälzung des Temperiermittels beispielsweise mittels einer Pumpe reduziert werden. Somit kann die Energieeffizienz des gesamten Systems erhöht werden. Weiterhin kann das Batteriemodul modularisiert werden. Dadurch können der Aufbau des Batteriemoduls vereinfacht und die Anzahl von Komponenten des Battereimoduls reduziert werden. Somit können das Batteriemodul verkleinert und sein Gewicht reduziert werden. Dabei kann die Efferenz insbesondere thermische Effizienz des Batteriemoduls erhalten bleiben. Weiterhin kann die Variantenvielfalt und / oder Skalierbarkeit des Batteriemoduls erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Systemkosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden. Weiterhin können der Strömungsverlauf und / oder die Strömungsdichte der Temperiermittels an den Bedarf der Batteriezelle angepasst werden. Dadurch können die Höhe der Temperaturunterschiede und die Bildung von Kondenswasser reduziert werden.The devices and methods according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the battery cells, for example prismatic battery cells, can be tempered more easily and / or clamped. In this case, the battery cells, for example, in a battery modules, a plurality of battery modules, a battery pack or a Viezzahl of battery packs, especially if the battery pack or the battery packs are formed flat, tempered and / or braced. It can be increased by means of a turbulent flow, the thermal efficiency and a more uniform temperature distribution can be achieved. Furthermore, the pressure loss can be reduced or minimized even with large Temperiermittelströmen. Furthermore, the energy requirement for circulation of the temperature control can be reduced, for example by means of a pump. Thus, the energy efficiency of the entire system can be increased. Furthermore, the battery module can be modularized. This can simplify the construction of the battery module and reduce the number of components of the battery module. Thus, the battery module can be downsized and its weight reduced. In this case, the efference, in particular thermal efficiency of the battery module, can be maintained. Furthermore, the variant variety and / or scalability of the battery module can be increased. Thus, the costs such as manufacturing costs, storage costs, system costs, maintenance costs or repair costs can be reduced and resources can be spared. Furthermore, the flow profile and / or the flow density of the temperature control can be adapted to the needs of the battery cell. As a result, the amount of temperature differences and the formation of condensation can be reduced.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils geschlossen beispielsweise röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet sein, sodass das Rohr oder der Schlauch axial, d. h. jeweils durch eine Öffnung im Querschnitt eines Kanals und entlang des Kanals, in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platzierbar ist. Dadurch kann das Rohr oder der Schlauch vor Beschädigungen geschützt werden.Conveniently, the plurality of channels of the plurality of connection means may each be closed, for example, formed in a tubular manner in the plurality of connection means, such that the tube or hose can be placed axially, ie in each case through an opening in the cross-section of a channel and along the channel, in the multiplicity of channels of the plurality of connecting devices. This can protect the pipe or hose from damage.
Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils offen beispielsweise grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet sein, sodass das Rohr oder der Schlauch radial, d. h. jeweils durch eine Öffnung entlang eines Kanals, in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platzierbar ist. Dadurch kann die Herstellung der Temperiervorrichtung vereinfacht werden und die Verwendung eines einzigen Schlauches ermöglicht werden. Somit können die Kosten reduziert werden.Conveniently, the plurality of channels of the plurality of connection means each open, for example, trench-shaped in the plurality of connecting means may be formed, so that the tube or hose radially, d. H. each through an opening along a channel, is placeable in the plurality of channels of the plurality of connecting means. As a result, the production of the temperature control can be simplified and the use of a single tube allows. Thus, the cost can be reduced.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen identisch ausgebildet sein. Dadurch können der Aufbau der Temperiervorrichtung vereinfacht und die Anzahl von unterschiedlichen Komponenten der Temperiervorrichtung reduziert werden. Weiterhin kann die Variantenvielfalt, Skalierbarkeit und / oder Flexibilität der Temperiervorrichtung erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden.Appropriately, the connecting means of the plurality of connecting means may be identical. As a result, the construction of the temperature control device can be simplified and the number of different components of the temperature control device can be reduced. Furthermore, the variety of variants, scalability and / or flexibility of the temperature control can be increased. Thus, the costs such as manufacturing costs, storage costs, maintenance costs or repair costs can be reduced and resources can be spared.
Zweckmäßiger Weise können die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen an die Abmessungen der Batteriezelle angepasst sein. Dadurch kann die Skalierbarkeit bezüglich der Anzahl von Batteriezellen weiter erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten weiter reduziert werden.Conveniently, the dimensions of the plurality of connecting means may be adapted to the dimensions of the battery cell. As a result, the scalability with respect to the number of battery cells can be further increased. Thus, the costs such as manufacturing costs, storage costs, maintenance costs or repair costs can be further reduced.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie die Batteriezelle verspannen. Dadurch können die Materialermüdung verhindet oder zumindest reduziert werden und, unter Umständen, die Lebendauer der Batteriezelle verlängert werden. Weiterhin kann auf eine separate Modulverspannung verzichtet werden. Somit können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting means may be formed such that they clamp the battery cell. As a result, the material fatigue can be prevented or at least reduced and, under certain circumstances, the life of the battery cell can be extended. Furthermore, it is possible to dispense with a separate module clamping. Thus, the cost and weight can be reduced.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungskörper ausgebildet beispielsweise gegossen, gespritzt oder extrudiert sein. Dadurch kann die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting devices may each be formed as a connecting body, for example cast, molded or extruded. Thereby, the production of the connection devices can be simplified.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungsband ausgebildet beispielsweise geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert sein. Dadurch können die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht und die Variabilität bezüglich Form und Geometrie vergrößert werden. Weiterhin kann der für die Wärmeübertragung maßgebliche Kontakt verbessert werden. Außerdem können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting means may each be formed as a connecting band, for example cut, stamped, bent or extruded. As a result, the production of the connecting devices can be simplified and the variability in terms of shape and geometry can be increased. Furthermore, the decisive for the heat transfer contact can be improved. In addition, the cost and weight can be reduced.
Zweckmäßiger Weise kann die Temperiervorrichtung, weiterhin ein Anschlusselement, das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet ist, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs an ein Temperiersystem umfassen. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Stutzen, Gewindestutzen oder Olive ausgebildet sein. Durch das Anschlusselement kann die Temperiervorrichtung beispielsweise mittels Rohren und / oder Schläuchen mit dem Temperiersystem verbunden werden. Dadurch kann der Aufbau modularisiert sein.Conveniently, the tempering device, further comprising a connection element, which is arranged at one end of the tube or hose, for connecting the tube or hose to a tempering system. The connecting element may be formed, for example, as a nozzle, threaded connector or olive. By means of the connecting element, the tempering device can be connected to the tempering system, for example by means of pipes and / or hoses. As a result, the structure can be modularized.
Zweckmäßiger Weise kann die Temperiervorrichtung weiterhin ein Bogenelement, das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet ist, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs mit einem weiteren Rohr oder Schlauch umfassen. Das Bogenelement kann einen Bogenwinkel von beispielsweise 45 °, 90 ° oder 180 ° umfassen und, zum Beispiel bezüglich Durchmessern und / oder Radien, an die Abmessungen der Batteriezelle und / oder des Rohrs bzw. Schlauches angepasst sein. Durch das Bogenelement wird ein Verbinden von einer Vielzahl von Rohren und / Schläuchen ermöglicht. Dadurch kann die Anzahl von Anschlusspunkten an das Temperiersystem und somit die Anzahl von Anschlusselementen reduziert werden. Somit können der Aufbau vereinfacht und die Kosten und / oder das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the tempering device may further comprise an arch member disposed at another end of the pipe or hose for connecting the pipe or hose to another pipe or hose. The arch element may comprise a bend angle of for example 45 °, 90 ° or 180 ° and, for example with respect to diameters and / or radii, be adapted to the dimensions of the battery cell and / or the tube or hose. The arch element allows connection of a variety of pipes and / or hoses. As a result, the number of connection points to the temperature control system and thus the number of connection elements can be reduced. Thus, the structure can be simplified and the cost and / or weight can be reduced.
Die Erfindung stellt ein Batteriemodul bereit, das eine Vielzahl von Batteriezellen, die in einer Raumrichtung ausgerichtet sind und die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung umfasst.The invention provides a battery module which comprises a multiplicity of battery cells which are aligned in one spatial direction and the temperature control device described above.
Die Erfindung stellt weiterhin einen Batteriepack bereit, der die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.The invention further provides a battery pack comprising the previously described tempering device or the previously described battery module.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder den zuvor beschriebenen Batteriepack umfasst.The invention further provides a battery comprising the previously described tempering device, the previously described battery module or the previously described battery pack.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul, den zuvor beschriebenen Batteriepack oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.The invention further provides a battery system comprising the previously described tempering device, the previously described battery module, the previously described battery pack or the previously described battery.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, den zuvor beschriebenen und mit dem Fahrzeug verbundenen Batteriepack, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.The invention further provides a vehicle, in particular motor vehicle such as electric motor vehicle, hybrid vehicle or electric motorcycle (electric bike, e-bike), electric bicycle (pedal electric cycle, pedelec), a maritime vehicle such as electric boat or submarine (submarine), an aircraft or a Spacecraft, ready, the previously described and connected to the vehicle tempering, the previously described and with the Vehicle connected battery module, the previously described and connected to the vehicle battery pack, the previously described and connected to the vehicle battery or the previously described and connected to the vehicle battery system.
Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils geschlossen beispielsweise röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet werden, sodass das Rohr oder der Schlauch axial in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden kann. Dadurch kann das Rohr oder der Schlauch vor Beschädigungen geschützt werden.Conveniently, the plurality of channels of the plurality of connectors may each be closed, for example, tubularly formed in the plurality of connectors so that the tube or hose may be placed axially in the plurality of channels of the plurality of connectors. This can protect the pipe or hose from damage.
Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils offen beispielsweise grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet werden, sodass das Rohr oder der Schlauch radial in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden kann. Dadurch kann die das Verfahren vereinfacht werden und die Verwendung eines einzigen Schlauches ermöglicht werden. Somit können die Kosten reduziert werden.Conveniently, the plurality of channels of the plurality of connection means may each be openly formed, for example, trench-shaped in the plurality of connection means so that the tube or hose may be radially placed in the plurality of channels of the plurality of connection means. Thereby, the process can be simplified and the use of a single tube can be made possible. Thus, the cost can be reduced.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen identisch ausgebildet werden. Dadurch können das Verfahren vereinfacht und die Anzahl von Komponenten reduziert werden. Weiterhin kann die Variantenvielfalt und / oder Skalierbarkeit erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting means can be formed identically. This can simplify the process and reduce the number of components. Furthermore, the variety of variants and / or scalability can be increased. Thus, the costs such as manufacturing costs, storage costs, maintenance costs or repair costs can be reduced and resources can be spared.
Zweckmäßiger Weise können die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen an die Abmessungen der Batteriezelle angepasst werden. Dadurch kann die Skalierbarkeit bezüglich der Anzahl von Batteriezellen weiter erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten weiter reduziert werden. Weiterhin kann durch Zuordnen der Verbindungseinrichtungen zu jeweils einer Batteriezelle, zum Beispiel bei Kondensation von feuchter Luft, die Bildung von Feuchtigkeitsbrücken zwischen den Batteriezellen verhindert werden. Weiterhin können die Abmessungen der Verbindungseinrichtungen derart bestimmt werden, dass zwischen den Batteriezellen jeweils ein Luftspalt zur Isolation verbleibt, so dass Isolationsmittel entfallen können. Zwischen den Verbindungseinrichtungen können Abstandseinrichtungen, die zum Beispiel als Ringe wie O-Ringe ausgebildet sein können, angeordnet sein. Die Abstandseinrichtungen können auf den Rohren bzw. Schläuchen angeordnet sein.Conveniently, the dimensions of the plurality of connecting devices can be adapted to the dimensions of the battery cell. As a result, the scalability with respect to the number of battery cells can be further increased. Thus, the costs such as manufacturing costs, storage costs, maintenance costs or repair costs can be further reduced. Furthermore, by associating the connection means to each of a battery cell, for example, condensation of humid air, the formation of moisture bridges between the battery cells can be prevented. Furthermore, the dimensions of the connection devices can be determined in such a way that an air gap for insulation remains between the battery cells, so that insulation means can be dispensed with. Spacer devices, which may be formed as rings such as O-rings, may be arranged between the connection devices. The spacers may be disposed on the tubes.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen derart ausgebildet werden, dass sie die Batteriezelle verspannen. Dadurch kann die Lebendauer der Batteriezelle verlängert werden. Weiterhin kann auf eine separate Modulverspannung verzichtet werden. Somit können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting means may be formed so as to clamp the battery cell. This can extend the life of the battery cell. Furthermore, it is possible to dispense with a separate module clamping. Thus, the cost and weight can be reduced.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungskörper ausgebildet beispielsweise gegossen, gespritzt oder extrudiert werden. Dadurch kann die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting devices may each be formed as a connecting body, for example cast, molded or extruded. Thereby, the production of the connection devices can be simplified.
Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungsband ausgebildet beispielsweise geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert werden. Dadurch können die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht und die Variabilität bezüglich Form und Geometrie vergrößert werden. Weiterhin kann der für die Wärmeübertragung maßgebliche Kontakt verbessert werden. Außerdem können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the connecting means of the plurality of connecting means may each be formed as a connecting band, for example cut, stamped, bent or extruded. As a result, the production of the connecting devices can be simplified and the variability in terms of shape and geometry can be increased. Furthermore, the decisive for the heat transfer contact can be improved. In addition, the cost and weight can be reduced.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen eines Anschlusselementes, das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet wird, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs an ein Temperiersystem umfassen. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Stutzen, Gewindestutzen oder Olive ausgebildet sein. Durch das Anschlusselement kann die Temperiervorrichtung beispielsweise mittels Rohren und / oder Schläuchen mit dem Temperiersystem verbunden werden. Dadurch kann der Aufbau modularisiert sein.Conveniently, the method may further comprise providing a connector disposed at one end of the tube for connecting the tube to a temperature control system. The connecting element may be formed, for example, as a nozzle, threaded connector or olive. By means of the connecting element, the tempering device can be connected to the tempering system, for example by means of pipes and / or hoses. As a result, the structure can be modularized.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen eines Bogenelements, das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet wird, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs mit einem weiteren Rohr oder Schlauch umfassen. Das Bogenelement kann einen Bogenwinkel von beispielsweise 45 °, 90 ° oder 180 ° umfassen und, zum Beispiel bezüglich Durchmessern und / oder Radien, an die Abmessungen der Batteriezelle und / oder des Rohrs bzw. Schlauches angepasst sein. Durch das Bogenelement wird ein Verbinden von einer Vielzahl von Rohren und / Schläuchen ermöglicht. Dadurch kann die Anzahl von Anschlusspunkten an das Temperiersystem und somit die Anzahl von Anschlusselementen reduziert werden. Somit können der Aufbau vereinfacht und die Kosten und / oder das Gewicht reduziert werden.Conveniently, the method may further comprise providing an arch member disposed at another end of the pipe or hose for connecting the pipe or hose to another pipe or hose. The arch element may comprise a bend angle of for example 45 °, 90 ° or 180 ° and, for example with respect to diameters and / or radii, be adapted to the dimensions of the battery cell and / or the tube or hose. The arch element allows connection of a variety of pipes and / or hoses. As a result, the number of connection points to the temperature control system and thus the number of connection elements can be reduced. Thus, the structure can be simplified and the cost and / or weight can be reduced.
Zweckmäßiger Weise kann das Rohr oder der Schlauch beispielsweise mittels Clipsen, Dornen, Kleben, Klemmen, Löten oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschweißen mit der Vielzahl von Verbindungselementen verbunden werden. Dadurch der Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Rohr oder Schlauch und der Vielzahl von Verbindungselementen verbessert werden. Conveniently, the tube or hose can be connected to the plurality of fasteners, for example, by means of clips, spikes, gluing, clamping, soldering or welding such as friction welding or ultrasonic welding. Thereby, the exchange of heat energy between the pipe or hose and the plurality of connecting elements can be improved.
Zweckmäßiger Weise können das Rohr, Anschlusselement und / oder Bogenelement Metall beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Stahl oder Kunststoff umfassen. Dadurch können das Rohr, Anschlusselement und / oder Bogenelement beispielsweise mittels Kleben, Löten oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschweißen verbunden werden. Die Verbindungsstellen können zur druckfesten Abdichtung Lot beispielsweise Speziallot zum Verlöten von Aluminium bei 605 °C bzw. Lotringe, elastische Dichtungen, zum Beispiel Dichtringe wie O-Ringe, oder selbstdichtende Verbindungselemente umfassen.Conveniently, the pipe, connecting element and / or sheet metal element may comprise, for example, aluminum, copper or steel or plastic. As a result, the pipe, connection element and / or arch element can be connected, for example by means of gluing, soldering or welding, such as friction welding or ultrasonic welding. The junctions may include, for example, special solder for soldering aluminum at 605 ° C. or solder rings, elastic seals, for example sealing rings such as O-rings, or self-sealing connecting elements for pressure-resistant sealing.
Zweckmäßiger Weise kann der Schlauch flexibel sein. Dadurch kann der Schlauch einstückig in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden.Conveniently, the hose can be flexible. Thereby, the tube can be integrally placed in the plurality of channels of the plurality of connecting devices.
Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle mittels des Rohrs oder Schlauches verspannt sein. Dadurch können die Temperierung und Verspannung der Batteriezelle kombiniert sein.Appropriately, the battery cell can be clamped by means of the tube or hose. As a result, the temperature and stress of the battery cell can be combined.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which should not be construed as limiting the invention, with reference to the accompanying drawings.
Das Batteriemodul
Entsprechend kann ein Batteriepack, eine Batterie oder ein Batteriesystem eine Vielzahl von Batteriemodulen umfassen.Accordingly, a battery pack, a battery, or a battery system may include a plurality of battery modules.
Die Batteriezellen
Die Batteriezellen
Das Batteriemodul
Die Temperiervorrichtung kann weiterhin eine Vielzahl von Anschlusselementen
Die Temperiervorrichtung kann weiterhin eine Vielzahl von Bogenelementen
Ein Verfahren zur Herstellung der Temperiervorrichtung kann ein Bereitstellen und Ausrichten der Verbindungseinrichtungen
Das Batteriemodul
Zur Verbesserung der Temperierung der mittleren Batteriezelle
Die Temperiervorrichtung
Die Temperiervorrichtung
Die Temperiervorrichtung
Die Temperiervorrichtung
Die Temperiervorrichtung
Bei der in
Bei einer anderen Temperiervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Verbindungseinrichtungen als T-Profil ausgebildet sein und jeweils zwei im Wesentlichen gleiche und an einer Grundseite zueinander symmetrisch ausgebildete Schenkel umfassen. Die Schenkel können zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen
Die Temperiervorrichtung
Das Batteriemodul
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.Finally, it is noted that terms such as "comprising" and "having" or the like do not preclude that further elements or steps may be provided. It should also be noted that "a" or "an" does not exclude a multitude. In addition, the features described in connection with the various embodiments may be combined with each other as desired. Finally, it is noted that the reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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