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Stand der Technik
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Es ist 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, Lithium-Polymer-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
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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. Lithium-Ionen-Akkumulatoren haben eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung.
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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.
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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 kann das Batteriemodul zur Temperierung der Batteriezellen dienen. Außerdem kann das Batteriemodul eine mechanische Verspannung der Batteriezellen realisieren und eine elektrische Isolation bereitstellten. 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.
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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.
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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 die geforderte Lebensdauer von, beispielsweise, zehn oder 15 Jahren nicht erreichen können.
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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.
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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.
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Beispielsweise kann die Temperierung der Batteriezellen durch Temperierelemente beispielsweise Temperierplatten, auf denen die Batteriezellen montiert sind, erreicht werden. Beispielsweise umfassen die Temperierelemete einen zumindest teilweise hohlen Körper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel einem Metall wie Aluminium, und Anschlussstutzen aus dem gleichen Material, die auf dem Körper angelötet sind. In den Temperierelementen nimmt beispielsweise 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 Temperiersystem umfasst neben den Temperierelementen oder dem Verdampfer und dem Wärmetauscher oder Kühler weiterhin Schläuche und / oder Rohre, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall wie Aluminium, zum Verbinden der Temperierelemente, des Verdampfers, des Wärmetauschers und / oder des Kühlers. Somit können beispielsweise die Anschlussstutzen aus Aluminium mit einer Verschlauchung aus Kunststoff verbunden sein. Diese Verbindungen können bei wechselnden thermischen und hydraulischen Bedingungen einer starken Beanspruchung unterliegen. Dabei werden jedoch an die Dichtigkeit des Kühlsystems sehr hohe Anforderungen gestellt.
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Aus
DE 10 2011 082 991 A1 ist bereits eine Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse, Temperierelemente und eine Lithium-Ionen-Zelle, die in direktem Kontakt mit einem der Temperierelemente steht, bekannt.
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Um die Funktionalität von Batteriemodulen zu verbessern und die Kosten der Batteriemodule zu reduzieren, ist es somit erforderlich, eine weitere Verbesserung des Temperiersystems zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Dichtigkeit der Verbindungen zwischen der Verschlauchung dem daran angeschlossenen Element beispielsweise Temperierelement verbessert werden kann. Dabei kann die Dichtigkeit einer einzelnen Verbindung, auch bei wechselnden thermischen und hydraulischen Bedingungen, erhöht werden. Weiterhin kann durch eine Reduzierung der Anzahl von Verbindungen die Anzahl von Leckagemöglichkeiten reduziert werden. Darüber hinaus kann auf eine Verwendung von Schnellverbindern, Stützhülsen und Schellen verzichtet werden. Somit können die Montage vereinfacht und die Montagezeiten reduziert werden. Außerdem können Kontrollen und Prüfungen beispielsweise am Ende des Herstellungsprozesses (End-of-Line-Test, EoL-Test) vereinfacht werden. Weiterhin können für die Verbindungen bereits bestehende, insbesondere validierte und / oder erprobte Verbindungstechnologien wie Schlauch-Stutzen-Verbindungstechnologien aus Kunststoff, die zum Beispiel bereits bei Benzinpumpen eingesetzt werden, verwendet werden. Dadurch können die Variantenvielfalt reduziert und Skaleneffekte genutzt werden. Somit können die Kosten beispielsweise Entwicklungskosten, Validierungskosten, Beschaffungskosten einschließlich von Kosten für Auswahl und Überprüfung von Zulieferern, Lagerhaltungskosten, Herstellungskosten und / oder Prüfkosten reduziert werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Zweckmäßiger Weise kann das Material der Anschlusseinrichtung von dem Material des Temperierelements verschieden sein. Dadurch kann die Verbindung zwischen der Anschlussvorrichtung und der Verschlauchung (Verbindungsleitung) aufeinander abgestimmt bzw. optimiert werden. Dabei kann die Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und dem Temperierelement mittel der Befestigungseinrichtung kontrolliert werden.
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Zweckmäßiger Weise kann das Material der Anschlusseinrichtung dem Material der Verbindungsleitung entsprechen oder auf das Material der Verbindungsleitung abgestimmt sein. Dadurch können die Dichtigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der Anschlussvorrichtung und der Verbindungsleitung verbessert bzw. erhöht werden. Weiterhin kann für die Verbindung, zum Beispiel bezüglich Gestaltung und / oder Materialien, bereits bewährte, erprobte und / oder zertifizierte Schnittstellen bzw. Verbindungssysteme eingesetzt werden.
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Zweckmäßiger Weise kann das Material der Anschlusseinrichtung Kunststoff umfassen. Dadurch kann die Herstellung, Bearbeitung und / oder Montage der Anschlusseinrichtung verbessert bzw. vereinfacht werden. Weiterhin kann das Gewicht der Anschlusseinrichtung bzw. einer Temperiervorrichtung, die eine Vielzahl von Anschlusseinrichtungen umfassen kann, reduziert werden. Somit können Kosten beispielsweise Herstellungskosten und / oder Betriebskosten reduziert werden.
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Zweckmäßiger Weise kann die Befestigungseinrichtung einen Rastarm, Federarm oder Clip umfassen. Dadurch kann die Montage schneller und / oder ohne Werkzeuge wie Schrauber erfolgen. Somit kann die Montage der Anschlussvorrichtung verbessert bzw. vereinfacht werden. Dadurch können Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Materialkosten und / oder Montagekosten reduziert werden.
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Zweckmäßiger Weise kann die Anschlusseinrichtung einstückig ausgebildet werden. Dadurch kann die Dichtigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Anschlusseinrichtung verbessert bzw. erhöht werden. Weiterhin kann die Anzahl von Komponenten reduziert werden. Dadurch kann die Montage der Anschlusseinrichtung verbessert bzw. vereinfacht werden. Somit können Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Materialkosten und / oder Montagekosten reduziert werden.
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Zweckmäßiger Weise kann die Anschlussvorrichtung einstückig ausgebildet werden. Dadurch kann die Festigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Anschlussvorrichtung verbessert bzw. erhöht werden. Weiterhin kann die Anzahl von Komponenten weiter reduziert werden. Dadurch kann die Montage der Anschlussvorrichtung verbessert bzw. vereinfacht werden. Somit können Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Materialkosten und / oder Montagekosten reduziert werden.
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Zweckmäßiger Weise kann die Anschlussvorrichtung weiterhin eine Führungseinrichtung, zum Beispiel eine Zentiernase und / oder ein Zentrierloch zum Ausrichten der Anschlussvorrichtung an dem Temperierelement und / oder der weiteren Öffnung des Kanals der Anschlusseinrichtung mit der Öffnung des Kanals des Temperierelements umfassen. Dadurch kann die Montage der Anschlussvorrichtung weiter verbessert bzw. vereinfacht werden.
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Zweckmäßiger Weise kann die Anschlussvorrichtung weiterhin eine Dichtung, zum Beispiel einen Dichtring oder einen O-Ring umfassen. Dadurch kann die Dichtigkeit und Zuverlässigkeit der Anschlussvorrichtung verbessert bzw. erhöht werden.
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Die Erfindung stellt eine Temperiervorrichtung bereit, die die zuvor beschriebene Anschlussvorrichtung umfasst.
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Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das die zuvor beschriebene Anschlussvorrichtung oder die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung umfasst.
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Die Erfindung stellt weiterhin einen Batteriepack bereit, der die zuvor beschriebene Anschlussvorrichtung, die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.
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Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Anschlussvorrichtung, die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder den zuvor beschriebenen Batteriepack umfasst.
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Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Anschlussvorrichtung, die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul, den zuvor beschriebenen Batteriepack oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
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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 Anschlussvorrichtung, 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.
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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.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10 im Teilschnitt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 20 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 30 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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4 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 40 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10 im Teilschnitt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Batterie 10 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 100 1...100 2 beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Batteriezellen. Die Batteriezellen 100 1...100 2 sind, wie in 1 beispielhaft gezeigt, in einer ersten Raumrichtung ausgerichtet, sodass ihre Längsseiten, die in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung senkrechten Raumrichtung ausgerichtet sind, parallel zueinander verlaufen. Eine dritte, zur ersten Raumrichtung und zweiten Raumrichtung senkrechte Raumrichtung bezeichnet die Höhenrichtung der Batteriezellen 100 1...100 2 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch.
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Entsprechend kann ein Batteriemodul, ein Batteriepack, eine Batterie oder ein Batteriesystem eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen.
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Die Batteriezellen 100 1...100 2 können prismatisch beispielsweise quaderförmig sein und jeweils ein Zellengehäuse 110 1...110 2 mit jeweils einem Zellenboden 115 1...115 2 und einen Zellendeckel 120 1...120 2 mit jeweils zwei elektrischen Zellenanschlüssen (Zellenterminals) 150 1, 155 1...150 2, 155 2, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, umfassen. Die Zellenterminals 150 1...150 2 können jeweils einen elektrischen Minuspol bilden, und die Zellenterminals 155 1...155 2 können jeweils, wie in 1 beispielhaft gezeigt, einen elektrischen Pluspol bilden. Zur elektrischen Verbindung können die elektrischen Zellenanschlüsse 150 1, 155 1...150 2, 155 2 beispielsweise jeweils ein Gewindeloch umfassen. Zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 100 1...100 2 zu einem Batteriemodul kann ein Verbindungsstück beispielsweise ein Zellenverbinder 200, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, dienen, der die Zellenanschlüsse 150 1, 155 1...150 2, 155 2 der Batteriezellen 100 1...100 2 gemäß des jeweiligen Erfordernisses miteinander elektrisch verbinden. In 1 ist beispielhaft eine Serienschaltung der Batteriezellen 100 1...100 2 gezeigt. Zur Herstellung des Batteriemoduls können die Verbindungstücke, beispielsweise nach räumlicher Ausrichtung der Batteriezellen 100 1...100 2, an den Zellenanschlüssen, zum Beispiel mittels eines Lasers, angeschweißt werden.
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Die Batteriezellen 100 1...100 2 können als Primärzellen bzw. Primärelemente, die nicht wiederaufladbar sind, oder als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein. Die Sekundärzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Li-Ion-Akku, Li-Ionen-Sekundärbatterie) oder Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPoly-Akku, LiPo-Akku) ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100 1...100 2 können mit einem Elektrodenwickel (Jelly Roll, JR, Swiss Roll), zum Beispiel als Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem Elektrodenwickel (JR-Li-Ion-Akku), ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100 1...100 2 können als Beutelzelle (Pouch Cell) ausgebildet sein. Dabei kann ein Beutel (Pouch), der zur Aufnahme und Aufbewahrung eines Elektrolyts dient, eine, zwei, drei oder mehr Elektrodenwickel umfassen. Weiterhin kann eine Schutzhülle (Protective Envelop) den oder die Elektrodenwickel und / oder den oder die Beutel umschließen. Die Schutzhülle kann ein widerstandsfähiges (stoßsicheres, kugelsicheres, schusssicheres, beschusssicheres, ballistic, antiballistic, bulletproof) Material, zum Beispiel ballistisches Gewebe, wie ballistisches Polyamid-Gewebe (ballistisches Nylon-Gewebe, Ballistic Nylon), umfassen. Somit können die Elektrodenwickel gegen eine Beschädigung von außen, beispielsweise bei einem Unfall, und / oder bei einem thermischen Durchgehen eines Elektrodenwickels, das erhebliche Kräfte auf benachbarte Batteriezellen ausüben kann, geschützt werden.
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Die Batterie 10 umfasst weiterhin eine Temperiervorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen 100 1, 100 2. Die Temperiervorrichtung umfasst Temperierelemente 400 1, 400 2, die jeweils einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels umfassen. Die Kanäle umfassen jeweils mindestens zwei Enden, die jeweils als Öffnungen in den Oberflächen der Temperierelemente 400 1, 400 2 ausgebildet sind. Die Kanäle können jeweils gerade oder, zur Erhöhung des Wärmeaustauschs, kurvenfömig, mäanderförmig oder wellenförmig beispielsweise sinusfömig ausgebildet sein. Die Temperierelemente 400 1, 400 2 können, wie in 1 gezeigt, als Temperierplatten, auf denen die Batteriezellen 100 1, 100 2 angeordnet sind, ausgebildet sein. Die Temperierelemente 400 1, 400 2 können, zur Erhöhung des Wärmeaustauschs, beispielsweise Metall wie Aluminium umfassen.
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Die Temperiervorrichtung umfasst weiterhin Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 und Befestigungseinrichtungen. Die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 umfassen jeweils eine Anschlusseinrichtung 510 1, 510 2 beispielsweise einen Anschlusskörper oder Anschlussblock und mindestens einen Kanal mit mindestens zwei Enden, wobei jeweils eines der Enden als Öffnung in der Oberfläche der Anschlusseinrichtung 510 1, 510 2 ausgebildet ist und eines der Enden zur Aufnahme einer Verbindungsleitung, zum Beispiel als Anschlussolive, ausgebildet ist, und sind mittels der Befestigungseinrichtungen jeweils an den Temperierelementen 400 1, 400 2 derart befestigt, dass die Öffnungen der Anschlusseinrichtungen 510 1, 510 2 jeweils mit den Öffnungen der Temperierelemente 400 1, 400 2 fluchten und das Temperiermittel jeweils durch die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 in die Temperierelemente 400 1, 400 2 hinein oder aus den Temperierelementen 400 1, 400 2 heraus fließen kann. Die Befestigungseinrichtungen können, wie in 1 beispielhaft gezeigt, als Schrauben 700 11, 700 12, 700 21, 700 22, die durch Löcher in den Anschlusseinrichtungen 510 1, 510 2 hindurch in Gewindelöchern in den Temperierelementen 400 1, 400 2 verschraubt werden, ausgebildet sein. Alternativ können die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 an die Temperierelemente 400 1, 400 2 beispielsweise geclipst, geklebt, gesteckt oder gerastet werden. Die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 können beispielsweise Kunststoff wie Polycarbonat oder Polyamid umfassen. Die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 können jeweils einstückig ausgebildet sein. Die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 können beispielsweise jeweils mittels Gusses beispielsweise Spritzgusses wie Kunststoffspritzgusses hergestellt werden.
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Die Temperiervorrichtung umfasst weiterhin Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 zur Zuführung bzw. Abführung des Temperiermittels. Die Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 werden jeweils an den Enden der Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 zur Aufnahme der Verbindungsleitungen angeschlossen. Die Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 können beispielsweise als Schläuche wie flexible Schläuche oder Rohre ausgebildet sein. Die Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 können ein Material umfassen, das dem Material der Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 entspricht bzw. auf das Material der Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 abgestimmt ist. Da die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 jeweils fest, sicher und definiert mit den Temperierelementen 400 1, 400 2 verbunden sind (Temperierelement-Anschlussvorrichtung-Schnittstelle), können die Verbindungen zwischen den Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 und den Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 aufeinander abgestimmt sein bzw. optimiert werden (Anschlussvorrichtung-Verbindungsleitung-Schnittstelle). Somit können für die Anschlussvorrichtung-Verbindungsleitung-Schnittstelle, zum Beispiel bezüglich Gestaltung und / oder Materialien, erprobte und / oder zertifizierte Schnittstellen bzw. Verbindungssysteme eingesetzt werden. Die Verbindungsleitungen 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 können beispielsweise Kunststoff wie Polycarbonat oder Polyamid umfassen.
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Die Batterie 10 kann weiterhin eine Gehäuse 300 umfassen, und die Batteriezellen 100 1, 100 2 und die Temperiervorrichtung können in einem Innenraum des gehäuses 300 angeordnet sein.
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Ein Verfahren zur Herstellung der Temperiervorrichtung kann ein Bereitstellen eines Temperierelements 400 1, 400 2, ein Bereitstellen und Ausrichten einer Anschlussvorrichtung 500 1, 500 2, ein Befestigen der Anschlussvorrichtung 500 1, 500 2 an dem Temperierelement 400 1, 400 2, ein Bereitstellen einer Verbindungsleitung 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 und ein Anschließen der Verbindungsleitung 600 11, 600 12, 600 21, 600 22 an der Anschlussvorrichtung 500 1, 500 2, umfassen, sodass eine Öffnung der Anschlusseinrichtung 510 1, 510 2 mit einer Öffnung des Temperierelements 400 1, 400 2 fluchtet und ein Temperiermittel durch die Anschlussvorrichtungen 500 1, 500 2 in das Temperierelement 400 1, 400 2 hinein oder aus dem Temperierelement 400 1, 400 2 heraus fließen kann. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen von Mitteln zum Ausrichten der Anschlussvorrichtung 500 1, 500 2 mit Bezug auf das Temperierelement 400 1, 400 2 beispielsweise wie Führungseinrichtungen oder Zentiereinrichtungen wie Zentiernasen umfassen. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen einer Dichtung wie ringförmigen und / oder selbstklebenden Dichtung umfassen. Dabei können die Schritte gruppiert werden und / oder die Reihenfolge der Schritte angepasst werden.
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Ein Verfahren zur Temperierung einer Batteriezelle 100 1, 100 2 kann ein Austauschen (Zuführen bzw. Abführen) des Temperiermittels zwischen dem Temperierelement 400 1, 400 2 zur Temperierung der Batteriezelle 100 1, 100 2 und der Verbindungsleitung 600 1, 600 2 über die an dem Temperierelement 400 1, 400 2 befestigten und mit der Verbindungsleitung 600 1, 600 2 verbundenen Anschlussvorrichtung 500 1, 500 2 umfassen.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 20 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Die Temperiervorrichtung 20 umfasst ein Temperierelement 400, das einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels umfasst. Der Kanal umfasst zwei Enden 425 1, 425 2, die jeweils als Öffnungen in einer Stirnfläche des Temperierelements 400 ausgebildet sind. Der Kanal kann, wie in 2 beispielhaft gezeigt, im Wesentlichen gerade ausgebildet sein. Das Temperierelement 400 umfasst weiterhin Gewindelöcher 405 1, 405 2. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können zwei Gewindelöcher 405 1, 405 2 derart auf der Stirnfläche angeordnet sein, dass die zwei Öffnungen zwischen ihnen angeordnet sind.
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Die Temperiervorrichtung 20 umfasst ein Anschlussvorrichtung 500 umfassend eine Anschlusseinrichtung 510 und voneinander beabstandete Anschlussoliven 522 1, 522 2 zum Anschließen von Verbindungsleitungen mit Kanälen 525 1, 525 2, die jeweils in der Anschlusseinrichtung 510 und einer der Anschlussoliven 522 1, 522 2 ausgebildet sind. Auf einer Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510 weisen die Kanäle 525 1, 525 2 Öffnungen auf. Die Anschlusseinrichtung 510 umfasst weiterhin Löcher 505 1, 505 2 zur Befestigung der Anschlussvorrichtung 500 an dem Temperierelement 400.
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Die Temperiervorrichtung 20 umfasst weiterhin Befestigungsschrauben 700 1, 700 2. Die Befestigungsschrauben 700 1, 700 2 können beispielsweise als Zylinderschrauben, selbstschneidende Schrauben oder Fließlochschrauben ausgebildet sein. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können zur Befestigung der Anschlussvorrichtung 500 an dem Temperierelement 400 zwei Rundkopfschrauben mit Maschinengewinde derart durch die zwei Löcher 505 1, 505 2 der Anschlusseinrichtung 510 hindurch ragen und in den Gewindelöchern 405 1, 405 2 des Temperierelements 400 verschraubt werden, dass die Öffnungen der Anschlusseinrichtung 510 jeweils mit den Öffnungen des Temperierelements 400 fluchten und das Temperiermittel durch die Anschlussvorrichtung 500 in das Temperierelement 400 hinein bzw. aus dem Temperierelement 400 heraus fließen kann. Die Temperiervorrichtung 20 kann lediglich eine Befestigungsschraube umfassen.
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Die Anschlussvorrichtung 500 und das Temperierelement 400 können weiterhin korrespondierende Führungseinrichtungen zur Ausrichtung der Anschlussvorrichtung 500 an dem Temperierelement 400 bzw. zum Fluchten der Öffnungen auf den Stirnflächen der Anschlussvorrichtung 500 und des Temperierelements 400 umfassen. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können die Führungseinrichtung der Anschlusseinrichtung 510 als Zentiernase 515, die konisch bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann, und die Führungseinrichtung des Temperierelements 400 als korrespondierendes Zentrierloch 415 ausgebildet sein. Die Anschlussvorrichtung 500 und das Temperierelement 400 können, insbesondere wenn zur Befestigung der Anschlussvorrichtung 500 an dem Temperierelement 400 nur eine einzige Befestigungsschraube, die zentral bzw. mittig angeordnet sein kann, vorgesehen ist, eine Vielzahl von korrespondierende Führungseinrichtungen umfassen, sodass auch ein Verdrehen der Anschlussvorrichtung 500 gegenüber Temperierelement 400 verhindert werden kann.
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Die Temperiervorrichtung 20 kann weiterhin eine Dichtung 800 umfassen. Die Dichtung 800 wird zwischen der Anschlussvorrichtung 500 und dem Temperierelement 400 angeordnet. Die Anschlussvorrichtung 500 und / oder das Temperierelement 400 können eine Vertiefung beispielsweise eine Nut zur Aufnahme der Dichtung 800 umfassen. Die Dichtung 800 kann flächig ausgebildet sein und die Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510 im Wesentlichen ausfüllen. Die Dichtung 800 kann im Bereich der Kanäle 525 1, 525 2, Befestigungsschrauben 700 1, 700 2 und / oder ggf. Führungseinrichtungen korrespondierende Öffnungen umfassen. Die Dichtung 800 kann als Dichtring wie Ohring oder Quelldichtung ausgebildet sein. Die Dichtung 800 kann beispielsweise Gummi oder Kunststoff umfassen und / oder mit einem Klebstoff (einseitig oder zweiseitig) beschichtet sein. Somit kann die Dichtung 800 beispielsweise vorab mit der Anschlusseinrichtung 510 verbunden sein und / oder von der Anschlussvorrichtung 500 umfasst sein.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 30 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die Temperiervorrichtung 30 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf 2 beschriebenen Temperiervorrichtung 20.
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Wie in 3 beispielhaft gezeigt, können die Löcher 505 1, 505 2 der Anschlusseinrichtung 510 einseitig gesenkt sein, sodass die Befestigungsschrauben 700 1, 700 2, ohne Überstand, als Senkkopfschrauben beispielsweise Senkkopfschrauben mit Maschinengewinde und Innensechskant ausgebildet werden können.
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Wie ebenfalls in 3 beispielhaft gezeigt, können die Öffnungen der Kanäle 425 1, 425 2, 525 1, 525 2 (Schnittstellen) als Führungseinrichtungen ausgebildet werden. Dazu können, in einer ersten Alternative, die Öffnungen in der Stirnfläche des Temperierelements 400, beispielsweise durch vergleichsweise einfaches Senken, als gesenkte Öffnungen und die Öffnungen in der Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510, beispielsweise durch vergleichsweise einfaches Senken bei einer Spritzgussform, als aus der Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510 hervorstehende kegelstumpfförmige Öffnungen ausgebildet werden. In einer zweiten Alternative können die Öffnungen in der Stirnfläche des Temperierelements 400 als aus der Stirnfläche hervorstehende kegelstumpfförmige Öffnungen und die Öffnungen in der Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510 als gesenkte Öffnungen, ausgebildet werden. Dabei kann durch Ausbilden einer ersten Schnittstelle gemäß der ersten Alternative und einer Schnittstelle gemäß der zweiten Alternative die Orientierung der Anschlussvorrichtung 500 mit Bezug auf das Temperierelement 400 eindeutig definiert werden.
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4 zeigt eine schematische Ansicht einer Temperiervorrichtung 40 im Schnitt mit einer Anschlussvorrichtung 500 gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Die Temperiervorrichtung 40 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf 2 und 3 beschriebenen Temperiervorrichtungen 20, 30.
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Allerdings umfasst die Anschlussvorrichtung 500 zur Befestigung der Anschlussvorrichtung 500 an dem Temperierelement 400 Befestigungseinrichtungen 570 1...570 3, die auf der Stirnfläche der Anschlusseinrichtung 510 voneinander beabstandet ausgebildet sind. Die Löcher 405 1...405 3 des Temperierelements 400 sind, wie in 4 beispielhaft gezeigt, zur Aufnahme der Befestigungseinrichtungen 570 1...570 3, korrespondierend mit einem Rücksprung ausgebildet. Löcher 405 1...405 3 können beispielsweise schlitzförmig ausgebildet, so dass ihre Herstellung vereinfacht wird. Die Befestigungseinrichtungen 570 1...570 3 können jeweils als Rastarm bzw. Federarm (Clips) oder, wie in 4 beispielhaft gezeigt, als Doppel-Rastarme bzw. Doppel-Federarme ausgebildet sein. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, umfasst ein Rastarm einen länglichen Hals, der federend ausgebildet ist, und einen breiteren Kopf, der an einem freien Ende des Halses angeordnet ist und mittels einer schrägen Fläche ausläuft. Am freien Ende des Halses, d. h. an einem Übergang vom Hals zum Kopf, ist mittels eines Versatzes eine Rastnase ausgebildet. Beim Einführen des Rastarms in das Loch kann die Rastnase mittels des federnden Halses der Wandung des Loches weichen und bei Erreichen des Rücksprungs in diesen einrasten. Die Anschlussvorrichtung 500, umfassend die Anschlusseinrichtung 510, die Anschlussoliven 522 1, 522 2 und die Befestigungseinrichtungen 570 1...570 3, kann einstückig ausgebildet sein.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011082991 A1 [0010]
