DE102014226249A1

DE102014226249A1 - Batteriesystem mit Wärmeleitmittel

Info

Publication number: DE102014226249A1
Application number: DE102014226249.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Volker Schuett; Michael Raedler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10), welches Batteriezellen (11) und eine Temperierplatte (12) umfasst. Um die Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Sicherheit des Batteriesystems (10) zu verbessern, ist zumindest zwischen der Temperierplatte (12) und den Batteriezellen (11) ein Wärmeleitmittel (13; 13a) angeordnet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Batteriesystems (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Herstellungsverfahren hierfür.
Stand der Technik
Batteriesysteme können unter anderem in Elektrofahrzeugen oder Hybridelektrofahrzeugen eingesetzt werden und umfassen mehrere Batteriezellen. Die Batteriezellen können dabei in Kunststofffolien verpackt oder lackiert sein. Kunststoffe weisen jedoch in der Regel eine geringe Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise von etwa 0,2 bis 0,4 W/(m·K), auf. Zudem weisen Kunststoffe in der Regel eine geringe Abriebfestigkeit auf, was unter mechanischer Beanspruchung, wie unter Schüttelbelastung, zu einer irreversibel Beschädigung der Zellen führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriesystem, welches Batteriezellen und eine Temperierplatte umfasst. Dabei ist insbesondere zumindest zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen ein Wärmeleitmittel angeordnet. Beispielsweise kann (zumindest) zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen ein Wärmeleitmittel eingefügt sein.
Unter einem Wärmeleitmittel kann insbesondere ein Mittel verstanden werden, welches eine Wärmeleitfähigkeit von ≥ 0,5 W/(m·K), beispielsweise von ≥ 2 W/(m·K), aufweist.
Durch das Wärmeleitmittel kann vorteilhafterweise der Wärmeübergang zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen verbessert werden. So kann vorteilhafterweise eine verbesserte Wärmeabfuhr beziehungsweise Entwärmung und insgesamt auch eine verbesserte Temperierung erzielt werden. Da die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Batteriezellen temperaturabhängig sein kann, kann dadurch die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batteriezellen und damit des Batteriesystems verbessert werden. Zudem kann so vorteilhafterweise die Sicherheit des Batteriesystems erhöht werden.
Darüber hinaus kann so vorteilhafterweise ein mechanischer Schutz, beispielsweise gegenüber Abriebpartikeln der Temperierplatte und/oder gegenüber Erschütterungen, zum Beispiel unter mechanischer Beanspruchung, wie unter Schüttelbelastung, realisiert werden und auch auf diese Weise die Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Batteriezellen und damit des Batteriesystems verbessert werden.
Zudem kann so gegebenenfalls auch eine elektrische Isolation der Batteriezellen realisiert werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Batteriezellen und damit des Batteriesystem auswirken kann.
Insgesamt so vorteilhafterweise ein Batteriesystem mit einer verbesserten Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Sicherheit bereitgestellt werden.
Die Temperierplatte kann insbesondere eine so genannte Kühlplatte sein.
Zum Beispiel kann die Temperierplatte unterhalb der Batteriezellen angeordnet sein. Dabei kann das Wärmeleitmittel insbesondere in der Gestalt zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet sein, dass das Wärmeleitmittel unterhalb der Batteriezellen und oberhalb der Temperierplatte angeordnet ist.
Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, die Temperierplatte seitlich der Batteriezellen anzuordnen. Dabei kann das Wärmeleitmittel seitlich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet sein.
Das Batteriesystem kann beispielsweise weiterhin einen Batteriesystemrahmen und/oder ein Batteriesystemgehäuse aufweisen.
Beispielsweise kann dabei die Temperierplatte auf dem Boden des Batteriesystemrahmens und/oder Batteriesystemgehäuses angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Temperierplatte dabei beispielsweise an einer Seite, beispielsweise Innenseite, des Batteriesystemgehäuses und/oder Batteriesystemrahmens angeordnet sein.
Die Batteriezellen können insbesondere voneinander beabstandet angeordnet sein. Zum Beispiel können die Batteriezellen durch den Batteriesystemrahmen und/oder das Batteriesystemgehäuse, beispielsweise in einem definierten Abstand zueinander, angeordnet, insbesondere fixiert, sein. Zum Beispiel kann der Batteriesystemrahmen und/oder das Batteriesystemgehäuse ein so genannter Batteriemodulrahmen beziehungsweise Batteriepackrahmen sein.
Das Wärmeleitmittel kann beispielsweise zweidimensional beziehungsweise quasi-zweidimensional oder dreidimensional ausgestaltet sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform, beispielsweise in welcher das Wärmeleitmittel (quasi)-zweidimensional ausgestaltet ist, ist das Wärmeleitmittel im Wesentlichen lediglich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet. Dabei kann unter im Wesentlichen lediglich insbesondere verstanden werden, dass der Hauptteil des Wärmeleitmittels einen Bereich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen einnimmt, wobei sich gegebenenfalls ein geringer Teil des Wärmeleitmittels, beispielsweise von ≤ 20 Vol.-%, auch in daran angrenzende Bereiche, beispielsweise zwischen den Batteriezellen, zum Beispiel zur mechanischen Stabilisierung und/oder zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen und/oder zur Stoßdämpfung, erstrecken kann. Dabei können zwischen den Batteriezellen – und beispielsweise auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen – Freiräume sein (siehe 1). Zum Beispiel kann dabei zwischen den Batteriezellen – und beispielsweise auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen – ein Luftspalt sein.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform, beispielsweise in welcher das Wärmemittel dreidimensional ausgestaltet ist, ist das Wärmeleitmittel sowohl zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen als auch zwischen den Batteriezellen angeordnet. Dabei kann das Wärmeleitmittel beispielsweise an mehreren Seiten, gegebenenfalls sogar im Wesentlichen allseitig, die Batteriezellen umgeben (siehe 2). So kann vorteilhafterweise durch die Verwendung eines, beispielsweise einzigen, Wärmeleitmittels und damit auf besonders einfache Weise zusätzlich ein verbesserter mechanischer Schutz der Batteriezellen gegenüber Erschütterungen, ein Schutz der Batteriezellen vor Medien, wie Wasserdampf, Elektrolyt und/oder Lösungsmitteln, und gegebenenfalls auch eine elektrische Isolierung der Batteriezellen untereinander realisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform, beispielsweise welche eine Kombination aus einem (quasi-)zweidimensionalen Wärmeleitmittel und einem dreidimensionalen Wärmeleitmittel umfasst, ist zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen ein erstes Wärmeleitmittel angeordnet und zwischen den Batteriezellen ein zweites Wärmeleitmittel angeordnet (siehe 3). Dadurch, dass das zweite Wärmeleitmittel zwischen den Batteriezellen angeordnet ist, kann zusätzlich auch auf diese Weise ein verbesserter mechanischer Schutz der Batteriezellen gegenüber Erschütterungen, ein Schutz der Batteriezellen vor Medien, wie Wasserdampf, Elektrolyt und/oder Lösungsmitteln, und gegebenenfalls auch eine elektrische Isolierung der Batteriezellen untereinander, realisiert werden. Vorteilhafterweise können dabei das erste Wärmeleitmittel und das zweite Wärmeleitmittel auf voneinander unterschiedliche Funktionen, beispielsweise hinsichtlich des Wärmeübergangs, der elektrischen Isolation, des Medienschutzes und/oder des mechanischen Schutzes hin optimiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel wärmeleitend und elektrisch isolierend. So kann vorteilhafterweise gleichzeitig sowohl eine verbesserte Entwärmung und auch eine verbesserte Temperierung, als auch eine elektrische Isolierung der Batteriezellen erzielt und gegebenenfalls auf eine elektrisch isolierende Ummantelung, beispielsweise Kunststofffolienverpackung oder -Lackierung, der einzelnen Batteriezellen verzichtet werden. So kann wiederum vorteilhafterweise die Wärmeleitfähigkeit und somit Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batteriezellen und damit des Batteriesystems verbessert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel verformbar. Das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel kann dabei insbesondere plastisch und/oder viskos verformbar sein. So können vorteilhafterweise Fertigungstoleranzen der Bauteile, beispielsweise der Bauhöhen der Zellen, ausgeglichen werden. Zudem kann so vorteilhafterweise eine Stoßdämpfung realisiert und auf diese Weise die Batteriezellen gegenüber Erschütterungen geschützt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das erste Wärmeleitmittel eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das zweite Wärmeleitmittel auf. So kann vorteilhafterweise durch das erste Wärmeleitmittel der Wärmefluss von den Batteriezellen zur Temperierplatte hin optimiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Wärmeleitmittel einen höheren elektrischen Widerstand als das erste Wärmeleitmittel auf. So kann vorteilhafterweise durch das zweite Wärmeleitmittel die elektrische Isolierung der Batteriezellen untereinander optimiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das erste Wärmeleitmittel einen geringeren Reibungskoeffizienten als das zweite Wärmeleitmittel auf. So kann vorteilhafterweise durch das erste Wärmeleitmittel die Abriebbeständigkeit der Batteriezellen optimiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Wärmeleitmittel eine geringere, insbesondere plastische, Fließgrenze und/oder Viskosität als das erste Wärmeleitmittel auf. So kann vorteilhafterweise durch das zweite Wärmeleitmittel die Stoßdämpfung zwischen den Batteriezellen optimiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeleitmittel beziehungsweise das zweite Wärmeleitmittel auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen angeordnet. So kann vorteilhafterweise durch das Wärmeleitmittel beziehungsweise das zweite Wärmeleitmittel sowohl eine Entwärmung von den Batteriezellen zum Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und gegebenenfalls eine elektrische Isolation zwischen den Batteriezellen und dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse als auch eine Stoßdämpfung zwischen den Batteriezellen und dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse realisiert werden.
Das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel kann beispielsweise ein Wärmeleitmaterial umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Unter einem Wärmeleitmaterial kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches eine Wärmeleitfähigkeit von ≥ 0,5 W/(m·K), beispielsweise von ≥ 2 W/(m·K), aufweist.
Beispielsweise kann das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel ein so genanntes TIM-Material (Englisch: Thermal Interface Material) umfassen oder sein.
Das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel kann insbesondere mindestens ein Polymer und mindestens einen wärmeleitenden Füllstoff umfassen. Der mindestens eine wärmeleitende Füllstoff kann beispielsweise Aluminiumoxid umfassen oder sein. Zum Beispiel kann das mindestens eine Polymer Silikon und/oder Epoxidharz und/oder ein epoxidmodifiziertes Silikonelastomer umfassen oder sein.
Zum Beispiel kann das Wärmeleitmittel beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel und/oder das zweite Wärmeleitmittel ein Halbzeug, beispielsweise aus einem Wärmeleitmaterial, oder ein verfestigendes Wärmeleitmaterial oder ein nicht-verfestigendes Wärmeleitmaterial sein.
Das verfestigende Wärmeleitmaterial kann beispielsweise aus einem, insbesondere zunächst flüssigen oder pastösen, Werkstoff, welcher verfestigt, beispielweise vernetzt und/oder aushärtet, ausgebildet sein beziehungsweise werden. Zum Beispiel kann das verfestigende Wärmeleitmaterial – insbesondere neben mindestens einem wärmeleitenden Füllstoff – mindestens ein verfestigendes Polymer, beispielsweise Silikon und/oder Epoxidharz und/oder ein sonstiges spaltfüllendes Material (Englisch: Gapfiller) umfassen. Auch so können vorteilhafterweise Fertigungstoleranzen der Bauteile, beispielsweise der Bauhöhen der Zellen, ausgeglichen werden.
Zum Beispiel kann das verfestigende Wärmeleitmaterial eine Vergussmasse oder eine Beschichtung sein.
Die Vergussmasse kann insbesondere im verfestigten Zustand dicht sein. Beispielsweise kann die Vergussmasse eine vernetzende Vergussmasse sein.
Im Rahmen einer Ausgestaltung ist das verfestigende Wärmeleitmaterial eine Vergussmasse. So können vorteilhafterweise auch große Fertigungstoleranzen der Bauteile, beispielsweise der Bauhöhen der Zellen, ausgeglichen werden. Zudem kann so vorteilhafterweise eine verbesserte mechanische Stabilisierung der Batteriezellen (siehe 1) sowie gegebenenfalls auch eine verbesserte Stoßdämpfung erzielt werden. Zudem kann durch die Verwendung einer elektrisch isolierenden Vergussmasse eine elektrische Isolierung, insbesondere zwischen den Batteriezellen und gegebenenfalls zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und den dazu benachbarten Batteriezellen, realisiert und gegebenenfalls auf eine elektrisch isolierende Ummantelung, beispielsweise Kunststofffolienverpackung oder -Lackierung, der einzelnen Batteriezellen verzichtet und auf diese Weise Kosten eingespart werden.
Die Beschichtung kann insbesondere im verfestigten Zustand dicht sein. Beispielsweise kann die Beschichtung aus einem vernetzenden Beschichtungsmaterial ausgebildet sein.
Im Rahmen einer Ausgestaltung ist das verfestigende Wärmeleitmaterial eine, beispielsweise aus einem Beschichtungsmaterial ausbildbare, Beschichtung, zum Beispiel in Form eines Films. Zum Beispiel kann dabei zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen eine, insbesondere dünne, Beschichtung, beispielsweise ein Film, zum Beispiel auf der Temperierplatte, ausgebildet sein. So kann wiederum vorteilhafterweise die Wärmeleitmittelmenge zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen minimiert und dadurch die Wärmeleitfähigkeit verbessert sowie Kosten eingespart werden.
Das nicht-verfestigende Wärmeleitmaterial kann beispielsweise in Form einer Paste ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann das nicht-verfestigende Wärmeleitmaterial eine, insbesondere nicht-härtende, Wärmeleitpaste sein. Auch durch nicht-verfestigende Wärmeleitmaterialien können vorteilhafterweise Fertigungstoleranzen der Bauteile, beispielsweise der Bauhöhen der Zellen, ausgeglichen werden.
Das Halbzeug kann beispielsweise ein flexibles Halbzeug sein. Zum Beispiel kann das Halbzeug verformbar beziehungsweise elastisch sein. Insbesondere kann das Halbzeug verformbar, beispielsweise plastisch und/oder viskos verformbar, sein. Zum Beispiel kann das Halbzeug eine Matte oder ein Kissen, zum Beispiel eine Elastomermatte (Englisch: Gappad) beziehungsweise ein Elastomerkissen, oder eine Folie sein. So kann vorteilhafterweise die Montage und Wartung des Batteriesystems vereinfacht und gegebenenfalls – verglichen mit verfestigenden, beispielsweise aushärtenden, Wärmeleitmaterialien, wie Beschichtungsflüssigkeiten und Vergüssen, welche eine gewisse Zeit zum Verfestigen beziehungsweise Aushärten benötigen – in einer kürzeren Prozesszeit realisiert werden. Zudem kann so insbesondere die Wartung vereinfacht werden, da das Halbzeug auf einfache Weise ausgetauscht werden kann und beispielsweise die einzelnen Bauteile – verglichen mit, mit einem nicht-verfestigenden Wärmeleitmaterial, beispielweise einer nicht-härtenden Wärmeleitpaste, versehenen Bauteilen – einfacher und sauberer gehandhabt werden können.
Sowohl insofern das Wärmeleitmittel (quasi)-zweidimensional ausgestaltet und im Wesentlichen lediglich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet ist (siehe 1) als auch insofern das Wärmemittel dreidimensional ausgestaltet ist und sowohl zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen als auch zwischen den Batteriezellen angeordnet ist (siehe 2), kann das Wärmeleitmittel beispielsweise ein Halbzeug oder eine Vergussmasse oder eine Beschichtung, insbesondere ein Film, oder eine, insbesondere nicht-härtende, Wärmeleitpaste sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform – beispielsweise in welcher das Wärmeleitmittel (quasi)-zweidimensional ausgestaltet und im Wesentlichen lediglich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet (siehe 1) ist oder in welcher das Wärmemittel dreidimensional ausgestaltet ist und sowohl zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen als auch zwischen den Batteriezellen angeordnet ist (siehe 2) – ist das Wärmeleitmittel ein Halbzeug. So kann vorteilhafterweise die Montage und Wartung des Batteriesystems vereinfacht und gegebenenfalls in einer kürzeren Prozesszeit realisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform – beispielsweise in welcher das Wärmeleitmittel (quasi)-zweidimensional ausgestaltet und im Wesentlichen lediglich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet ist (siehe 1) – ist das Wärmeleitmittel eine Matte beziehungsweise ein Kissen, zum Beispiel eine Elastomermatte beziehungsweise ein Elastomerkissen. So kann vorteilhafterweise durch das Wärmeleitmittel – zusätzlich zu den bereits erläuterten Vorteilen – eine mechanische Stabilisierung der Batteriezellen sowie gegebenenfalls auch eine verbesserte Stoßdämpfung erzielt werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung – beispielsweise in welcher das Wärmeleitmittel (quasi)-zweidimensional ausgestaltet und im Wesentlichen lediglich zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet (siehe 1) ist oder in welcher das Wärmemittel dreidimensional ausgestaltet ist und sowohl zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen als auch zwischen den Batteriezellen angeordnet ist (siehe 2) – ist das Wärmeleitmittel ein, mit Wärmeleitpaste versehenes Halbzeug. So können gegebenenfalls auftretende Fertigungstoleranzen des Halbzeugs vorteilhafterweise durch die Wärmeleitpaste ausgeglichen werden. Dabei kann die Wärmeleitpaste insbesondere eine nicht-verfestigende, beispielsweise nicht-härtende, Wärmeleitpaste sein. Das Halbzeug kann dabei (quasi-)zweidimensional, beispielsweise eine Matte oder ein Kissen, zum Beispiel eine Elastomermatte beziehungsweise ein Elastomerkissen, sein. Das Halbzeug kann dabei jedoch insbesondere auch ein dreidimensionales Halbzeug, zum Beispiel mit Aussparungen zur Aufnahme von Batteriezellen, sein.
Insofern das Batteriesystem zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen ein erstes Wärmeleitmittel und zwischen den Batteriezellen ein zweites Wärmeleitmittel aufweist (siehe 3), kann das erste Wärmeleitmittel zum Beispiel ein Halbzeug oder eine Wärmeleitpaste oder eine Beschichtung, insbesondere ein Film, oder eine Vergussmasse sein. Beispielsweise kann dabei das erste Wärmeleitmittel ein Halbzeug oder eine Beschichtung sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist dabei das erste Wärmeleitmittel ein Halbzeug. So kann vorteilhafterweise die Montage und Wartung des Batteriesystems vereinfacht und gegebenenfalls in einer kürzeren Prozesszeit realisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist dabei das erste Wärmeleitmittel eine Matte beziehungsweise ein Kissen. So kann vorteilhafterweise durch das erste Wärmeleitmittel – zusätzlich zu den bereits erläuterten Vorteilen – eine mechanische Stabilisierung der Batteriezellen (siehe 3) sowie gegebenenfalls auch eine verbesserte Stoßdämpfung erzielt werden. Zum Beispiel kann dabei das erste Wärmeleitmittel eine Elastomermatte beziehungsweise ein Elastomerkissen sein.
Dabei kann das zweite Wärmeleitmittel zum Beispiel eine Vergussmasse oder eine Wärmeleitpaste oder ein Halbzeug sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist dabei das zweite Wärmeleitmittel eine Vergussmasse oder eine Wärmeleitpaste oder ein, mit Wärmeleitpaste versehenes Halbzeug. So kann vorteilhafterweise das Batteriesystem auf einfache und effektive Weise mit dem zweiten Wärmeleitmittel ausgestattet werden und gegebenenfalls vorteilhafterweise auf eine elektrisch isolierende Ummantelung, beispielsweise Lackierung, der Batteriezellen verzichtet und auch diese Weise (zusätzlich) Kosten eingespart werden.
Insofern das zweite Wärmeleitmittel ein, mit Wärmeleitpaste versehenes Halbzeug ist, kann die Wärmeleitpaste beispielsweise eine nicht-verfestigende, beispielsweise nicht-härtende, Wärmeleitpaste sein. Das Halbzeug kann dabei insbesondere ein dreidimensionales Halbzeug, zum Beispiel mit Aussparungen zur Aufnahme von Batteriezellen, sein.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung diese Ausführungsform ist das zweite Wärmeleitmittel eine Vergussmasse. So kann gegebenenfalls auf besonders einfache Weise auf eine elektrisch isolierende Ummantelung, beispielsweise Lackierung, der Batteriezellen verzichtet und auch diese Weise (zusätzlich) Kosten eingespart werden.
Das Batteriesystem kann beispielsweise ein Batteriemodul aus mehreren Batteriezellen oder ein Batteriepack aus mehreren Batteriemodulen sein.
Zum Beispiel kann das Batteriesystem ein Lithium-Batteriesystem, insbesondere aus Lithium-Zellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, sein.
Beispielsweise kann das Batteriesystem in einem mobilen System, zum Beispiel aus dem Bereich der Elektromobilität, beispielsweise in einem Fahrzeug, wie einem Elektrofahrzeug oder einem Elektrohybridfahrzeug oder einem sonstigen (Hybrid-)Fahrzeug, oder in einem stationären System, beispielsweise einer Stromspeicheranlage, zum Beispiel für eine Photovoltaikanlage und/oder eine Windkraftanlage, eingesetzt werden.
Beispielsweise kann das Batteriesystem durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems ausgelegt sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens wird zwischen einer Temperierplatte und Batteriezellen ein Wärmeleitmittel in Form eines Halbzeugs angeordnet. Dabei kann das Wärmeleitmittel in Form eines Halbzeugs insbesondere ein – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläutertes – Halbzeug sein. Insbesondere kann das Wärmeleitmittel in Form eines Halbzeugs eine Matte oder ein Kissen und/oder ein, mit einer Wärmeleitpaste versehenes Halbzeug sein. So können vorteilhafterweise die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen auf einfache Weise hergestellt werden.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des Verfahrens werden Batteriezellen unter Ausbildung eines temperierplattenbeabstandenden Zwischenraums beabstandet zu einer Temperierplatte und/oder unter Ausbildung mindestens eines, batteriezellenbeabstandenden Zwischenraums voneinander beanstandet angeordnet, wobei der temperierplattenbeabstandende Zwischenraum und/oder der mindestens eine batteriezellenbeabstandende Zwischenraum mit einem Wärmeleitmittel aufgefüllt wird. Dabei kann das Wärmeleitmittel insbesondere ein – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläutertes – Wärmeleitmittel sein. Dabei kann das, den temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum auffüllende Wärmeleitmittel und das, den mindestens einen batteriezellenbeabstandenden Zwischenraum auffüllende Wärmeleitmittel gleich oder unterschiedlich sein. Auch so können vorteilhafterweise die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen auf einfache Weise hergestellt werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens ist das, zwischen der Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnete Wärmeleitmittel in Form eines Halbzeugs beziehungsweise das, den temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum auffüllende Wärmeleitmittel ein erstes beziehungsweise das – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläuterte – erste Wärmeleitmittel und/oder das, den mindestens einen batteriezellenbeabstandenden Zwischenraum auffüllende Wärmeleitmittel ein zweites beziehungsweise das – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläuterte – zweite Wärmeleitmittel. Dabei kann das erste Wärmeleitmittel insbesondere in Form eines Halbzeugs oder einer Beschichtung eingesetzt beziehungsweise ausgebildet werden. Das zweite Wärmeleitmittel kann dabei insbesondere in Form einer Vergussmasse oder einer Wärmeleitpaste oder eines, mit einer Wärmeleitpaste versehenen Halbzeugs eingesetzt beziehungsweise ausgebildet werden. So kann vorteilhafterweise die in 3 gezeigte Ausführungsform auf einfache Weise hergestellt werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung des Verfahrens wird auch mindestens ein Zwischenraum zwischen einem beziehungsweise dem – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläuterten – Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen mit einem Wärmeleitmittel aufgefüllt. Dabei kann das, den mindestens einen Zwischenraum zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen auffüllende Wärmeleitmittel und das, den mindestens einen batteriezellenbeabstandenden Zwischenraum auffüllende Wärmeleitmittel gleich oder unterschiedlich sein. Beispielsweise kann das, den mindestens einen Zwischenraum zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse und dazu benachbarten Batteriezellen auffüllende Wärmeleitmittel ein zweites beziehungsweise das – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem erläuterte – zweite Wärmeleitmittel sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einem, im Wesentlichen lediglich zwischen einer Temperierplatte und Batteriezellen angeordneten quasi-zweidimensionalen Wärmeleitmittel,
2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einem dreidimensionalen Wärmeleitmittel, welches sowohl zwischen einer Temperierplatte und Batteriezellen als auch zwischen den Batteriezellen angeordnet ist; und
3 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einem ersten, quasi-zweidimensionalen Wärmeleitmittel, welches zwischen einer Temperierplatte und Batteriezellen angeordnet ist, und mit einem zweiten, dreidimensionalen Wärmeleitmittel, welches zwischen den Batteriezellen angeordnet ist.
Die 1 bis 3 zeigen Ausführungsformen von Batteriesystemen 10, welche 10 jeweils Batteriezellen 11 und eine Temperierplatte 12 umfassen. Dabei kann die Temperierplatte zum Beispiel eine gekühlte Bodenplatte sein. Zumindest zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 ist dabei ein Wärmeleitmittel 13; 13a angeordnet. Die 1 bis 3 veranschaulichen, dass dabei die Batteriezellen 11 und insbesondere auch die Temperierplatte 12 in einem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14, beispielsweise in einem Modulrahmen, angeordnet sind. Dabei ist die Temperierplatte 12 auf dem Boden des Batteriesystemrahmens und/oder Batteriesystemgehäuses 14 angeordnet. Das Wärmeleitmittel 13; 13a ist dabei der Gestalt zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnet, dass es 13; 13a oberhalb der Temperierplatte 12 und unterhalb der Batteriezellen 11 liegt. Die 1 bis 3 illustrieren, dass durch das zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnete Wärmeleitmittel 13; 13a vorteilhafterweise Fertigungstoleranzen der Bauhöhen der Batteriezellen 11 ausgeglichen werden können.
Im Rahmen der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Wärmeleitmittel 13 quasi-zweidimensional ausgestaltet und im Wesentlichen lediglich in einem temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum Z_T zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnet. Zwischen den Batteriezellen 11 – und insbesondere auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14 und dazu benachbarten Batteriezellen 11 – liegen freie Zwischenräume Z_B, Z_R, insbesondere Luftspalte, vor. Ein derartig ausgestaltetes Batteriesystem 10 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Wärmeleitmittel 13 in Form eines Halbzeugs, beispielsweise einer Matte oder eines Kissens, zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnet wird, oder dass die Batteriezellen 11 unter Ausbildung eines temperierplattenbeabstandenden Zwischenraums Z_T beabstandet zu der Temperierplatte 12 angeordnet werden, wobei der temperierplattenbeabstandende Zwischenraum Z_T mit dem Wärmeleitmittel 13 aufgefüllt wird.
Im Rahmen der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Wärmeleitmittel 13 dreidimensional ausgestaltet und sowohl zwischen der Temperierplatte 11 und den Batteriezelle 11 als auch zwischen den Batteriezellen 11 und zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14 und den dazu benachbarten Batteriezellen 11 angeordnet. Dabei sind die Batteriezellen 11 im Wesentlichen allseitig von dem Wärmeleitmittel 13 umgeben, wobei das Wärmeleitmittel insbesondere sowohl einen temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum Z_T zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11, als auch batteriezellenbeabstandende Zwischenräume Z_B zwischen den Batteriezellen 11 – und insbesondere auch Zwischenräume Z_R zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14 und dazu benachbarten Batteriezellen 11 – auffüllt. Ein derartig ausgestaltetes Batteriesystem 10 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass die Batteriezellen 11 unter Ausbildung eines temperierplattenbeabstandenden Zwischenraums Z_T beabstandet zu der Temperierplatte 12 und unter Ausbildung von batteriezellenbeabstandenden Zwischenräumen Z_B voneinander beanstandet angeordnet werden, wobei der temperierplattenbeabstandende Zwischenraum Z_T und die batteriezellenbeabstandenden Zwischenräume Z_B mit dem Wärmeleitmittel 13 aufgefüllt werden.
Im Rahmen der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst das Batteriesystem 10 eine Kombination aus einem ersten, quasi-zweidimensionalen Wärmeleitmittel 13a und einem zweiten, dreidimensionalen Wärmeleitmittel 13b. Dabei ist das erste Wärmeleitmittel 13a zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnet, wobei das zweite Wärmeleitmittel 13b zwischen den Batteriezellen 11 – und insbesondere auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14 und den dazu benachbarten Batteriezellen 11 angeordnet ist. Das erste Wärmeleitmittel 13a füllt dabei insbesondere einen temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum Z_T zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 aus, wobei das zweite Wärmeleitmittel 13b batteriezellenbeabstandende Zwischenräume Z_B zwischen den Batteriezellen 11 – und insbesondere auch Zwischenräume Z_R zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse 14 und dazu benachbarten Batteriezellen 11 – ausfüllt. Ein derartig ausgestaltetes Batteriesystem 10 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass das erste Wärmeleitmittel 13a in Form eines Halbzeugs, beispielsweise einer Matte oder eines Kissens, oder einer Beschichtung zwischen der Temperierplatte 12 und den Batteriezellen 11 angeordnet wird und die Batteriezellen 11 unter Ausbildung von batteriezellenbeabstandenden Zwischenräumen Z_B voneinander beanstandet angeordnet werden, wobei die batteriezellenbeabstandenden Zwischenräumen Z_B mit dem zweiten Wärmeleitmittel 13b, beispielsweise in Form einer Vergussmasse oder einer Wärmeleitpaste oder eines, mit einer Wärmeleitpaste versehenen Halbzeugs, aufgefüllt werden.
Dabei kann das erste Wärmeleitmittel 13a beispielsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das zweite Wärmeleitmittel 13b aufweisen, wobei das zweite Wärmeleitmittel 13b einen höheren elektrischen Widerstand als das erste Wärmeleitmittel 13a aufweisen kann. Zudem kann dabei zum Beispiel das erste Wärmeleitmittel 13a einen geringeren Reibungskoeffizienten als das zweite Wärmeleitmittel 13b und/oder das zweite Wärmeleitmittel 13b eine geringere Fließgrenze und/oder Viskosität als das erste Wärmeleitmittel 13a aufweisen.

Claims

Batteriesystem (10), umfassend – Batteriezellen (11) und – eine Temperierplatte (12), wobei zumindest zwischen der Temperierplatte (12) und den Batteriezellen (11) ein Wärmeleitmittel (13; 13a) angeordnet ist.
Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen der Temperierplatte (12) und den Batteriezellen (11) ein erstes Wärmeleitmittel (13a) angeordnet ist und wobei zwischen den Batteriezellen (11) ein zweites Wärmeleitmittel (13b) angeordnet ist.
Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitmittel (13) sowohl zwischen der Temperierplatte (12) und den Batteriezelle (11) als auch zwischen den Batteriezellen (11) angeordnet ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitmittel (13) beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel (13a) und/oder das zweite Wärmeleitmittel (13b) wärmeleitend und elektrisch isolierend ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wärmeleitmittel (13) beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel (13a) und/oder das zweite Wärmeleitmittel (13b) verformbar ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 5, wobei das erste Wärmeleitmittel (13a) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das zweite Wärmeleitmittel (13b) aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 6, wobei das zweite Wärmeleitmittel (13b) einen höheren elektrischen Widerstand als das erste Wärmeleitmittel (13a) aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 7, wobei das erste Wärmeleitmittel (13a) einen geringeren Reibungskoeffizienten als das zweite Wärmeleitmittel (13b) aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 8, wobei das zweite Wärmeleitmittel (13b) eine geringere Fließgrenze und/oder Viskosität als das erste Wärmeleitmittel (13a) aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batteriesystem (10) weiterhin einen Batteriesystemrahmen und/oder ein Batteriesystemgehäuse (14) aufweist, insbesondere wobei das Wärmeleitmittel (13) beziehungsweise das zweite Wärmeleitmittel (13b) auch zwischen dem Batteriesystemrahmen und/oder Batteriesystemgehäuse (14) und dazu (14) benachbarten Batteriezellen (11) angeordnet ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Wärmeleitmittel (13) beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel (13a) ein Halbzeug ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Wärmeleitmittel (13) beziehungsweise das erste Wärmeleitmittel (13a) eine Matte beziehungsweise ein Kissen, insbesondere eine Elastomermatte oder ein Elastomerkissen, ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 12, wobei das zweite Wärmeleitmittel (13b) eine Vergussmasse oder eine Wärmeleitpaste oder ein, mit Wärmeleitpaste versehenes Halbzeug ist.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in dem: ein Wärmeleitmittel (13; 13a) in Form eines Halbzeugs, insbesondere einer Matte oder eines Kissens, zwischen einer Temperierplatte (12) und Batteriezellen (11) angeordnet wird, und/oder Batteriezellen (11) unter Ausbildung eines temperierplattenbeabstandenden Zwischenraums (Z_T) beabstandet zu einer beziehungsweise der Temperierplatte (12) und/oder unter Ausbildung mindestens eines batteriezellenbeabstandenden Zwischenraums (Z_B) voneinander beanstandet angeordnet werden, wobei der temperierplattenbeabstandende Zwischenraum (Z_T) und/oder der mindestens eine batteriezellenbeabstandende Zwischenraum (Z_B) mit einem Wärmeleitmittel (13; 13a; 13b) aufgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das, zwischen der Temperierplatte (12) und den Batteriezellen (11) angeordnete Wärmeleitmittel (13a) beziehungsweise das, den temperierplattenbeabstandenden Zwischenraum (Z_T) auffüllende Wärmeleitmittel ein erstes Wärmeleitmittel (13a), insbesondere in Form eines Halbzeugs oder einer Beschichtung, und das, den mindestens einen batteriezellenbeabstandenden Zwischenraum (Z_B) auffüllende Wärmeleitmittel (13b) ein zweites Wärmeleitmittel (13b), insbesondere in Form einer Vergussmasse oder einer Wärmeleitpaste oder eines, mit einer Wärmeleitpaste versehenen Halbzeugs, ist.