DE102017113700A1 - System zur Speicherung elektrischer Energie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (100) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend Energiespeicherzellen (101) zur Speicherung der elektrischen Energie, einen Rahmen mit mehreren Rahmenelementen (102; 103; 104), Wärmeleitermittel (200) und eine Wärmeleitplatte (106), wobei die Wärmeleitermittel (200) an den Energiespeicherzellen (101) angeordnet sind, wobei der Rahmen die Energiespeicherzellen (101) einrahmt, wobei die Wärmeleitermittel (100) dazu ausgebildet sind, Wärme aus den Energiespeicherzellen (101) aufzunehmen, wobei die Wärmeleitplatte (106) in mechanischem flächigem Kontakt mit einem ersten der Rahmenelemente (104) angeordnet ist, wobei die Wärmeleitplatte (106) in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln (200) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei derartigem System ist häufig die Entstehung von Wärme beim Laden oder Entladen des Systems eine Aufgabenstellung, die es zu lösen gilt. Häufig werden dafür Wärmeleitplatten und/oder thermoaktive Bauteile verwendet. Wärmeleitplatten dienen häufig dazu, die Wärme von Energiespeicherzellen weg zu leiten. Thermoaktive Bauteile werden häufig dazu verwendet, Wärme von den Energiespeicherzellen aufzunehmen und zu speichern. Daher weisen thermoaktive Bauteile häufig eine Isolation auf.
  • Aus der US 2015/0214586 A1 ist ein System zur Speicherung elektrischer Energie bekannt, bei dem zwei mechanisch miteinander in Kontakt stehende Kühlplatten verwendet werden. Eine der beiden Kühlplatten weist zwei senkrecht zueinander verlaufende Schenkel auf, von denen ein erster Schenkel in direktem Kontakt mit einer Energiespeicherzelle angeordnet ist. Der zweite Schenkel der Kühlplatte ist in direktem Kontakt mit der zweiten Kühlplatte angeordnet. Auf diese Weise können beide Kühlplatten zur Wärmeabfuhr von der Energiespeicherzelle genutzt werden.
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wärmeabfuhr von den Energiespeicherzellen zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das System umfasst Energiespeicherzellen zur Speicherung der elektrischen Energie. Dies können beispielsweise Akkumulatoren, Batterien oder Pouch-Zellen sein. Außerdem umfasst das System einen Rahmen mit mehreren Rahmenelementen, Wärmeleitermittel und eine Wärmeleitplatte. Die Wärmeleitermittel können beispielsweise thermoaktive Bauteile sein, die eine Isolierung aufweisen. Die Wärmeleitermittel sind dazu ausgebildet, von den Energiespeicherzellen abgegebene Wärme zu speichern. Die Wärmeleitplatte kann beispielsweise aus einem Metall wie etwa Aluminium bestehen.
  • Die Wärmeleitermittel sind an den Energiespeicherzellen angeordnet. Der Rahmen rahmt die Energiespeicherzellen ein. Der Rahmen kann beispielsweise drei Rahmenelemente umfassen. Ein erstes Rahmenelement kann unterhalb der Energiespeicherzellen als Boden angeordnet sein. Außerdem können zwei seitliche Rahmenelemente vorhanden sein. In diesem Fall weist der Rahmen keinen Deckel auf, sodass die Energiespeicherzellen nicht von oben eingerahmt sind.
  • Die Wärmeleitplatte ist in mechanischem flächigem Kontakt mit einem ersten der Rahmenelemente angeordnet. Im Rahmen dieser Beschreiung wird unter einem mechanischen flächigem Kontakt verstanden, dass die beiden miteinander in Kontakt angeordneten Bauteile jeweils mit einer Fläche direkt aneinander grenzen. Diese Art von mechanischem Kontakt ist zu unterscheiden von einem punktförmigen oder linienförmigen Kontakt. Ein solcher Kontakt ist besonders vorteilhaft für eine gute Wärmeübertragung. Die Wärmeleitplatte steht außerdem in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln, wodurch die Wärmeabfuhr von den Wärmeleitermitteln erheblich verbessert wird. Die Wärmeleitermittel können elektrisch von der Wärmeleitplatte isoliert sein.
  • Vorteilhafterweise können die Wärmeleitermittel eine Isolierung aufweisen. In diesem Fall kann die Wärmeleitplatte in mechanischem flächigem Kontakt mit der Isolierung angeordnet sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Wärme von den Wärmeleitermitteln nur dann abgegeben wird, wenn bereits ausreichend Wärme gespeichert worden ist.
  • Dadurch, dass die Wärmeleitplatte sowohl in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln als auch mit dem ersten Rahmenelement angeordnet ist, wird für die Wärmeabfuhr von den Wärmeleitermitteln neben der Wärmeleitplatte auch das erste Rahmenelement genutzt.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Rahmenelement ein Unterteil sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da dies häufig das Rahmenelement mit der größten Fläche ist. Außerdem kann das Unterteil auch Wärme an die daran angrenzenden seitlichen Rahmenelemente abgeben.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können mehrere der Energiespeicherzellen jeweils zu einem Modul zusammengefasst sein. Das System kann zumindest zwei Module umfassen. Die Module können über Verbindungsmittel miteinander verbindbar sein. Die Wärmeleitplatte kann zwischen den Verbindungsmitteln und den Wärmeleitermitteln angeordnet sein. So kann eine stabile Befestigung der Wärmeleitplatte erreicht werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das System eine Wärmeabfuhrplatte umfassen. Die Wärmeabfuhrplatte kann auch als Kühlplatte bezeichnet werden und dient hauptsächlich der Aufnahme von durch die Energiespeicherzellen abgegebener Wärme. Die Wärmeabfuhrplatte kann in mechanischem flächigem Kontakt mit dem ersten Rahmenelement angeordnet sein. Auf diese Weise wird eine besonders große Wärmekapazität erreicht. Das erste Rahmenelement funktioniert in diesem Fall hauptsächlich als Wärmeleiter, um die von den Energiespeicherzellen abgegebene Wärme von der Wärmeleitplatte aufzunehmen und an die Wärmeabfuhrplatte abzugeben.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Rahmenelement zwischen der Wärmeabfuhrplatte und der Wärmeleitplatte angeordnet sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass dies nur für einen Teilbereich des ersten Rahmenelements zutrifft.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Wärmeleitplatte einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweisen. Der erste Schenkel kann in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln angeordnet sein. Der zweite Schenkel kann in mechanischem flächigem Kontakt mit dem ersten Rahmenelement angeordnet sein. Die Wärmeplatte kann insbesondere einstückig und/oder einteilig ausgebildet sein und diese Form aufweisen. So wird eine besonders gute Wärmeübertragung von den Wärmeleitermitteln zu dem ersten Rahmenelement erreicht.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der zweite Schenkel parallel zum ersten Rahmenelement angeordnet sein. So kann der mechanische flächige Kontakt erreicht werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der erste Schenkel in etwa rechtwinklig zum zweiten Schenkel angeordnet sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der erste Schenkel senkrecht vom ersten Rahmenelement absteht, um die Wärmeleitermittel zu kontaktieren.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können/kann die Wärmeleitplatte und/oder das erste Rahmenelement eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die zumindest 200 W/(m*K) beträgt. So kann besonders gut Wärme übertragen werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet.
    • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung des Systems aus 1.
    • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht des Systems aus 1.
    • 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3.
  • Das System 100 umfasst Energiespeicherzellen 101, zwei seitliche Rahmenelemente 102 und 103 eines Rahmens und ein Unterteil 104 des Rahmens. Unterhalb des Unterteils 104 ist in mechanischem flächigem Kontakt eine Wärmeabfuhrplatte 105 angeordnet. Außerdem umfasst das System eine Wärmeleitplatte 106 und Verbindungsmittel 107.
  • Die Energiespeicherzellen 101 sind durch die seitlichen Rahmenelemente 102 und 103 und das Unterteil 104 eingerahmt. Die Energiespeicherzellen 101 können beispielsweise Pouch-Zellen sein. Die durch die Rahmenelemente 102 und 103 und das Unterteil 104 eingerahmten Energiespeicherzellen 101 können auch als ein Modul bezeichnet werden. Das Verbindungsmittel 107 kann zur Verbindung des Systems 100 mit einem weiteren Modul von Energiespeicherzellen genutzt werden, das in den Figuren nicht dargestellt ist.
  • Die Wärmeabfuhrplatte 105 ist zur Abfuhr von Wärme aus den Energiespeicherzellen 101 ausgebildet. Sie kann beispielsweise aus einem Metall bestehen. Die Wärme wird von den Energiespeicherzellen 101 durch das Unterteil 104 zu der Wärmeabfuhrplatte 105 abgeleitet.
  • Außerdem umfasst das System 100 Wärmeleitermittel 200, die seitlich von den Energiespeicherzellen 101 und oberhalb des Unterteils 104 angeordnet sind. Diese Wärmeleitermittel 200 speichern von den Energiespeicherzellen 101 erzeugte Wärme. Zu diesem Zweck weisen sie an ihrer Außenseite eine Isolierung auf.
  • Die Wärmeleitplatte 106 ist mit einem ersten Schenkel in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln 200 angeordnet, sodass von dort Wärme abgeleitet wird, die die Isolierung durchdringt. So soll zusätzlich Wärme aus den Energiespeicherzellen 101 geleitet werden, wenn die Wärmespeicherkapazität der Wärmeleitermittel 200 erschöpft ist. Ein zweiter Schenkel der Wärmeleitplatte 106 erstreckt sich senkrecht zum ersten Schenkel und ist in mechanischem flächigem Kontakt mit dem Unterteil 104 angeordnet. So wird die Wärme von den Wärmeleitermitteln 200 über die Wärmeleitplatte 106 und das Unterteil 104 zur Wärmeabfuhrplatte 105 abgeleitet. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Wärmeleitplatte 106 einstückig und einteilig ausgeführt ist.
  • In 4 ist der Wärmefluss bei Betrieb des Systems 100 durch Pfeile verdeutlicht. Ein erster Anteil der beim Betrieb in den Energiespeicherzellen 101 entstehenden Wärme wird durch das Unterteil 104 zur Wärmeabfuhrplatte 105 geleitet. Ein zweiter Anteil wird zunächst in den Wärmeleitermitteln 200 gespeichert, bis Wärme durch ihre Isolierung an die Wärmeleitplatte 106 abgegeben wird. Die Wärmeleitplatte 106 ist in mechanischem flächigem Kontakt mit dem Unterteil 104 angeordnet, sodass diese Wärme ebenfalls über das Unterteil 104 an die Wärmeabfuhrplatte 105 abgegeben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015/0214586 A1 [0003]

Claims (10)

  1. System (100) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend Energiespeicherzellen (101) zur Speicherung der elektrischen Energie, einen Rahmen mit mehreren Rahmenelementen (102; 103; 104), Wärmeleitermittel (200) und eine Wärmeleitplatte (106), wobei die Wärmeleitermittel (200) an den Energiespeicherzellen (101) angeordnet sind, wobei der Rahmen die Energiespeicherzellen (101) einrahmt, wobei die Wärmeleitermittel (200) dazu ausgebildet sind, Wärme aus den Energiespeicherzellen (101) aufzunehmen, wobei die Wärmeleitplatte (106) in mechanischem flächigem Kontakt mit einem ersten der Rahmenelemente (104) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (106) in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln (200) angeordnet ist.
  2. System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (104) ein Unterteil ist.
  3. System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Energiespeicherzellen (101) jeweils zu einem Modul zusammengefasst sind, wobei das System (100) zumindest zwei Module umfasst, wobei die Module miteinander über Verbindungsmittel (107) verbindbar sind, und wobei die Wärmeleitplatte (106) zwischen den Verbindungsmitteln (107) und den Wärmeleitermitteln (200) angeordnet ist.
  4. System (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) eine Wärmeabfuhrplatte (105) umfasst, wobei die Wärmeabfuhrplatte (105) in mechanischem flächigem Kontakt mit dem ersten Rahmenelement (104) angeordnet ist.
  5. System (100) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (104) zwischen der Wärmeabfuhrplatte (105) und der Wärmeleitplatte (106) angeordnet ist.
  6. System (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (106) einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste Schenkel in mechanischem flächigem Kontakt mit den Wärmeleitermitteln (200) angeordnet ist, und wobei der zweite Schenkel in mechanischem flächigem Kontakt mit dem ersten Rahmenelement (104) angeordnet ist.
  7. System (100) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schenkel parallel zum ersten Rahmenelement (104) angeordnet ist.
  8. System nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel in etwa rechtwinklig zum zweiten Schenkel angeordnet ist.
  9. System (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (106) und/oder das erste Rahmenelement (104) eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die zumindest 200 W/(m*K) beträgt.
  10. Kraftfahrzeug, umfassend ein elektrisches Antriebsmittel und ein System (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das elektrische Antriebsmittel elektrisch mit den Energiespeicherzellen (101) verbunden ist.
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