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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug.
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Eine solche Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2013 018 397 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Batteriezelle weist Speichermittel zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Die Speichermittel sind beispielsweise in einem Zellgehäuse der Batteriezelle aufgenommen. Die Speichermittel umfassen dabei eine beispielsweise als Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel ausgebildete Elektrodeneinrichtung und wenigstens einen elektrisch mit der Elektrodeneinrichtung und somit mit dem Elektrodenwickel beziehungsweise mit dem Elektrodenstapel verbundenen Ableiter. Beispielsweise können die Speichermittel einen insbesondere flüssigen und in dem Zellgehäuse aufgenommenen Elektrolyten aufweisen, in welchen die Elektrodeneinrichtung zumindest teilweise eintaucht. Über den Ableiter ist die Batteriezelle in wenigstens einer bezüglich der Batteriezelle externen Komponente wie beispielsweise einer weiteren Batteriezelle elektrisch verbindbar. Dabei kann die Batteriezelle über den Ableiter die mittels der Speichermittel in der Batteriezelle gespeicherte elektrische Energie bereitstellen und an die Komponenten übertragen. Der Ableiter wird beispielsweise auch als Terminal, Anschluss, Pol oder Batteriebeziehungsweise Zellpol bezeichnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriezelle und eine Batterie der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders vorteilhafter Betrieb der Batteriezelle realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildete Batteriezelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders vorteilhafter Betrieb der Batteriezelle und somit der Batterie insgesamt realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batteriezelle wenigstens einen auch als Heißleiter oder NTC-Thermistor bezeichneten NTC-Widerstand (NTC - Negative Temperature Coefficient - negativer Temperaturkoeffizient) aufweist, welcher zwischen der beispielseise als Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel ausgebildeten Elektrodeneinrichtung und dem Ableiter in Serie geschaltet ist. Hierdurch kann auf besonders einfache, bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise eine interne beziehungsweise in die Batteriezelle integrierte Heizung realisiert werden, sodass die erfindungsgemäße Batteriezelle auch bei geringen Temperaturen besonders vorteilhaft betrieben werden kann. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass die Leistungsfähigkeit von beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildeten Batteriezellen bei tiefen Temperaturen im Vergleich zu demgegenüber höheren Temperaturen massiv abnimmt, insbesondere hinsichtlich der Fähigkeit, elektrische Energie zu speichern. Ferner ist besonders die Leistungsabgabe stark eingeschränkt. Bei der Leistungsaufnahme kann es zum sogenannten Lithium-Plating kommen, wodurch die einfach auch als Zelle bezeichnete Batteriezelle nachhaltig beschädigt werden kann. Um diese Probleme und Nachteile zu vermeiden, bildet der Heißleiter (NTC-Widerstand) eine zellintegrierte, passive Heizung, durch welche die Batteriezelle in einem besonders vorteilhaften Temperaturfenster auch bei geringen Außentemperaturen betrieben werden kann. Gleichzeitig kann ein externer Schaltungsaufwand vermieden werden, sodass die Teileanzahl, die Kosten, der Bauraumbedarf und das Gewicht der Batteriezelle und somit der Batterie in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Der NTC-Widerstand weist bei niedrigen Temperaturen einen hohen ohmschen Widerstand auf, wodurch der Stromfluss bei solchen niedrigen Temperaturen begrenzt wird. Gleichzeitig erwärmt sich der NTC-Widerstand, wodurch die die Batteriezelle beziehungsweise den NTC-Widerstand umgebende Bereiche der Batteriezelle erwärmt wird beziehungsweise werden. Durch diese Erwärmung nimmt der ohmsche Widerstand des Heißleiters ab, wodurch die Leistungsfähigkeit der Batteriezelle zunimmt. Eine aktive Steuerung mittels kostenintensiver Elektronik ist nicht erforderlich.
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Mittels des Heißleiters kann Wärme dort erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden, wo sie benötigt wird. Eine kostenintensive und aktive Ansteuerung von außerhalb der Batteriezelle ist nicht erforderlich. Ferner ist der Heißleiter durch die Temperaturabhängigkeit seines ohmschen Widerstands selbstregulierend, wodurch eine kostenintensive Steuerung beziehungsweise Regelung vermieden werden kann. Außerdem verbraucht der Heißleiter beispielsweise in einem Ruhezustand keine Energie.
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Zur Erfindung gehört auch eine Batterie, welche wenigstens eine erfindungsgemäße Batteriezelle aufweist. Insbesondere kann die Batterie mehrere, elektrisch miteinander verbundene erfindungsgemäße Batteriezellen aufweisen. Hierdurch können besonders hohe elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batteriezelle sind dabei als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine vorzugsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildete Batteriezelle 10 für eine Batterie Batterie eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Somit weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine anzutreiben, wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in der Batterie gespeichert ist.
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Die Batterie kann als Batterie mit einer elektrischen Spannung von 48 Volt, mit einer Spannung von weniger als 48 Volt, insbesondere mit einer Spannung von 12 Volt, oder aber als eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet sein, deren Spannung größer als 50 Volt ist und beispielsweise mehrere hundert Volt beträgt, um besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Anreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können. Mit anderen Worten kann die Batterie als jedwede Art von Batterie ausgebildet sein. Insbesondere kann die Batterie beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein. Die Batterie weist dabei mehrere Batteriezellen auf, auf die die folgenden und vorigen Ausführungen zur Batteriezelle 10 übertragen werden können und umgekehrt. Dabei sind die Batteriezellen beispielsweise in einem Speichergehäuse aufgenommen und elektrisch miteinander verbunden.
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Die Batteriezelle 10 weist ein Zellgehäuse 12 auf, durch welches ein Aufnahmeraum 14 begrenzt ist. Des Weiteren umfasst die Batteriezelle 10 Speichermittel 16, mittels welchen elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert sowie bereitgestellt werden kann. Die Speichermittel 16 umfassen beispielsweise einen in der Fig. nicht dargestellten und vorzugsweise flüssigen Elektrolyten. Außerdem umfassen die Speichermittel 16 eine beispielsweise als Elektrodenwickel oder als Elektrodenstapel ausgebildete Elektrodeneinrichtung 18, welche beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Elektrolyten aufgenommen ist und somit in den Elektrolyten eintaucht. Die Speichermittel 16 sind dabei in dem Aufnahmeraum 14 und somit in dem Zellgehäuse 12 aufgenommen. Die Elektrodeneinrichtung 18 umfasst beispielsweise wenigstens oder genau zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität, wobei die Elektroden insbesondere dann, wenn die Elektrodeneinrichtung 18 als Elektrodenwickel ausgebildet ist, zu dem Elektrodenwickel 18 aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt sind. Ist die Elektrodeneinrichtung 18 als ein Elektrodenstapel ausgebildet, so sind die Elektroden zu dem Elektrodenstapel aufeinander gestapelt. Ferner kann die Elektrodeneinrichtung 18 wenigstens einen elektrischen Isolator aufweisen, mittels welchem die Elektroden elektrisch voneinander isoliert sind. Der elektrische Isolator ist beispielsweise zwischen den Elektroden angeordnet und mit diesen zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt beziehungsweise zu dem Elektrodenstapel 18 gestapelt.
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Die Batteriezelle 10 weist darüber hinaus wenigstens einen Ableiter 20 auf, welcher Bestandteil der Speichermittel 16 ist. Dies ist der Fall, da die Batteriezelle 18 über den Ableiter 20 mit wenigstens einer bezüglich der Batteriezelle 10 externen Komponente wie beispielsweise einer weiteren Batteriezelle elektrisch verbunden werden kann, sodass beispielsweise die Batteriezelle 10 über den Ableiter 20 die mittels der Speichermittel 16 und somit in der Batteriezelle 10 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen und beispielsweise an die Komponente übertragen werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die Komponente elektrische Energie bereitstellt, die auf den Ableiter 20 übertragen und von dem Ableiter 20 auf die Elektrodeneinrichtung 18 übertragen werden kann, um dadurch die von der Komponente bereitgestellte elektrische Energie in der Batteriezelle 10 und dabei mittels der Speichermittel 16 zu speichern. Hierzu ist die Elektrodeneinrichtung 18 elektrisch mit dem Ableiter 20 verbunden. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass zumindest eine der Elektroden der Elektrodeneinrichtung 18 elektrisch mit dem auch als Anschluss, Pol oder Terminal bezeichneten Ableiter 20 verbunden ist.
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Um nun auf besonders einfache und kostengünstige Weise einen besonders vorteilhaften Betrieb der Batteriezelle 10 und somit der Batterie insgesamt realisieren zu können, umfasst die Batteriezelle 10 wenigstens oder genau einen auch als Heißleiter bezeichneten NTC-Widerstand 22, welcher zwischen der Elektrodeneinrichtung 18 beziehungsweise der zumindest einen Elektrode und dem Ableiter 20 in Serie geschaltet ist. Bei niedrigen Temperaturen weist der Heißleiter einen hohen ohmschen Widerstand auf. Kommt es nun zu einem Stromfluss von der Elektrodeneinrichtung 18 über den Heißleiter zu dem Ableiter 20 oder umgekehrt, so wird dieser Stromfluss durch den hohen ohmschen Widerstand des Heißleiters begrenzt, jedoch wird dadurch gleichzeitig der Heißleiter erwärmt. Dadurch stellt der Heißleiter Wärme bereit, mittels welcher den Heißleiter umgebende Bereiche der Batteriezelle 10 beziehungsweise die Batteriezelle 10 insgesamt erwärmt und somit beheizt werden kann. Durch die Erwärmung des Heißleiters nimmt dessen ohmscher Widerstand ab, und gleichzeitig beziehungsweise parallel nimmt die Leistungsfähigkeit der Batteriezelle 10 zu, da diese durch die vom Heißleiter bereitgestellte Wärme erwärmt wird. Insgesamt ist erkennbar, dass zum Erwärmen beziehungsweise Beheizen der Batteriezelle 10 keine kostenintensive Steuerbeziehungsweise Regelungseinheit erforderlich ist, da der NTC-Widerstand 22 ein passives Bauteil ist und dabei als passive, in die Batteriezelle 10 integrierte Heizung fungiert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriezelle
- 12
- Zellgehäuse
- 14
- Aufnahmeraum
- 16
- Speichermittel
- 18
- Elektrodeneinrichtung
- 20
- Ableiter
- 22
- NTC-Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013018397 A1 [0002]
