-
Die Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung für eine Kraftfahrzeugbatterie, wobei die Batteriezellenanordnung eine erste Batteriezelle mit einem ersten Gehäuse und mindestens eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Gehäuse aufweist. Dabei weisen das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse jeweils eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf, wobei die erste und die mindestens eine zweite Batteriezelle derart zueinander angeordnet sind, dass die zweite Seite des ersten Gehäuses der ersten Seite des zweiten Gehäuses zugewandt ist. Weiterhin ist zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle zumindest ein Hohlraum bereitgestellt, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Zur Erfindung gehört auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils eines Gehäuses für eine Batteriezelle einer Batteriezellenanordnung.
-
Die Gehäuse für Batteriezellen, insbesondere prismatische Zellen, für Kraftfahrzeugbatterien werden üblicherweise als tiefgezogene Näpfe in Aluminiumblech mit einem Deckel ausgebildet. Bedingt durch den Tiefziehprozess können die Seitenwände damit nur glatt ausgeführt werden. Weiterhin können die Batteriezellen kaum einer mechanischen Belastung standhalten. Da sich Batteriezellen zudem im Laufe der Zeit mit zunehmendem Alter ausdehnen, was zu einem Ausbauchen der Batteriezellen bzw. deren Gehäuse führt, dem sogenannten Swelling, ist es zudem erforderlich, die Batteriezellen, insbesondere auch mehrere in einem Zellpack angeordnete Batteriezellen, zu verspannen, zum Beispiel mit Zugbändern oder Druckplatten und Zugankern. Weiterhin müssen die Batteriezellen üblicherweise gekühlt werden, zu welchem Zweck üblicherweise eine Kühleinrichtung für die Batteriezellen vorgesehen ist. Diese wird üblicherweise am Boden der Batteriezellenanordnung angeordnet, was jedoch für den Wärmetransport nicht optimal ist, da die Wärme an den großflächigeren Seitenwänden der Zellgehäuse effizienter abgeführt werden könnte.
-
In diesem Zusammenhang beschreibt die
EP 1 944 824 A2 einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von Flachzellen, wobei jede der Flachzellen eine erste flache Seite und eine hierzu im Wesentlichen parallele zweite flache Seite aufweist, und wobei die Mehrzahl der Flachzellen unter im Wesentlichen paralleler Anordnung der flachen Seiten stapelartig übereinander angeordnet ist, wobei zumindest eine Kühlplatte zwischen zwei benachbarten Flachzellen des Stapels angeordnet ist, und wobei die Kühlplatte eine Mehrzahl von mit Luft durchströmbaren Kanälen zur Abführung von Wärme umfasst. Hierdurch lässt sich also die Wärme effizienter an den großflächigen Seiten der jeweiligen Batteriezellen abführen, allerdings erhöht sich durch die zwischen den jeweiligen Batteriezellen befindlichen Kühlplatten der notwendige Bauraum enorm.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batteriezellenanordnung, eine Batterie, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils bereitzustellen, welche eine möglichst effiziente Kühlung der Batteriezellen ermöglichen, insbesondere hinsichtlich der Effizienz des Wärmeabtransports als auch hinsichtlich der Bauraumeffizienz.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriezellenanordnung, eine Batterie, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
-
Eine erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung für eine Kraftfahrzeugbatterie weist eine erste Batteriezelle mit einem ersten Gehäuse und mindestens eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Gehäuse auf. Dabei weisen das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse jeweils eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf, wobei die erste und die mindestens eine zweite Batteriezelle derart zueinander angeordnet sind, dass die zweite Seite des ersten Gehäuses der ersten Seite des zweiten Gehäuses zugewandt ist. Weiterhin ist zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle zumindest ein Hohlraum bereitgestellt, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Zudem sind die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle derart aneinander angeordnet, dass zumindest ein Randbereich der zweiten Seite des ersten Gehäuses zumindest mittelbar an einem Randbereich der ersten Seite des zweiten Gehäuses angeordnet ist, wobei der vom Kühlmittel durchstömbare Hohlraum durch die zweite Seite des ersten Gehäuses und durch die erste Seite des zweiten Gehäuses begrenzt ist.
-
Damit lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass ein Zwischenraum zwischen den beiden Batteriezellen von einem Kühlmittel durchströmbar ist, was einen besonders effizienten Wärmeabtransport erlaubt, ohne dass hierzu jedoch ein separates Bauteil wie eine zwischen den Batteriezellen angeordnete Kühlplatte erforderlich ist, um diesen mit dem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraum bereitzustellen. Die Begrenzungswände dieses Hohlraums zwischen den beiden Batteriezellen werden durch die jeweiligen einander zugewandten Seiten der Batteriezellen selbst gebildet. Hierdurch lässt sich enorm Bauraum für die Kühleinrichtung einsparen. Die Erfindung nutzt dabei zudem die Erkenntnis, dass gerade das Ausbilden von Zellgehäusen mittels Tiefziehen den Ausbildungsmöglichkeiten eines solchen Zellgehäuses sehr starke Einschränkungen auferlegt. Wird stattdessen auf andere Herstellungsverfahren zur Herstellung des Zellgehäuses zurückgegriffen, so ermöglicht dies vielzählige vorteilhafte Ausbildungsmöglichkeiten des Gehäuses, wodurch beispielsweise auch die beschriebene Integration der Kühlung direkt zwischen den Seitenwänden der Gehäuse ermöglicht wird. Zur Bereitstellung eines solchen Hohlraums zwischen den beiden einander zugewandten Zellwänden, d.h. der ersten Seite des zweiten Gehäuses und der zweiten Seite des ersten Gehäuses, können diese Zellwände beispielsweise im Randbereich mit einer Art umlaufendem Kragen ausgebildet sein, so dass die beiden Zellwände in einem Bereich innerhalb dieses Randbereichs einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, um den Hohlraum bereitzustellen. Besonders vorteilhaft ist es, wie dies später näher erläutert wird, den Hohlraum dadurch bereitzustellen, indem Teile der einander zugewandten Zellwände in Form einer reliefartigen Strukturierung zurückversetzt sind, insbesondere gegenüber dem jeweiligen Randbereich, wodurch sich ebenfalls ein von einem Kühlmittel durchströmbarer zumindest Bereichsweiser Abstand zwischen den Zellwänden innerhalb des Randbereichs bereitstellen lässt. Derartige Ausbildungsmöglichkeiten sind bei Verwendung eines Tiefziehverfahrens jedoch nicht gegeben. Insbesondere lassen sich durch Verzicht auf ein Tiefziehverfahren, zumindest zur Herstellung von Gehäuseteilen, welche die erste und/oder zweite Seite des ersten und zweiten Gehäuses umfassen, noch weitere große Vorteile erzielen, wie sie nachfolgend näher beschrieben werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest die zweite Seite des ersten Gehäuses eine Reliefstruktur, insbesondere zur Bildung von Strömungskanälen für das Kühlmittel, auf. Eine solche Reliefstruktur hat gleich mehrere Vorteile bzw. Funktionen. Zum einen wirkt sich eine solche Reliefstruktur besonders günstig auf die Strömungsdynamik eines den Hohlraum durchströmenden Kühlmittels aus. Somit fungiert die Reliefstruktur einerseits als Strömungskanalstruktur für das Kühlmittel. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise Verwirbelungen des Kühlmittels beim Durchströmen des Hohlraums reduzieren, wodurch die Effizienz der Wärmeabfuhr gesteigert werden kann. Zusätzlich lässt sich vorteilhafterweise durch eine solche Reliefstruktur die mechanische Belastbarkeit und Steifigkeit des Zellgehäuses deutlich erhöhen. Dies ist wiederum durch zwei Faktoren bedingt: einerseits durch die Struktur in der Gehäuseseite an sich, andererseits wiederum dadurch, dass zur Ausbildung dieses Gehäuseteils, welches zumindest die zweite Seite des ersten Gehäuses umfasst, kein Tiefziehverfahren verwendet wird. Mit einem Tiefziehverfahren lassen sich ohnehin nur glatte Oberflächen ausbilden. Zudem können zum Tiefziehen nur ganz bestimmte Materialien bzw. Metalle oder Legierungen verwendet werden, die ausreichend weich bzw. elastisch sind, und die sich somit auch ausreichend tiefziehen lassen. Durch Verzicht auf ein Tiefziehverfahren können zur Ausbildung des Zellgehäuse nun vorteilhafterweise beliebige Materialien, insbesondere metallische Materialien und Legierungen, verwendet werden, die beispielsweise auch eine deutlich höhere Steifigkeit bei gleicher Dicke aufweisen. Auch dies ermöglicht wiederum ein deutlich steiferes und mechanisch robusteres Gehäuse, ohne beispielsweise die Wandstärke der jeweiligen Gehäuseseiten erhöhen zu müssen. Eine solche Reliefstruktur kann beispielsweise auf einfache Weise durch ein Eindrückverfahren, wie zum Beispiel ein Prägeverfahren, realisiert werden. Ein solches Verfahren erlegt vorteilhafterweise den zu verwendenden Materialien und Materialeigenschaften kaum Einschränkungen auf.
-
Durch solche deutlich steiferen Seitenwände eines Zellgehäuses lassen sich noch vielzählige weitere Vorteile erzielen. Beispielsweise können Batteriegehäuse bzw. Modulgehäuse, in welche diese Batteriezellenanordnung eingesetzt wird, neu gestaltet werden, da diese selbst dann nicht mehr so steif sein müssen, da nun ein größerer Beitrag zur Steifigkeit von den Batteriezellen selbst geleistet wird. Auch können beispielsweise Verspanneinrichtungen zum Verspannen der Batteriezellen, um dem so genannten Swelling-Effekt entgegenzuwirken, deutlich einfacher ausgestaltet werden, da nun die Zellgehäuse selbst dem Zellinnendruck eine deutlich höhere Kraft durch die gesteigerte mechanische Belastbarkeit und Steifigkeit entgegensetzen können. Durch diese vorteilhafte Ausbildung der Zellgehäuse lassen sich also auch deutliche Vorteile hinsichtlich der Ausbildung anderer Batteriekomponenten, wie zum Beispiel dem Modulgehäuse oder Verspannmechanismen wie Spannbänder, erreichen.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die erste und die zweite Seite des ersten Gehäuses und des zweiten Gehäuses der mindestens einen zweiten Batteriezelle eine Reliefstruktur aufweisen. Die erste und die zweite Seite eines jeweiligen Zellgehäuses stellen dabei insbesondere die flächenmäßig größten Seiten der Batteriezellen dar. Durch eine solche Reliefstruktur lässt sich damit also das Gehäuse insgesamt besonders steif und robust ausbilden. Somit ist es also auch vorteilhaft, selbst an diesen Seiten des Gehäuses eine solche Reliefstruktur vorzusehen, die außenliegende Seiten in Bezug auf die Batteriezellenanordnung darstellen, an welche sich also keine weitere Batteriezelle anschließt, denn neben den Vorteilen der günstigeren Strömungsdynamik für die Durchströmung eines Kühlmittels trägt eine solche Reliefstruktur wie beschrieben auch enorm zu einer gesteigerten mechanischen Belastbarkeit bei.
-
Insbesondere kann die Batteriezellenanordnung auch deutlich mehr als nur zwei Batteriezellen aufweisen, die wie zur ersten und zweiten Batteriezelle beschrieben alle aneinander angeordnet sind, sodass immer eine erste Seite einer einen Batteriezelle einer zweiten Seite einer benachbart angeordneten Batteriezelle zugewandt ist und diese Seiten in ihren jeweiligen Randbereichen zumindest mittelbar derart aneinander angeordnet sind, dass zwischen den jeweiligen Batteriezellen ein vom Kühlmittel durchströmbarer Hohlraum gebildet ist, der von den jeweiligen ersten und zweiten Seiten zweier benachbarter Batteriezellen begrenzt ist. Die jeweiligen Batteriezellen können dann hinsichtlich ihres Gehäuses alle identisch ausgebildet sein, insbesondere mit der beschriebenen Reliefstruktur, was die Herstellung solcher Batteriezellen besonders einfach und kostengünstig gestaltet.
-
Vorzugsweise ist zwischen dem Randbereich der zweiten Seite des ersten Gehäuses und dem Randbereich der ersten Seite des ersten Gehäuses ein Dichtelement angeordnet. Ein solches Dichtelement kann zum Beispiel eine eingelegte Dichtung, wie einen Dichtring, darstellen oder auch eine aufgespritzte Dichtung, die um den Randbereich einer jeweiligen ersten und/oder zweiten Seite herum verläuft. Dadurch kann vorteilhafterweise der Hohlraum abdichtet werden.
-
Um ein Kühlmittel in den Hohlraum einbringen zu können bzw. wiederum aus diesem abführen zu können, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn eine erste von außerhalb der ersten und zweiten Batteriezelle in den Hohlraum mündende erste Durchgangsöffnung für eine Kühlmittelzufuhr in den Hohlraum vorgesehen ist, sowie eine von außerhalb der ersten und zweiten Batteriezelle in den Hohlraum mündende zweite Durchgangsöffnung für eine Kühlmittelabfuhr aus dem Hohlraum vorgesehen ist. An diese erste und zweite Durchgangsöffnung lassen sich somit auf einfache Weise entsprechende Kühlmittelzuführ- und -abführleitungen anschließen, um dem Hohlraum das Kühlmittel zuzuführen und aus diesem wiederum abzuführen. Diese Durchgangsöffnungen können sich beispielsweise im Dichtelement befinden, insbesondere vollständig, zum Beispiel als kleine Löcher im Dichtelement ausgebildet sein, oder auch nur teilweise und sie können auch zum Beispiel als halbkreisförmige Vertiefungen in den jeweiligen Randbereichen der ersten und/oder zweiten Seite des Gehäuses ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnungen müssen dabei aber nicht notwendigerweise kreisförmig sein, sondern können auch schlitzförmig ausgebildet sein und zum Beispiel auch über einen Großteil eines Randbereichs der beiden einander zugewandten Seiten der beiden Zellgehäuse ausgebildet sein.
-
Grundsätzlich können diese beiden Durchgangsöffnungen an jeder beliebigen Stelle in den Hohlraum münden, zum Beispiel auch auf einer gleichen Seite der Batteriezellenanordnung. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die erste und die zweite Durchgangsöffnung auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezellenanordnung angeordnet sind. Dies vereinfacht wiederum die Strömungsdynamik innerhalb des Hohlraums, da somit ein Kühlmittel auf einer Seite der Batteriezellenanordnung durch die erste Durchgangsöffnung in den Hohlraum eingebracht werden kann, diesen durchströmen kann und auf der anderen Seite durch die zweite Durchgangsöffnung den Hohlraum auf einfache Weise wieder verlassen kann. Die Wahrscheinlichkeit für Verwirbelungen innerhalb des Kühlmittels beim Durchströmen des Hohlraums wird dadurch wiederum reduziert.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Gehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf, wobei das erste Gehäuseteil die erste Seite, die zweite Seite und eine einen Zellboden bereitstellende dritte Seite aufweist, die die erste und die zweite Seite miteinander verbindet, und wobei das zweite Gehäuseteil eine vierte Seite aufweist, die der dritten Seite gegenüberliegend angeordnet ist und welche zwei Elektrodenanschlusselemente aufweist, und eine fünfte und sechste Seite, die jeweils zwischen der ersten und der zweiten Seite sowie zwischen der dritten und der vierten Seite angeordnet sind. Durch eine solche Gliederung des Gehäuses in diese beiden Gehäuseteile können beide Gehäuseteile vorteilhafterweise U-förmig im Querschnitt ausgebildet sein. Diese beiden Gehäuseteile können dann auf besonders einfache Weise hergestellt werden, indem zum Beispiel ein plattenförmiges Grundelement entsprechend zu einem U verbogen wird, insbesondere nach einem Prägen der Reliefstruktur im Falle des ersten Gehäuseteils. Die beiden Gehäuseteile lassen sich zum Bilden des Gehäuses dann zum Beispiel einfach ineinander stecken.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Hochvoltbatterie, wobei die Batterie eine erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung oder eine ihrer Ausführungsformen aufweist. Die Batterie kann zum Beispiel ein Modulgehäuse aufweisen, in welchem die Batteriezellenanordnung aufgenommen ist. Zudem können an den jeweiligen beschriebenen ersten und zweiten Durchgangsöffnungen Kühlmittelzuführleitungen und Kühlmittelabführleitungen angeschlossen sein. Als Kühlmittel kann zum Beispiel ein flüssiges Kühlmittel und/oder ein gasförmiges Kühlmittel verwendet werden.
-
Zudem betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie. Die für die erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann dabei ein Kühlsystem aufweisend das beschriebene Kühlmittel umfassen, welches über die genannten Leitungen an die Batterie, insbesondere die einzelnen Durchgangsöffnungen, angeschlossen ist.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils eines Gehäuses für eine erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen. Dabei wird eine Platte aus einem metallischen Material bereitgestellt, wobei sich die Platte in einen ersten Bereich zum Bereitstellen einer ersten Seite des Gehäuses, einen zweiten Bereich zum Bereitstellen einer zweiten Seite des Gehäuses und einen den ersten und den zweiten Bereich verbindenden dritten Bereich zum Bereitstellen einer einen Zellboden bildenden dritten Seite des Gehäuses gliedert. Weiterhin wird zumindest in den zweiten Bereich, vorzugsweise auch in den ersten Bereich, mittels eines Eindrückverfahrens, zum Beispiel mittels eines Prägeverfahrens, eine Reliefstruktur eingebracht und insbesondere ein Biegeumformen des ersten und zweiten Bereichs gegenüber dem dritten Bereich derart durchgeführt, dass der erste Bereich als erste Seite der durch den zweiten Bereich bereitgestellten zweiten Seite gegenüberliegend angeordnet ist.
-
Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung und ihren Ausführungsformen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere lässt sich vorteilhafterweise durch das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen ein besonders robustes Gehäuseteil bereitstellen. Diese Robustheit wird, wie bereits beschrieben, zum einen dadurch ermöglicht, dass zumindest die zweite Seite des Gehäuses mit einer Reliefstruktur ausgebildet wird, was die Steifigkeit und Stabilität des Gehäuses deutlich erhöht. Zum anderen wird der Gehäuseteil zum einen durch ein Eindrückverfahren zum Ausbilden der Reliefstruktur und zum anderen vorzugsweise durch Biegeumformen bereitgestellt, was deutlich robustere und steifere Materialien und Metalle, insbesondere Legierungen, wie zum Beispiel Aluminiumlegierungen, erlaubt als zum Beispiel ein Tiefziehverfahren. Zudem stellt die eingebrachte Reliefstruktur auch Strömungskanäle bereit, die von einem Kühlmittel durchströmbar sind, insbesondere wenn mehrere solch ausgebildeter Batteriezellengehäuse aneinander angeordnet werden. So kann zudem auch noch eine besonders effiziente Kühlung bereitgestellt werden.
-
Statt dem Biegeumformen können die einzelnen Seiten des Gehäuses auch separat gefertigt und dann zum Beispiel durch Schweißen miteinander verbunden und bestimmungsgemäß aneinander angeordnet werden. Durch das Biegeumformen lassen sich jedoch viele weitere, zeitaufwendigere Montageschritte einsparen und das Gehäuse kann zum Beispiel nur durch zwei U-förmige Gehäuseteile bereitgestellt werden, die einfach zusammengesteckt werden können.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batteriezelle für eine Batteriezellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung des Deckels des Gehäuses der in 1 dargestellten Batteriezelle;
- 3 eine schematische Frontansicht des Deckels der Batteriezelle aus 1 mit einer Zelleneinheit für eine Batteriezellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batteriezellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 10 für eine Batteriezellenanordnung 12 (vgl. 4), gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezelle 10 ist hierbei als prismatische Batteriezelle 10 ausgebildet und weist ein Gehäuse 14 auf, welches in diesem Beispiel ein erstes Gehäuseteil 14a und ein zweites Gehäuseteil 14b umfasst. Das erste Gehäuseteil 14a stellt dabei wiederum eine erste Seite 16, eine zweite Seite 18, welche der ersten Seite 16 gegenüberliegt und insbesondere zu dieser parallel ist, sowie eine dritte Seite 20 bereit, welche die erste Seite 16 und die zweite Seite 18 miteinander verbindet und weiterhin einen Zellboden bereitstellt. Das zweite Gehäuseteil 14b stellt eine vierte Seite 22 bereit, welche der dritten Seite 20 gegenüberliegend und insbesondere wiederum parallel angeordnet ist, und welche zudem zwei Elektrodenanschlusselemente 24 umfasst. Das zweite Gehäuseteil 14b stellt zudem auch eine fünfte und sechste Seite 26, 28 bereit, die gegenüberliegend angeordnet sind, und vorzugsweise ebenfalls parallel, und die jeweils zwischen der dritten Seite 20 und der vierten Seite 22 sowie zwischen der ersten Seite 16 und der zweiten Seite 18 angeordnet sind. In diesem Beispiel sind also sowohl das erste Gehäuseteil 14a sowie auch das zweite Gehäuseteil 14b U-förmig ausgebildet und können auf einfache Weise ineinander gesteckt werden. Diese U-förmige Struktur ist insbesondere für den zweiten Gehäuseteil 14b nochmal in 2 und 3 deutlicher zu sehen.
-
2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung des zweiten Gehäuseteils 14b der in 1 dargestellten Batteriezelle 10. Wie bereits beschrieben, ist dieses zweite Gehäuseteil U-förmig ausgebildet und fungiert als Deckel, der auf das erste Gehäuseteil 14a aufgesetzt werden kann.
-
3 zeigt eine schematische Draufsicht bzw. Frontansicht des zweiten Gehäuseteils 14b der Batteriezelle 10 aus 1 mit einer am zweiten Gehäuseteil 14b angeordneten Zelleinheit, zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Zelle. Dabei sind nunmehr die Kontakte der Lithium-Ionen-Zelle 40 über entsprechende Kontaktelemente 42 mit den entsprechenden Elektrodenanschlusselementen 24 des zweiten Gehäuseteils 14b verbunden.
-
Besonders vorteilhaft ist es nun, wie dies zum Teil in 1 und 4 zu sehen ist, dass die erste Seite 16, sowie auch die zweite Seite 18 mit einer Reliefstruktur 30 ausgebildet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nur einige der Strukturelemente mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Diese Reliefstruktur 30 bildet gleichzeitig Kühlkanäle. Insbesondere ist dieser durch die Vertiefungen der Reliefstruktur gebildete Hohlraum 32 damit vorteilhafterweise von einem Kühlmedium bzw. Kühlmittel, flüssig oder gasförmig, durchströmbar, wenn nun vorteilhafterweise eine solche Batteriezelle 10 an einer weiteren solchen Batteriezelle, wie beispielsweise in 4 dargestellt, angeordnet wird. Insbesondere können nun mehrere derart ausgebildete Batteriezellen 10 so aneinander angeordnet werden, dass jeweils eine erste Seite 16 einer ersten Batteriezelle 10 einer zweiten Seite 18 einer benachbart angeordneten Batteriezelle 10 zugewandt ist. Weiterhin sind die Batteriezellen 10 vorzugsweise derart angeordnet, dass die jeweiligen Randbereiche 34 der jeweils zugeordneten ersten und zweiten Seiten 16, 18 aneinander anliegen. Zwischen diesen Randbereichen 34 zweier benachbarter Batteriezellen 10 kann zudem noch ein Dichtelement vorgesehen sein, zum Beispiel in Form eines Dichtrings oder einer andersartig ausgebildeten eingelegten Dichtung oder in Form einer auf den Randbereich 34 aufgespritzten Dichtung oder ähnliches. Weiterhin können im Randbereich und/oder in der Dichtung Durchgangsöffnungen 36, 38 vorgesehen sein, insbesondere eine Durchgangsöffnung 36 für eine Kühlmittelzufuhr in den Hohlraum 32 und eine weitere Durchgangsöffnung 38, die ebenfalls von außerhalb der Batteriezelle 10 in den Hohlraum 32 mündet, um eine Kühlmittelabfuhr bereitzustellen. Dabei kann durch eine jeweilige Batteriezelle 10 auf einer Seite zumindest eine Hälfte einer jeweiligen solchen Durchgangsöffnung 36, 38 bereitgestellt werden, zumindest falls an der betreffenden Seite dieser Batteriezelle 10 eine weitere Batteriezelle 10 angeordnet werden soll.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung 12 mit mehreren Batteriezellen 10, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Batteriezellen 10 können im Übrigen wie bereits zu 1 beschrieben ausgebildet sein. Wie zu sehen ist, sind nunmehr die strukturierten Seiten 16, 18 der jeweiligen Batteriezellen 10 aneinander angeordnet, sodass durch die Strukturierung 30 entsprechende von einem Kühlmittel durchströmbare Hohlräume zwischen den einzelnen Batteriezellen 10 gebildet werden. In einem Zwischenbereich zwischen je zwei benachbart angeordneten Batteriezellen 10 befinden sich die jeweiligen Durchgangsöffnungen 36, 38, von denen hier nur die im Bereich der fünften Seiten 26 angeordneten Durchgangsöffnungen 36 zu sehen sind. Diese Durchgangsöffnungen 36 sind im vorliegenden Fall gegenüberliegend angeordnet, d.h. auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezellenanordnung 12. Diese können aber auch auf einer gleichen Seite der Batteriezellenanordnung 12 angeordnet sein. Entsprechend kann auch die Reliefstruktur 30 so ausgebildet sein, dass eine geeignete Kühlmittelführung von der Kühlmittelzuführöffnung 36 zur Kühlmittelabführöffnung 38 bereitgestellt ist. Grundsätzlich kann jedoch die Reliefstruktur 30 in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein. Es muss lediglich mindestens ein durchgängiger Kanal von der Kühlmittelzuführöffnung 36 zur Kühlmittelabführöffnung 38 bereitgestellt sein.
-
Diese Strukturierung 30 ermöglicht es zudem, die Zellen 10 ineinander steckbar auszubilden. Zusätzliche Stabilität kann beispielsweise durch eine nicht dargestellte Verspanneinrichtung, wie zum Beispiel ein diese Batteriezellenanordnung 12 umlaufendes Spannband, bereitgestellt sein.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Batteriezellenanordnung bereitgestellt wird, die es durch das Vorsehen einer Reliefstruktur an den großflächigen Seiten des Gehäuses ermöglicht, zwischen den Zellen eine integrierte Kühlung vorzusehen, insbesondere durch eine Flüssigkeitskühlung oder auch durch ein Kältemittel, wobei das Medium zwischen den Batteriezellen in der Struktur fließt, welche zugleich der erhöhten Steifigkeit des Zellgehäuses dient. Damit können Batteriegehäuse bzw. Modulgehäuse neu gestaltet werden, da diese nicht mehr so steif sein müssen, da die Zellen selbst über ihre Zellgehäuse deutlich mehr zur Steifigkeit beitragen.
-
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
-
