DE102018221480A1

DE102018221480A1 - Gehäuse ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen

Info

Publication number: DE102018221480A1
Application number: DE102018221480.8A
Authority: DE
Inventors: Armin Schuelke; Claus Gerald Pflueger; Sven Krissler; Roman Marx
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111312948A

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Gehäuse (22) ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen (24), wobei das Gehäuse (22) aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet ist und weiterhin eine durch das Gehäuse (22) hindurch verlaufende Öffnung (32) aufweist. Das Gehäuse (22) weist ferner einen Temperiermittelkanal (30), ausgebildet zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid, auf, wobei der Temperiermittelkanal (30) durch das Gehäuse (22) hindurch verlaufend in der Öffnung (32) angeordnet ist. Der Temperiermittelkanal (30) weist ein Strömungsleitelement (34) auf, wobei das Strömungsleitelement (34) innerhalb der Öffnung (32) des Gehäuses (22) angeordnet ist und wobei das Strömungsleitelement (34) ausgebildet ist, eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung zu verringern.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Batterieeinheit mit einem solchen Gehäuse.
Weiterhin ist auch die Verwendung einer solchen Batterieeinheit Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Aus der DE 10 2012 215 609 A1 ist eine Temperiervorrichtung mit einer eine Durchwirbelungsstruktur aufweisenden Fluidleitung sowie ein Batteriesystem mit einer Temperiervorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Dabei ist das Gehäuse aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet und weist weiterhin eine durch das Gehäuse hindurch verlaufende Öffnung auf. Ferner weist das Gehäuse einen Temperiermittelkanal auf, welcher zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildet ist. Dabei ist der Temperiermittelkanal durch das Gehäuse hindurch verlaufend in der Öffnung angeordnet. Weiterhin weist der Temperiermittelkanal ein Strömungsleitelement auf, wobei das Strömungsleitelement innerhalb der Öffnung des Gehäuses angeordnet ist und wobei das Strömungsleitelement dazu ausgebildet ist, eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung zu verringern.
Das Gehäuse kann beispielsweise als ein Batteriegehäuse oder ein Batteriepackgehäuse oder ein Batteriemodulgehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Batterie ein oder mehrere Batteriepacks umfassen, wobei die Batteriepacks insbesondere mehrere Batteriemodule umfassen, wobei ein Batteriemodul weiterhin mehrere Zellen bzw. Batteriezellen umfassen kann. Das Gehäuse kann insbesondere zu einer Aufnahme eines Batteriemoduls und somit auch insbesondere zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet sein. Eine Batterieeinheit kann zum Beispiel als Batteriepack oder als Batteriemodul oder als Batterie ausgebildet sein.
Das Gehäuse ist ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen und kann beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug bzw. einem Electric Vehicle (EV) und/oder einem hybriden Fahrzeug bzw. einem Hybridfahrzeug (HEV) verwendet werden, wobei solche Fahrzeuge insbesondere energiereiche und leistungsstarke Batteriesysteme verwenden, damit die elektrischen Antriebsmaschinen die erwarteten Fahrleistungen abgeben können.
Als elektrische Energie-Speicher (EES) können beispielsweise Batteriepacks basierend auf einer Post Lithium Ionen Technologie (PLIT), zum Beispiel energiereiche und leistungsstarke Li-Polymer- bzw. Li-Keramik-Batteriepacks, verwendet werden.
In PLIT Zellen wird vorzugsweise ein Feststoffelektrolyt verwendet. Ein solcher Feststoffelektrolyt macht die Zellen beispielweise gegenüber bisher bekannten Ausbildungen von Batteriezellen mit einem flüssigen Elektrolyten vergleichbar sicherer. Jedoch sollte eine einen Feststoffelektrolyten aufweisende Batteriezelle insbesondere bei einer Temperatur von 50°C bis 80°C betrieben werden, da der Feststoffelektrolyt insbesondere bei diesen Temperaturen besonders elektrisch leitfähig ist. Folglich müssen PLIT-Batteriezellen umfassende Batteriepacks vorteilhafterweise aufgewärmt bzw. warmgehalten werden, damit diese betrieben werden können. Weiterhin sollten PLIT-Batteriepacks warmgehalten werden, damit diese im Bedarfsfall möglichst rasch verwendet werden können bzw. einsatzbereit sind. Dies kann beispielsweise mittels einer effizienten Wärmedämmung realisiert werden.
Eine potentielle Wärmebrücke, über welche Wärme aus dem Inneren der Batterieeinheit an eine Umgebung der Batterieeinheit abgegeben werden kann, ist beispielsweise eine hydraulische Durchführung durch das Batteriepackgehäuse bzw. das Gehäuse. Sowohl das Material der hydraulischen Durchführung als auch das Fluid können Wärme aus dem Inneren des Gehäuses an die Umgebung konduktiv leiten bzw. über Strömungsausbildungen übertragen. Eine solche Strömungsausbildung, insbesondere die Temperaturgradient bedingte Strömung kann sich in Folge von Temperaturgradienten zwischen einem Inneren des Batteriepacks und vergleichbar kühleren und außerhalb angeordneten hydraulischen Anschlussleitungen einstellen. Dabei verändert sich die Dichte des Kühlfluids mit sich verändernder Temperatur in der Art, dass eine sogenannte schwerkraftbedingte Zirkulation ausgebildet wird. Diese Zirkulation kann sich lokal beispielsweise als Mikrozirkulation bzw. Einrohrströmung im Bereich der Einströmung in das Batteriepackgehäuse einstellen oder auch zu einem Naturumlauf auch Thermosiphon genannt auf Systemebene führen. Der Thermosiphon beruht insbesondere auf dem Thermosiphon-Effekt. Der Thermosiphon-Effekt beruht vorzugsweise auf Dichteunterschieden eines erwärmten oder abgekühlten Fluids und benötigt zur Umwälzung eines Transportmediums keine zusätzliche Hilfsenergie.
Mittels des vorliegenden, erfindungsgemäßen Gehäuses kann insbesondere ein Wärmedämmkonzept für PLIT Batteriepacks zur Verfügung gestellt werden, wodurch Wärmeverluste im Bereich der hydraulischen Durchführungen minimiert bzw. reduziert werden können.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden können, wodurch bevorzugt die Funktionalität des Batteriepacks verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität zur Speicherung der elektrischen Ladung erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
Vorteilhafterweise kann insbesondere die Nachhaltigkeit des Batteriepacks erhöht werden. Aufgrund einer Reduktion der Wärmeverluste wird insbesondere ermöglicht, dass eine in einem Inneren des Batteriepacks angeordnete Batteriezellen im nicht genutzten Zustand vergleichbar langsamer auskühlen als Batteriepacks ohne ein erfindungsgemäßes Gehäuse. Ferner kann dadurch beispielsweise die nutzbare elektrische Speicherkapazität des Batteriepacks erhöht werden. Um das Batteriepack auf Betriebstemperatur zu halten, kann beispielsweise auch gespeicherte elektrische Energie in Wärme umgewandelt werden. Wird weniger Wärme benötigt, kann mehr elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden. Hierdurch steigt die nutzbare elektrische Speicherkapazität des Batteriepacks an. Da weniger Energie zum Heizen des Batteriepacks benötigt wird, sinken vorteilhafterweise die spezifischen Betriebskosten.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Strömungsleitelement innerhalb des Temperiermittelkanals zumindest an einem innerhalb der Öffnung liegenden Abschnitt des Temperiermittelkanals angeordnet. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung weiter reduziert bzw. minimiert werden, indem die Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung verringert wird, wodurch die Funktionalität des Batteriepacks noch weiter verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
In einer Weiterentwicklung weist das Strömungsleitelement eine schraubenförmige Struktur und/oder eine gewindeförmige Struktur auf. Als schraubenförmige Struktur wird eine Struktur in Form einer Schraubenlinie bzw. eine Struktur aufweisend eine Schraubenlinie bezeichnet. Als Schraube wird insbesondere ein zylindrischer oder kegeliger, zum Beispiel konischer, Körper bezeichnet, in bzw. an dessen Oberfläche ein Gewinde eingeschnitten und/oder eingewalzt bzw. angeordnet ist. Als gewindeförmige Struktur wird eine Struktur mit einem Gewinde bezeichnet. Als Gewinde wird vorzugsweise eine profilierte Einkerbung bezeichnet, die fortlaufend wendelartig, insbesondere als Schraubenlinie in einer zylinderförmigen Wand verläuft. Eine Schraubenlinie kann insbesondere als eine in gleichmäßigen, schräg ansteigenden Windungen verlaufende Linie bezeichnet werden. Mittels solcher Strukturen kann vorteilhafterweise eine, sich bspw. während eines Stillstand eines die Batterieeinheit aufweisenden Fahrzeuges einstellende Mikrozirkulation, die zu Wärmeverlusten führt, reduziert bzw. verringert bzw. verhindert werden. Die in das Strömungsleitelement eingebrachte Struktur, mit anderen Worten die eingebaute Geometrie des Strömungsleitelements, kann eine Mikrozirkulation insbesondere reduzieren bzw. unterbinden. Hierdurch kann zuverlässig sichergestellt werden, dass sich bei horizontal verlaufenden Leitungen eine thermische Schichtung des Fluids außerhalb des warmen Innenbereichs des Batteriepacks einstellen kann und somit eine schwerkraftbedingte Zirkulation reduziert bzw. unterbunden werden kann. Als Schicht bzw. Schichtung kann eine über, unter und/oder zwischen einer Vorrichtung und/oder Fläche flächenhaft ausgebreitete Masse eines Stoffes, beispielsweise eines Materials oder eines Fluids, bezeichnet werden. Die verwendeten Strukturen bzw. die Geometrien werden insbesondere in der Durchführung integriert, wodurch vorzugsweise kein weiterer Bauraum, beispielsweise außerhalb der Durchführung, benötigt wird. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden, wodurch die Funktionalität des Batteriepacks verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare, elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Hierdurch kann eine Temperaturgradient bedingte Strömung zwischen einem Inneren des Batteriepacks und vergleichbar kühleren und außerhalb angeordneten, hydraulischen Anschlussleitungen reduziert werden, da insbesondere die Windungen eine Strömung in Längsrichtung des Kanals verhindern bzw. reduzieren können.
Beispielsweise kann das Strömungsleitelement vorzugsweise als eine Mehrzahl an innerhalb des Temperiermittelkanals angeordneten Wänden ausgebildet sein, welche ausgebildet sind, die Fließrichtung des Temperierfluids zu ändern. Als Wand kann insbesondere eine Fläche bezeichnet werden, die einen Bereich, insbesondere einen Raum, zum Beispiel einen Hohlraum, abgrenzt. In einer Weiterentwicklung kann das Strömungsleitelement weiterhin als eine Klappe, eine Drossel oder ein Ventil ausgebildet sein, welche ausgebildet sind, eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Temperiermittelkanals angeordnete Strömungsquerschnittsfläche zu ändern. Das Strömungsleitelement ist innerhalb der Öffnung des Gehäuses angeordnet. Hierdurch kann insbesondere eine Mikrozirkulation des Fluids reduziert bzw. unterbunden werden, wodurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden kann. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare, elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Hierdurch kann eine Temperaturgradient bedingte Strömung zwischen einem Inneren des Batteriepacks und vergleichbar kühleren und außerhalb angeordneten, hydraulischen Anschlussleitungen reduziert werden, da insbesondere die Windungen eine Strömung in Längsrichtung des Kanals verhindern bzw. reduzieren können.
In einer vorteilhaften Ausführung kann das Strömungsleitelement als ein zwischen einem außerhalb des Gehäuses angeordneten ersten Abschnitt und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten zweiten Abschnitt angeordneter dritter Abschnitt ausgebildet sein, wobei eine Längsrichtung des dritten Abschnitts unter einem Winkel zu einer ersten Längsrichtung des ersten Abschnitts und/oder einer zweiten Längsrichtung des zweiten Abschnitts angeordnet sein kann und der Winkel insbesondere einen Wert von 30° bis 135°, bevorzugt von 45° oder 90°, aufweisen kann. Hierdurch kann insbesondere eine Mikrozirkulation des Fluids reduziert bzw. unterbunden werden, wodurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden können. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare, elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Mit anderen Worten wird das Strömungsleitelement als eine Art Siphon ausgebildet. Als Siphon wird insbesondere eine Vorrichtung bei Ausgüssen und Abflüssen bezeichnet, die ein Aufsteigen von Gasen verhindert. Als Thermosiphon, auch Wärmefalle oder Wärmesiphon, kann beispielsweise eine Installation eines absteigenden Rohres unmittelbar an einem Fluidspeicher bezeichnet werden, um Wärmeverluste durch Konvektion innerhalb des Anschlussrohres begrenzen zu können.
Vorzugsweise kann der Temperiermittelkanal und/oder das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 Watt/(Meter mal Kelvin), insbesondere W/(mK), ausgebildet sein. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung, beispielsweise durch das Batteriepackgehäuse hindurch, beispielsweise aufgrund des Materials des Batteriepackgehäuses reduziert bzw. minimiert werden, wodurch die Funktionalität des Batteriepacks verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare, elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Mit anderen Worten kann ein Wärmeverlust durch das Batteriepackgehäuse hindurch im Vergleich zu einem Gehäuse mit einem beliebigen anderen Material reduziert bzw. verringert werden.
In einer Weiterentwicklung kann der Temperiermittelkanal und/oder das Gehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung, beispielsweise aufgrund des Materials der hydraulischen Durchführung reduziert bzw. minimiert werden, wodurch die Funktionalität des Batteriepacks verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Durch den Einsatz einer Kunststoffsteckverbindung, zum Beispiel bestehend aus einem hochfesten Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, die in das Batteriepackgehäuse zum Beispiel mithilfe eines Dichtungselement eingesteckt werden kann, kann insbesondere durch die Materialwahl und/oder durch geometrisches Design der konduktive Wärmestrom durch den Anschluss verringert werden. Ferner kann mittels der Verwendung von Kunststoff Gewicht reduziert bzw. eingespart werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform kann der Temperiermittelkanal formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sein. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Temperiermittelkanal insbesondere mechanisch zuverlässig an dem Gehäuse angeordnet ist zu einer zuverlässigen Durchführung eines Wärmekreislaufs mittels eines Fluids in einem Innern einer Batterieeinheit. Ferner können hierdurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare, elektrische Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
Weiterhin kann das Gehäuse vorzugsweise mittels einer zwischen dem Gehäuse und dem Temperiermittelkanal angeordneten Dichtung abgedichtet sein. Hierdurch kann die Batterieeinheit vorteilhafterweise gegenüber einer Umgebung abgedichtet werden, sodass insbesondere eine Verschmutzung oder Flüssigkeit eines Inneren der Batterieeinheit reduziert bzw. verhindert werden kann. Mit anderen Worten kann reduziert bzw. verhindert werden, dass Verschmutzung, insbesondere Partikel, Staub, Wasser, Fluid, zum Beispiel Feuchtigkeit, Flüssigkeit und/oder Gase, oder weitere, in das Innere der Batterieeinheit gelangen können. Ferner kann hierdurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
In einer vorteilhaften Ausführung kann der Temperiermittelkanal einen außerhalb des Gehäuses angeordneten ersten Abschnitt und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten zweiten Abschnitt aufweisen, wobei eine Längsrichtung des ersten Abschnitts und eine Längsrichtung des zweiten Abschnitts parallel und/oder senkrecht zueinander verlaufend angeordnet sind. Hierdurch kann insbesondere eine Mikrozirkulation des Fluids reduziert bzw. unterbunden werden, wodurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Batterieeinheit mit einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen ist. Mittels der vorliegenden Batterieeinheit mit einem Gehäuse kann insbesondere ein Wärmedämmkonzept realisiert werden, wodurch Wärmeverluste im Bereich der hydraulischen Durchführungen minimiert bzw. reduziert werden können. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden können, wodurch die Funktionalität des Batteriepacks verbessert bzw. gesteigert werden kann und somit insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können. Eine Batterieeinheit kann zum Beispiel als Batteriepack oder als Batteriemodul oder als Batterie ausgebildet sein.
In einer Weiterentwicklung können die Batteriezellen als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sein. Ferner können die Batteriezellen beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben werden, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C. In PLIT Zellen, mit anderen Worten Post-Lithium-Ionen-Batteriezellen, beispielsweise zur Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen und/oder hybriden Fahrzeugen, wird vorzugsweise ein Feststoffelektrolyt verwendet. Ein solcher Feststoffelektrolyt macht die Zellen beispielweise gegenüber bisher bekannten Ausbildungen von Batteriezellen mit einem flüssigen Elektrolyten vergleichbar sicherer. Jedoch sollte eine einen Feststoffelektrolyten aufweisende Batteriezelle insbesondere bei einer Temperatur von 50-80 °C betrieben werden, da der Feststoffelektrolyt insbesondere bei diesen Temperaturen elektrisch leitfähig ist. Folglich müssen PLIT-Batteriepacks bzw. PLIT-Batteriemodule vorteilhafterweise aufgewärmt bzw. warmgehalten werden, damit diese betrieben werden können. PLIT-Batteriepacks sollten warmgehalten werden, damit diese im Bedarfsfall verwendet werden können bzw. einsatzbereit sind. Dies kann beispielsweise mittels einer effizienten Wärmedämmung, beispielsweise des vorliegenden Gehäuses realisiert werden.
Weiterhin wird die Verwendung einer Batterieeinheit vorgeschlagen, wobei das Strömungsleitelement eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung verringert. Hierdurch kann insbesondere eine Mikrozirkulation des Fluids reduziert bzw. unterbunden werden, wodurch vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung reduziert bzw. minimiert werden. Ein Vorteil liegt in der verbesserten bzw. gesteigerten Funktionalität des Batteriepacks, wodurch insbesondere dessen nutzbare Speicherkapazität erhöht und die Betriebskosten verringert werden können.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird. Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Ansicht eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses mit einem Temperiermittelkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses mit einem Temperiermittelkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses mit einem Temperiermittelkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses mit einem Temperiermittelkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung:
1 zeigt eine schematische Darstellung in einer perspektivischen Ansicht einer Batterieeinheit 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Batterieeinheit 20 weist ein Gehäuse 22 auf, wobei das Gehäuse 22 ausgebildet ist zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen 24. Mit anderen Worten kann eine Mehrzahl an Batteriezellen 24 innerhalb des Gehäuses 22 und somit innerhalb der Batterieeinheit 20 angeordnet bzw. aufgenommen werden. Zur Verwendung der Batterieeinheit 20 können die Batteriezellen 24 beispielsweise parallel oder seriell bzw. in Reihe miteinander geschaltet werden.
Ferner können die einzelnen Batteriezellen 24 dazu mittels Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verschaltet werden.
Das Gehäuse 22 kann beispielsweise als ein Batteriegehäuse oder ein Batteriepackgehäuse oder ein Batteriemodulgehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Batterie ein oder mehrere Batteriepacks umfassen, wobei die Batteriepacks insbesondere mehrere Batterieeinheiten umfassen, wobei eine Batterieeinheit weiterhin mehrere Zellen bzw. Batteriezellen 24 umfassen kann. Das Gehäuse 22 kann insbesondere zu einer Aufnahme einer Batterieeinheit und somit auch insbesondere zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen 24 ausgebildet sein. Die Batterieeinheit 20 kann zum Beispiel als Batteriepack oder als Batteriemodul oder als Batterie ausgebildet sein.
Als Batteriezellen 24 bzw. als elektrische Energie-Speicher (EES) können beispielsweise energiereiche und leistungsstarke Li-Polymer- bzw. Li-Keramik-Batteriepacks bzw. PLIT-Zellen verwendet werden. In PLIT Zellen wird vorzugsweise ein Feststoffelektrolyt verwendet. Dieser sollte insbesondere bei einer Temperatur von 50-80 °C betrieben werden, da der Feststoffelektrolyt insbesondere bei diesen Temperaturen elektrisch leitfähig ist. Folglich müssen PLIT-Batteriepacks vorteilhafterweise aufgewärmt bzw. warmgehalten werden, damit diese betrieben werden können. Weiterhin sollten PLIT-Batteriepacks warmgehalten werden, damit diese im Bedarfsfall möglichst rasch verwendet werden können bzw. einsatzbereit sind.
Mit anderen Worten können die Batteriezellen 24 der Batterieeinheit 20 als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sein. Hierbei werden die Batteriezellen 24 insbesondere bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C.
Dies kann beispielsweise bevorzugt mittels einer effizienten Wärmedämmung realisiert werden. Hierfür ist das Gehäuse 22 aus einem wärmedämmenden Material 22 ausgebildet. Ferner kann das Gehäuse 22 insbesondere eine Wärmedämmung aufweisen. In einer Weiterentwicklung kann das Gehäuse 22 beispielsweise zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,01 W/(mK), ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 22 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
Ferner kann die Batterieeinheit 20 mittels eines nicht gezeigten Systems zur Erwärmung der Batterieeinheit 20 erwärmt werden. Das System zur Erwärmung der Batterieeinheit 20 kann beispielsweise ein Hydrauliksystem sein, dass mit einem Fluid durchströmt wird. Hierfür kann das System beispielsweise Leitungen sowie einen Temperiermittelkanal 30 aufweisen, die beispielsweise zwischen den Batteriezellen 24 durchgeführt werden. Solche Leitungen bzw. auch Kanäle können bevorzugt von einem Fluid durchflossen werden. Der Temperiermittelkanal 30 ist dabei beispielsweise die Verbindung zwischen den Leitungen innerhalb der Batterieeinheit 20 zu dem System zur Erwärmung der Batterieeinheit 20 außerhalb der Batterieeinheit 20. Außerhalb der Batterieeinheit 20 kann beispielsweise eine Wärmepumpe angeschlossen sein, die ein erwärmtes Fluid durch die Kanäle bzw. Leitungen hindurch pumpt, wobei das Fluid über den Temperiermittelkanal 30 in die Leitungen in der Batterieeinheit 20 eingebracht wird.
Der Temperiermittelkanal 30, ausgebildet zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid, ist insbesondere in dem Gehäuse 22 angeordnet. Hierfür weist das Gehäuse 22 eine durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufende Öffnung auf. Der Temperiermittelkanal 30 ist durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufend in der Öffnung des Gehäuses 22 angeordnet.
Zur Erwärmung der Batterieeinheit 20 und somit zur Erwärmung der Batteriezellen 24 kann folglich ein Fluid durch den Temperiermittelkanal 30 und durch Leitungen in der Batterieeinheit 20 hindurchströmen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses 22 mit einem Temperiermittelkanal 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten ist in 2 der Temperiermittelkanal 30 bzw. die hydraulische Durchführung mittels des Temperiermittelkanal 30 schematisch in einem eingebauten Zustand dargestellt bzw. im in dem Gehäuse 22 angeordneten und/oder eingebauten Zustand dargestellt.
Das Gehäuse 22 kann insbesondere gemäß dem Gehäuse 22 gemäß 1 ausgeführt sein. Das Gehäuse 22 kann beispielsweise als ein Batteriegehäuse oder ein Batteriepackgehäuse oder ein Batteriemodulgehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Batterie ein oder mehrere Batteriepacks umfassen, wobei die Batteriepacks insbesondere mehrere Batteriemodule umfassen, wobei ein Batteriemodul weiterhin mehrere Zellen bzw. Batteriezellen 24 umfassen kann. Das Gehäuse 22 kann insbesondere zu einer Aufnahme einer Batterieeinheit und somit auch insbesondere zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen 24 ausgebildet sein. Die Batterieeinheit 20 kann zum Beispiel als Batteriepack oder als Batteriemodul oder als Batterie ausgebildet sein.
Das Gehäuse 22 ist ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen, wobei das Gehäuse 22 aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet sein kann bzw. ausgebildet ist. Weiterhin weist das Gehäuse 22 eine durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufende Öffnung 32 auf, wobei das Gehäuse 22 ferner den Temperiermittelkanal 30, ausgebildet zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid, aufweist. Der Temperiermittelkanal 30 ist, beispielsweise wie in 1, durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufend in der Öffnung 32 angeordnet und kann beispielsweise mit Leitungen und/oder Kanälen fluidleitend verbunden werden, sodass ein Temperierfluid zur Erwärmung bspw. zwischen den Batteriezellen hindurchgeführt werden kann. Zur Wärmedämmung können der Temperiermittelkanal 30 und/oder das Gehäuse 22 zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,01 W/(mK), ausgebildet sein. Bei Kunststoff kann die Wärmeleitfähigkeit insbesondere einen Wert unter 0,3 W/(mK) aufweisen. Beispielsweise können der Temperiermittelkanal 30 und/oder das Gehäuse 22 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
Der Temperiermittelkanal 30 weist weiterhin ein Strömungsleitelement 34 auf, wobei das Strömungsleitelement 34 innerhalb der Öffnung 32 des Gehäuses 22 angeordnet ist und wobei das Strömungsleitelement 34 ausgebildet ist, eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung zu verringern. Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement 34 innerhalb des Temperiermittelkanals 30 zumindest an einem innerhalb der Öffnung 32 liegenden Abschnitt des Temperiermittelkanals 30 angeordnet.
Eine Strömungsausbildung insbesondere eine Zirkulationsströmung kann sich in Folge von Temperaturgradienten zwischen dem Inneren der Batterieeinheit 20 und den kühleren hydraulischen Anschlussleitungen angeordnet außerhalb der Batterieeinheit 20 einstellen. Durch eine Veränderung der Dichte des Kühlfluids aufgrund einer sich verändernden Temperatur kann beispielsweise eine schwerkraftbedingte Zirkulation entstehen. Diese Zirkulation kann sich lokal als Mikrozirkulation bzw. Einrohrströmung im Bereich der Einströmung in das Batteriepackgehäuse einstellen oder zu einem Naturumlauf, auch Thermosiphon genannt, auf Systemebene führen. Der Thermosiphon kann insbesondere auf dem Thermosiphon-Effekt beruhen. Der Thermosiphon-Effekt beruht insbesondere auf Dichteunterschieden eines erwärmten oder abgekühlten Fluids und benötigt zur Umwälzung eines Transportmediums vorzugsweise keine zusätzliche Hilfsenergie. Die Zirkulation bzw. die Mikrozirkulation kann sich insbesondere im Bereich des Temperiermittelkanals 30, insbesondere im Bereich der Öffnung 32 des Gehäuses 22, in welcher der Temperiermittelkanal 30 angeordnet ist, einstellen. Mittels der Verwendung eines Strömungsleitelements 34 kann die Zirkulationsströmung verringert bzw. unterbunden werden.
In einer vorteilhaften Ausführung kann das Strömungsleitelement 34, wie in 2 dargestellt, eine schraubenförmige Struktur und/oder eine gewindeförmige Struktur aufweisen. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement 34 eine, zwei, drei oder auch mehrere Windungen aufweisen. In einer Weiterentwicklung kann das Strömungsleitelement 34 auch als eine Mehrzahl an innerhalb des Temperiermittelkanals 30 angeordneten Wänden ausgebildet sein, welche ausgebildet sind, die Fließrichtung des Temperierfluids zu ändern. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement 34 als ein Labyrinth ausgeführt sein. Insbesondere kann das Strömungsleitelement 34 als ein Bereich in der Art ausgebildet sein, dass ein vergleichbar warmes Fluid mit einer geringeren Dichte als ein vergleichbar kaltes Fluid bei einer Dichtgradient bedingten Strömung in Richtung des kalten Fluids entgegengesetzt zu einer Richtung der Schwerkraft zwangsläufig umgelenkt wird. Ferner kann das Strömungsleitelement 34 in einer anderen Ausführungsform als eine Klappe, eine Drossel oder ein Ventil ausgebildet ist, welche ausgebildet sind, eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Temperiermittelkanals angeordnete Strömungsquerschnittsfläche zu ändern.
In dem Inneren des Temperiermittelkanals 30 bzw. im Bereich des Temperiermittelkanals 30, der zu einer Durchführung mit einem Fluid ausgebildet ist, befindet sich das Strömungsleitelement 34, welches insbesondere als eine Zirkulationsbremse 34 ausgebildet. Das Strömungsleitelement 34 bzw. die Zirkulationsbremse 34 reduziert bzw. verhindert eine schwerkraftbedingte Einrohrzirkulation durch die Ausbildung einer thermischen Schichtung und/oder reduziert bzw. unterbindet eine freie, axiale schwerkraftbedingte Strömung. Das Strömungsleitelement 34 bzw. die Zirkulationsbremse 34 ist in dieser Ausführung als Schraube bzw. als Wendel ausgeführt. Andere Geometrien mit Absätzen, Labyrinthen, Siphonstrukturen, Klappen und weitere sind ebenfalls denkbar. Das Strömungsleitelement 34 kann in einer Weiterentwicklung beispielsweise zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,01 W/(mK), ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement 34 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Mit anderen Worten können zumindest einzelne und/oder alle Komponenten bzw. alle Bauteile, insbesondere der Temperiermittelkanal 30 und/oder das Gehäuses 22 und/oder das Strömungsleitelement 34 aus einem Material, beispielsweise einem Kunststoff, mit einer vergleichbar geringen Wärmeleitfähigkeit ausgeführt sein.
Der Temperiermittelkanal 30 weist in dieser Ausführung einen außerhalb des Gehäuses 22 angeordneten ersten Abschnitt 36 und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten zweiten Abschnitt 38 auf. In dieser beispielhaften Ausführung sind der erste Abschnitt 36 und der zweite Abschnitt 38 senkrecht zueinander verlaufend angeordnet. Darunter soll verstanden sein, dass der der erste Abschnitt 36 senkrecht zu dem der zweite Abschnitt 38 angeordnet ist. Weiterhin kann der Temperiermittelkanal 30 einen dritten Abschnitt 40 aufweisen, wobei der dritte Abschnitt 40 innerhalb bzw. in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 verlaufend angeordnet ist. Ferner kann das Strömungsleitelement 34 im Bereich des dritten Abschnitts 40 und somit innerhalb der Öffnung 32 des Gehäuses 22 verlaufend angeordnet sein. Der dritte Abschnitt 40 ist in dieser Ausführung in Verlängerung zu dem ersten Abschnitt 36 angeordnet und somit parallel und mit dem ersten Abschnitt verbunden bzw. an dem ersten Abschnitt angeordnet ist. Somit sind der erste Abschnitt 36 und der dritte Abschnitt 40 senkrecht zueinander verlaufend angeordnet.
Zu einer Anordnung des Temperiermittelkanals 30 innerhalb der Öffnung 32 des Gehäuses 22 kann der Temperiermittelkanal 30 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 22 verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Flüssigkleber und/oder ein Klebestreifen sein, welche eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 22 und dem Temperiermittelkanal 30 herstellen kann. In der beispielhaften Ausführungsform gemäß 2 ist der Temperiermittelkanal 30 formschlüssig mit dem Gehäuse 22 verbunden. Beispielsweise kann für eine formschlüssige Verbindung eine Schraubenverbindung und/oder eine Nietenverbindung und/oder eine Klipsverbindung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der Temperiermittelkanal 30 mittels einer oder mehrerer Schrauben und/oder einer oder mehreren Nieten und/oder einer oder mehrerer Clips bzw. Klips an dem Gehäuse 22 angeordnet werden. In der beispielhaften Ausführung gemäß 2 wird ein Clip 42, insbesondere ein Überwurfclip 42, verwendet, um den Temperiermittelkanal 30 an dem Gehäuse 22 bzw. in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 anzuordnen bzw. zu befestigen. Hierfür kann der Überwurfclip 42 insbesondere über den ersten Abschnitt 36 des Temperiermittelkanals 30 gestülpt werden, wobei zumindest ein Teil des Überwurfclips 42 an einer Auswölbung des ersten Abschnitts 36 des Temperiermittelkanals 30 einrastet bzw. sich verhakt. Im Inneren des Gehäuses 22 stützt sich der Temperiermittelkanal 30 beispielsweise am Gehäuse 22 ab, sodass mittels des Überwurfclip 42 zwei entgegengesetzte Kräfte entstehen, sodass der Temperiermittelkanal 30 in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 angeordnet werden kann. Mit anderen Worten wird mittels des Überwurfclip 42 der Temperiermittelkanal 30 in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 fixiert.
In einer Weiterentwicklung weist das Gehäuse 22 eine Kaschierung 44 auf. Die Kaschierung 44 ist insbesondere auf dem Material zur Wärmedämmung, insbesondere dem Kunststoff, angeordnet, insbesondere in Richtung außerhalb des Gehäuses 22. Die Kaschierung 44 kaschiert bzw. deckt das Gehäuse 22 bzw. das Material zu Wärmedämmung des Gehäuses 22 nach außen hin ab. Mittels der Kaschierung 44 kann das Gehäuse 22 vor äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise Schlägen, Verkratzung oder auch weitere, geschützt werden.
Der Überwurfclip 42 und der Temperiermittelkanal 30 können sich beispielsweise an der Kaschierung 44 gegeneinander abstützen, wodurch der Temperiermittelkanal 30 in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 angeordnet bzw. befestigt bzw. fixiert werden kann. Mit anderen Worten wird der Temperiermittelkanal 30 und somit die Durchführung von Innen bzw. von dem Inneren des Gehäuses 22 in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses 22, insbesondere in die entsprechende Öffnung des Gehäuses 22, eingesteckt und vorzugsweise mittels des Überwurfclip 42 fixiert bzw. befestigt.
In dieser beispielhaften Ausführung ist das Gehäuse 22 mittels einer zwischen dem Gehäuse 22 und dem Temperiermittelkanal 30 angeordneten Dichtung 46 abgedichtet. Die Dichtung 46 kann insbesondere als ein Ring ausgeführt sein, welcher den Temperiermittelkanal 30 umlaufend angeordnet wird. In dieser Ausführung dichtet die Dichtung 46 das Gehäuses 22 derart ab, dass keine Verschmutzung und/oder Partikel und/oder Flüssigkeiten, zumindest außerhalb Temperiermittelkanals, ins Innere des Gehäuses 22 gelangen können. Hierfür kontaktiert die Dichtung 46 insbesondere zum einen den Temperiermittelkanal 30 sowie das Gehäuses 22, vorteilhafterweise die Kaschierung 44. In einer Weiterentwicklung kann die Dichtung auch den Temperiermittelkanal 30 sowie das Gehäuses 22, vorteilhafterweise das wärmedämmemde Material des Gehäuses 22 kontaktieren. Mit anderen Worten dichtet eine Dichtung 46 insbesondere eine Axialdichtung 46, den Temperiermittelkanal 30 bzw. die Durchführung zum Gehäuses 22, insbesondere zu der Kaschierung 44, ab.
In dem Gehäuse 22 kann in einer vorteilhaften Ausführung, entsprechend des Gehäuses 22 gemäß 1, eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen sein. Die Batteriezellen können in einer Weiterentwicklung als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Batteriezellen bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben werden, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C. Ein Gehäuse 22 mit einer Mehrzahl an Batteriezellen kann beispielsweise als eine Batterieeinheit bezeichnet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäuses 22 mit einem Temperiermittelkanal 30 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten ist in 3 der Temperiermittelkanal 30 bzw. die hydraulische Durchführung mittels des Temperiermittelkanal 30 schematisch im Einbau dargestellt bzw. im in dem Gehäuse 22 angeordneten und/oder eingebauten Zustand dargestellt.
Das Gehäuse 22 kann insbesondere gemäß dem Gehäuse 22 gemäß 1 ausgeführt sein. Das Gehäuse 22 ist ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen, wobei das Gehäuse 22 aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet sein kann bzw. ausgebildet ist. Weiterhin weist das Gehäuse 22 eine durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufende Öffnung 32 auf, wobei das Gehäuse 22 ferner den Temperiermittelkanal 30, ausgebildet zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid 50, aufweist. Der Temperiermittelkanal 30 ist, beispielsweise wie in 1, durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufend in der Öffnung 32 angeordnet. Zur Wärmedämmung können der Temperiermittelkanal 30 und/oder das Gehäuse 22 zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit unter einem Wert von 1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,3 W/(mK), ausgebildet sein. Beispielsweise können der Temperiermittelkanal 30 und/oder das Gehäuse 22 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
Der Temperiermittelkanal 30 weist weiterhin ein Strömungsleitelement 34 auf, wobei das Strömungsleitelement 34 innerhalb der Öffnung 32 des Gehäuses 22 angeordnet ist und wobei das Strömungsleitelement 34 ausgebildet ist, eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung zu verringern. Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement 34 innerhalb des Temperiermittelkanals 30 zumindest an einem innerhalb der Öffnung 32 liegenden Abschnitt des Temperiermittelkanals 30 angeordnet.
Eine Strömungsausbildung insbesondere eine Zirkulationsströmung kann sich in Folge von Temperaturgradienten zwischen dem Inneren der Batterieeinheit 20 und den kühleren und außerhalb angeordneten hydraulischen Anschlussleitungen einstellen. Durch die Veränderung der Dichte des Kühlfluids mit sich verändernder Temperatur kann beispielsweise eine schwerkraftbedingte Zirkulation entstehen. Diese Zirkulation kann sich lokal als Mikrozirkulation bzw. Einrohrströmung im Bereich der Einströmung in das Batteriepackgehäuse einstellen oder zu einem Naturumlauf auch Thermosiphon genannt auf Systemebene führen. Die Zirkulation bzw. die Mikrozirkulation kann sich insbesondere im Bereich des Temperiermittelkanals 30, insbesondere im Bereich der Öffnung 32 des Gehäuses 22, in welcher der Temperiermittelkanal 30 angeordnet ist, einstellen. Mittels der Verwendung eines Strömungsleitelements 34 kann die Zirkulationsströmung verringert bzw. unterbunden werden.
Der Temperiermittelkanal 30 weist in dieser Ausführung einen außerhalb des Gehäuses 22 angeordneten ersten Abschnitt 36 und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten zweiten Abschnitt 38 auf. In dieser beispielhaften Ausführung sind der erste Abschnitt 36 und der zweite Abschnitt 38 parallel zueinander verlaufend angeordnet. Weiterhin kann der Temperiermittelkanal 30 einen dritten Abschnitt 40 aufweisen, wobei der dritte Abschnitt 40 innerhalb bzw. in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 angeordnet sein kann bzw. in dieser Ausführungsform angeordnet ist. Der erste Abschnitt 36 und der zweite Abschnitt 38 sind insbesondre vertikal angeordnet. Der dritte Abschnitt 40 ist insbesondere horizontal angeordnet.
In dieser beispielhaften Ausführung ist das Strömungsleitelement 34 als ein zwischen dem außerhalb des Gehäuses 22 angeordneten ersten Abschnitt 36 und dem innerhalb des Gehäuses 22 angeordneten zweiten Abschnitt 38 angeordneter dritter Abschnitt 40 ausgebildet ist, wobei eine Längsrichtung des dritten Abschnitts 40 unter einem Winkel zu einer ersten Längsrichtung des ersten Abschnitts 36 und/oder einer zweiten Längsrichtung des zweiten Abschnitts 38 angeordnet ist und der Winkel einen Wert von 30° bis 135°, bevorzugt von 45° oder 90°, aufweist. In dieser beispielhaften Ausführungsform gemäß 3 ist eine Längsrichtung des dritten Abschnitts 40 des Temperiermittelkanals 30 insbesondere unter einem Winkel von 90° zu einer ersten Längsrichtung des ersten Abschnitts 36 und/oder einer zweiten Längsrichtung des zweiten Abschnitts 38 angeordnet. Hierdurch kann eine schwerkraftbedingte Zirkulation reduziert bzw. unterbunden werden. Vorteilhafterweise ist der Temperiermittelkanal 30 gemäß 3 insbesondere als eine Siphonanordnung ausgebildet. Eine schwerkraftbedingte Zirkulation kann insbesondere dann reduziert bzw. unterbunden werden, wenn mittels des Fluids eine Schichtung ausgebildet wird, wobei sich die Schichtung insbesondere dann ausbilden kann, wenn der erste Abschnitt 36 und der dazu parallel angeordnete zweite Abschnitt 38 um mindestens eine Rohrdicke des ersten Abschnitts 36 und/oder des zweiten Abschnitts 38 gegeneinander versetzt sind und der erste Abschnitt 36 in Bezug zur Schwerkraft tiefer angeordnet ist.
Mit anderen Worten wird in 3 eine schematische Darstellung eines Temperiermittelkanals 30 bzw. einer hydraulischen Durchführung durch ein Gehäuse 22, insbesondere ein PLIT-Batteriepackgehäuse, dargestellt, wobei der Temperiermittelkanal 30 bzw. die hydraulische Durchführung insbesondere als ein Siphon bzw. eine Siphonanordnung ausgeführt ist. Als Siphon wird insbesondere eine Vorrichtung bei Ausgüssen und Abflüssen bezeichnet, die ein Aufsteigen von Gasen verhindert. Als Thermosiphon, auch Wärmefalle oder Wärmesiphon, kann beispielsweise eine Installation eines absteigenden Rohres unmittelbar an einem Fluidspeicher bezeichnet werden, um Wärmeverluste durch Konvektion innerhalb des Anschlussrohres begrenzen zu können.
Auf der Innenseite des Gehäuses 22 kann insbesondere eine erhöhte Temperatur vorliegen, während außerhalb des Gehäuses 22 insbesondere die Umgebungstemperatur vorliegen sollte bzw. vorliegt.
Zur Anordnung des Temperiermittelkanals 30 in der Öffnung 32 des Gehäuses 22 kann der Temperiermittelkanal 30 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 22 verbunden oder einstückig mit dem Gehäuse 22 ausgebildet bzw. in das Gehäuse 22 integriert sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Flüssigkleber und/oder ein Klebestreifen sein, welche eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 22 und dem Temperiermittelkanal 30 herstellen kann. Beispielsweise kann für eine formschlüssige Verbindung eine Schraubenverbindung und/oder eine Nietenverbindung und/oder eine Klipsverbindung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der Temperiermittelkanal 30 mittels einer oder mehrerer Schrauben und/oder einer oder mehreren Nieten und/oder einer oder mehrerer Clips bzw. Klips an dem Gehäuse 22 angeordnet werden. In der beispielhaften Ausführung gemäß 3 kann beispielsweise zur Verbindung eine formschlüssige Verbindung in Form eines Überwurfclips gemäß 2 verwendet werden. Ferner kann das Gehäuse 22 gemäß 3 ebenfalls mittels einer zwischen dem Gehäuses 22 und dem Temperiermittelkanal 30 angeordneten Dichtung gemäß der Dichtung gemäß 2 abgedichtet werden. In einer Weiterentwicklung kann der Kanal alternativ als integraler Bestandteil des Batteriegehäuses ausgebildet sein, welcher von innen und au-ßen mittels Rohren und/oder Schläuchen kontaktiert werden kann.
In dem Gehäuse 22 kann in einer vorteilhaften Ausführung, entsprechend des Gehäuses 22 gemäß 1, eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen sein. Die Batteriezellen können in einer Weiterentwicklung als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Batteriezellen bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben werden, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C. Ein Gehäuse 22 mit einer Mehrzahl an Batteriezellen kann beispielsweise als eine Batterieeinheit bezeichnet werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäuses 22 mit einem Temperiermittelkanal 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 22 und/oder der Temperiermittelkanal 30 gemäß 4 können gemäß dem Gehäuses 22 und/oder dem Temperiermittelkanal 30 gemäß 3 ausgeführt sein.
Im Gegensatz zu dem Temperiermittelkanal 30 gemäß 3 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform gemäß 4 eine Längsrichtung des dritten Abschnitts 40 des Temperiermittelkanals 30 insbesondere unter einem Winkel von 45° zu einer ersten Längsrichtung des ersten Abschnitts 36 und/oder einer zweiten Längsrichtung des zweiten Abschnitts 38 angeordnet. Hierdurch kann eine schwerkraftbedingte Zirkulation reduziert bzw. unterbunden werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäuses 22 mit einem Temperiermittelkanal 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 22 und/oder der Temperiermittelkanal 30 gemäß 5 können gemäß dem Gehäuses 22 und/oder dem Temperiermittelkanal 30 gemäß 3 ausgeführt sein.
Im Gegensatz zu dem Temperiermittelkanal 30 gemäß 3 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform gemäß 5 der dritte Abschnitt 40 des Temperiermittelkanals 30 außerhalb der Öffnung des Gehäuses 22, insbesondere außerhalb der Batterieeinheit, angeordnet. Hierdurch kann eine schwerkraftbedingte Zirkulation reduziert bzw. unterbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012215609 A1 [0002]

Claims

Gehäuse (22), insbesondere ein Batteriegehäuse (22) oder ein Batteriemodulgehäuse (22), ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen (24), wobei das Gehäuse (22) aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet ist und weiterhin eine durch das Gehäuse (22) hindurch verlaufende Öffnung (32) aufweist, wobei das Gehäuse (22) ferner einen Temperiermittelkanal (30), ausgebildet zu einer Durchströmung mit einem Temperierfluid, aufweist, wobei der Temperiermittelkanal (30) durch das Gehäuse (22) hindurch verlaufend in der Öffnung (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermittelkanal (30) ein Strömungsleitelement (34) aufweist, dass das Strömungsleitelement (34) innerhalb der Öffnung (32) des Gehäuses (22) angeordnet ist und dass das Strömungsleitelement (34) ausgebildet ist, eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung zu verringern.
Gehäuse (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (34) innerhalb des Temperiermittelkanals (30) zumindest an einem innerhalb der Öffnung (32) liegenden Abschnitt des Temperiermittelkanals (30) angeordnet ist.
Gehäuse (22) nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (34) eine schraubenförmige Struktur und/oder eine gewindeförmige Struktur aufweist.
Gehäuse (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (34) als eine Mehrzahl an innerhalb des Temperiermittelkanals (30) angeordneten Wänden ausgebildet ist, welche ausgebildet sind, die Fließrichtung des Temperierfluids zu ändern.
Gehäuse (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (34) als eine Klappe, eine Drossel oder ein Ventil ausgebildet ist, welche ausgebildet sind, eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Temperiermittelkanals (30) angeordnete Strömungsquerschnittsfläche zu ändern.
Gehäuse (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (34) als ein zwischen einem außerhalb des Gehäuses (22) angeordneten ersten Abschnitt (36) und einem innerhalb des Gehäuses (22) angeordneten zweiten Abschnitt (38) angeordneter dritter Abschnitt (40) ausgebildet ist, wobei der eine Längsrichtung des dritten Abschnitts (40) unter einem Winkel zu einer ersten Längsrichtung des ersten Abschnitts (36) und/oder einer zweiten Längsrichtung des zweiten Abschnitts (38) angeordnet ist und der Winkel einen Wert von 30° bis 135°, bevorzugt von 45° oder 90°, aufweist.
Gehäuse (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermittelkanal (30) und/oder das Gehäuse (22) zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,01 W/(mK), ausgebildet ist.
Gehäuse (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermittelkanal (30) und/oder das Gehäuse (22) zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet ist.
Gehäuse (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermittelkanal (30) formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse (22) verbunden ist.
Gehäuse (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) mittels einer zwischen dem Gehäuse (22) und dem Temperiermittelkanal (30) angeordneten Dichtung (46) abgedichtet ist.
Gehäuse (22) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermittelkanal (30) einen außerhalb des Gehäuses (22) angeordneten ersten Abschnitt (36) und einen innerhalb des Gehäuses (22) angeordneten zweiten Abschnitt (38) aufweist, wobei eine Längsrichtung des ersten Abschnitts (36) und eine Längsrichtung des zweiten Abschnitts (38) parallel und/oder senkrecht zueinander verlaufend angeordnet sind.
Batterieeinheit (20) mit einem Gehäuse (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in dem Gehäuse (22) eine Mehrzahl an Batteriezellen (24) aufgenommen ist.
Batterieeinheit (20) nach dem vorherigen Anspruch 12, wobei die Batteriezellen (24) als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sind.
Verwendung einer Batterieeinheit (20) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche 12 bis 13, wobei die Batteriezellen (24) bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben werden, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C.
Verwendung einer Batterieeinheit (20) nach einem der beiden Ansprüche 12 bis 13, wobei das Strömungsleitelement (34) eine Temperaturgradient bedingte Zirkulationsströmung verringert.