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Stand der Technik
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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.
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Aus der
DE 10 2009 018 787 A1 ist eine Batterieeinheit bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen sowie ausgebildet zu einer Befestigung der Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Dabei weist das Gehäuse eine zumindest teilweise aus einem wärmedämmenden Material ausgebildete Gehäusewand auf. Weiterhin weist das Gehäuse eine durch die Gehäusewand hindurch verlaufende Öffnung und ferner eine Batteriezellenaufnahme, ausgebildet zu der Aufnahme der Mehrzahl an Batteriezellen, auf. Das Gehäuse weist ferner ein Fixierungselement auf, wobei das Fixierungselement innerhalb der Öffnung des Gehäuses verlaufend angeordnet ist und mit der Batteriezellenaufnahme verbunden ist. Weiterhin weist das Gehäuse ein zumindest teilweise aus einem wärmedämmenden Material ausgebildetes Abdeckelement auf. Das Abdeckelement ist in einer Umgebung des Gehäuses und zumindest teilweise in der Öffnung des Gehäuses verlaufend angeordnet. Die Batteriezellenaufnahme ist einem Inneren des Gehäuses zugewandt verlaufend angeordnet. Weiterhin ist das Abdeckelement derart zumindest teilweise an dem Fixierungselement angeordnet, dass das Abdeckelement alle der Umgebung des Gehäuses zugewandten Oberflächen des Fixierungselements bedeckt und/oder wärmedämmend abschirmt.
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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 eine Batterieeinheit 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.
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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. Beispielsweise kann eine Batterie ein oder mehrere Batteriepacks umfassen, wobei die Batteriepacks insbesondere mehrere Batteriemodule umfassen, wobei eine Batterieeinheit weiterhin mehrere Zellen bzw. Batteriezellen umfassen kann. Ein Gehäuse kann insbesondere zu einer Aufnahme einer Batterieeinheit und somit auch insbesondere zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet sein.
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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.
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Eine potentielle Wärmebrücke, über welche Wärme aus dem Inneren der Batterieeinheit an eine Umgebung der Batterieeinheit abgegeben werden kann, ist beispielsweise eine oder sind beispielsweise mechanische Durchführungen durch das Gehäuse. Mittels mechanischer Durchführungen kann ein Gehäuse beispielsweise an einem externen Träger angeordnet bzw. befestigt werden. Mechanische Durchführungen sind für den mechanischen Lastabtrag von der Batterieeinheit an einen Träger, insbesondere an die Fahrzeugbefestigung, zuständig. Eine mechanische Durchführung sollte entsprechende Kräfte aufnehmen können und/oder kompensieren können, beispielsweise Kräfte aufgrund des Eigengewichts der Batterieeinheit und/oder aufgrund von Vibrationen und/oder Schlägen im Fahrzeug aufnehmen können, wie sie üblicherweise mehrmals über die Lebensdauer eines Fahrzeugs auftreten können. Hierfür sind die mechanischen Durchführungen entsprechend dimensioniert und weisen entsprechende Materialien, insbesondere hochfeste Materialien, beispielsweise Stahl, wie zum Beispiel Stahlwinkel, auf.
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Für effiziente Wärmedämmkonzepte sind optimierte, mechanische Durchführungen erforderlich, welche ein hohes Potential zur Reduktion des Wärmedurchgangs aufweisen. Hierdurch kann die Wärmedämmung des Gehäuses verbessert bzw. optimiert werden.
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Mittels des vorliegenden, erfindungsgemäßen Gehäuses kann insbesondere ein Wärmedämmkonzept für PLIT Batteriepacks zur Verfügung gestellt werden, wodurch Wärmeverluste im Bereich der mechanischen Durchführungen minimiert bzw. reduziert werden können.
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Vorteilhafterweise kann die Wärmedämmung sowie die mechanische Befestigung der Batterieeinheit entkoppelt werden. Der Vorteil liegt darin, dass hierdurch insbesondere über die Wärmedämmung kein bzw. lediglich ein geringer mechanischer Lastabtrag erfolgt. Hierdurch können beispielsweise leichtere und dünnere Materialien mit einem hohem Hohlraumanteil verwendet werden die eine effiziente Wärmedämmung ermöglichen. Beispielsweise kann die Minimierung einer Durchbruchsfläche der Wärmedämmung für die mechanische Durchführung eine effiziente Wärmedämmung darstellen.
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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. Ebenfalls können vorteilhafterweise Anforderungen an eine funktionierende Befestigung des Batteriepacks an das Fahrzeug erfüllt werden. Dabei können die mechanischen Durchführungen temperaturbedingte Längenausdehnungen kompensieren und/oder auch Vibration und andere Schwingungen dämpfen. Mit anderen Worten können die Dämpfungseigenschaften mittels der mechanischen Durchführung gesteigert bzw. verbessert werden.
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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 Batteriezelle im nicht genutzten Zustand vergleichbar langsamer auskühlt als in 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.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann das Abdeckelement an einer senkrecht zu einer Längsrichtung der durch die Gehäusewand durchgehend hindurch verlaufenden Öffnung angeordneten Seitenfläche der Gehäusewand anliegen. Mit anderen Worten kann das Abdeckelement an einer Seitenfläche der Gehäusewand anliegen, wobei die Seitenfläche der Gehäusewand senkrecht zu einer Längsrichtung der durch die Gehäusewand durchgehend hindurch verlaufenden Öffnung angeordnet ist. Vorzugsweise kann sich das Abdeckelement an einer senkrecht zu einer Längsrichtung der durch die Gehäusewand durchgehend hindurch verlaufenden Öffnung angeordneten Seitenfläche der Gehäusewand abstützen. Hierdurch kann die Batterieeinheit vorteilhafterweise mechanisch zuverlässig, beispielsweise an einem externen Träger, befestigt bzw. angeordnet werden. Ferner kann hierdurch vorteilhafterweise gewährleistet werden, dass sich das Abdeckelement derart an der Gehäusewand abstützt, dass die Gehäusewand zwischen dem Abdeckelement und dem Fixierungselement oder der Batteriezellenaufnahme eingeklemmt ist. Hierdurch kann eine sichere mechanische bzw. eine mechanisch zuverlässige Befestigung des Gehäuses ermöglicht werden.
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In einer Weiterentwicklung kann das Abdeckelement und das Fixierungselement kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Abdeckelement mechanisch zuverlässig an dem Fixierungselement angeordnet ist, wodurch die Funktionalität des Abdeckelements verbessert bzw. gesteigert werden kann. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine mechanische Befestigung des Abdeckelements an dem Fixierungselement ermöglicht werden, sodass die Batterieeinheit mechanisch zuverlässig an einem Träger angeordnet werden kann.
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Vorzugsweise sind die Batteriezellenaufnahme und das Fixierungselement kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Batteriezellenaufnahme mechanisch zuverlässig an dem Fixierungselement angeordnet ist, wodurch die Funktionalität des Abdeckelements verbessert bzw. gesteigert werden kann. Ferner kann hierdurch gewährleistet werden, dass die Batteriezellen in der Batteriezellenaufnahme geschützt werden, da diese sicher bzw. mechanisch zuverlässig an dem Gehäuse angeordnet und/oder gehalten werden können. Hierdurch können die Batteriezellen vor Beschädigungen, beispielsweise durch externe Einflüsse, wie beispielsweise Vibrationen und/oder Schläge, geschützt werden.
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In einer beispielhaften Ausführung kann das Gehäuse weiterhin ein Halteelement aufweisen, welches der Umgebung des Gehäuses zugewandt angeordnet ist und kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Abdeckelement verbunden ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Abdeckelement sicher bzw. mechanisch zuverlässig an einem weiteren Träger und/oder Trägerelement angeordnet werden kann, wodurch die Funktionalität des Abdeckelements verbessert bzw. gesteigert werden kann. Hierdurch kann die Batterieeinheit insbesondere an einem externen Träger angeordnet werden, wodurch die Batterieeinheit insbesondere vor Beschädigungen, beispielsweise durch externe Einflüsse, wie beispielsweise Vibrationen und/oder Schläge, geschützt werden kann.
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In einer Weiterentwicklung ist zwischen dem Abdeckelement und dem Halteelement zumindest ein aus einem elastisch und/oder plastisch verformbaren Material, insbesondere elastisch verformbares Material, ausgebildetes Dämpfelement angeordnet. In einer vorteilhaften Ausführung kann das Dämpfelement beispielsweise an einer parallel zu der Längsrichtung der Öffnung angeordneten Seitenfläche des Abdeckelements angeordnet sein. Durch die zusätzliche Integration von Dämpfungselementen in der Aufhängung der mechanischen Durchführung, können Schwingungen bzw. Vibrationen besser absorbiert bzw. aufgenommen werden. Hierdurch können beispielsweise die Anforderungen an die Mechanik in der Batterieeinheit verringert bzw. gesenkt werden, wobei jedoch zugleich die Komponenten in der Batterieeinheit, beispielsweise die Batteriezellen geschont werden, was zur Steigerung ihrer Lebensdauer beiträgt.
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Vorzugsweise kann die Abdeckung und/oder das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert unter 1 Watt/(Meter mal Grad Kelvin), insbesondere W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,1 W/(mK), insbesondere mit einem Wert unter 0,01 W/(mK), ausgebildet sein. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung, beispielsweise über die mechanische Durchführung durch das Batteriepackgehäuse, beispielsweise aufgrund des Materials der mechanischen Durchführung 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.
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Ferner können beispielsweise unterschiedliche Materialien kombiniert werden, welche durch ihre unterschiedlichen Materialeigenschaften wie Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit im entsprechenden geometrischen Design derartig vereint werden, sodass sich ihre unterschiedlichen Materialeigenschaften gezielt ergänzen. Durch die entsprechende Materialwahl der mechanischen Durchführungen kann der Wärmestrom durch diese möglichen Wärmebrücken reduziert bzw. verringert werden.
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In einer Weiterentwicklung kann die Abdeckung und/oder das Gehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Hierdurch können vorteilhafterweise Wärmeverluste des Batteriepacks an die Umgebung, beispielsweise aufgrund des Materials der mechanischen Durchführung 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. 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 wird, kann insbesondere durch die Materialwahl als auch durch geometrisches Design der konduktive Wärmestrom durch den Anschluss verringert werden. Ferner kann mittels der Verwendung von Kunststoff Gewicht reduziert bzw. eingespart werden.
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Ferner wird erfindungsgemäß eine Batterieeinheit mit einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen sind. Mittels der vorliegenden Batterieeinheit mit einem Gehäuse kann insbesondere ein Wärmedämmkonzept realisiert werden, wodurch Wärmeverluste im Bereich der mechanischen 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.
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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. Weiterhin sollten die PLIT-Batteriepacks 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.
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Weiterhin wird die Verwendung einer Batterieeinheit vorgeschlagen, wobei 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.
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Figurenliste
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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 Schnittansicht eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung:
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1 zeigt eine schematische Darstellung 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. Die Batterieeinheit 20 kann zum Beispiel als Batteriepack oder als Batteriemodul oder als Batterie ausgebildet sein.
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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 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.
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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°C bis 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.
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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.
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Dies kann beispielsweise bevorzugt mittels einer effizienten Wärmedämmung realisiert werden. Hierfür weist das Gehäuse 22 eine zumindest teilweise aus einem wärmedämmenden Material 26 ausgebildete Gehäusewand 26 auf. Ferner kann das Gehäuse 22 insbesondere eine Wärmedämmung aufweisen. In einer Weiterentwicklung kann die Gehäusewand 26 des Gehäuses 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 die Gehäusewand 26 des Gehäuses 22 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Weiterhin weist das Gehäuse 22 eine durch die Gehäusewand 26 hindurch verlaufende Öffnung auf. Vorteilhafterweise kann die Batterieeinheit 20 mittels der Öffnung formschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube und/oder mittels einer Niete, an einer Vorrichtung und/oder an einem Träger angeordnet werden.
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2 zeigt in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 22 ist ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen sowie zu einer Befestigung der Mehrzahl an Batteriezellen, wobei das Gehäuse 22 eine zumindest teilweise aus einem wärmedämmenden Material ausgebildete Gehäusewand 26 aufweist. Beispielsweise kann das Gehäuse 22 gemäß 2 gemäß dem Gehäuse 22 gemäß 1 ausgebildet sein, und somit Batteriezellen gemäß 1 aufnehmen. 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 umfassen kann. Das Gehäuse 22 kann insbesondere zu einer Aufnahme eines Batteriemoduls 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.
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In einer Weiterentwicklung kann die Gehäusewand 26 des Gehäuses 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 die Gehäusewand 26 des Gehäuses 22 zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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In dem Gehäuse 22 können insbesondere eine Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen sein. Die Batteriezellen können in einer Weiterentwicklung als Mitteltemperaturbatteriezellen ausgebildet sein. Die Batteriezellen können insbesondere bei einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C betrieben werden, bevorzugt zwischen 70°C und 85°C und insbesondere bei 80°C.
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Weiterhin weist das Gehäuse 22 eine durch die Gehäusewand 26 hindurch verlaufende Öffnung 28 und ferner eine Batteriezellenaufnahme 30, ausgebildet zu der Aufnahme der Mehrzahl an Batteriezellen, auf. Die Batteriezellenaufnahme 30 ist insbesondere innerhalb der Batterieeinheit, mit anderen Worten in einem Inneren 31 der Batterieeinheit 20 zur Aufnahme der Batteriezellen angeordnet. Das Gehäuse 22 weist ferner ein Fixierungselement 32 auf, wobei das Fixierungselement 32 innerhalb der Öffnung 28 des Gehäuses 22 verlaufend angeordnet ist und mit der Batteriezellenaufnahme 30 verbunden ist. Das Fixierungselement 32 kann beispielsweise Zylinder-Förmig ausgeführt sein, insbesondere als Stift, wobei weiterhin an der Oberfläche des Fixierungselement 32 Ausbuchtungen 33 eingebracht sein können. Mittels der Ausbuchtungen 33 kann das Fixierungselement 32 beispielsweise sich gegenüber anderen Elementen abstützen. Das Fixierungselement 32 kann beispielsweise als Stahlbolzen 32 ausgeführt sein.
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Das Fixierungselement 32 und die Batteriezellenaufnahme 30 können beispielsweise kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann das Fixierungselement 32 mittels einer Schraube und/oder einer Niete an der Batteriezellenaufnahme 30 angeordnet sein. In einer Weiterentwicklung kann das Fixierungselement 32 mittels einer Klebeverbindung, beispielsweise eines Flüssigklebers und/oder eines Klebestreifens, an der Batteriezellenaufnahme 30 angeordnet sein bzw. mit der Batteriezellenaufnahme 30 verbunden sein.
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Weiterhin weist das Gehäuse 22 ein zumindest teilweise aus einem wärmedämmenden Material ausgebildetes Abdeckelement 34 auf. Das Abdeckelement 34 kann insbesondere als eine wärmedämmende Hülse 34 ausgeführt sein. Das Abdeckelement 34 ist in einer Umgebung 36 des Gehäuses 22 und zumindest teilweise in der Öffnung 28 des Gehäuses 22 verlaufend bzw. in der Öffnung 28 der Gehäusewand 26 des Gehäuses 22 verlaufend angeordnet, wobei die Batteriezellenaufnahme 30 in dem Inneren 31 des Gehäuses 22 angeordnet ist. Das Abdeckelement 34 kann beispielsweise als Zylinder ausgeformt sein, wobei das zylinderförmigen Abdeckelement 34 insbesondere einen Hohlraum aufweisen kann. Der Hohlraum des Abdeckelements 34 kann derart ausgestaltet sein, dass das Fixierungselement 32 hineingeschoben werden kann. Das Abdeckelement kann 34 kann beispielsweise als Hülse 34, beispielsweise als Kunststoffhülse 34, ausgeführt sein. Die Abdeckung 34 und/oder das Gehäuse 22 sind in einer Weiterentwicklung 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. Das Abdeckelement 34 und/oder das Gehäuse 22 sind in einer Weiterentwicklung zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet.
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Weiterhin ist das Abdeckelement 34 derart zumindest teilweise an dem Fixierungselement 32 angeordnet, dass das Abdeckelement 34 alle der Umgebung 36 des Gehäuses 22 zugewandten Oberflächen des Fixierungselements 32 bedeckt und/oder wärmedämmend abschirmt. Das Abdeckelement 34 und das Fixierungselement 32 können beispielsweise kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann das Abdeckelement 34 mittels einer Schraube und/oder einer Niete an dem Fixierungselement 32 Batteriezellenaufnahme 30 angeordnet sein. In einer Weiterentwicklung kann das Fixierungselement 32 mittels einer Klebeverbindung, beispielsweise eines Flüssigklebers und/oder eines Klebestreifens an dem Abdeckelement 34 angeordnet sein bzw. mit dem Abdeckelement 34 verbunden sein.
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Die durch die Gehäusewand 26 durchgehend hindurch verlaufende Öffnung 28 weist insbesondere eine Längsrichtung auf. Ferner kann die Gehäusewand 26 eine Seitenfläche 38 aufweisen, wobei die Seitenfläche 38 insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung der Öffnung 28 verläuft. Das Abdeckelement 34 kann insbesondere an der Seitenfläche 38 anliegen. Mit anderen Worten kann Abdeckelement 34 insbesondere an einer senkrecht zu einer Längsrichtung der durch die Gehäusewand 26 durchgehend hindurch verlaufenden Öffnung 28 angeordneten Seitenfläche 38 der Gehäusewand 26 anliegen. Hierfür kann das Abdeckelement 34 insbesondere Ausbuchtungen 35 aufweisen. Mit anderen Worten stützen sich die Ausbuchtungen 35 an der Seitenfläche 38 der Gehäusewand 26 ab.
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In einer Weiterentwicklung kann das Gehäuse 22 eine Kaschierung 40 aufweisen. Die Kaschierung 40 ist insbesondere auf der Gehäusewand 26 und somit auf dem Material zur Wärmedämmung, insbesondere auf dem Kunststoff, angeordnet, insbesondere in Richtung außerhalb des Gehäuses 22 und somit in Richtung der Umgebung 36 des Gehäuses 22. Die Kaschierung 40 kaschiert bzw. deckt das Gehäuse 22 bzw. die Gehäusewand 26 nach außen hin bzw. zur Umgebung hin ab. Mittels der Kaschierung 40 kann das Gehäuse 22 vor äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise Schlägen, Verkratzung, einem ungewollten Stoffaustausch oder auch weitere, geschützt werden. Ferner kann die Kaschierung 40 eine Seitenfläche aufweisen, wobei die Seitenfläche der Kaschierung 40 insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung der Öffnung 28 verläuft. Das Abdeckelement 34 kann in einer weiteren Ausführungsform an der Seitenfläche der Kaschierung 40 anliegen. Mit anderen Worten kann Abdeckelement 34 insbesondere an einer senkrecht zu einer Längsrichtung der durch die Gehäusewand 26 durchgehend hindurch verlaufenden Öffnung 28 angeordneten Seitenfläche der Kaschierung 40 anliegen.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann das Fixierungselement 32 einen innerhalb der Gehäusewand 26 angeordneten ersten Abschnitt und einen außerhalb der Gehäusewand angeordneten zweiten Abschnitt sowie einen in der Öffnung 28 angeordneten dritten Abschnitt aufweist. Der erste Abschnitt kann insbesondere mit der Batteriezellenaufnahme verbunden sein, der zweite Abschnitt kann insbesondere von dem Abdeckelement 34 bedeckt sein. Ferner kann der dritte Abschnitt zumindest teilweise von dem Abdeckelement 34 bedeckt sein.
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Das Gehäuse 22 weist in dieser vorteilhaften Ausführung weiterhin ein Halteelement 42 auf, welches der Umgebung 36 des Gehäuses 22 zugewandt angeordnet ist und kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Abdeckelement 34 verbunden ist. Das Halteelement 42 kann beispielsweise röhrenförmig und/oder ringförmig ausgebildet sein, sodass das Abdeckelement 34 in dem Halteelement 42 aufgenommen werden kann. Mittels des Halteelements 42 kann das Gehäuse 22 und somit die Batterieeinheit über das Fixierungselement 32 sowie das Abdeckelement 34 an einem äußeren Träger 44 bzw. an einer weiteren Vorrichtung 44 angeordnet werden. Der äußere Träger 44 bzw. die weitere Vorrichtung 44 kann beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet werden. Das Halteelement 42 kann hierfür in einer ersten Ausführungsform einstückig ausgeführt sein. In einer zweiten Ausführung kann das Halteelement 42 einen Aufnehmer 46 sowie ein äußeres Befestigungselement 48 aufweisen. Mittels des Aufnehmers 46 kann das Halteelement 42 an der Abdeckung 34 angeordnet werden, wobei mittels des Befestigungselements 48 das Halteelement 42 und somit das Gehäuse 22 an dem externen Träger 44 bzw. der weiteren Vorrichtung 44 angeordnet werden kann. Die Anordnung des Befestigungselements 48 an einem externen Träger 44 kann beispielsweise mittels einer kraftschlüssigen, formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung erfolgen. Beispielsweise kann das Befestigungselement 48 mittels einer Schraubverbindung 50 an dem Träger 44 angeordnet werden. In einer Weiterentwicklung kann ferner eine Klebeverbindung verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann zwischen dem Abdeckelement 34 und dem Halteelement 42 weiterhin zumindest ein aus einem elastisch und/oder plastisch verformbaren Material, insbesondere elastisch verformbares Material, ausgebildetes Dämpfelement 52 angeordnet sein. Das Dämpfelement 52 kann insbesondere an einer parallel zu der Längsrichtung der Öffnung angeordneten Seitenfläche des Abdeckelements 34 angeordnet sein. Das Dämpferelement 52 kann insbesondere ringförmig ausgebildet sein. Mittels des Dämpferelements 52 können insbesondere minimale Bewegungen zugelassen somit abgefedert werden. Insbesondere können minimale, dämpfungsbedingte Bewegungen in alle Freiheitsgrade ermöglicht werden. Das Dämpferelement 52 kann insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit den jeweiligen angrenzenden Elementen verbunden sein.
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In einer Weiterentwicklung kann zwischen dem Dämpferelement 52 und dem Abdeckelement 34 ein weiteres, zweites Halteelement 54 angeordnet sein. Das weitere, zweite Halteelement 54 ist insbesondere ringförmig ausgeführt, wobei eine Längsrichtung des Halteelement 54 sowie eine Längsrichtung Abdeckelement 34 parallel zueinander angeordnet sind. Das weitere, zweite Halteelement 54 kann insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Abdeckelement 34 verbunden sein. In dieser vorteilhaften Ausführung ist das weitere, zweite Halteelement 54 mittels eines Clips 56, insbesondere mittels eines Überwurfclip 56, somit mittels einer Klipsverbindungen an dem Abdeckelement 34 angeordnet. Ferner ist das weitere Halteelement 54 insbesondere auf dem Abdeckelement 34 übergestülpt. Der Clip 56 ist insbesondere derart angeordnet, dass das Halteelement 54 nicht verrutschen kann und insbesondere nicht vom Abdeckelement 34 abrutschen kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse 22 wird die mechanische Last von einer Batteriezellenaufnahme 30, beispielsweise einem Tragrahmen, im Inneren des Batteriepacks durch die mechanisch nichtragende Wärmedämmung an einen äußeren, externen Träger 44 übertragen, wobei der äußere, externe Träger 44 insbesondere an einem Fahrzeug befestigt werden kann. Hierbei kann das Fixierungselement 32, beispielsweise ein Stahlbolzen, von dem Abdeckelement 34, beispielsweise einer Kunststoffhülse, ummantelt werden. Das Abdeckelement 34 kann vorzugsweise aus einem festen Glasfaser verstärkten Kunststoff, beispielsweise GFK, ausgeführt sein. Spezielle Glasfaserverbundwerkstoffe, zum Beispiel Glastherm, weisen beispielsweise hohe Druckfestigkeiten in Kombination mit geringer Wärmeleitfähigkeit auf im Vergleich zu anderen Materialen.
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Die Kombination dieser Materialien verringert gegenüber Stahl bei gleicher Fläche den Wärmedurchgang. Gleichzeitig erreicht der kreisrunde Querschnitt der Verbindung eine hohe Biegefestigkeit und/oder Druckfestigkeit vorzugsweise in alle Richtungen. Die Abdeckung 34 überträgt die Last insbesondere an ein mit einem Dämpferring 52 versehenes Lager, das an dem äußeren Träger 44 befestigt ist. Das Lager kann insbesondere das Halteelement 42, das Dämpferelement 52 und/oder das weitere, zweite Halteelement 54 aufweisen. Die Abdeckung 34 wird hierbei mit einem Clip 56, insbesondere einem Überwurfclip 56, positioniert. Das Lager ist so aufgebaut, dass axial auftretende Längenausdehnungen, zum Beispiel durch Temperaturwechsel, kompensiert und/oder axiale Bewegungen aufgefangen werden können. Die Feder/Dämpfer-Kombination aus Elastomer kann in radialer Richtung Schwingungen abschwächen und vorzugsweise hohe Kräfte übertragen. Durch die Geometrie des Dämpferelements 52 und der angrenzenden Bauteile kann in Verbindung mit der Shorehärte die Nachgiebigkeit, insbesondere die Federkennlinie, und das gewünschte Verhalten, beispielsweise linear, degressiv und/oder progressiv, eingestellt werden.
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2 zeigt auf der Außenseite 36 die Aufhängung des Gehäuses 22. Auf der Innenseite 31 des Gehäuses 22 ist ein Schnitt durch den oberen Teil der Durchführung 28 bzw. eine Öffnung 28 dargestellt. Die Öffnung 28 verläuft durch die Gehäusewand 26 und somit durch die Wärmedämmung des Gehäuses 22 hindurch. Die Kräfte der Batteriezellenaufnahme 30 können über das Fixierungselement 32 und somit über den Stahlbolzen 32 zur Außenseite 36 der Batterieeinheit 20 geleitet werden. Das Fixierungselement 32 leitet die Kräfte an die Abdeckung 34 weiter, welche über den Überwurfclip 56, insbesondere aus Kunststoff, zu dem weiteren Halteelement 54 positioniert wird. Der um das Abdeckelement 34 liegende Dämpfer 52, insbesondere aus Elastomer, wird ebenfalls durch den Clip 56 in Position gehalten bzw. kann stoffschlüssig beispielsweise durch Vulkanisation oder Umspritzen mit dem Halteelement 54 und/oder dem Aufnehmer 46 verbunden sein. Der Aufnehmer 46 um den Dämpfer herum lässt eine gewisse axiale Bewegung zu bevor der Weg mechanisch begrenzt wird, aufgrund des ringförmigen, metallischen Kontakts. Der Aufnehmer 46 ist insbesondere mit dem äu-ßeren Befestigungselement 48 verbunden, insbesondere mittels einer festen, starren Verbindung. Das äußere Befestigungselement 48 wird insbesondere mittels einer Schraubenverbindung 50 an dem äußeren Träger 44 angeordnet bzw. befestigt.
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Durch die Kombination mehrerer derartiger Kraftübertragungselemente an einem Gehäuse 22 kann die Aufhängung einer Batterieeinheit in einem Fahrzeug realisiert werden und die auftretenden Kräfte in allen Raumrichtungen übertragen werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 22 gemäß 3 kann gemäß dem Gehäuses 22 gemäß 2 ausgeführt sein. Im Gegensatz zu dem Gehäuse 22 gemäß 2 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform gemäß 3 das Gehäuse 22 nicht in einer Schnittdarstellung dargestellt. Das Gehäuse 22 ist gemäß 3 von der Umgebung 36 des Gehäuses 22 dargestellt. In anderen Worten zeigt 3 eine Darstellung von der Umgebung 36 des Gehäuses 22 auf das Gehäuse 22. In dieser vorteilhaften Ausführung ist insbesondere die Kaschierung 40, das Halteelement 42, insbesondere mit dem Aufnehmer 46 sowie dem Befestigungselement 48, das weitere Halteelement 46, das Dämpferelement 52, sowie die Befestigungsschrauben 50 dargestellt. Diese Komponenten gemäß 3 sind entsprechend den Komponenten gemäß 2 zueinander angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009018787 A1 [0002]
