DE102019105554A1

DE102019105554A1 - Batterie

Info

Publication number: DE102019105554A1
Application number: DE102019105554.7A
Authority: DE
Inventors: David Seibert; Martin Jäger; Michael Quast; Michele Caggiano
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-12
Also published as: CN210224223U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie.Die erfindungsgemäße Batterie umfasst mindestens eine Kühllamelle (1) und eine Batteriezelle (2), wobei die Batteriezelle (2) zwecks Abführung von Wärme mit der Kühllamelle (1) verbunden ist und wobei die Kühllamelle (1) sich in einem Randbereich verzweigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie.
Die US 8305104 B2 offenbart eine Batterie mit Kühllamellen und Batteriezellen, die stapelförmig angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst mindestens eine Kühllamelle und eine Batteriezelle, wobei die Batteriezelle zwecks Abführung von Wärme mit der Kühllamelle verbunden ist und wobei die Kühllamelle sich in einem Randbereich verzweigt.
Das Vorsehen einer Verzweigung ermöglicht mehrere Vorteile. Beispielsweise ist es möglich, den Querschnitt der Kühllamelle im Randbereich zu vergrößern und damit eine verbesserte Wärmeabführung beispielsweise an eine mit der Kühllamelle verbundene Kühlplatte zu ermöglichen, wobei die Verzweigung gewichtsreduzierend wirkt. Des Weiteren kann die Verzweigung genutzt werden, einen Hohlraum auszubilden, um mittels einer Kühlmittelvorrichtung durch diesen ein Kühlmedium hindurchzuleiten, um eine vorteilhafte Wärmeabfuhr zu gewährleisten. In diesem Falle sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, auf eine zusätzliche Kühlplatte zu verzichten, was Vorteile betreffs des Gewichts, der Bauteilkomplexität und/oder des Bauraums ermöglicht.
Der Hohlraum kann durch die Verzweigung allein oder in Zusammenwirkung mit anderen Bauteilen ausgebildet sein. Die Batteriezelle kann die Kühllamelle direkt kontaktieren oder über ein wärmeleitfähiges Medium mit der Kühllamelle verbunden sein.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen Querschnitt einer ersteb Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie, und
2 eine Variante einer Kühllamelle.

Die in 1 gezeigte Batterie umfasst eine Kühllamelle 1 und eine Batteriezelle 2, wobei die Batteriezelle zwecks Abführung von Wärme mit der Kühllamelle 1 verbunden ist und wobei die Kühllamelle 1 sich in einem Randbereich verzweigt.
Die Kühllamelle 1 verzweigt sich im Randbereich in einen ersten und zweiten Arm. Die Materialstärke für den jeweiligen Arm entspricht der Materialstärke der Kühllamelle vor der Verzweigung, womit die Kühllamelle 1 im Randbereich insgesamt eine höhere Materialstärke aufweist als in der Mitte der Kühllamelle 1. In einer Variante kann die Materialstärke der Arme geringer oder dicker als die vor dem Randbereich ausgebildet werden. Die beiden Arme enden an einer großflächigen Kontaktfläche 6 der Kühllamelle 1, die eine gute Ableitung der Wärme ermöglichen. Die Kontaktfläche 6 ist im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Kühllamelle 1 orientiert, so dass sich ein T-förmiges Profil ergibt. In dieser Variante wird ein Hohlraum 4 gebildet, der durch die Verzweigung und die Kontaktfläche 6 umschlossen ist.
Die gezeigte Batterie umfasst mehrere Kühllamellen 1 und Batteriezllen 2, wobei eine Batteriezelle 2 an der Oberseite und eine Batteriezelle 2 an der Unterseite jeweils einer Kühllamelle 1 angeordnet ist. Die so gebildeten Einheiten aus jeweils einer Kühllamelle 1 mit beidseitig angeordneten Batteriezellen 2 sind stapelförmig flächig übereinander liegend angeordnet und jeweils durch eine komprimierbare Schicht 5 voneinander getrennt sind. Der Vorteil ist, dass dieser Bereich thermisch adiabat ist (SymmetrieEbene) und deshalb für, vorzugsweise thermisch schlecht leitende, mechanische Ausgleichselemente (z.B. Schaumstoff) verwendet werden kann. Wenn kein mechanischer Ausgleich nötig ist, können die Zellen auch direkt aufeinander gelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Schicht zusätzlich oder alternativ wärmeisolierend sein.
Des Weiteren sind die Kühlfinnen 1 in den gegenüberliegendem Randbereich spiegelsymmetrisch ausgebildet, was eine Wärmeabfuhr zu beiden Seiten des Stapels ermöglicht. Die Kühlfinnen 1 sind in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen planar, die Batteriezellen sind quaderförmig, wobei die Dicke/Höhe wesentlich kleiner ist als die Breite und die Länge.
Des Weiteren umfasst die Batterie eine Kühlplatte 3, wobei die mindestens eine Kühllamelle 1 im Randbereich mit der Kühlplatte 3 zwecks Abführung von Wärme verbunden ist. Hier sind zwei mit einem Kühlmittel durchströmbare Kühlplatten 3 vorgesehen, die jeweils auf einer Seite des Stapels angeordnet sind und mit den Kontaktflächen 6 der jeweiligen Kühllamelle 1 vorzugsweise vollflächig verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise mittels eines wärmeleitenden Mediums, beispielsweise eine thermisch leitfähigen Kleber, hergestellt werden. Alternativ ist eine Kühlung mit Luft möglich. In einer Variante umfassen die Kühlplatten 3 an den Außenseiten Rippen, an denen Kühlluft vorbeiströmt.
Durch den stapelförmigen Aufbau und dadurch, dass eine Kühllamelle mit zwei Batteriezellen wärmeverbunden ist, kann ein besonders kompakter Aufbau erzielt werden. Durch die Verzweigung und Vergrößerung der Querschnittsfläche der Kühlfinne 1 im Randbereich kann die Wärme gut aus den Bereich der Batteriezellen 2 an die Kühlplatte 3 geleitet und von dort abgeführt werden. Ebenfalls zu einer guten Wärmeabfuhr trägt bei, dass an beiden Seiten der Kühlfinne 1 eine Wärmeableitung möglich ist. Die Ausführungsform eignet sich damit insbesondere für Hochvoltbatterien mit Spannungen von über 60 V. Ebenfalls gut geeignet ist die Ausführungsform für Batterien, insbesondere 48V Batterien, mit hoher Leistung.
Die Kühlfinnen 1 sind mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt und einstückig. Ein Extrusionsverfahren ermöglicht eine kostengünstige Herstellung einer im Vergleich zu Kühllamellen aus einfachem Blech komplexen Form. Die Einstückigkeit beschränkt ebenfalls den Herstellungsaufwand. Als Material eignet sich insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, da zum einen leicht und zum anderen gut wärmeleitend.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform. In dieser Variante ist eine Kühlfinne 1 derart ausgebildet, dass durch die Verzweigung ein Hohlraum 4 gebildet wird, der mit einer Kühlmittelvorrichtung verbunden ist, die eingerichtet ist, Kühlmittel durch den Hohlraum 4 zu leiten zwecks Abführung von Wärme. Entsprechend der in 1 gezeigten Ausführungsform kann auf diese Weise ein kompakter Stapel aus Batteriezellen 2, Kühlfinne 1 und Isolationsschichten 5 aufgebaut werden. Auf die Kühlplatten 3 kann verzichtet werden, da diese Funktion durch die Kühlfinnen 1 übernommen werden.
Für den Aufbau als vorteilhaft herausgestellt hat sich eine Dicke/Höhe der Batteriezelle im Bereich von 5mm - 15mm, eine Dicke der Isolationsschicht von 1mm - 2mm und eine Dicke der Kühlfinne von 0,8mm - 1,5mm.
Die erfindungsgemäße Batterie eignet sich insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbereich, beispielsweise als Batterie für die Energieversorgung eines Elektromotors eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8305104 B2 [0002]

Claims

Batterie, umfassend mindestens eine Kühllamelle (1) und eine Batteriezelle (2), wobei die Batteriezelle (2) zwecks Abführung von Wärme mit der Kühllamelle (1) verbunden ist und wobei die Kühllamelle (1) sich in einem Randbereich verzweigt.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die Verzweigung einen Hohlraum (4) ausbildet.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühllamelle (1) mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt wurde.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühllamelle (1) im Randbereich eine höhere Materialstärke aufweist als in der Mitte der Kühllamelle (1).
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühllamelle (1) am Rand eine Kontaktfläche (6) aufweist, die im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühllamelle (1) einstückig ausgebildet ist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Kühlplatte (3), wobei die mindestens eine Kühllamelle (1) im Randbereich mit der Kühlplatte (3) zwecks Abführung von Wärme verbunden ist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend eine weitere Batteriezelle (2), wobei jeweils eine Batteriezelle (2) an der Oberseite und eine Batteriezelle (2) an der Unterseite der Kühllamelle (1) angeordnet sind.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Einheiten mit jeweils einer Kühllamelle (1) und zwei Batteriezellen (2), wobei eine Batteriezelle (2) an der Oberseite und eine Batteriezelle (2) an der Kühllamelle (1) angeordnet ist, stapelförmig angeordnet sind und durch eine Schicht (5) voneinander getrennt sind.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum (4) mit einer Kühlmittelvorrichtung verbunden ist, die eingerichtet ist, Kühlmittel durch den Hohlraum (4) zu leiten zwecks Abführung von Wärme.