DE102019121161B4

DE102019121161B4 - Batteriezellenanordnung

Info

Publication number: DE102019121161B4
Application number: DE102019121161.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Groß; Dominik Grass
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: DE102019121161A1

Abstract

Batteriezellenanordnung (2) mit einer Batteriezelle (5) und zumindest einer ersten Kühlplatte (6) und einer zweiten Kühlplatte (7), wobei zwischen der ersten Kühlplatte (6) und der zweiten Kühlplatte (7) ein erstes elastisches Element (8) angeordnet ist, wobei die erste Kühlplatte (6) an der Batteriezelle (5) anliegt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, wobei eine erste thermisch leitende Folie (9) die Anordnung von Batteriezelle (5), erster Kühlplatte (6), erstem elastischen Element (8) und zweiter Kühlplatte (7) überspannt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung und eine Batterie mit einer Batteriezellenanordnung, insbesondere eine Fahrbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Fahrbatterien sind Batterien, welche einen Elektromotor speisen zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Dabei kann das Kraftfahrzeug rein elektrisch betrieben sein oder alternativ auch als Hybrid-Fahrzeug o.Ä. betrieben sein.
Typischerweise ist die Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und entsprechend mit einer Mehrzahl von Batteriezellenanordnungen ausgebildet, wobei die Batteriezellen benachbart zueinander angeordnet sind, welche im Betrieb Wärme abgeben. Um die Batteriezellen zu kühlen, ist es bekannt, dass zumindest eine Kühlplatte vorgesehen ist, welche thermisch an die Batteriezellen gekoppelt ist, so dass die Kühlplatte Wärme von den Batteriezellen aufnehmen kann. Die Kühlplatte ist dabei typischerweise von einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs durchströmt, so dass eine kontinuierliche Wärmeabfuhr möglich ist.
Die DE 10 2014 004 770 A1 offenbart eine Anordnung von Batteriezellen, die an einer Kühlplatte mit einer ihrer Schmalseiten angeordnet sind, wobei zwischen den Batteriezellen Wärmetauscherplatten angeordnet sind, die von der Kühlplatte abragen.
Die US 9 716 296 B2 zeigt eine Stapelung von Batteriezellen, die mittels Graphitblättern mit einem kühlmitteldurchströmten Rohr thermisch verbunden sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batteriezellenanordnung und eine Batterie mit einer Batteriezellenanordnung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert sind.
Weiteren Stand der Technik zeigen die EP 2 405 528 B1 , die DE 10 2014 210 570 A1 und die DE 10 2013 112 731 A1 .
Solche Lösungen zeigen noch Nachteile im Betrieb der Batterie.
Die Aufgabe zur Batteriezellenanordnung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung mit einer Batteriezelle und zumindest einer ersten Kühlplatte und einer zweiten Kühlplatte, wobei zwischen der ersten Kühlplatte und der zweiten Kühlplatte ein erstes elastisches Element angeordnet ist, wobei die erste Kühlplatte an der Batteriezelle anliegt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, wobei eine erste thermisch leitende Folie die Anordnung von Batteriezelle, erster Kühlplatte, erstem elastischen Element und zweiter Kühlplatte überspannt. Dadurch wird eine thermisch gut leitende Verbindung der Batteriezelle an die beiden Kühlplatten durch das erste elastische Element erreicht, so dass eine effektive Kühlung bei geringen Kosten erreicht wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn zumindest eine dritte Kühlplatte und eine vierte Kühlplatte vorgesehen sind, wobei zwischen der dritten Kühlplatte und der vierten Kühlplatte ein zweites elastisches Element angeordnet ist, wobei die dritte Kühlplatte an der Batteriezelle anliegt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, wobei eine zweite thermisch leitende Folie die Anordnung von Batteriezelle, dritter Kühlplatte, zweitem elastischem Element und vierter Kühlplatte überspannt. Dadurch kann eine effektive Kühlung der Batteriezelle erreicht werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte und/oder der dritten und vierten Kühlplatte an jeweils einer Schmalseite der Batteriezelle angeordnet sind. Dadurch wird eine bauraumsparende Anordnung erreicht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte und der dritten und vierten Kühlplatte an jeweils gegenüberliegenden Schmalseiten der Batteriezelle vorgesehen ist. Dadurch kann eine Batteriezelle jeweils von beiden Schmalseiten gekühlt werden, was die Effizienz der Kühlung verbessert.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste thermisch leitende Folie und/oder die zweite thermisch leitende Folie die Batteriezelle jeweils zumindest etwa hälftig umgreifen. So kann eine gute thermische Anbindung und gegebenenfalls elastische Anbindung erreicht werden.
Beispielsweise ist die erste und/oder zweite thermisch leitende Folie eine Graphitfolie oder eine graphithaltige Folie.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die erste thermisch leitende Folie und die zweite thermisch leitende Folie einteilig miteinander ausgebildet sind oder miteinander verbunden ausgebildet sind.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das erste elastische Element und/oder das zweite elastische Element als Graphitrohr und Silikonrohr ausgebildet sind.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn das Silikonrohr in dem Graphitrohr angeordnet ist.
Die Aufgabe zur Batterie wird mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellenanordnungen, wobei die Batteriezellenanordnungen an ihren Breitseiten aneinander anliegen. So wird ein kompakter Aufbau erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Batteriezellenanordnungen unter einer Vorspannung aneinander anliegen. Damit wird die Anbindung der thermisch leitenden Folie verbessert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Batterie mit Batteriezellenanordnungen, und
2 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Batterie mit Batteriezellenanordnungen.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Batterie 1 mit einer Mehrzahl von Batteriezellenanordnungen 2. Dabei sind beispielhaft drei Batteriezellenanordnungen 2 gezeigt. Es können grundsätzlich aber auch mehr oder weniger Batteriezellenanordnungen 2 vorgesehen sein.
Die 1 zeigt, dass die jeweiligen Batteriezellenanordnungen 2 benachbart zueinander angeordnet sind und jeweils an ihren Breitseiten aneinander anliegen.
Die Pfeile 3 deuten an, dass die Batteriezellenanordnungen 2 unter einer Vorspannung aneinander anliegen. Die Vorspannung kann beispielsweise durch Druck und/oder Federvorspannung mittels einer Spannfeder erfolgen.
Die 2 zeigt, dass die Batteriezellenanordnungen 2 in einem Gehäuse 4 angeordnet sind.
Die 1 und 2 zeigen Details der jeweiligen Batteriezellenanordnung 2.
Eine Batteriezellenanordnung 2 ist mit einer Batteriezelle 5 versehen und mit zumindest einer ersten Kühlplatte 6 und einer zweiten Kühlplatte 7.
Dabei ist zwischen der ersten Kühlplatte 6 und der zweiten Kühlplatte 7 ein erstes elastisches Element 8 angeordnet.
Dabei liegt die erste Kühlplatte 6 an der Batteriezelle 5 an einer Schmalseite an und ist mit dieser thermisch gekoppelt.
Aus der 1 ist auch zu erkennen, dass eine erste thermisch leitende Folie 9 vorgesehen ist, welche die Anordnung von Batteriezelle 5, erster Kühlplatte 6, erstem elastischen Element 8 und zweiter Kühlplatte 7 überspannt. Dabei ist die erste thermisch leitende Folie 9 u-förmig über die Anordnung gespannt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind optional weiterhin zumindest eine dritte Kühlplatte 10 und eine vierte Kühlplatte 11 vorgesehen, wobei zwischen der dritten Kühlplatte 10 und der vierten Kühlplatte 11 ein zweites elastisches Element 12 angeordnet ist.
Dabei liegt die dritte Kühlplatte 10 an der Batteriezelle 5 an und ist mit der Batteriezelle 5 thermisch gekoppelt. Dabei ist auch eine zweite thermisch leitende Folie 13 vorgesehen, welche die Anordnung von Batteriezelle 5, dritter Kühlplatte 10, zweitem elastischem Element 12 und vierter Kühlplatte 11 überspannt. Dabei ist die zweite thermisch leitende Folie 13 u-förmig über die Anordnung gespannt.
Es ist auch zu erkennen, dass die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte 6, 7 und/oder der dritten und vierten Kühlplatte 10, 11 an jeweils einer Schmalseite der Batteriezelle 5 angeordnet sind. So erfolgt die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte 6, 7 und der dritten und vierten Kühlplatte 10, 11 an jeweils gegenüberliegenden Schmalseiten der Batteriezelle 5.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste thermisch leitende Folie 9 und/oder die zweite thermisch leitende Folie 13 derart angeordnet, dass sie die Batteriezelle 5 jeweils zumindest etwa hälftig umgreift bzw. umgreifen. Dabei kann die erste thermisch leitende Folie 9 und die zweite thermisch leitende Folie 13 einteilig miteinander ausgebildet sein oder miteinander verbunden ausgebildet sein. Auch können die Folien 9, 13 getrennt angeordnet sein.
Die jeweilige Folie kann als Graphitfolie oder als graphithaltige Folie ausgebildet sein.
Die Verwendung der Folie bzw. der Folien 9, 13 erlaubt einen guten Toleranzausgleich zwischen den Batteriezellen 5 und es können optional zusätzliche Gapfüller zwischen den Batteriezellen 5 vermieden werden. Auch ist eine verbesserte thermische Anbindung der Batteriezellen 5 an die Kühlplatten 6, 7, 10, 11 möglich.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das erste elastische Element 8 und/oder das zweite elastische Element 12 als Graphitrohr 14 und Silikonrohr 15 ausgebildet ist bzw. sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Silikonrohr 15 in dem Graphitrohr 14 angeordnet ist.
Die Kühlplatten 6, 7 bzw. 10, 11 können miteinander verquetscht oder verschraubt sein. Dabei können geschweißte bzw. rührreibgeschweißte oder gelötete Lagen zu den Kühlplatten 6, 7, 10, 11 ausgebildet sein. Auch können Strangpressprofile als Kühlplatten verwendet werden.
Die Folie bzw. die Folien 9, 13 werden zwischen den Batteriezellen 5 durch Druck bzw. Federspannung verspannt.
Die Batteriezellen können als Pouchzellen, Coffee-Bag-Zellen oder anderweitig ausgebildet sein.

Claims

Batteriezellenanordnung (2) mit einer Batteriezelle (5) und zumindest einer ersten Kühlplatte (6) und einer zweiten Kühlplatte (7), wobei zwischen der ersten Kühlplatte (6) und der zweiten Kühlplatte (7) ein erstes elastisches Element (8) angeordnet ist, wobei die erste Kühlplatte (6) an der Batteriezelle (5) anliegt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, wobei eine erste thermisch leitende Folie (9) die Anordnung von Batteriezelle (5), erster Kühlplatte (6), erstem elastischen Element (8) und zweiter Kühlplatte (7) überspannt.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dritte Kühlplatte (10) und eine vierte Kühlplatte (11) vorgesehen sind, wobei zwischen der dritten Kühlplatte (10) und der vierten Kühlplatte (11) ein zweites elastisches Element (12) angeordnet ist, wobei die dritte Kühlplatte (10) an der Batteriezelle (5) anliegt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, wobei eine zweite thermisch leitende Folie (13) die Anordnung von Batteriezelle (5), dritter Kühlplatte (10), zweitem elastischem Element (12) und vierter Kühlplatte (11) überspannt.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte (6, 7) und/oder der dritten und vierten Kühlplatte (10, 11) an jeweils einer Schmalseite der Batteriezelle (5) angeordnet ist.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der ersten und zweiten Kühlplatte (6, 7) und der dritten und vierten Kühlplatte (10, 11) an jeweils gegenüberliegenden Schmalseiten der Batteriezelle (5) vorgesehen ist.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste thermisch leitende Folie (9) und/oder die zweite thermisch leitende Folie (13) die Batteriezelle (5) jeweils zumindest etwa hälftig umgreift.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste thermisch leitende Folie (9) und die zweite thermisch leitende Folie (13) einteilig miteinander ausgebildet sind oder miteinander verbunden ausgebildet sind.
Batteriezellenanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastische Element (8) und/oder das zweite elastische Element (12) als Graphitrohr (14) und Silikonrohr (15) ausgebildet sind.
Batteriezellenanordnung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonrohr (15) in dem Graphitrohr (14) angeordnet ist.
Batterie (1) mit einer Mehrzahl von Batteriezellenanordnungen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezellenanordnungen (2) an ihren Breitseiten aneinander anliegen.
Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenanordnungen (2) unter einer Vorspannung aneinander anliegen.