DE102020210306A1 - Beheiztes Batteriemodul - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Lithium-Polymer-Batteriezellen, wobei Batteriezellen (14) des Batteriemoduls (10) in thermisch leitendem Kontakt mit einem elektrischen Widerstandsheizelement (30) stehen, welches einen elektrischen Widerstandsheizdraht (31) umfasst, wobei ein erster Bereich (32a) des elektrischen Widerstandsheizelements (30) einen elektrischen Widerstandsheizdraht (31) mit einem ersten Querschnitt umfasst, welcher mit einem ersten Außenflächenbereich von Batteriezellen (14) in thermisch leitendem Kontakt steht, und wobei ein zweiter Bereich (32b) des elektrischen Widerstandsheizelements (30), welcher einen Widerstandsheizdraht (31) mit einem von dem ersten Querschnitt verschiedenen zweiten Querschnitt aufweist, mit einem zweiten Außenflächenbereich von Batteriezellen (14) in thermisch leitendem Kontakt steht und/oder wobei das Widerstandsheizelement (30) einen ersten Bereich (32a) mit einer ersten Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht (31) aufweist, welcher in thermisch leitendem Kontakt mit ersten Außenflächenbereichen von Batteriezellen (14) steht und einen zweiten Bereich (32b) umfasst, welcher eine von der ersten Verlegungsdichte abweichende zweite Verlegungsdichte des elektrischen Widerstandsheizdrahts (31) aufweist und in thermisch leitendem Kontakt mit zweiten Außenflächenbereichen von Batteriezellen (14) steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Betrieb desselben und dessen Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Stand der Technik
  • Übliche Batterien im Bereich der Elektromobilität umfassen eine Mehrzahl an Batteriezellen, welche beispielsweise zu einem Zellstapel gruppiert und elektrisch miteinander verschaltet werden. Derartige Zellstapel werden abschließend in ein entsprechendes Batteriegehäuse eingefügt. Bedingt durch elektrochemische Wandlungsprozesse innerhalb der Batteriezellen erwärmen sich insbesondere Lithiumionen- und Lithiumpolymer-Batteriezellen vor allem bei einer schnellen Energieabgabe bzw. -aufnahme in Batteriesystemen stark. Je leistungsfähiger ein aus den Batteriezellen gebildeter Batteriepack ist, desto größer ist die entsprechende Freisetzung an Wärme und desto mehr bedarf es eines effizienten aktiven Thermomanagementsystems.
  • Neben einer effizienten Kühlung der Batteriezellen ist jedoch zunehmend auch die Möglichkeit von Bedeutung, Zellen insbesondere bei niedrigen Temperaturen unter 10°C erwärmen zu können, da sie bei diesen Temperaturen nur bedingt geladen werden können, weil sonst die Gefahr eines sogenannten Lithium-Platings besteht. Soll eine volle Energieaufnahme der Batteriezellen gewährleistet sein, bedarf es einer aktiven Aufheizung der Batteriezellen, um die Batteriezellen auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau zu bringen.
  • Die Temperierung von Batteriezellen geschieht heute üblicherweise durch eine Flüssigkeitstemperierung mit üblichen Wasser-Glycol-Gemischen. Dabei wird ein entsprechendes Fluid durch Kanäle eines beispielsweise unterhalb des Stapels aus Batteriezellen angeordneten Kühlelementes geleitet. Dieses Kühlelement ist Bestandteil eines entsprechenden Kühlkreislaufs.
  • Diesbezüglich ist aus der DE 10 2015 010 925 A1 und der DE 10 2011 104 000 A1 bekannt, Batterien mit einer Zellverbindereinheit und/oder einer Zellspannungsabgriffseinheit zu versehen, welche eine Temperiereinheit umfasst oder in wärmeleitendem Kontakt mit einer derartigen Einheit steht.
  • Weiterhin ist aus der WO 2015/0035406 ein Batteriepack bekannt, bei dem miniaturisierte Kühlmittelröhren zur Temperierung von Batteriezellen eingesetzt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Betrieb desselben und dessen Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche zur Verfügung gestellt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen, wobei es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Batteriezellen oder LithiumPolymer-Batteriezellen handelt. Weiterhin umfasst das Batteriemodul ein elektrisches Widerstandsheizelement zur Temperierung der Batteriezellen. Das elektrische Widerstandsheizelement umfasst einen elektrischen Widerstandsheizdraht, welcher bei Stromfluss zu einer Erwärmung der Umgebung führt. Es ist vorgesehen, dass das elektrische Heizelement einen ersten Heizbereich umfasst, in dem der elektrische Widerstandsheizdraht einen ersten Querschnitt aufweist, und einen zweiten Heizbereich, in welchem der elektrische Widerstandsheizdraht einen vom ersten Querschnitt verschiedenen zweiten Querschnitt aufweist. Beide Heizbereiche des elektrischen Widerstandsheizelements stehen in thermisch leitendem Kontakt mit Außenflächenbereichen der Batteriezellen. Zusätzlich oder alternativ kann das elektrische Heizelement einen ersten Heizbereich umfassen, welcher eine erste Verlegungsdichte des elektrischen Widerstandsheizdrahts aufweist und einen zweiten Heizbereich, welcher eine von der ersten Verlegungsdichte abweichende zweite Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht aufweist. Wiederum stehen beide Heizbereichen in thermisch leitendem Kontakt mit Außenflächenbereichen von Batteriezellen. Unter einer Verlegungsdichte wird die Absolutlänge an verlegtem elektrischem Widerstandsheizdraht pro Flächeneinheit des Heizbereichs verstanden. So ist der elektrische Widerstandsheizdraht beispielsweise in einem Bereich hoher Verlegungsdichte mit längeren Schlaufen und somit auch einer höheren absoluten verlegten Länge des Widerstandsheizdrahts verlegt.
  • Der besondere Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass bei einem einzigen elektrischen Widerstandsheizelement ein erster Heizbereich zu einer intensiveren Aufheizung einer mit diesem in thermischem Kontakt stehenden Außenfläche von Batteriezellen führt, verglichen mit einem zweiten Heizbereich, der eine abweichende Heizleistung zeigt.
  • Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine höhere Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht zu einer höheren abgegebenen thermischen Energie pro Flächeneinheit des Heizbereichs führt und dass ein geringerer Querschnitt eines elektrischen Widerstandsheizdrahts zu einer höheren Temperatur innerhalb desselben führt und somit ebenfalls zu einer höheren Abgabe an thermischer Heizleistung pro Flächenbereich des entsprechenden Heizbereichs. Beide Maßnahmen können dabei alternativ oder kumulativ realisiert werden.
  • Die besondere Bedeutung dieser Art einer Heizung beruht darauf, dass Batteriezellen innerhalb eines Batteriemoduls unterschiedlichen thermischen Einflüssen ausgesetzt sind. Wird dem nicht adäquat Rechnung getragen, so werden entsprechende Batteriemodule oder diese umfassende Batteriepacks im Bereich niedriger oder hoher Temperaturen im Betrieb möglicherweise vorzeitig abgeregelt, um eine Beschädigung einzelner Zellen, die einer thermischen Spitzenbelastung ausgesetzt sind, zu verhindern. Dies führt zu einer geringeren Verfügbarkeit des entsprechenden Batteriemoduls bzw. Batteriepacks. Außerdem ist bekannt, dass Batteriezellen, die häufig thermischen Belastungen unterworfen sind, vorzeitig altern und somit Batteriezellen des entsprechenden Batteriemoduls bzw. eines entsprechenden Batteriepacks unterschiedlichen Alterungseinflüssen ausgesetzt sind.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • So ist von Vorteil, wenn endständig positionierte Batteriezellen eines Batteriezellenstapels innerhalb des Batteriemoduls mit einem Heizbereich des elektrischen Widerstandsheizelements in thermisch leitendem Kontakt stehen, der eine erhöhte Heizleistung aufweist. Dies erfolgt vorteilhafter Weise durch eine höhere Verlegedichte an elektrischem Widerstandsheizdraht oder durch einen verringerten Querschnitt desselben. Da endständige Batteriezellen eines Batteriezellenstapels häufig in thermisch leitendem Kontakt beispielsweise mit einem Gehäuse des Batteriemoduls stehen, werden diese besonders stark entwärmt und liegen bei kalten Betriebstemperaturen auf einem kälteren Temperaturniveau als vergleichbare Batteriezellen im Inneren des Batteriezellenstapels.
  • Auch ist von Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement auf Außenflächen des Batteriezellgehäuses der Mehrzahl an Batteriezellen aufgeklebt ist. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht in einer einfachen und wirkungsvollen Fixierung des elektrischen Widerstandsheizelements auf der Oberfläche mindestens einer Batteriezelle. Weiterhin kann über die Schichtdicke des Klebstoffauftrags eine Egalisierung möglicher Fertigungstoleranzen des Batteriezellenstapels erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Batteriezellen des Batteriemoduls in Form eines Batteriezellenstapels angeordnet, wobei die Batteriezellen des Batteriezellenstapels mittels eines Spannbands relativ zueinander ortsfest fixiert sind. Dabei kann das Spannband des Batteriemoduls als elektrisches Widerstandsheizelement ausgeführt sein oder dieses umfassen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass kein zusätzliches neues Bauteil für das Batteriemodul vorgesehen werden muss, was zu einer besonders platzsparenden Ausführungsform des Batteriemoduls führt.
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul findet vorteilhafterweise Anwendung in elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen, wie batterieelektrischen Fahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen, Hybrid- oder Plug-in-Hybridfahrzeugen, sowie in Küchengeräten oder Heimwerkergeräten sowie in stationären Speichern für insbesondere regenerativ erzeugte elektrische Energie.
  • Figurenliste
  • Voreilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
    • 1a bis 1d schematische Darstellungen von Varianten eines Batteriemoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    • 2: die schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In den 1a bis 1d sind unterschiedliche Varianten eines Batteriemoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Batteriemodul 10 umfasst in einem nicht dargestellten Gehäuse einen Batteriezellenstapel 12, welcher eine Mehrzahl an Batteriezellen 14 umfasst. Die Batteriezellen 14 weisen beispielsweise ein prismatisches Batteriezellgehäuse 16 auf und bilden den Batteriezellenstapel 12, wobei die Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14 jeweils mit ihren Großflächen in physischem Kontakt zu einer benachbarten Batteriezelle 14 stehen. Die Batteriezellen 14 weisen ihrerseits an den Deckelflächen ihrer Batteriezellgehäuse 16 Batteriezellterminals 18 sowie bspw. eine Expansionsöffnung 20 und eine Elektrolytbefüllöffnung 22 auf. Die prismatischen Batteriezellgehäuse 16 weisen jeweils eine Mantelfläche auf, welche die vertikal angeordneten Begrenzungsflächen des Batteriezellgehäuses 16 jeweils umfasst, sowie eine Deckelfläche und eine Bodenfläche.
  • Zur Erwärmung der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 ist weiterhin ein elektrisches Widerstandsheizelement 30 vorgesehen. Dieses ist beispielsweise flächig ausgeführt und kann beispielsweise in Form einer Heizmatte, einer flexiblen Leiterplatte (FCP) oder als Trägerfolie, umfassend ein flexibles Flachbandkabel (FFC) ausgeführt sein.
  • Um eine möglichst effektive Erwärmung der Mehrzahl an Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 zu gewährleisten, ist das elektrische Widerstandsheizelement 30 beispielsweise an einer Außenfläche des Batteriezellenstapels 12, insbesondere in dessen Längsrichtung angebracht. Eine derartige Variante eines Batteriemoduls 10 ist in 1a dargestellt.
  • Dabei kann das elektrische Widerstandsheizelement 30 beispielsweise auf die Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 aufgeklebt sein. Dabei ist vorteilhafterweise die Schichtdicke der Klebstoffschicht so bemessen, dass fertigungsbedingte Abweichungen in der Positionierung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12 ausgeglichen werden und das elektrische Widerstandsheizelement 30 vollflächig in wärmeleitendem Kontakt mit den Batteriezellgehäusen 16 der Batteriezellen 14 steht. Vorteilhafterweise wird als Klebstoff ein wärmeleitender Klebstoff, beispielsweise mit wärmeleitenden Füllstoffpartikeln verwendet. Das elektrische Widerstandsheizelement 30 kann beispielsweise oberhalb eines Verspannbandes 24 des Batteriemoduls 10 angeordnet sein, wie in 1a dargestellt, oder unterhalb des Verspannbandes 24, wie in 1b dargestellt.
  • Das elektrische Widerstandsheizelement 30 umfasst einen elektrischen Widerstandsheizdraht 31, welcher bei Stromfluss zu einer Erwärmung der Umgebung führt. Es ist vorgesehen, dass das elektrische Heizelement 30 einen ersten Heizbereich 32a umfasst, in dem der elektrische Widerstandsheizdraht 31 einen ersten Querschnitt aufweist, und einen zweiten Heizbereich 32b, in welchem der elektrische Widerstandsheizdraht 30 einen vom ersten Querschnitt verschiedenen zweiten Querschnitt aufweist. Beide Heizbereiche 32a, 32b des elektrischen Widerstandsheizelements 30 stehen in thermisch leitendem Kontakt mit Außenflächenbereichen der Batteriezellgehäuse 16. Zusätzlich oder alternativ kann das elektrische Heizelement 30 einen ersten Heizbereich 32a umfassen, welcher eine erste Verlegungsdichte des elektrischen Widerstandsheizdrahts 30 aufweist und einen zweiten Heizbereich 32b, welcher eine von der ersten Verlegungsdichte abweichende zweite Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht 30 aufweist. Wiederum stehen beide Heizbereichen 32a, 32b in thermisch leitendem Kontakt mit Außenflächenbereichen der Batteriezellgehäuse 16.
  • Das Verspannband 24 dient dabei der Verspannung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12, um eine ortsfeste Fixierung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12 zu erreichen. Eine weitere Alternative besteht darin, zwei elektrische Widerstandsheizelemente 30 vorzusehen, wobei eines oberhalb und eines unterhalb des Verspannbandes 24 positioniert ist. Eine derartige Variante des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ist in 1c dargestellt.
  • Kann aufgrund der Konstruktion des Batteriezellenstapels 12 auf die Verwendung eines Verspannbandes 24 verzichtet werden, so kann - wie in 1d dargestellt - das elektrische Widerstandselement eine Seitenfläche des Batteriezellenstapels 12 weitgehend oder sogar vollständig bedecken. Alternativ ist es möglich, die in den 1a bis 1d exemplarisch dargestellten, nur eine Großfläche des Batteriezellenstapels 12 zumindest teilweise bedeckenden elektrischen Widerstandsheizelemente 30 so auszuführen, dass diese zusätzlich Stirnseiten des Batteriezellenstapels 12 oder weiter zusätzlich auch eine zweite Großfläche des Batteriezellenstapels 12 teilweile oder ganz bedecken. Auf diese Weise lässt sich das Auftreten von thermischen Spannungen innerhalb der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 wirkungsvoll verhindern.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, das Verspannband 24 selbst als elektrisches Widerstandsheizelement 30 auszuführen. Dazu kann dieses entweder selbst als elektrisches Widerstandheizelement 30 ausgeführt sein oder dieses enthalten. Dazu kann das Verspannband 24 beispielsweise elektrische Widerstandsleiter enthalten, welche an eine geeignete externe Stromquelle angeschlossen sind.
  • In 2 ist ein Batteriemodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es bezeichnen gleich Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in 1.
  • In diesem Fall umfasst das elektrische Widerstandsheizelement 30 einen ersten Heizbereich 32a, welcher in thermisch leitendem Kontakt mit den Batteriezellgehäusen 16 der Batteriezellen 14 in der Mitte des Batteriezellenstapels 12 steht. Weiterhin umfasst das elektrische Widerstandsheizelement 30 zwei zweite Heizbereiche 32b, die in thermisch leitendem Kontakt mit den Batteriezellgehäusen 16 endständig positionierter Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 stehen. Dabei zeigen die zweiten Heizbereiche 32b im Betrieb eine größere Heizleistung als der erste Heizbereich 32a. Dazu weisen die zweiten Heizbereiche (32a, 32b) des elektrischen Widerstandsheizelements (30) eine erhöhte Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht (31)oder einen verringerten Querschnitt des elektrischen Widerstandsheizdrahts (31) auf.
  • Da die endständigen Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 bspw. in thermisch leitendem Kontakt mit einem Gehäuse des Batteriemoduls 10 stehen, werden diese besonders stark entwärmt und liegen bei kalten Betriebstemperaturen auf einem kälteren Temperaturniveau als vergleichbare Batteriezellen 14 im Inneren des Batteriezellenstapels 12.
  • Generell ist das elektrische Widerstandsheizelement 30 an eine externe Stromquelle angeschlossen oder steht in stromleitendem Kontakt mit Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10. Weiterhin weist das Batteriemodul 10 beispielsweise eine Temperaturmesseinheit zur Bestimmung der Realtemperatur innerhalb des Batteriemoduls 10 auf. Darüber hinaus ist eine nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung zum Betrieb des elektrischen Widerstandsheizelementes 30 vorgesehen, mittels der das elektrische Widerstandsheizelement 30 in Betrieb genommen oder auch abgeschaltet werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015010925 A1 [0005]
    • DE 102011104000 A1 [0005]
    • WO 2015/0035406 [0006]

Claims (7)

  1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Lithium-Polymer-Batteriezellen, wobei Batteriezellen (14) des Batteriemoduls (10) in thermisch leitendem Kontakt mit einem elektrischen Widerstandsheizelement (30) stehen, welches einen elektrischen Widerstandsheizdraht (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (32a) des elektrischen Widerstandsheizelements (30) einen elektrischen Widerstandsheizdraht (31) mit einem ersten Querschnitt umfasst, welcher mit einem ersten Außenflächenbereich von Batteriezellen (14) in thermisch leitendem Kontakt steht, und dass ein zweiter Bereich (32b) des elektrischen Widerstandsheizelements (30), welcher einen Widerstandsheizdraht (31) mit einem von dem ersten Querschnitt verschiedenen zweiten Querschnitt aufweist, mit einem zweiten Außenflächenbereich von Batteriezellen (14) in thermisch leitendem Kontakt steht und/oder dass das Widerstandsheizelement (30) einen ersten Bereich (32a) mit einer ersten Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht (31) aufweist, welcher in thermisch leitendem Kontakt mit ersten Außenflächenbereichen von Batteriezellen (14) steht, und einen zweiten Bereich (32b) umfasst, welcher eine von der ersten Verlegungsdichte abweichende zweite Verlegungsdichte des elektrischen Widerstandsheizdrahts (31) aufweist und in thermisch leitendem Kontakt mit zweiten Außenflächenbereichen von Batteriezellen (14) steht.
  2. Batteriemodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) in Form eines Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist und dass im Bereich mindestens einer den Batteriezellenstapel (12) endständig begrenzenden Batteriezelle (14) ein Bereich (32a, 32b) des elektrischen Widerstandsheizelements (30) positioniert ist, der eine erhöhte Verlegungsdichte an elektrischem Widerstandsheizdraht (31)oder einen verringerten Querschnitt des elektrischen Widerstandsheizdrahts (31) aufweist.
  3. Batteriemodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) in thermisch leitendem Kontakt mit einer die Batteriezellen (14) miteinander mechanisch verspannenden Verspannungsvorrichtung (24) positioniert ist.
  4. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) auf die Außenfläche mindestens eines Batteriezellgehäuses (16) der Mehrzahl an Batteriezellen (14) aufgeklebt ist
  5. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) in Form eines Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist, wobei die Batteriezellen (14) des Batteriezellenstapels (12) mittels eines Spannbands (24) ortsfest zueinander fixiert sind, und dass das Spannband (24) als elektrisches Widerstandsheizelement (30) ausgeführt ist oder dieses enthält.
  6. Verfahren zur Erwärmung eines Batteriemoduls, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Batteriemodul (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ein Widerstandsheizelement (30) eingeschaltet wird, sobald eine gemessene Realtemperatur des Batteriemoduls (10) unter eine vorbestimmte Solltemperatur des Batteriemoduls (10) fällt.
  7. Verwendung eines Batteriemoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Fluggeräten, in elektrischen Küchen- oder Heimwerkergeräten, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ erzeugter elektrischer Energie.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1671855C3 (de) 1967-03-02 1976-04-08 Vt 27.03.67 Japan 19752-67 27.03.67 Japan 19753-67 02.03.67 Japan 18199-67GBM 02.03.67 Japan 18214-67GBM 02.03.67 Japan 18215-67GBM 02.03.67 Japan 18216-67GBM 02.03.67 Japan 18217-67GBM 02.03.67 Japan 18218-67GBM 02.03.67 Japan 1822O-67GBM 02.03.67 Japan 18221-67GBM 02.03.67 Japan 18222-67GBM 02.03. Elektrolytbeständige Flächenheizung für die Plattenblöcke geschlossener Akkumulatorenbatterien
DE102011015152A1 (de) 2011-03-25 2012-09-27 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung, Energiespeicherzelle und Wärmeleitelement mit elastischem Mittel
DE102011104000A1 (de) 2011-06-10 2012-12-13 Daimler Ag Vorrichtung zum Heizen einer Batterie sowie Batterie mit einer Vorrichtung zum Heizen
WO2015035406A1 (en) 2013-09-09 2015-03-12 The Regents Of The University Of California Battery thermal management systems, apparatuses, and methods
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
DE102015010925A1 (de) 2015-08-20 2016-03-03 Daimler Ag Zellverbindereinheit und/oder Zellspannungsabgriffseinheit
WO2017096463A1 (en) 2015-12-11 2017-06-15 Blue Solutions Canada Inc. Battery with electrochemical cells having variable impedance
CN110518310A (zh) 2019-09-26 2019-11-29 北京普莱德新能源电池科技有限公司 一种不均匀加热的电池加热片、智能热管理装置及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8084154B2 (en) * 2007-02-08 2011-12-27 Karl Frederick Scheucher Battery pack safety and thermal management apparatus and method
US9196938B2 (en) * 2010-07-06 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
JP6283369B2 (ja) * 2013-09-11 2018-02-21 日本碍子株式会社 集合電池用容器
KR102211574B1 (ko) * 2016-04-19 2021-02-03 주식회사 엘지화학 보조 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법
CN107146860A (zh) * 2017-04-26 2017-09-08 北京新能源汽车股份有限公司 电池单体、电池包及具有其的车辆

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1671855C3 (de) 1967-03-02 1976-04-08 Vt 27.03.67 Japan 19752-67 27.03.67 Japan 19753-67 02.03.67 Japan 18199-67GBM 02.03.67 Japan 18214-67GBM 02.03.67 Japan 18215-67GBM 02.03.67 Japan 18216-67GBM 02.03.67 Japan 18217-67GBM 02.03.67 Japan 18218-67GBM 02.03.67 Japan 1822O-67GBM 02.03.67 Japan 18221-67GBM 02.03.67 Japan 18222-67GBM 02.03. Elektrolytbeständige Flächenheizung für die Plattenblöcke geschlossener Akkumulatorenbatterien
DE102011015152A1 (de) 2011-03-25 2012-09-27 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung, Energiespeicherzelle und Wärmeleitelement mit elastischem Mittel
DE102011104000A1 (de) 2011-06-10 2012-12-13 Daimler Ag Vorrichtung zum Heizen einer Batterie sowie Batterie mit einer Vorrichtung zum Heizen
WO2015035406A1 (en) 2013-09-09 2015-03-12 The Regents Of The University Of California Battery thermal management systems, apparatuses, and methods
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
DE102015010925A1 (de) 2015-08-20 2016-03-03 Daimler Ag Zellverbindereinheit und/oder Zellspannungsabgriffseinheit
WO2017096463A1 (en) 2015-12-11 2017-06-15 Blue Solutions Canada Inc. Battery with electrochemical cells having variable impedance
CN110518310A (zh) 2019-09-26 2019-11-29 北京普莱德新能源电池科技有限公司 一种不均匀加热的电池加热片、智能热管理装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wikipedia, Stichwort: Elektrischer Widerstand, URL: https://de.wikipedia.org/ [recherchiert am 22.06.2021]

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