DE102021109603A1 - Traction battery and motor vehicle with such - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie (2), insbesondere für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug (1), mit einer Temperierbasis (4), in der zumindest ein Basis-Temperierkanal (5) ausgebildet ist, der von Temperiermittel durchströmbar ist; mehreren Speicherzellen (3), die jeweils auf der Temperierbasis (4) angeordnet sind, wobei die Speicherzellen (3) jeweils ein Speicherzellengehäuse (6) aufweisen, welches mit zumindest einem Zellen-Temperierkanal (7) versehen ist, wobei die Zellen-Temperierkanäle (7) im auf der Temperierbasis (4) angeordneten Zustand der Speicherzellen (3), mit dem zumindest einen Basis-Temperierkanal (5) verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie (2).The invention relates to a traction battery (2), in particular for an electrified motor vehicle (1), with a temperature control base (4) in which at least one base temperature control channel (5) is formed, through which the temperature control medium can flow; a plurality of storage cells (3), which are each arranged on the temperature control base (4), the storage cells (3) each having a storage cell housing (6) which is provided with at least one cell temperature control channel (7), the cell temperature control channels ( 7) when the storage cells (3) are arranged on the temperature control base (4) and are connected to the at least one base temperature control channel (5). The invention also relates to a motor vehicle with such a traction battery (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen.The invention relates to a traction battery for a motor vehicle and a motor vehicle with such a battery.
Für den Betrieb einer Traktionsbatterie, zur Erreichung kurzer Schnellladezeiten und für eine hohe Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebsstrangs ist es erforderlich, dass die Traktionsbatterie temperiert, d.h. gekühlt oder geheizt, wird, so dass der Energiespeicher in einem optimalen Temperaturbereich betrieben wird.To operate a traction battery, to achieve short rapid charging times and for high performance of the electric drive train, it is necessary for the traction battery to be tempered, i.e. cooled or heated, so that the energy storage device is operated in an optimal temperature range.
Da Traktionsbatterieen einen wesentlichen Kostenfaktor von Elektrofahrzeugen darstellen, besteht Bedarf an einer möglichst kostengünstigen Bereitstellung solcher Traktionsbatterien inklusive deren Temperierung.Since traction batteries represent a significant cost factor in electric vehicles, there is a need for the most cost-effective provision of such traction batteries, including their temperature control.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Traktionsbatterie mit effizienter Temperierung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Traktionsbatterie gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of the present invention to provide a traction battery with efficient temperature control. This object is achieved by a traction battery according to
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Traktionsbatterie, insbesondere für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einer Temperierbasis, in der zumindest ein Basis-Temperierkanal ausgebildet ist, der von Temperiermittel durchströmbar ist; mehreren Speicherzellen, die jeweils auf der Temperierbasis angeordnet sind, wobei die Speicherzellen jeweils ein Speicherzellengehäuse aufweisen, welches mit zumindest einem Zellen-Temperierkanal versehen ist, wobei die Zellen-Temperierkanäle im auf der Temperierbasis angeordneten Zustand der Speicherzellen, mit dem zumindest einen Basis-Temperierkanal verbunden sind. Dadurch kann eine sehr effektive Temperierung für eine Traktionsbatterie bereitgestellt werden, die vergleichsweise wenig Bauraum benötigt.According to an exemplary embodiment of the invention, a traction battery is provided, in particular for an electrified motor vehicle, with a temperature control base in which at least one base temperature control channel is formed, through which the temperature control medium can flow; a plurality of storage cells which are each arranged on the temperature control base, the storage cells each having a storage cell housing which is provided with at least one cell temperature control channel, the cell temperature control channels having the at least one base temperature control channel when the storage cells are arranged on the temperature control base are connected. As a result, very effective temperature control can be provided for a traction battery that requires comparatively little installation space.
Das Temperieren umfasst ein Kühlen und/oder Heizen. Das Temperiermittel ist insbesondere eine Temperierflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder ein mit Additiven versetztes Wasser.Tempering includes cooling and/or heating. The tempering medium is in particular a tempering liquid, such as water or water mixed with additives.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Speicherzellengehäuse mit einem Gewinde versehen, mit dem die Speicherzellen auf die Temperierbasis schraubbar sind. Diese ermöglicht eine gute Montierbarkeit, eine stabile Anbringung der Speicherzellen auf der Temperierbasis und eine gute Austauschbarkeit (beispielsweise zu Reparaturzwecken) einzelner Speicherzellen.According to a further exemplary embodiment of the invention, the storage cell housings are provided with a thread with which the storage cells can be screwed onto the temperature control base. This enables easy assembly, stable attachment of the storage cells to the temperature control base and good exchangeability (for example for repair purposes) of individual storage cells.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Speicherzellen zylinderförmig. Für zylinderförmige Speicherzellen eignet sich das erfindungsgemäße Konzept besonders gut.According to a further exemplary embodiment of the invention, the storage cells are cylindrical. The concept according to the invention is particularly suitable for cylindrical storage cells.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umgibt der zumindest eine Zellen-Temperierkanal die Speicherzelle in Umfangsrichtung vollständig. Somit wird eine vollumfängliche, gleichmäßige Temperierung erreicht.According to a further exemplary embodiment of the invention, the at least one cell temperature control channel completely surrounds the storage cell in the circumferential direction. In this way, a full, even temperature control is achieved.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt eine Stirnseite der Speicherzelle direkt oder mit einem dazwischenbefindlichen Wärmeleitmaterial an der Temperierbasis an. Das Wärmeleitmaterial ist insbesondere ein wärmeleitender Klebstoff. Durch das Anbringen der Speicherzelle auf der Temperierbasis wird das vorher dazwischen eingebrachte Wärmeleitmaterial verpresst, wobei der Anpressdruck, im Falle des Verschraubens der Speicherzelle auf der Temperierbasis, durch das Verschraubungsmoment eingestellt werden kann. Das Wärmeleitmaterial ist somit von mechanischen Lasten entkoppelt, insbesondere durch die Verschraubung der Speicherzelle auf der Temperierbasis, und vor Beschädigungen oder Ablösungen geschützt, was ein gute Wärmeleitfähigkeit sicherstellt.According to a further exemplary embodiment of the invention, an end face of the storage cell bears against the temperature control base directly or with a thermally conductive material located in between. The thermally conductive material is in particular a thermally conductive adhesive. By attaching the storage cell to the temperature control base, the thermally conductive material previously introduced in between is pressed, it being possible for the contact pressure, in the case of screwing the storage cell on the temperature control base, to be set by the screwing torque. The thermally conductive material is thus decoupled from mechanical loads, in particular by screwing the storage cell to the temperature control base, and is protected from damage or detachment, which ensures good thermal conductivity.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jeweils eine Fluidverbindung zwischen den Zellen-Temperierkanälen und dem zumindest einen Basis-Temperierkanal an den jeweiligen Stirnseiten der Speicherzellen ausgebildet.According to a further exemplary embodiment of the invention, a fluid connection is formed between the cell temperature control channels and the at least one base temperature control channel on the respective end faces of the storage cells.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Speicherzellen jeweils ein Aktivmaterial auf, welches von einem Innenmantel eingehaust wird, welcher mit nach außen hin offenen Rinnen versehen ist, die von einem den Innenmantel einhausenden Außenmantel verschlossen werden, so dass der zumindest eine Zellen-Temperierkanal der jeweiligen Speicherzelle durch die mittels des Außenmantels verschlossene Rinne ausgebildet wird. Auf diese Weise lassen sich die Speicherzellen relativ einfach und kostengünstig mit den Zellen-Temperierkanälen versehen.According to a further exemplary embodiment of the invention, the storage cells each have an active material which is encased by an inner casing which is provided with channels which are open towards the outside and which are closed by an outer casing enclosing the inner casing, so that the at least one cell temperature control channel of the respective storage cell is formed by the channel closed by means of the outer casing. In this way, the storage cells can be provided with the cell temperature control channels in a relatively simple and cost-effective manner.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Traktionsbatterie bereit.In addition, the present invention provides a motor vehicle with such a traction battery.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
-
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2 zeigt eine schematische Draufsicht der Traktionsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Speicherzellenreihe der Traktionsbatterie aus2 ; -
4 zeigt eine schematische Detailansicht einer Speicherzelle der Traktionsbatterie; -
5a zeigt eine räumliche Ansicht einer Speicherzelle aus4 , und -
5b zeigt eine räumliche Ansicht der Speicherzelle aus5a ohne Außenmantel.
-
1 shows schematically a motor vehicle with a traction battery according to an embodiment of the present invention; -
2 shows a schematic plan view of the traction battery according to an embodiment of the invention; -
3 shows a schematic sectional view through a row of storage cells of thetraction battery 2 ; -
4 shows a schematic detailed view of a storage cell of the traction battery; -
5a Figure 12 shows a perspective view of amemory cell 4 , and -
5b Figure 12 shows a spatial view of the memory cell5a without outer jacket.
Die Traktionsbatterie 2 umfasst eine Vielzahl an elektrochemischen Speicherzellen 3 zur Speicherung und Bereitstellung einer elektrischen Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 1. Die Speicherzellen 3 sind auf einer Temperierbasis 4 angeordnet, die insbesondere als Temperierplatte ausgebildet ist, d.h. plattenförmig ist.The
Die Speicherzellen 3 sind miteinander elektrisch seriell und/oder parallel verbunden, insbesondere sind alle Speicherzellen 3 miteinander elektrisch seriell verbunden, sind alle Speicherzellen 3 miteinander elektrisch parallel verbunden, die Speicherzellen 3 sind gruppiert und innerhalb einer Gruppe miteinander elektrisch seriell verbunden während die Gruppen miteinander elektrisch parallel verbunden sind oder die Speicherzellen 3 sind gruppiert und innerhalb einer Gruppe miteinander elektrisch parallel verbunden während die Gruppen miteinander elektrisch seriell verbunden sind. Die Speicherzellen 3 sind wieder aufladbar, speichern elektrische Energie und stellen diese zumindest für den Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 bereit. Bei den Speicherzellen 3 handelt es sich beispielsweise um zylinderförmige Speicherzellen (sog. Rundzellen). Es kann sich aber auch um quaderförmige Speicherzellen (sog. prismatische Zellen) handeln.The
Die Temperierbasis 4 ist ein Wärmeüberträgerkörper, der von einem Temperiermittel, insbesondere einer Temperierflüssigkeit, wie beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser, durchströmbar ist. Die Temperierbasis 4 hat in ihrem Inneren zumindest einen Basis-Temperierkanal 5 der von dem Temperiermittel durchströmbar ist und einen Abschnitt eines Kühlkreislaufs bildet, um Abwärme von der Temperierbasis 4 abzuführen, um diese dann anderweitig zu verwenden, beispielsweise zum Heizen des Fahrzeuginsassenraums, und/oder Wärme der Temperierbasis 4 zuzuführen, beispielsweise durch einen elektrischen Zuheizer erzeugte Wärme.The
Die Speicherzellen 3 weisen jeweils ein Speicherzellengehäuse 6 auf, in dem jeweils ein oder mehrere Zellen-Temperierkanäle 7 ausgebildet sind, durch welche das Temperiermittel führbar ist und mit denen die Speicherzellen 3 temperiert, d.h. gekühlt und/oder beheizt werden können. Anders ausgedrückt sind die Speicherzellen 3 an ihren Seitenwänden, insbesondere den radial nach außen weisenden Seitenwänden, mit einem oder mehreren Zellen-Temperierkanälen 7 versehen. Jede der Speicherzelle 3 hat einen oder mehrere zusammenhängende Zellen-Temperierkanäle 7 mit einer oder mehreren Öffnungen 8 an einer Stirnseite 9 der Speicherzellen 3, die als Ein- und/oder Auslass für das Temperiermittel fungieren.The
Die Speicherzellen 3 sind auf der Temperierbasis 4 anbringbar, insbesondere lösbar darauf befestigt, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Es kann aber auch eine Steck- oder einrastende Verbindung vorgesehen sein. Denkbar ist auch eine nicht-zerstörungsfrei lösbare Verbindung, wie beispielsweise Löten oder Schweißen der Speicherzellen auf die Temperierbasis 4. Im Falle einer Schraubverbindung ist auf einem Außenumfang der Speicherzellen 3 jeweils ein Gewinde aufgebracht und an der Temperierbasis 4 sind entsprechende Gegengewinde vorgesehen. Dazu steht das Speicherzellengehäuse 6 an dem zur Temperierbasis 4 weisenden Ende über ein in dem Speicherzellengehäuse 6 aufgenommenen Aktivmaterial hervor. Auf diesem Überstand wird dann außen auf den zur Temperierbasis 4 weisenden Endbereich des Speicherzellengehäuses 6 ein Außengewinde aufgeschnitten.The
Im auf der Temperierbasis 4 angeordneten Zustand der Speicherzellen 3 sind die Öffnungen 8 fluchtend zu einer den Öffnungen entsprechenden Anzahl an Anschlüssen 10 angeordnet. Die Anschlüsse 10 sind Ein- und/oder Auslässe in dem zumindest einen Basis-Temperierkanal 5. Dabei kann vorgesehen sein, dass beispielsweise ein Basis-Temperierkanal 5 vorgesehen ist, der als Zuleitung für das Temperiermittel dient und welcher mit als Einlässen dienenden Öffnungen 8 verbunden ist, während ein weiterer Basis-Temperierkanal 5 vorgesehen ist, welcher als Ableitung für das Temperiermittel dient und welcher mit als Auslässen dienenden Öffnungen 8 verbunden ist. Ebenso ist es denkbar, dass die Zellen-Temperierkanäle 7 in Form einer Reihenschaltung hintereinander geschaltet sind, so dass die Zellen-Temperierkanäle 7 seriell durchströmbar sind.When the
Zwischen der Stirnseite 9 und der Temperierbasis 4 ist eine Wärmeleitmasse 11, insbesondere eine Wärmeleitvergussmasse, insbesondere ein wärmeleitender Klebstoff, angebracht, die für eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit sorgt. Durch das Schrauben der Speicherzellen 3 auf die Temperierbasis 4, wird die vorher zwischen die Stirnseiten 9 und die Temperierbasis 4 eingebrachte Wärmeleitmasse verpresst, wobei der Anpressdruck durch das Verschraubungsmoment eingestellt werden kann.A thermally
Wie in den
Ebenfalls denkbar wäre, dass sich die Rinne 14 in Umfangsrichtung mäanderförmig erstreckt, bis sich die Rinne 14 im Wesentlichen um den ganzen Umfang erstreckt. Außerdem ist es möglich, dass sich mehrere parallel zueinander verlaufende Rinnen 14 in Längsrichtung der Speicherzelle 3 erstrecken, die an den Längsenden über Sammelquerverbindungen derart verbunden sind, dass über die Hälfte der Rinnen 14 eine Strömung weg von der Temperierbasis 4 ermöglicht werden kann, das Temperiermittel am von der Temperierbasis 4 entfernten Ende der Speicherzelle umgelenkt wird und das Temperiermittel in der anderen Hälfte der Rinnen 14 hin zur Temperierbasis 4 strömen kann. Der Fachmann ist selbstverständlich in der Lage, mit seinem Fachwissen weitere Strömungsmuster zu entwickeln, ohne vom Kerngedanken der Erfindung abzuweichen.It would also be conceivable for the
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, it is intended that this illustration and description be considered as illustrative rather than restrictive, and the invention is not intended to be limited to the precise form disclosed. The mere fact that certain features are recited in different dependent claims is not intended to imply that a combination of these features could not also be used to advantage.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 22
- Traktionsbatterietraction battery
- 33
- Speicherzellestorage cell
- 44
- Temperierbasistempering base
- 55
- Basis-TemperierkanalBasic tempering channel
- 66
- Speicherzellengehäusestorage cell housing
- 77
- Zellen-TemperierkanalCell temperature control channel
- 88th
- Öffnungenopenings
- 99
- Stirnseiteface
- 1010
- Anschlüsseconnections
- 1111
- Wärmeleitmassethermal compound
- 1212
- Aktivmaterialactive material
- 1313
- Innenmantelinner jacket
- 1414
- Rinnegutter
- 1515
- Außenmantelouter jacket
Claims (8)
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Legal Events
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