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Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, einem Fahrzeug umfassend das Batteriesystem und einem Herstellungsverfahren für das Batteriesystem.
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Herkömmliche Batteriesysteme umfassen Batteriezellen und zwischen den Batteriezellen angeordnete Zwischenzell-Kühlplatten.
US2010104927A1 offenbart ein derartiges Batteriesystem.
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Durch das Batteriesystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 wird ein demgegenüber verbessertes Batteriesystem bereitgestellt. Das Batteriesystem wird durch das Herstellungsverfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 hergestellt. Das Batteriesystem umfasst zumindest zwei Batteriezellen, zwischen denen zumindest zwei, insbesondere bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbare Elemente voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei zwischen den zwei komprimierbaren Elementen und zwischen den Batteriezellen zumindest ein Kanal für ein insbesondere dielektrisches Fluid, vorzugsweise ein Öl, ausgebildet ist. Dadurch wird ein Mindestquerschnitt des Kanals unabhängig vom Alter der Batterie freigehalten. Dieser Kanal ist in Abhängigkeit von einer Schwellung der Batteriezellen und von einer Kompression der komprimierbaren Elemente je nach Alterungs- und Ladezustand der Batteriezellen unterschiedlich groß. Dieser Kanal ist jedoch aufgrund einer Restblockdicke der komprimierbaren Elemente auch bei maximaler Kompression immer durchströmbar. Die maximale Kompression ist z.B. durch eine Dimensionierung und Ausgestaltung des Batteriesystems festgelegt. Das komprimierbare Element ist z.B. ein Compressionpad, welches beim Swelling der Batteriezellen aufgrund Laden/Entladen und/oder Zellalterung komprimierbar ist.
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Dieses Batteriesystem weist einen hohen Integrationsgrad auf. Dieses Batteriesystem ermöglicht eine sehr effiziente, hochleistungsfähige Kühlung. Dies ist insbesondere beim Schnellladen oder bei Dauerleistung vorteilhaft. Es entsteht kein Bauraumnachteil aufgrund der hochleistungsfähigen Kühlung. Das Batteriesystem weist durch Entfall von Zwischenzell-Kühlplatten eine erhebliche Gewichts- und Kostenersparnis gegenüber anderen ähnlich leistungsfähigen Kühlkonzepten mit dielektrischem Fluid auf.
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Vorzugsweise ist der Kanal von zwei einander gegenüberliegenden Seiten durch die zumindest zwei komprimierbaren Elemente und von zwei anderen einander gegenüberliegenden Seiten durch die benachbarten Batteriezellen ausgebildet.
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Vorzugsweise sind die zumindest zwei komprimierbaren Elemente mit der Batteriezelle stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt.
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Vorzugsweise sind zwischen zwei Batteriezellen eine Vielzahl einzelner komprimierbarer Elemente angeordnet, wobei die komprimierbaren Elemente als Streifen ausgebildet sind, wobei zwischen je zwei der Streifen jeweils ein Kanal ausgebildet ist oder wobei zwischen je zwei komprimierbare Elemente, die zwischen denselben Batteriezellen angeordnet sind, ein Kanal ausgebildet ist, wobei die zwei komprimierbaren Elemente je eine mäanderförmig beschnittene Seite aufweisen, wobei diese Seiten einander zugewandt angeordnet sind.
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Das Batteriesystem umfasst vorzugsweise einen Zellstapel, wobei im Zellstapel mehrere Batteriezellen angeordnet sind, zwischen denen je mindestens zwei komprimierbare Elemente angeordnet sind.
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Das Batteriesystem umfasst vorzugsweise ein Gehäuse in dem mehrere Zellstapel angeordnet sind und/oder mehrere Gehäuseteile, wobei in je einem der Gehäuseteile je ein Zellstapel oder in je mehrere Zellstapel angeordnet sind. Vorzugsweise sind im Batteriesystem zwischen einer Gehäusewand und einer äußeren Batteriezelle des Zellstapels zumindest zwei der komprimierbaren Elemente angeordnet.
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Vorzugsweise ist im Batteriesystem eine Mehrzahl von Kanäle angeordnet, die den zumindest einen Kanal umfasst, wobei das Batteriesystem insbesondere in seinem Gehäuse einen gemeinsamen Fluidzulauf für die Mehrzahl von Kanäle und/oder einen gemeinsamen Fluidablauf für die Mehrzahl von Kanäle umfasst.
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Es kann ein Fahrzeug vorgesehen sein, welches das Batteriesystem umfasst.
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Das Herstellungsverfahren für das Batteriesystem sieht vor, dass im Batteriesystem zumindest zwei Batteriezellen angeordnet werden, wobei zwischen den Batteriezellen zumindest zwei, bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbare Elemente zueinander derart beabstandet angeordnet insbesondere stoffschlüssig mit den beiden Batteriezellen verbunden werden, dass zwischen den zwei komprimierbaren Elementen und zwischen den Batteriezellen zumindest ein Kanal für ein insbesondere dielektrisches Fluid, vorzugsweise ein Öl, ausgebildet wird oder ein, insbesondere bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbares Element 104 angeordnet wird, das wenigstens einen mäanderförmigen Kanal 202 für ein insbesondere dielektrisches Fluid, vorzugsweise ein Öl, aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. in der Zeichnung zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Batteriesystems,
- 2 eine erste Schnittdarstellung des Batteriesystems,
- 3 eine zweite Schnittdarstellung des Batteriesystems,
- 4 Schritte in einem Herstellungsverfahren,
- 5 eine Anordnung eines mäanderförmigen Kanals im Batteriesystem.
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In 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Batteriesystems 100 dargestellt. Das Batteriesystem 100 umfasst Batteriezellen 102 und bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbare Elemente 104.
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Das Batteriesystem 100 umfasst zwei Zellstapel 106 in einem Gehäuse 108.
Es kann vorgesehen sein, dass mehr oder weniger als zwei Zellstapel 106 im Gehäuse 108 angeordnet sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriesystem 100 mehrere Gehäuseteile umfasst, wobei in je einem der Gehäuseteile je ein Zellstapel 106 oder je mehrere Zellstapel 106 angeordnet sind. Im Beispiel sind zwei durch eine Wand 110 des Gehäuses getrennte Gehäuseteile 112 vorgesehen.
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Im Batteriesystem sind die Zellstapel 106 in einer X-Richtung gestapelt angeordnet. Die Zellstapel 106 erstrecken sich in der X-Richtung, einer dazu senkrechten Y-Richtung und einer zu diesen Richtungen senkrechten Z-Richtung.
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In 2 ist eine erste Schnittdarstellung des Batteriesystems 100 in X-Richtung dargestellt. Zwischen den Batteriezellen 102 ist je zumindest ein Kanal 202 für ein insbesondere dielektrisches Fluid, vorzugsweise ein Öl, ausgebildet. Der Kanal 202 ist im Beispiel derart ausgebildet, dass das Fluid, wenn es den Kanal 202 durchströmt, die beiden Batteriezellen 102 berührt. Die komprimierbaren Elemente 104 sind bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbar. Dadurch wird ein Mindestquerschnitt des Kanals 202 unabhängig vom Alter der Batterie freigehalten. Dieser Mindestquerschnitt ist in Abhängigkeit von einer Schwellung, d.h. dem Swelling, der Batteriezellen 102 in X-Richtung und von einer Kompression der komprimierbaren Elemente 104 in X-Richtung, je nach Alterungs- und Ladezustand der Batteriezellen 102 unterschiedlich groß. Dieser Mindestquerschnitt ist jedoch aufgrund einer Restblockdicke der komprimierbaren Elemente 104 auch bei maximaler Kompression immer durchströmbar.
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Im Batteriesystem 100 ist zwischen je zwei der Batteriezellen 102 eine Mehrzahl von Kanälen 202 angeordnet. Das Batteriesystem 100 umfasst insbesondere in seinem Gehäuse 108 einen gemeinsamen Fluidzulauf 204 für die Mehrzahl von Kanäle und/oder einen gemeinsamen Fluidablauf 206 für die Mehrzahl von Kanäle. Der Fluidzulauf 204 erstreckt sich im Beispiel von einem ersten Gehäusedeckel 208 zu einem zweiten Gehäusedeckel 210 in Y-Richtung. Der Fluidablauf 206 erstreckt sich im Beispiel vom ersten Gehäusedeckel 208 zum zweiten Gehäusedeckel 210 in Y-Richtung. Der erste Gehäusedeckel 208 verschließt das Gehäuse 108 im Beispiel insbesondere mittels einer ersten Dichtung 212, die zwischen erstem Gehäusedeckel 208 und Gehäuse 108 angeordnet ist, fluiddicht. Der zweite Gehäusedeckel 208 verschließt das Gehäuse 108 im Beispiel insbesondere mittels einer zweiten Dichtung 214, die zwischen erstem Gehäusedeckel 208 und Gehäuse 108 angeordnet ist, fluiddicht.
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Ein Beispielhafter Strang 216 eines Kühlmittelflusses über den Fluidzulauf 204 in das Gehäuse 108 und über den Fluidablauf 206 aus dem Gehäuse 108 ist in 2 dargestellt.
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In 3 ist eine zweite Schnittdarstellung eines Teils des Batteriesystems 100 in Z-Richtung dargestellt.
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Das Batteriesystem 100 umfasst zumindest zwei Batteriezellen 102, zwischen denen zumindest zwei, insbesondere bis zu der vorgegebenen Dicke komprimierbare Elemente 104, angeordnet sind.
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Zwischen je zwei der komprimierbaren Elementen 104 und zwischen je zwei der Batteriezellen 102 ist je ein Kanal 202 ausgebildet.
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Zwischen einer Gehäusewand 302 des Gehäuses 108 und einer äußeren Batteriezelle 102 des Zellstapels 106 sind zumindest zwei der komprimierbaren Elemente 104 angeordnet. Im Beispiel ist eine Vielzahl der Elemente 104 und eine Vielzahl der Kanäle 202 dazwischen vorgesehen.
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Es kann vorgesehen sein, dass, wie im Beispiel dargestellt, eine Einschubhilfe 304 zwischen der Gehäusewand 302 und der äußeren Batteriezelle 102 angeordnet ist. Diese kann auch entfallen.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen den Batteriezellen 102, die an die Wand 110 anschließen, eine jeweilige Einschubhilfe 304 angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen der Wand 110 und den daran anschließend angeordneten Batteriezellen 102 zumindest zwei der komprimierbaren Elemente 104 angeordnet sind. Im Beispiel ist eine Vielzahl der Elemente 104 und eine Vielzahl der Kanäle 202 dazwischen vorgesehen.
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Der jeweilige Kanal 202 ist von zwei Seiten durch die zumindest zwei komprimierbaren Elemente 104, und von zwei anderen Seiten von den zueinander benachbarten Batteriezellen 102 oder der Einschubhilfe 304 oder der Wand 110 oder der Gehäusewand 302 ausgebildet.
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Die komprimierbaren Elemente 104 sind im Beispiel mit der Batteriezelle 102 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt.
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Zwischen zwei Batteriezellen 102 ist eine Vielzahl einzelner komprimierbarer Elemente 104 angeordnet. Die komprimierbaren Elemente 104 sind im Beispiel als Streifen ausgebildet sind, wobei zwischen je zwei der Streifen jeweils ein Kanal 202 ausgebildet ist. Die Streifen, die denselben Kanal 202 begrenzen, sind im Beispiel im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet.
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Ein Herstellungsverfahren wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben. Das Herstellungsverfahren für das Batteriesystem 100 umfasst folgende Schritte:
- In einem Schritt 402 werden im Batteriesystem 100 zumindest zwei Batteriezellen 102 angeordnet, wobei zwischen den Batteriezellen 102 zumindest zwei, bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbare Elemente 104, zueinander derart beabstandet angeordnet werden, dass zwischen den zwei komprimierbaren Elementen 104, und zwischen den Batteriezellen 102 zumindest ein Kanal 202 für das insbesondere dielektrische Fluid, vorzugsweise das Öl, ausgebildet wird.
- Die zwischen zwei Batteriezellen 102 angeordneten komprimierbaren Elemente 104 werden vorzugsweise stoffschlüssig mit diesen beiden Batteriezellen 102 verbunden, beispielsweise verklebt. Beispielsweise werden komprimierbare Elemente 104 zueinander beabstandet auf einer der Batteriezellen 102 angeordnet und die andere der Batteriezellen 102 auf den komprimierbaren Elemente 104 angeordnet. Diese Anordnung bildet einen Zellstapel 106 oder einen Teil eines Zellstapels 106.
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In einem Schritt 404 wird wenigstens ein Zellstapel 106, der die zumindest zwei Batteriezellen 102 und die zwischen diesen angeordneten komprimierbaren Element 104 umfasst, insbesondere mittels der Einschubhilfe 304 in dem Gehäuse 108 angeordnet.
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In einem Schritt 406 wird das Gehäuse 108 mit den Gehäusedeckeln 208, 210 verschlossen.
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Es ist möglich, die Kanäle in anderer Form, z.B. mäanderförmig oder diagonal verlaufend, anzuordnen. Die Streifen werden in diesem Fall beispielsweise durch entsprechend mäanderförmig oder diagonal verlaufend geformte Elemente 104 ersetzt.
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Für mäanderförmige Kanäle ist dies ist in 5 für zwei Elemente 104 schematisch dargestellt. Durch einen mäanderförmigen Beschnitt je eines der Elemente 104 entsteht ein mäanderförmiger Kanal 202. Dies ist für die Kühlung vorteilhaft. Je Element kann ein Kanal 202 oder können, wie in 5 dargestellt, mehrere dieser Kanäle 202 vorgesehen sein.
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Abweichend vom vorher beschriebenen Herstellungsverfahren werden in diesem Fall im Schritt 402 zwei, insbesondere bis zu einer vorgegebenen Dicke komprimierbares Element 104 angeordnet, die je eine mäanderförmige Seite aufweisen. Die Seiten weisen komplementäre mäanderförmige Beschnitte auf und werden einander zugewandt angeordnet, so dass der Kanal 202 mäanderförmig ausgebildet ist.
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In dem in 5 dargestellten Beispiel sind bzw. werden zwischen zwei Batteriezellen 102 vier verschiedene mäanderförmige Kanäle 202 angeordnet. Es kann auch nur ein mäanderförmiger Kanal 202 oder eine andere Mehrzahl mäanderförmiger Kanäle 202 vorgesehen sein oder angeordnet werden.
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In dem in 5 dargestellten Beispiel sind zwei Kanäle 202 vorgesehen, die je drei halbkreisförmige Rechtsschleifen und zwei halbkreisförmige Linksschleifen aufweisen, die zwischen einer viertelkreisförmigen Schleife, die mit dem Fluidzulauf 204 kommuniziert, und einer viertelkreisförmigen Schleife, die mit dem Fluidablauf 206 kommuniziert, angeordnet sind. Die Schleifen kommunizieren im Beispiel über jeweilige gerade Kanalabschnitte miteinander.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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