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Die Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer, insb. einer derartigen, Batterievorrichtung.
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Einzelbatteriezellen von Batterievorrichtung dieser Art sind zweckmäßigerweise in einer Stapelrichtung über einen Zuganker gegenseitig verspannt, um einen fest zusammenhängenden Zellenstapel, sozusagen einen Einzelbatteriezellenverbund, aus gegeneinander unverschieblichen Einzelbatteriezellen bereitzustellen. Um die Einzelbatteriezellen wunschgemäß zu temperieren, sind in Stapelrichtung zwischen den jeweiligen Einzelbatteriezellen durchströmbare Flüssigkeitskanäle vorgesehen. Beispielsweise beschreibt das Dokument
DE 10 2011 013618 A1 eine Batterievorrichtung mit einer Mehrzahl von Einzelbatteriezellen einer Spanneinrichtung zum Verspannen der Einzelbatteriezellen miteinander, und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Einzelbatteriezellen. Die Spanneinrichtung ist als funktionaler Bestandteil der Temperiereinrichtung ausgelegt. Ferner beschreibt das Dokument
DE 60001887 T2 eine Batterievorrichtung, die durch die Verbindung einer Mehrzahl von wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen miteinander gebildet ist, wobei eine Mehrzahl prismatischer Zellengehäusekomponeten vorgesehen sind, welche jeweils aus Harz gestaltet sind und kurze Seitenwände sowie lange Seitenwände aufweisen. Die bekannten Batterievorrichtungen sind wegen der Vielzahl von Batterievorrichtungs-Komponenten relativ großbauend und von relativ großem Eigengewicht, obwohl man kompakte und leichte Batterievorrichtungen wünscht.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform einer Batterievorrichtung bereitzustellen.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, Batterievorrichtungen durch Funktionsintegration hinsichtlich Bauraumbedarf und Gesamtgewicht zu optimieren.
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Konkret ist eine Batterievorrichtung mit einem Zellenstapel aus in einer Stapelrichtung berührend aufeinander zugverspannt gestapelten und wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen vorgesehen, insb. sogenannte HardCase-Batteriezellen oder alternativ Pouchzellen. Derartige Batterievorrichtungen können bevorzugt für mobile Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere als Traktionsbatterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug. An wenigstens einer Bestückungsfläche eines, insb. quaderförmig angeordnete, Bestückungsflächen aufweisenden Zellengehäuses einer jeweiligen Einzelbatteriezelle ist wenigstens ein separater Kanalsteg zum Bilden eines durchströmbaren Flüssigkeitskanals angeordnet. Wesentlich für die Erfindung ist, dass wenigstens einer der jeweiligen Kanalstege durch Kleben, zweckmäßigerweise mittels eines Stegklebstoffs, an der jeweiligen Bestückungsfläche stoffschlüssig berührend fixiert ist. Das hat den Effekt, dass die mithilfe der Kanalstege gebildeten Flüssigkeitskanäle zum Führen von Flüssigkeit zur Kühlung und/oder zum Wärmen der jeweiligen Einzelbatteriezelle unmittelbar an den Zellengehäusen der jeweiligen Einzelbatteriezelle festgemacht werden können, um insb. eine bessere thermische Effizienz infolge eines direkten Wärmeenergieübergangs von der Einzelbatteriezelle auf die jeweilige Flüssigkeit zu erreichen. Weitere Wärmeübertragungsbauteile können entfallen. Die Batterievorrichtung ist daher vergleichsweise kompakt und relativ leicht ausführbar. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Kühlflüssigkeit verwendet werden. Unter „zugverspannten Einzelbatteriezellen“ verstehen die Fachkreise zweckmäßigerweise mittels Zugankern oder dergleichen in Stapelrichtung gegenseitig mit Druckkraft beaufschlagte, also verspannte oder verpresste, Einzelbatteriezellen.
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Weiter zweckmäßigerweise kann wenigstens einer dieser Kanalstege wenigstens teilweise durch einen Stegklebstoff gebildet und im ausgehärteten Zustand des Stegklebstoffes formstabil sein. Das heißt, dass wenigstens einer der Kanalstege zweckmäßigerweise vollständig durch einen Stegklebstoff gebildet sein kann. Insb. kann der Stegklebstoff mittels eines mehrachsigen Auftrageroboters auf die jeweilige Bestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses aufgetragen werden. Das hat den Effekt, dass wegen der konturungebundenen Auftragbarkeit des Stegklebstoffs beliebige Gestalten der jeweiligen Kanalstege bzw. der daraus gebildeten Flüssigkeitskanäle möglich sind. Das hat den Vorteil, dass die Flüssigkeitsführung innerhalb der jeweiligen Flüssigkeitskanäle optimierbar ist. Die Formstabilität des ausgehärteten Stegklebstoff bewirkt, dass die aus Stegklebstoff gebildeten Kanalstege vor allem in Richtung der Stapelrichtung und quer dazu mit Spannkraft beaufschlagt werden können, ohne dass sie sich nennenswert in Richtung der Stapelrichtung und/oder quer dazu elastisch verformen oder plastisch deformieren.
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Natürlich können die besagten Kanalstege auch durch vorgefertigte Fertigstegteile gebildet sein, die auf eine oder mehrere Bestückungsflächen der Einzelbatteriezellen geklebt werden. Diese Fertigstegteile können Nuten und/oder Vertiefungen haben, welche mit Klebstoff und/oder Klebedichtmasse befüllt sein können, sozusagen eine Klebstoffaufnahme. Damit die Kanalstege bzw. Kanalstegmuster formstabil sind, können diese quer zur Strömungsrichtung Verbindungsstege enthalten, welche eine niedrigere Höhe als die Kanalstege besitzen. Bevorzugt wird aber das freie Auftragen des Stegklebstoffes. Dadurch entfallen teure Formwerkzeuge und zusätzliche Handlingsarbeitsgänge.
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Zweckmäßigerweise kann der die jeweiligen Kanalstege bildende Stegklebstoff aus der Gruppe der thixotropen Klebstoffe stammen, und/oder thixotrope Eigenschaften aufweisen. Thixotrope Klebstoffe verfügen über thixotropen Eigenschaften, also dass deren Fließeigenschaften zeitabhängig und belastungsabhängig sind. Praktischerweise behalten thixotrope Klebstoffe beim Auftragen auf die jeweilige Bestückungsfläche ihre Form über einen gewissen Zeitraum unverändert bei, sie sind also formstabil oder eigenstabil, was die Auftragbarkeit des Stegklebstoffs bzw. den ohnehin anspruchsvollen Klebstoffauftrag insgesamt vereinfacht. Nach dem Aushärten sind thixotrope Klebstoffe zweckmäßigerweise fest und ebenfalls formstabil.
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Weiter zweckmäßigerweise kann an wenigstens einer mit wenigstens einem Kanalsteg aus Stegklebstoff bestückten Bestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses der jeweiligen Einzelbatteriezelle wenigstens ein Abstandshalter angeordnet sein. Der Abstandshalter wirkt neben dem jeweiligen wenigstens einen Kanalsteg in Stapelrichtung kraftunterstützend mit. Demnach kann an wenigstens einer Bestückungsfläche eines Zellengehäuses neben einem Kanalsteg auch ein separater oder integraler Abstandshalter vorgesehen sein. Auch Kanalsteg und Abstandshalter können integral ausgeführt sein. Das hat den Effekt, dass beispielswiese beim Zugverspannen der Einzelbatteriezellen zu einem gemeinsamen Zellenstapel auftretende Spannkräfte aufgetrennt werden können, so dass der Kraftfluss anteilig durch den wenigstens einen Kanalsteg sowie durch den wenigstens einen Abstandshalter erfolgt. Das hat den Vorteil, dass die jeweiligen Kanalstege weniger Kraftbelastet sind oder dass der Zellenstapel in Stapelrichtung mit größerer Spannkraft spannbar ist, wodurch dieser beispielsweise stabiler ist.
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Zweckmäßigerweise kann dem jeweiligen Stegklebstoff mindestens ein Füllstoff beigemischt oder zugesetzt sein, insbesondere Glaskugeln oder andere Füllstoffe oder weitere Füllstoffe. Durch das Beimischen von Füllstoffen zum Stegklebstoff kann insb. die Viskosität und/oder die Beständigkeit des Stegklebstoffs positiv beeinflusst werden. Beigemengte Glaskugeln oder Hohlglaskugeln können beispielsweise die Kraftübertragung innerhalb des Stegklebstoffs, sozusagen auf mikroskopischer Ebene, positiv beeinflussen. Dadurch kann der Stegklebstoff vorteilhafterweise formstabil ausgebildet werden.
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Zweckmäßigerweise ist weiterhin vorgesehen, in Stapelrichtung zwischen wenigstens zwei Zellengehäusen zweier separater Einzelbatteriezellen wenigstens einen durchströmbaren Flüssigkeitskanal zum Führen von Flüssigkeit auszubilden, um die Einzelbatteriezellen nach Wahl entweder zu kühlen oder zu wärmen.
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Weiter zweckmäßigerweise können wenigstens zwei separate Einzelbatteriezellen des Zellenstapels mittelbar über einen einzigen Kanalsteg in Stapelrichtung berührend aufeinander gestapelt sein, wobei der jeweilige Kanalsteg wenigstens einen einzigen Flüssigkeitskanal zum Führen von Flüssigkeit ausbildet oder begrenzt. Dabei kann der jeweilige Kanalsteg am Zellengehäuse, insb. an dessen Bestückungsfläche, der einen jeweiligen Einzelbatteriezelle oder am Zellengehäuse, insb. an dessen Bestückungsfläche, der anderen jeweiligen Einzelbatteriezelle fixiert sein. Dadurch kann zwischen den beiden separaten Einzelbatteriezellen des Zellenstapels Flüssigkeit strömen, insb. quer zur Stapelrichtung, um Wärmeenergie von den Einzelbatteriezellen auf die Flüssigkeit zu übertragen oder umgekehrt. Das hat den Vorteil, dass die Batterievorrichtung wunschgemäß gekühlt oder gewärmt werden kann.
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Zweckmäßigerweise können wenigstens zwei separate Einzelbatteriezellen des Zellenstapels mittelbar über zwei Kanalstege in Stapelrichtung berührend aufeinander gestapelt sein. Dabei bilden oder begrenzen diese beiden Kanalstege gemeinsam wenigstens einen Flüssigkeitskanal zum Führen von Flüssigkeit aus, wobei der eine Kanalsteg am Zellengehäuse, insb. an dessen Bestückungsfläche, der einen jeweiligen Einzelbatteriezelle und der andere Kanalsteg am Zellengehäuse, insb. an dessen Bestückungsfläche, der anderen jeweiligen Einzelbatteriezelle fixiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann in Stapelrichtung zwischen wenigstens einem Zellengehäuse einer Einzelbatteriezelle des Zellenstapels und einer stirnseitig am Zellenstapel angeordneten Endplatte wenigstens ein aus Kanalstegen gebildeter Flüssigkeitskanal zum Führen von Flüssigkeit ausgebildet oder begrenzt sein. Auch dadurch kann zwischen den beiden separaten Einzelbatteriezellen des Zellenstapels und/oder zwischen einer Einzelbatteriezelle und einer daran festgemachten Endplatte Flüssigkeit strömen, insb. quer zur Stapelrichtung, um Wärmeenergie von den Einzelbatteriezellen auf die Flüssigkeit zu übertragen oder umgekehrt. Insb. hat das den Vorteil, dass die Batterievorrichtung wunschgemäß gekühlt oder gewärmt werden kann.
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Weiter zweckmäßigerweise können wenigstens zwei separate Einzelbatteriezellen des Zellenstapels mittelbar über Kanalstege in Stapelrichtung berührend aufeinander gestapelt sein, wobei die jeweiligen Kanalstege wenigstens einen Flüssigkeitskanal zum Führen von Flüssigkeit ausbilden oder begrenzen. Weitere Kanalstege können wenigstens einen Sammelkanal zum Ab- und Zuführen von Flüssigkeit zu wenigstens einem jeweiligen Flüssigkeitskanal ausbilden oder begrenzen. Dadurch ist sozusagen jede Einzelbatteriezelle mit mindestens einem Flüssigkeitskanal bestückt, wobei der jeweilige Flüssigkeitskanal vorteilhafterweise mittels eines Sammelkanals mit Flüssigkeit beaufschlagbar ist.
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Zweckmäßigerweise kann wenigstens ein Flüssigkeitskanal mäanderförmige Kanalschlaufen aufweisen, wobei wenigstens eine Kanalschlaufe Mäanderlangarme und einen diese miteinander fluidisch kommunizierend verbindenden bogenförmigen Mäanderkurzarm hat. Dabei sind die jeweiligen Mäanderlangarme bezüglich der Stapelrichtung quer orientiert, wobei der jeweilige Mäanderkurzarm bezüglich der Stapelrichtung und den Mäanderlangarmen quer orientiert ist. Ferner kann sich der jeweilige Mäanderkurzarm über maximal 30% einer Gesamtlänge eines Mäanderlangarms erstrecken. Das hat den vorteilhaften Effekt, dass der Wärmeenergieübergang zwischen Einzelbatteriezelle und Flüssigkeit verbessert ist. Zweckmäßigerweise ist ein Mäanderlangarm bezüglich seiner Gesamtlänge größer als die Gesamtlänge eines Mäanderkurzarms.
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Weiter zweckmäßigerweise kann wenigstens ein Flüssigkeitskanal und/oder wenigstens ein Sammelkanal quer bezüglich der Stapelrichtung durch wenigstens einen Kanalsteg oder ein Paar von Kanalstegen begrenzt oder eingefasst sein, um Flüssigkeit zum Kühlen oder Wärmen der Einzelbatteriezellen zu führen. Das hat den vorteilhaften Effekt, dass die Flüssigkeit durch die Batterievorrichtung führbar ist.
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Zweckmäßigerweise kann wenigstens eine als Flüssigkeitskanalbestückungsfläche bezeichnete Bestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht bezüglich der Stapelrichtung ausgerichtet sein. „Wesentlich senkrecht“ kann dabei bedeuten, dass um die senkrechte herum im Rahmen eines Toleranzbandes, beispielsweise +/-5° abgewichen werden kann. Ferner kann das jeweilige Zellengehäuse zwei zueinander gegenüberliegende und parallel ausgerichtete Flüssigkeitskanalbestückungsflächen aufweisen. Dabei ist zweckmäßigerweise an den jeweiligen Flüssigkeitskanalbestückungsflächen jeweils wenigstens ein Kanalsteg fixiert. Dadurch weist das jeweilige Zellengehäuse zwei gegenüberliegende Bestückungsflächen auf, die jeweils mit wenigstens einem Kanalsteg ausgerüstet oder ausrüstbar sind. Das hat den Vorteil, dass an das jeweilige Zellengehäuse, sozusagen von beiden Seiten her, weitere Zellengehäuse angelegt werden können. Alternativ ist vorstellbar, dass das jeweilige Zellengehäuse zwei zueinander gegenüberliegende und parallel ausgerichtete Flüssigkeitskanalbestückungsflächen aufweist, wobei an der einen Flüssigkeitskanalbestückungsfläche mindestens ein Kanalsteg berührend fixiert ist, während die andere Flüssigkeitskanalbestückungsfläche kanalstegfrei gestaltet ist. Dadurch ist lediglich eine einzige der beiden Bestückungsflächen mit einem Kanalsteg ausgerüstet. Auch das hat den Vorteil, dass an das Zellengehäuse weitere Zellengehäuse angelegt werden können, beispielsweise indem ein erstes Zellengehäuse mit seiner jeweiligen Bestückungsfläche mit Kanalsteg an eine kanalstegfreie Bestückungsfläche eines zweiten Zellengehäuses angelegt ist.
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Weiter zweckmäßigerweise kann wenigstens eine als Sammelkanalbestückungsfläche bezeichnete Bestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses parallel oder im Wesentlichen parallel bezüglich der Stapelrichtung ausgerichtet sein, wobei wenigstens eine Sammelkanalbestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses bezüglich wenigstens einer Flüssigkeitskanalbestückungsfläche des jeweiligen Zellengehäuses rechtwinkelig angeordnet ist. Man kann sich hier zweckmäßigerweise auch winkelige Anordnungen vorstellen. Jedenfalls ist hierdurch eine vorteilhafte Gestaltung der Batterievorrichtung realisierbar.
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Zweckmäßigerweise können Kanalstege jeweils an mindestens einer Flüssigkeitskanalbestückungsfläche und jeweils an mindestens einer Sammelkanalbestückungsfläche angeordnet sein. Dabei können die an den Flüssigkeitskanalbestückungsflächen angeordneten Kanalstege Flüssigkeitskanäle zum Führen von Flüssigkeit ausbilden oder begrenzen, wobei die an den Sammelkanalbestückungsflächen angeordneten Kanalstege Sammelkanäle zum Ab- und Zuführen von Flüssigkeit zu wenigstens einem der Flüssigkeitskanäle ausbilden oder begrenzen.
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Weiter zweckmäßigerweise sind wenigstens ein oder alle Flüssigkeitskanäle und ein oder alle Sammelkanäle quer bezüglich der Stapelrichtung von Flüssigkeit durchströmbar gestaltet, so dass die jeweils angrenzenden Einzelbatteriezellen kühlbar und/oder erwärmbar sind.
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Weiter zweckmäßigerweise kann wenigstens ein Sammelkanal zum Ab- und Zuführen von Flüssigkeit mit wenigstens einem Flüssigkeitskanal fluidisch kommunizierend verbunden sein. Dadurch ist sozusagen ein von Flüssigkeit durchströmbares Flüssigkeitssystem angegeben, mittels dem die Batterievorrichtung wunschgemäß gekühlt und/oder gewärmt werden kann. Zweckmäßigerweise sind wenigstens ein oder alle Sammelkanäle längs bezüglich der Stapelrichtung von Flüssigkeit durchströmbar gestaltet und mit wenigstens einem oder allen Flüssigkeitskanälen fluidisch kommunizierend verbunden. Dadurch können hauptsächlich die mit den Sammelkanälen fluidisch kommunizierend verbundenen Flüssigkeitskanäle mit Flüssigkeit versorgt werden. Ferner kann mittels der von Flüssigkeit durchströmten Sammelkanäle eine Kühlung und/oder ein Wärmen der jeweils angrenzenden Einzelbatteriezellen realisiert werden.
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Zweckmäßig ist weiterhin, wenn ein Sammelkanal als Zuführkanal zum Zuführen von Flüssigkeit zu einem oder allen Flüssigkeitskanälen und ein weiterer Sammelkanal als Abführkanal zum Abführen von Flüssigkeit von einem oder allen Flüssigkeitskanälen gestaltet ist. Man kann sich vorstellen, beispielsweise an den Zuführkanal eine Zuführleitung anzuschließen und an den Abführkanal eine Abführleitung anzuschließen, so dass Flüssigkeit im Betrieb der Batterievorrichtung zunächst ausgehend von der Zuführleitung durch den Zuführkanal hindurch zu den Flüssigkeitskanälen strömen kann. Nachdem die Flüssigkeit dort sozusagen wärmeenergieübertragend durch die mäanderförmigen Kanalschlaufen der jeweiligen Flüssigkeitskanäle hindurchgeströmt ist, kann sie rückströmend durch den Abführkanal und zur Abführleitung gelangen, um dort abzuströmen. Somit kann die praktische Arbeit mit der Batterievorrichtung begünstigt sein.
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Die Erfindung umfasst zweckmäßigerweise den Grundgedanken ein Verfahren zur Herstellung einer Batterievorrichtung, insb. eine Batterievorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, anzugeben. Ein entsprechendes Verfahren weist zunächst wenigstens zwei jeweils wiederaufladbare Einzelbatteriezellen auf. Ferner werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt:
- 1a) Auftragen eines eine Klebstoffraupe bildenden Klebstoffs, insb. eines Stegklebstoffs aus der Gruppe der thixotropen Klebstoffe, auf eine Bestückungsfläche einer ersten Einzelbatteriezelle mithilfe eines Auftrageroboters oder im Rahmen eines Siebdrucks oder im Rahmen eines Schablonendrucks mit Führungsschablonen. Alternativ kann anschließend:
- 1b) Auftragen eines mit Füllstoffen angereicherten und eine Klebstoffraupe bildenden Klebstoffs, insb. eines Stegklebstoffs aus der Gruppe der thixotropen Klebstoffe, auf eine Bestückungsfläche einer ersten Einzelbatteriezelle mithilfe eines Auftrageroboters oder im Rahmen eines Siebdrucks oder im Rahmen eines Schablonendrucks mit Führungsschablonen. Alternativ oder zusätzlich kann man dann anschließend:
- 2a) Auftragen eines eine Klebstoffraupe bildenden Klebstoffs, insb. eines Stegklebstoffs aus der Gruppe der thixotropen Klebstoffe, auf eine Bestückungsfläche einer zweiten Einzelbatteriezelle mithilfe eines Auftrageroboters oder im Rahmen eines Siebdrucks oder im Rahmen eines Schablonendrucks mit Führungsschablonen. Alternativ kann man anschließend:
- 2b) Auftragen eines mit Füllstoffen angereicherten und eine Klebstoffraupe bildenden Klebstoffs, insb. eines Stegklebstoffs aus der Gruppe der thixotropen Klebstoffe, auf eine Bestückungsfläche einer zweiten Einzelbatteriezelle mithilfe eines Auftrageroboters oder im Rahmen eines Siebdrucks oder im Rahmen eines Schablonendrucks mit Führungsschablonen. Ferner:
- 3) Aushärten der jeweiligen Klebstoffe, um aus den aufgetragenen Klebstoffraupen formstabile Kanalstege zu bilden. Ferner:
- 4) Aufeinanderstapeln der beiden Einzelbatteriezellen in einer Stapelrichtung, wobei sich die Kanalstege der ersten Einzelbatteriezelle jeweils berührend an den Kanalstegen der zweiten Einzelbatteriezelle abstützen, um in Stapelrichtung zwischen den beiden Einzelbatteriezellen zum Zwecke der Einzelbatteriezellentemperierung von Flüssigkeit durchströmbare Flüssigkeitskanäle auszubilden. Dadurch ist ein günstiges Verfahren zum Bereitstellen einer Batterievorrichtung angegeben.
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Optional kann als ein zwischen Schritt 3) und 4) auszuführender Schritt 3a) vorgesehen sein: nach dem Aushärten der die Kanalstege bildenden jeweiligen Klebstoffe auftragen eines weiteren Klebstoffes auf diese ausgehärteten Kanalstege, wobei dann diese sodann gemäß Schritt 4) aufeinandergestapelt werden, um die Zellstapel vorzufixieren und um diese dicht zu halten, auch bei Verlust oder reduzierter Vorspannung der gestapelten Einzelbatteriezellen.
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Optional können die Einzelbatteriezellen unmittelbar, d.h. ohne unnötigen Zeitverzug, nach dem Auftragen der Stegklebstoffraupen bzw. des Stegklebstoffes aufeinandergestapelt werden. Dadurch entfällt das zweimalige Auftragen von Klebstoff. Ferner können dadurch vorfixierte und dichte Stapel von Einzelbatteriezellen mit oder ohne Anschlussplatten realisiert werden. Der Klebstoff wird hierbei oder generell zweckmäßigerweise so eingestellt, dass er unter dem Gewicht der aufeinandergestapelten Einzelbatteriezellen nicht oder praktisch nicht oder nicht zu sehr zusammengepresst wird. Optional kann eine Kleberaupe höher als die später gewünschte Kanalhöhe sein, wobei die Kanalhöhe dann ggf. durch Abstandhalter eingestellt wird, wodurch sich Kanalhöhen mit reproduzierbaren, engen Toleranzen realisieren lassen.
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Zweckmäßigerweise hat ein besagter Flüssigkeitskanal einen Zulauf für Flüssigkeit und einen Ablauf für Flüssigkeit. Der Zulauf und der Ablauf eines Flüssigkeitskanals oder die Zuläufe und die Abläufe mehrerer Flüssigkeitskanäle können in verschiedenen Positionen an einer jeweiligen Einzelbatteriezelle bzw. der Batterievorrichtung angeordnet sein, bspw. so, dass sich der Zulauf und Ablauf eines Flüssigkeitskanals: 1) an der Einzelbatteriezelle entgegengesetzt zueinander liegen, 2) an der Einzelbatteriezelle diagonal entgegengesetzt zueinander liegen, 3) an derselben Seite der Einzelbatteriezelle ausmünden. Ferner ist es möglich, auf einer Einzelbatteriezelle mehrere fluidisch getrennte Flüssigkeitskanäle vorzusehen, sozusagen getrennte Flüssigkeitskreisläufe. Diese insb. zwei Flüssigkeitskanäle können in der Art gestaltet sein, dass der Zulauf und Ablauf eines Flüssigkeitskanals auf der einen Seite der Einzelbatteriezelle ausmünden, während der Zulauf und Ablauf des anderen Flüssigkeitskanals auf der anderen Seite der Einzelbatteriezelle ausmünden. Diese eine Seite und diese andere Seite der Einzelbatteriezelle können zweckmäßigerweise zueinander entgegengesetzt angeordnet sein. Eine zwei Flüssigkeitskanäle umfassende Batterievorrichtung kann entweder gegenläufig oder gleichläufig betrieben werden, wobei die Zuläufe der Flüssigkeitskanäle auf derselben Seite der Batterievorrichtung und die Abläufe der Flüssigkeitskanäle auf derselben Seite, insb. eine entgegengesetzte Seite, der Batterievorrichtung angeordnet sind oder dass die Zuläufe der Flüssigkeitskanäle auf zueinander entgegengesetzten Seiten der Batterievorrichtung und die Abläufe der Flüssigkeitskanäle ebenfalls auf zueinander entgegengesetzten Seiten der Batterievorrichtung angeordnet sind. Dadurch ergeben sich im Betrieb der Batterievorrichtung thermische Vorteile.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise eine Batterievorrichtung mit einem Zellenstapel aus in einer Stapelrichtung berührend aufeinander zugverspannt gestapelten und wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen, insb. sogenannte HardCase-Batteriezellen, wobei an wenigstens einer Bestückungsfläche eines quaderförmig angeordnete Bestückungsflächen aufweisenden Zellengehäuses einer jeweiligen Einzelbatteriezelle wenigstens ein separater Kanalsteg zum Bilden eines durchströmbaren Flüssigkeitskanals angeordnet ist. Wesentlich für die Erfindung ist, dass wenigstens einer der jeweiligen Kanalstege durch Kleben, zweckmäßigerweise mittels Stegklebstoff, an der jeweiligen Bestückungsfläche stoffschlüssig berührend fixiert ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfinderischen Batterievorrichtung und
- 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante einer Einzelbatteriezelle der Batterievorrichtung nach 1 mit Blick gemäß einem in 1 eingetragenen Pfeil II,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Variante einer Einzelbatteriezelle,
- 4 eine weitere Variante einer Einzelbatteriezelle der Batterievorrichtung in einer stark vereinfachten, schematischen Draufsicht, wobei die auf dieser Einzelbatteriezelle angeordneten Kanalstege mehrere durchströmbare Flüssigkeitskanäle bilden und zuletzt in
- 5 eine weitere Variante einer Einzelbatteriezelle der Batterievorrichtung in einer stark vereinfachten, schematischen Draufsicht, wobei die auf dieser Einzelbatteriezelle angeordneten Kanalstege mehrere durchströmbare Flüssigkeitskanäle bilden.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer im Gesamten mit 1 bezeichneten Batterievorrichtung, die wenigstens einen Zellenstapel 2 aus jeweils einer Vielzahl von wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen 4,4',4" aufweist. Die Batterievorrichtung 1 kann beispielsweise eine Traktionsbatterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug bilden. Die Einzelbatteriezellen 4,4',4" sind in einer in 1 mittels Pfeil angedeuteten Stapelrichtung 3 berührend aufeinander gestapelt und sowohl in Stapelrichtung 3 als auch quer dazu gegeneinander unverschieblich zugverspannt. Der Zellenstapel 2 aus Einzelbatteriezellen 4,4',4" definiert ferner zwei in Stapelrichtung 3 zueinander entgegengesetzt ausgerichtete rechteckige, nicht näher bezeichnete, Stapelstirnflächen, wobei an jeder dieser Stapelstirnflächen grundsätzlich jeweils eine mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Endplatte berührend angeordnet werden kann. Vorliegend ist nur in 1 lediglich eine einzige Endplatte 11 mit punktierter Linie angedeutet.
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In 1 ist ferner zu erkennen, dass an wenigstens einer planen Bestückungsfläche 5 eines im Wesentlichen sechs quaderförmig berührend aneinander angeordnete Bestückungsflächen 5 aufweisenden Zellengehäuses 6 einer jeweiligen Einzelbatteriezelle 4,4',4" mehrere separate zusammenhängende Kanalstege 7 angeordnet sind. Exemplarisch sind alle Kanalstege 7 durch Kleben mittels eines Stegklebstoffes an der jeweiligen Bestückungsfläche 5 stoffschlüssig berührend fixiert und jeweils vollständig aus dem Stegklebstoff gebildet. In den 1 bis 3 ist der jeweilige Stegklebstoff in einem ausgehärteten, nicht fließfähigen Zustand dargestellt, also formstabil und nach einem Auftragevorgang mittels eines nicht illustrierten Auftrageroboters.
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Weiterhin ist vorgesehen, in Stapelrichtung 3 zwischen wenigstens zwei benachbarten Zellengehäusen 6 zweier separater Einzelbatteriezellen 4,4',4" wenigstens einen durchströmbaren Flüssigkeitskanal 10 zum Führen von Flüssigkeit anzuordnen, wobei der oder die Kanalstege 7 den jeweiligen Flüssigkeitskanal 10 bilden oder begrenzen. Das hat den Effekt, dass zwischen den separaten Einzelbatteriezellen 4,4',4" des Zellenstapels 2 Flüssigkeit strömen kann, insb. quer zur Stapelrichtung 3, um so Wärmeenergie von den Einzelbatteriezellen 4,4',4" auf die Flüssigkeit zu übertragen, oder umgekehrt. Dadurch können die Einzelbatteriezellen 4,4',4" des Zellenstapels 2 nach Wahl entweder gekühlt oder gewärmt werden, beispielsweise um geeignete Betriebsparameter der Einzelbatteriezellen 4,4',4" einzustellen. Nach 1 sind exemplarisch alle separaten Einzelbatteriezellen 4,4',4" mit Kanalstegen 7 ausgerüstet und jeweils mittelbar über zwei sich in Stapelrichtung 3 berührend aufeinander abstützenden Kanalstegen 7 gestapelt, wobei die aufeinander abgestützten Kanalstege 7 einen oder mehrere Flüssigkeitskanäle 10 zum Führen von Flüssigkeit ausbilden oder begrenzen, um dadurch die Batterievorrichtung 1 vorteilhafterweise wunschgemäß zu kühlen und/oder zu wärmen. Der eine der beiden Kanalstege 7 ist dabei an einer Bestückungsfläche 5 eines Zellengehäuses 6 der einen jeweiligen Einzelbatteriezelle 4,4' und der andere Kanalsteg 7 an einer Bestückungsfläche 5 eines unmittelbar benachbarten Zellengehäuses 6 der anderen jeweiligen Einzelbatteriezelle 4,4" fixiert.
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Um die beim Zugverspannen der Einzelbatteriezelle 4,4',4" in Richtung der Stapelrichtung 3 auf einen jeweiligen Kanalsteg 7 einwirkenden Druckkräfte zu verkleinern, kann an wenigstens einer mit wenigstens einem Kanalsteg 7 aus Stegklebstoff bestückten Bestückungsfläche 5 des jeweiligen Zellengehäuses 6 wenigstens ein Abstandshalter 9 angeordnet sein. Ein solcher Abstandshalter 9 ist exemplarisch in 1 mit punktierter Linie angedeutet. Der oder die Abstandshalter 9 wirken sozusagen kraftunterstützend und neben den Kanalstegen 7 in Stapelrichtung 3, so dass beim Zugverspannen der Einzelbatteriezellen 4,4',4" zu einem gemeinsamen Zellenstapel 2 auftretende Druckkräfte sowohl von den Kanalstegen 7 als auch von den Abstandshaltern 9 aufgenommen werden.
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In 1 ist ferner zu erkennen, dass neben den erläuterten, die Flüssigkeitskanäle 10 ausbildenden oder begrenzenden, Kanalstegen 7 weitere Kanalstege 7 vorhanden sind, um wenigstens einen Sammelkanal 12 zum Ab- und Zuführen von Flüssigkeit zu wenigstens einem der jeweiligen Flüssigkeitskanäle 10 auszubilden oder zu begrenzen. Dadurch ist sozusagen jeder Flüssigkeitskanal 10 des Zellenstapels 2 vorteilhafterweise mittels eines Sammelkanals 12 mit Flüssigkeit beaufschlagbar. Exemplarisch kann wenigstens ein Flüssigkeitskanal 10 und wenigstens ein Sammelkanal 12 quer bezüglich der Stapelrichtung 3 durch ein Paar von Kanalstegen 7 begrenzt oder eingefasst sein.
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In 2 kann man in einer perspektivischen Ansicht eine erste Variante einer Einzelbatteriezelle 4,4',4" der Batterievorrichtung 1 nach 1 mit Blick gemäß einem in 1 eingetragenen Pfeil II erkennen, wobei wenigstens ein dargestellter Flüssigkeitskanal 10 mäanderförmige Kanalschlaufen 13 hat. Jede der Kanalschlaufen 13 hat zwei Mäanderlangarme 14 und einen diese miteinander fluidisch kommunizierend verbindenden bogenförmigen Mäanderkurzarm 15, wobei die jeweiligen Mäanderlangarme 14 bezüglich der Stapelrichtung 3 quer orientiert sind. Der Mäanderkurzarm 15 ist bezüglich der Stapelrichtung 3 und den Mäanderlangarmen 14 quer orientiert. Wie man erkennen kann, erstreckt sich der jeweilige Mäanderkurzarm 15 über minimal 10% und maximal 30% einer Gesamtlänge 16 eines Mäanderlangarms 14. In den Flüssigkeitskanal 10 können Strömungsaktive-Muster eingebracht werden, bspw. Winglets, V-Winglets und runde oder ovale Strukturen, die allesamt zur Erhöhung der Turbulenzen und/oder des Wärmeüberganges und/oder zusätzlich der Verbesserung der Stützflächen dienen. Sie sind in 2 nicht illustriert.
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Bezüglich der vorstehend erläuterten Flüssigkeitskanäle 10 und Sammelkanäle 12 ist noch zu ergänzen, dass exemplarisch jedes Zellengehäuse 6 einer Einzelbatteriezelle 4,4',4" wenigstens zwei jeweils als Flüssigkeitskanalbestückungsflächen 17 bezeichnete und zueinander gegenüberliegende Bestückungsflächen 5 aufweist, wobei diese Flächen exemplarisch senkrecht bezüglich der Stapelrichtung 3 ausgerichtet sind. Neben diesen Flüssigkeitskanalbestückungsflächen 17 bzw. Bestückungsflächen 5 weist jedes Zellengehäuse 6 einer Einzelbatteriezelle 4,4',4" exemplarisch noch wenigstens zwei weitere, jeweils als Sammelkanalbestückungsfläche 18 bezeichnete, Bestückungsflächen 5 auf, die vorliegend parallel bezüglich der Stapelrichtung 3 und bezüglich wenigstens einer Flüssigkeitskanalbestückungsfläche 17 des jeweiligen Zellengehäuses 6 rechtwinkelig ausgerichtet sind, wie man insb. in 2 erkennen kann. Ferner sind an jeder Flüssigkeitskanalbestückungsfläche 17 und jeweils an mindestens einer Sammelkanalbestückungsfläche 18 mehrere Kanalstege 7 angeordnet, um an den Flüssigkeitskanalbestückungsflächen 17 die erwähnten Flüssigkeitskanäle 10 zum Führen von Flüssigkeit zu bilden oder zu begrenzen und um an der oder den Sammelkanalbestückungsflächen 18 Sammelkanäle 12 zum Ab- und Zuführen von Flüssigkeit zu wenigstens einem der Flüssigkeitskanäle 10 zu bilden oder zu begrenzen. Die Sammelkanäle 12 sind dabei zweckmäßigerweise längs bezüglich der Stapelrichtung 3 von Flüssigkeit durchströmbar. Zum Temperieren der Batterievorrichtung 1 ist vorgesehen, dass exemplarisch alle Sammelkanäle 12 mit allen Flüssigkeitskanälen 10 fluidisch kommunizierend verbunden sind, um die Flüssigkeitskanäle 10 mit Flüssigkeit zu versorgen und um sozusagen ein von Flüssigkeit durchströmbares Flüssigkeitssystem anzugeben, mittels dem die Batterievorrichtung 1 wunschgemäß gekühlt und/oder gewärmt werden kann.
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In der Praxis hat sich bewährt, wenigstens einen Sammelkanal 12 als Zuführkanal 19 zum Zuführen von Flüssigkeit zu einem oder allen Flüssigkeitskanälen 10 und einen weiteren Sammelkanal 12 als Abführkanal 20 zum Abführen von Flüssigkeit von einem oder allen Flüssigkeitskanälen 10 auszubilden, siehe 2. Man kann sich vorstellen, beispielsweise an den Zuführkanal 19 eine Zuführleitung anzuschließen und an den Abführkanal 20 eine Abführleitung anzuschlie-ßen, so dass Flüssigkeit im Betrieb der Batterievorrichtung 1 zunächst ausgehend von der Zuführleitung durch den Zuführkanal 19 hindurch zu den Flüssigkeitskanälen 10 strömen kann. Nachdem die Flüssigkeit dort sozusagen wärmeenergieübertragend durch die mäanderförmigen Kanalschlaufen 13 der jeweiligen Flüssigkeitskanäle 10 hindurchgeströmt ist, kann sie stromab durch den Abführkanal 20 und zur Abführleitung gelangen, um dort abzuströmen. Somit kann die praktische Arbeit mit der Batterievorrichtung 1 begünstigt sein.
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Die 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Variante einer Einzelbatteriezelle 4,4',4", die exemplarisch in einen Zellenstapel 2 einer Batterievorrichtung 1 nach der vorstehenden Beschreibung eingebunden sein kann. Im Unterschied zu den Einzelbatteriezellen 4,4',4" gemäß der ersten Variante nach der vorstehenden Beschreibung sind die Einzelbatteriezellen 4,4',4" nach der weiteren Variante gemäß 3 jeweils lediglich mit mehreren an dem jeweiligen Zellengehäuse 6 angeordneten Flüssigkeitskanälen 10 ausgerüstet, auf Sammelkanäle 12 hat man dagegen verzichtet. Auch in diesen Flüssigkeitskanal 10 können, in 3 nicht illustrierte, Strömungsaktive-Muster eingebracht werden, bspw. Winglets, V-Winglets und runde oder ovale Strukturen, die allesamt zur Erhöhung der Turbulenzen und/oder des Wärmeüberganges und/oder zusätzlich der Verbesserung der Stützflächen dienen.
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Die 4 zeigt eine weitere Variante einer Einzelbatteriezelle 4,4',4" der Batterievorrichtung 1 in einer stark vereinfachten, schematischen Draufsicht, wobei die auf dieser Einzelbatteriezelle 4,4',4" angeordneten Kanalstege 7 mehrere durchströmbare Flüssigkeitskanäle 10 bilden, die verzweigt und zumindest abschnittsweise zueinander parallel gestaltet sind. Man kann weiterhin erkennen, dass die Flüssigkeitskanäle 10 einen gemeinsamen Zulauf 21 und einen gemeinsamen Ablauf 22 besitzen, die an der Einzelbatteriezelle 4,4',4" zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, d.h. die durch die Flüssigkeitskanäle 10 strömende Flüssigkeit strömt sozusagen von „links“ in die Flüssigkeitskanäle 10 ein und „rechts“ aus denselben ab. Zweckmäßig sind zwei bis sechs solcher paralleler Flüssigkeitskanäle 10 vorgesehen.
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Die 5 zeigt, wie 4, mehrere zueinander parallele Flüssigkeitskanäle 10 deren gemeinsamer Zulauf 21 und gemeinsamer Ablauf 22 an der Einzelbatteriezelle 4,4',4" zueinander entgegengesetzt angeordnet sind. Im Unterschied zum in 4 illustrierten Zulauf 21 und Ablauf 22 ist hier jedoch vorgesehen, dass der Zulauf 21 und Ablauf 22 an der Einzelbatteriezelle 4,4',4" zueinander diagonal entgegengesetzt angeordnet sind, also so, dass die durch die Flüssigkeitskanäle 10 strömende Flüssigkeit sozusagen von „links oben“ in die Flüssigkeitskanäle 10 einströmt und „rechts unten“ aus denselben abströmt.
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Die in 4 und 5 dargestellten Flüssigkeitskanäle 10 können eine bionische Kanalanordnung bilden. Dabei ist es möglich, dass die Strömungsrichtung der in einen Flüssigkeitskanal 10 einströmenden Flüssigkeit, insb. am Zulauf 21, entweder gleich oder entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung der aus diesem Flüssigkeitskanal 10 ausströmenden Flüssigkeit, insb. am Ablauf 22, ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011013618 A1 [0002]
- DE 60001887 T2 [0002]
