DE102022003613A1

DE102022003613A1 - Halteteil für eine Batteriezelle in einem Batteriemodul

Info

Publication number: DE102022003613A1
Application number: DE102022003613.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wigger; Andres Pott; Felix Radeck; Johannes Janotta; Andreas Knupfer; Christian Eberdt; Robin Böld; Karsten Propp
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halteteil (10) für eine Batteriezelle (12) in einem Batteriemodul (14) eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Halteteil (10) zumindest bereichsweise die Batteriezelle (12) umgibt, das Halteteil (10) als Formteil (16) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halteteil für eine Batteriezelle in einem Batteriemodul eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass innerhalb von so genannten Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen beispielsweise unterschiedliche Zellformate verwendet werden können. Neben Pouch- und Hardcasezellen sind insbesondere Rundzellen gebräuchlich. Aufgrund von elektrischen Verlusten beim Laden und Entladen erwärmen sich die Batteriezellen und müssen entsprechend gekühlt werden, um eine maximale Betriebstemperatur nicht zu überschreiten. Die Kühlung der Batteriezellen erfolgt hierbei beispielsweise durch eine Kühlplatte, an diese die Batteriezellen mit einem Zellboden thermisch angebunden werden. Die Kühlplatte wird üblicherweise zur Wärmeabfuhr mit Kühlwasser durchströmt. Die einseitige Kühlung der Batteriezellen erzeugt innerhalb der Zelle einen Temperaturgradienten. Die von der Kühlplatte abgewandte Zellseite weist dabei höhere Temperaturen im Vergleich zur Kühlplattenseite der Zelle auf. Der Betriebsbereich der Batteriezellen wird dadurch eingeschränkt. Alternativ werden Kühlschlangen seitlich an der Batteriezelle angebracht. Durch die Anordnung der metallischen Ableiter in der Batteriezelle ist die Wärmeleitung in Längsrichtung jedoch deutlich höher als in radialer Richtung. Eine Seitenkühlung entwärmt die Batteriezelle somit wenig effizient.
Die DE 10 2021 001 214 A2 betrifft ein Gehäuse für einen eine Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher. Es ist dabei vorgesehen, dass das Gehäuse ein faserverstärktes Kunststoffmaterial mit mindestens einer integrierten metallischen Komponente aufweist, wobei das Gehäuse zumindest abschnittsweise mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine äußere Schicht ein Aerogelmaterial und eine innere Schicht ein Phasenwechselmaterial umfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halteteil zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Kühlung einer Batteriezelle realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Halteteil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Halteteil für eine Batteriezelle in einem Batteriemodul eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Halteteil zumindest bereichsweise die Batteriezelle umgibt. Es ist dabei vorgesehen, dass das Halteteil als Formteil ausgebildet ist.
Insbesondere durch die Verwendung von Formteilen auf der von einer Kühlplatte abgewandten Seite der Batteriezellen kann die Anbringung vor der Montage der Batterie erfolgen. Im Rundzellenkonzept kann diese zum Beispiel hexagonale Form der Formteile einer Anordnung der Batteriezellen in der Batterie erleichtern. Durch den Einsatz von beispielsweise Phasenwechselmaterial im Formteil wird zudem eine bedarfsgerechte weitere Kühlmöglichkeit der Batteriezelle implementiert, die den Temperaturgradienten in der Batteriezelle verringert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das Formteil eine hexagonale Form auf.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Formteil aus einem Phasenwechselmaterial ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass das Formteil mittels Kraftschluss an der Batteriezelle gehalten ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Formteil zum Anordnen an einer Bodenplatte des elektrischen Energiespeichers gegenüberliegenden Seite der Batteriezelle ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass das Formteil für eine als Rundzelle ausgebildete Batteriezelle ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle und einem Halteteil nach dem vorhergehenden Aspekt. Ferner betrifft die Erfindung auch einen elektrischen Energiespeicher mit zumindest einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Halteteils sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls, des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Halteteils;
2 eine schematische Schnittansicht einer Batteriezelle mit einer Ausführungsform eines Halteteils; und
3 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Batteriemoduls mit einer Batteriezelle und einem Halteteil.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Halteteils 10 für eine Batteriezelle 12 (2) in einem Batteriemodul 14 (3) eines nicht dargestellten elektrischen Energiespeichers. Der elektrische Energiespeicher ist beispielsweise für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Kraftfahrzeug kann dabei insbesondere zumindest teilweise elektrisch beziehungsweise vollelektrisch ausgebildet sein.
Insbesondere zeigt die 1, dass das Halteteil 10 als Formteil 16 ausgebildet ist. Insbesondere ist gezeigt, dass das Formteil 16 eine hexagonale Form aufweist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Formteil 16 aus einem Phasenwechselmaterial ausgebildet ist.
2 zeigt eine Schnittansicht gemäß einer Ausführungsform des Formteils 16 an einer Batteriezelle 12. Die Batteriezelle 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere als Rundzelle ausgebildet. Ferner ist gezeigt, dass die Batteriezelle auf einer Bodenplatte 18 ausgebildet ist, wobei die Bodenplatte 18 wiederum als Teil des elektrischen Energiespeichers ausgebildet ist. Die Bodenplatte 18 kann dabei als Kühlplatte ausgebildet sein. Insbesondere ist gezeigt, dass das Formteil 16 dann wiederum auf der gegenüberliegenden Seite der Bodenplatte 18 an der Batteriezelle 12 ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist somit das Formteil 16 in einem oberen Bereich der Batteriezelle 12 ausgebildet und gegenüberliegend von der Bodenplatte 18 ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Formteil 16 mittels Kraftschluss an der Batteriezelle 12 gehalten ist.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform auf ein Batteriemodul 14, wobei das Batteriemodul 14 aus einer Vielzahl von Batteriezellen 12 und jeweils um die Vielzahl von Batteriezellen 12 angeordnete Formteile 16 ausgebildet ist.
Insbesondere ist somit gezeigt, dass mittels der Formteile 16 eine zusätzliche Kühlung im oberen Bereich der Batteriezelle 12 bereitgestellt werden kann. Insbesondere sind diese somit an der von der Bodenplatte 18 beziehungsweise Kühlplatte abgewandten Seite auf die Batteriezelle 12 aufgestülpt. Die Ausgestaltung kann dabei derart erfolgen, dass das Formteil 16 reibschlüssig auf der Batteriezelle 12 hält, oder auch durch einen kleinen Absatz an der Oberseite der Batteriezelle 12 gehalten wird. Durch diese Formteile 16 lassen sich die Batteriezellen 12 zudem geometrisch günstig anordnen. Im Falle von Rundzellen eignet sich beispielsweise die hexagonale Form der einzelnen Batteriezellen 12 im elektrischen Energiespeicher. Die angeordneten Batteriezellen 12 werden bei der Produktion des elektrischen Energiespeichers nach der Anordnung üblicherweise mit einer Vergussmasse im mittleren Zellbereich eingeschlossen. Das Formteil 16 hat dabei eine Doppelfunktion. Durch den Einsatz von Phasenwechselmaterial im Formteil 16 kann es bei der Erwärmung der Batteriezelle 12 latente Wärme aufnehmen. Das Phasenwechselmaterial kann entweder in Form von verkapseltem Phasenwechselmaterial in eine Kunststoffmatrix eingebracht werden oder es werden auf dem Markt verfügbare Fest-Fest- (Solid/Solid) Phasenwechselmaterialien verwendet.
Die Formteile 16 lassen sich für alle gängigen Zellformate sinnvoll einsetzen. Alternativ zu einem Formteil 16 für jede Einzelzelle könnte auch ein Formteil 16 für mehrere Einzelzellen verwendet werden. Damit sind die Formteile 16 insbesondere als eine zusammenhängende Platte ausgebildet.
Bezugszeichenliste

10: Halteteil
12: Batteriezelle
14: Batteriemodul
16: Formteil
18: Bodenplatte

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 102021001214 A2 [0003]

Claims

Halteteil (10) für eine Batteriezelle (12) in einem Batteriemodul (14) eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Halteteil (10) zumindest bereichsweise die Batteriezelle (12) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (10) als Formteil (16) ausgebildet ist.
Halteteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (16) eine hexagonale Form aufweist.
Halteteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (16) aus einem Phasenwechselmaterial ausgebildet ist.
Halteteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (16) mittels Kraftschluss an der Batteriezelle (12) gehalten ist.
Halteteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (16) zum Anordnen an einer Bodenplatte (18) des elektrischen Energiespeichers gegenüberliegenden Seite der Batteriezelle (12) ausgebildet ist.
Halteteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (16) für eine als Rundzelle ausgebildete Batteriezelle (12) ausgebildet ist.