DE102022102620A1 - Cell holder for holding a plurality of battery cells and vehicle battery assembly - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellhalter (1) zum Halten einer Mehrzahl von Batteriezellen (7) in einem Batteriemodul, umfassend einen Halteabschnitt (2) aus einem ersten Kunststoff, ausgebildet aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Aufnahmen (4) zum Halten jeweils zumindest einer Batteriezelle (7), und einen einstückig mit dem Halteabschnitt (2) und aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff ausgebildeten, sich an den Halteabschnitt (2) anschließenden Anbindungsabschnitt (3) zum thermischen Anbinden der in den Aufnahmen (4) gehaltenen Batteriezellen (7) an eine Temperiervorrichtung (10); sie betrifft ferner eine einen derartigen Zellhalter (1) aufweisende Fahrzeugbatterieanordnung (100).The present invention relates to a cell holder (1) for holding a plurality of battery cells (7) in a battery module, comprising a holding section (2) made of a first plastic, formed from a plurality of holders (4) arranged next to one another and connected to one another for holding each at least one battery cell (7), and a connecting section (3) which is formed in one piece with the holding section (2) and is made of a second plastic that is different from the first plastic and adjoins the holding section (2) for thermally connecting the cells held in the receptacles (4). Battery cells (7) to a temperature control device (10); it also relates to a vehicle battery arrangement (100) having such a cell holder (1).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellhalter zum Halten einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem Batteriemodul und eine Fahrzeugbatterieanordnung.The present invention relates to a cell holder for holding a plurality of battery cells in a battery module and a vehicle battery assembly.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, elektrochemische Energiespeicher, wie Fahrzeugbatterien, insbesondere Lithiumlonen-Batterien, aus einer Vielzahl von einzelnen Batteriezellen auszubilden. Oftmals werden eine vorgegebene Anzahl von Batteriezellen in einem Batteriemodul zusammengefasst, wobei die Fahrzeugbatterie oftmals eine Mehrzahl solcher Batteriemodule aufweist, die etwa in einer Stapelrichtung gestapelt in einem Batteriegehäuse angeordnet sind. Insbesondere bei Batteriespeichern, die aus zylindrischen Zellen gebildet sind, werde die einzelnen Batteriezellen häufig durch Zellhalter gehalten, positioniert und zueinander beabstandet. So kann neben einer hinreichenden Strukturintegrität der Batterie insbesondere auch eine elektrische Isolierung von Batteriezellen, die keine eigene Isolierung aufweisen, wie beispielsweise bei zylindrischen Batteriezellen häufig der Fall, zueinander erzielt werden.It is known to form electrochemical energy stores, such as vehicle batteries, in particular lithium ion batteries, from a large number of individual battery cells. A predetermined number of battery cells are often combined in a battery module, with the vehicle battery often having a plurality of such battery modules which are arranged in a battery housing stacked approximately in a stacking direction. Particularly in the case of battery storage systems that are formed from cylindrical cells, the individual battery cells are often held, positioned and spaced apart from one another by cell holders. In addition to sufficient structural integrity of the battery, battery cells that do not have their own insulation, as is often the case with cylindrical battery cells, for example, can also be electrically insulated from one another.
Zellhalter sind oft aus einem Kunststoff gefertigt. Sie besitzen meist eine komplexe Geometrie, da sie eine große Anzahl von Batteriezellen aufnehmen müssen.Cell holders are often made of a plastic. They usually have a complex geometry because they have to accommodate a large number of battery cells.
Elektrochemische Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, besitzen einen eingeschränkten Betriebstemperaturbereich. Außerhalb dieses Bereichs verlieren derartige Batteriezellen ihre Leistungsfähigkeit, altern stärker oder erreichen sicherheitskritische Zustände.Electrochemical energy stores, in particular lithium-ion batteries, have a limited operating temperature range. Outside of this range, such battery cells lose their performance, age faster or reach safety-critical states.
Aus diesem Grund werden Batteriezellen in vielen Anwendungen, insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen, aktiv temperiert, mithin thermisch konditioniert. Das heißt, sie werden je nach Bedarf geheizt oder gekühlt, um innerhalb eines vorgegebenen, für den Betrieb und den Erhalt der Batteriezellen sicheren und vorteilhaften Temperaturbereich zu bleiben. For this reason, battery cells are actively temperature-controlled in many applications, particularly in the case of lithium-ion batteries in electric and hybrid vehicles, and are therefore thermally conditioned. This means that they are heated or cooled as required in order to remain within a specified temperature range that is safe and advantageous for the operation and maintenance of the battery cells.
In den meisten Elektro-Fahrzeugen erfolgt dies über eine Temperiervorrichtung, die von einem flüssigen Temperiermedium, beispielsweise Kühlwasser, durchströmt wird. Die Batteriezellen sind an die Temperiervorrichtung thermisch angebunden, so dass eine Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen und der Temperiervorrichtung möglich ist. Je nach Temperatur des Temperiermediums können die Batteriezellen aktiv geheizt oder gekühlt werden.In most electric vehicles, this takes place via a temperature control device through which a liquid temperature control medium, for example cooling water, flows. The battery cells are thermally connected to the temperature control device, so that heat transfer between the battery cells and the temperature control device is possible. Depending on the temperature of the temperature control medium, the battery cells can be actively heated or cooled.
In vielen Fällen weist die Temperiervorrichtung eine flächige, ebene Geometrie auf. Sie ist mithin oftmals in Form einer im Wesentlichen ebenen Temperierplatte ausgebildet. Die Anbindung der Batteriezellen an die Temperierplatte erfolgt meist durch eine flexible, thermisch leitfähige Matte, dem sogenannten „Gap Pad“, oder durch ein flüssiges bzw. pastöses, teilweise aushärtendes Material, dem sogenannten „Gap Filler“. Durch diese Elemente ist es möglich, Toleranzen und Oberflächenunebenheiten und -rauigkeiten der Batteriezellen und/oder der Temperierplatte auszugleichen. Zudem kann so ein niedriger thermischer Widerstand zwischen den Batteriezellen und der Temperierplatte erzielt werden.In many cases, the temperature control device has a flat, planar geometry. It is therefore often designed in the form of an essentially flat temperature control plate. The battery cells are usually connected to the temperature control plate using a flexible, thermally conductive mat, the so-called “gap pad”, or using a liquid or pasty, partially hardening material, the so-called “gap filler”. These elements make it possible to compensate for tolerances and surface irregularities and roughness of the battery cells and/or the tempering plate. In addition, a low thermal resistance between the battery cells and the tempering plate can be achieved.
Der Einsatz von Gap Fillern ist aufgrund des vergleichsweise hohen Materialpreises relativ teuer. Zudem ist der Prozess des Auftragens aufwändig. Bei nicht aushärtenden Gap Fillern besteht ferner die Gefahr, dass durch spätere Einwirkung von Temperatur und Beschleunigungskräften Teile des Gap Fillers wandern, etwa aus der vorgesehenen Lage zwischen den Batteriezellen und der Temperiervorrichtung herausfließt. Bei aushärtenden Gap Fillern ist die spätere Demontage eines Batteriezellenmodules erschwert oder gar unmöglich, unter anderem da die Batteriezellen, der Zellhalter und/oder die Temperiervorrichtung via des ausgehärteten Gap Fillers zumindest teilweise miteinander verklebt sind. Ferner kann bei einem Auftrag des Gap Fillers nicht ausgeschlossen werden, dass Luftblasen innerhalb des Gap Fillers und/oder an den Grenzflächen zu den Batteriezellen und/oder der Temperiervorrichtung eingeschlossen werden. Entsprechend eignen sich Gap Filler nicht als alleinige elektrische Isolation zwischen den Batteriezellen und der zumeist metallischen Temperiervorrichtung, so dass eine zusätzliche Isolationsschicht, z.B. eine Folie, für die Sicherstellung der elektrischen Isolation der Batteriezellen von der Temperiervorrichtung erforderlich ist. Die Folie stellt eine weitere Zwischenschicht zwischen Batteriezellen und Temperiervorrichtung dar. Durch sie werden zwei weitere Grenzflächen zwischen Batteriezellen und Temperiervorrichtung eingebracht.The use of gap fillers is relatively expensive due to the comparatively high material price. In addition, the application process is complex. In the case of gap fillers that do not harden, there is also the risk that parts of the gap filler will migrate as a result of the later effects of temperature and acceleration forces, for example flowing out of the intended position between the battery cells and the temperature control device. In the case of hardening gap fillers, subsequent disassembly of a battery cell module is made more difficult or even impossible, among other things because the battery cells, the cell holder and/or the temperature control device are at least partially glued to one another via the hardened gap filler. Furthermore, when the gap filler is applied, it cannot be ruled out that air bubbles are trapped within the gap filler and/or at the interfaces to the battery cells and/or the temperature control device. Accordingly, gap fillers are not suitable as the sole electrical insulation between the battery cells and the mostly metallic temperature control device, so that an additional insulating layer, e.g. a foil, is required to ensure the electrical insulation of the battery cells from the temperature control device. The film represents a further intermediate layer between the battery cells and the temperature control device. It introduces two further interfaces between the battery cells and the temperature control device.
Gap Pads hingegen besitzen nur eine eingeschränkte Wärmeübertragungsfähigkeit durch die auf jeweils eine Ebene begrenzte Kontaktfläche. Außerdem sind das Handling und die Positionierung des Gap Pads in der Fertigung mit vergleichsweise hohem Aufwand verbunden, da die einzusetzenden Gap Pads in der Regel flexibel sind und zumindest teilweise klebrige Oberflächen aufweisen.Gap pads, on the other hand, only have a limited heat transfer capacity due to the contact surface being limited to one level. In addition, the handling and positioning of the gap pads in production are associated with a comparatively high level of effort, since the gap pads to be used are generally flexible and at least partially have sticky surfaces.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Zellhalter zum Halten einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem Batteriemodul, sowie eine verbesserte Fahrzeugbatterieanordnung bereitzustellen.Based on the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved cell holder for holding a plurality of battery cells in a battery module, and to provide an improved vehicle battery assembly.
Die Aufgabe wird durch einen Zellhalter zum Halten einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The object is achieved by a cell holder for holding a plurality of battery cells in a battery module having the features of
Entsprechend wird ein Zellhalter zum Halten einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem Batteriemodul vorgeschlagen, umfassend einen Halteabschnitt aus einem ersten Kunststoff, ausgebildet aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Aufnahmen zum Halten jeweils zumindest einer Batteriezelle.Accordingly, a cell holder for holding a plurality of battery cells in a battery module is proposed, comprising a holding section made of a first plastic, formed from a plurality of receptacles arranged next to one another and connected to one another, each for holding at least one battery cell.
Der Zellhalter umfasst ferner einen einstückig mit dem Halteabschnitt und aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff ausgebildeten, sich an den Halteabschnitt anschließenden Anbindungsabschnitt zum thermischen Anbinden der in den Aufnahmen gehaltenen Batteriezellen an eine Temperiervorrichtung.The cell holder also includes a connection section, which is formed in one piece with the holding section and is made of a second plastic that is different from the first plastic, and adjoins the holding section, for thermally connecting the battery cells held in the receptacles to a temperature control device.
Dadurch, dass der Zellhalter einen einstückig mit dem Halteabschnitt und aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff ausgebildeten, sich an den Halteabschnitt anschließenden Anbindungsabschnitt zum thermischen Anbinden der in den Aufnahmen gehaltenen Batteriezellen an eine Temperiervorrichtung umfasst, kann auf das ansonsten erforderliche Vorsehen eines separaten Gap Fillers und/oder eines separaten Gap Pads verzichtet werden. Mit andere Worten kann der Anbindungsabschnitt die wärmeleitende Funktion eines Gap Fillers oder eines Gap Pads nachbilden bzw. bereitstellen.Due to the fact that the cell holder comprises a connection section, which is formed in one piece with the holding section and is made of a second plastic that is different from the first plastic and adjoins the holding section, for thermally connecting the battery cells held in the receptacles to a temperature control device, the otherwise required provision of a separate gap Fillers and/or a separate gap pad are dispensed with. In other words, the connection section can simulate or provide the thermally conductive function of a gap filler or a gap pad.
Entsprechend ist es bei Einsatz eines derartig ausgebildeten Zellhalters möglich, den Aufbau einer Batterieanordnung in Vergleich zu herkömmlichen Batterieanordnungen zu vereinfachen. Insbesondere kann so auf das Vorsehen eines separaten Wärmeübertragungselementes, beispielsweise eines Gap Fillers oder Gap Pads, verzichtet werden. Selbst wenn weiterhin der Einsatz eines Gap Fillers vorgesehen ist, so kann dessen Menge im Vergleich zu herkömmlichen Batterieanordnungen signifikant reduziert sein. Ferner kann durch den Anbindungsabschnitt die Gefahr des Eindringens eines nicht aushärtenden Gap Fillers aufgrund eines Zerlaufens zwischen die Batteriezellen vermindert oder - bei entsprechender geschlossener Form des Anbindungsabschnitts - gar gänzlich vermieden werden.Accordingly, when using a cell holder designed in this way, it is possible to simplify the construction of a battery arrangement in comparison to conventional battery arrangements. In particular, the provision of a separate heat transfer element, for example a gap filler or gap pad, can be dispensed with. Even if the use of a gap filler is also planned, its quantity can be significantly reduced compared to conventional battery arrangements. Furthermore, the risk of a non-hardening gap filler penetrating due to running between the battery cells can be reduced by the connection section or—with a correspondingly closed shape of the connection section—can even be completely avoided.
Aus der Reduzierung der Teilezahl resultiert ferner ein geringerer Fertigungsaufwand, was zusätzlich zum Wegfall von Materialkosten hinsichtlich Gap Filler oder Gap Pad die Herstellkosten einer den Zellhalter umfassenden Batterieanordnung im Vergleich zu herkömmlichen Batterieanordnungen reduziert.The reduction in the number of parts also results in lower production costs, which, in addition to the elimination of material costs with regard to gap fillers or gap pads, reduces the manufacturing costs of a battery arrangement that includes the cell holder compared to conventional battery arrangements.
Fertigungsaufwand und Herstellkosten sind ferner dahingehend günstig beeinflusst, als dass bei dem erfindungsgemäßen Zellhalter durch Vorsehen des Anbindungsabschnitts eine Funktionsintegration in ein Formteil erzielt ist, so dass aufwendige Auftragsschritte und/oder Aushärteprozesse bei der Herstellung der Batterieanordnung entfallen.Manufacturing complexity and manufacturing costs are also favorably influenced in that the cell holder according to the invention achieves functional integration in a molded part by providing the connection section, so that complex application steps and/or curing processes are eliminated in the manufacture of the battery arrangement.
Ferner kann durch einen derartigen Zellhalter eine vergleichsweise hohe Sicherheit gegenüber Isolationsfehlern aufgrund von zwischen die Batteriezellen und/oder zwischen Batteriezellen und Temperiervorrichtung eingetretener Flüssigkeit erzielt werden, insbesondere aufgrund der einstückigen, im Wesentlichen geschlossenen Bauweise des einstückigen Mehrkomponentenbauteils.Furthermore, such a cell holder can provide a comparatively high degree of security against insulation faults due to liquid entering between the battery cells and/or between battery cells and temperature control device, in particular due to the one-piece, essentially closed design of the one-piece multi-component part.
Auch kann ein vergleichsweise guter thermischer Kontakt zwischen den Batteriezellen und der Temperiervorrichtung erzielt werden, insbesondere aufgrund der Reduzierung auf eine einzige Zwischenschicht.A comparatively good thermal contact between the battery cells and the temperature control device can also be achieved, in particular due to the reduction to a single intermediate layer.
Der Zellhalter kann via des Anbindungsabschnitts weiterhin eine sichere elektrische Isolation zwischen Batteriezellen und Temperiervorrichtung bereitstellen, ohne dass zusätzliche Isolationsfolien oder ähnliches erforderlich sind.The cell holder can also provide reliable electrical insulation between the battery cells and the temperature control device via the connection section, without additional insulating films or the like being required.
Weiterhin kann der Zellhalter einen Schutz von in den Aufnahmen aufgenommenen Batteriezellen bei einem Transport und bei der Lagerung aufgrund der bevorzugt im Wesentlichen geschlossenen Kontur an der Unterseite bereitstellen.Furthermore, the cell holder can provide protection for battery cells received in the receptacles during transport and storage due to the preferably substantially closed contour on the underside.
Im Gegensatz zu einem Einsatz von (teil-)härtenden Gap Fillern liegt beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Zellhalters keine direkte Verklebung zwischen Batteriezellen und Temperiervorrichtung vor, so dass eine Demontage des Batteriemodus problemlos möglich oder zumindest vergleichsweise einfach ist.In contrast to the use of (partially) hardening gap fillers, when using a cell holder according to the invention there is no direct adhesion between the battery cells and the temperature control device, so that the battery mode can be disassembled without any problems or at least comparatively easily.
Um einerseits ein sicheres mechanisches Halten der Batteriezellen im Halteabschnitt und zugleich eine flächige thermische Kopplung des Anbindungsabschnitts mit den Batteriezellen und zur Temperiervorrichtung erzielen zu können, kann der erste Kunststoff eine größere Shore-Härte als der zweite Kunststoff aufweisen. Der erste Kunststoff kann mithin hinreichend hart und/oder formstabil ausgebildet sein, um ein mechanisches Halten der Batteriezellen bereitzustellen, welches den bei Transport und Betrieb der Batteriezellen mechanischen Kräften formstabil standhält. Der zweite Kunststoff kann hinreichend weich und verformbar ausgebildet sein, mithin ein derartiges Verformungsvermögen aufweisen, so dass eine Anpassung der Oberfläche des Anbindungsabschnitts an die Oberfläche der Batteriezellen und der Oberfläche der Temperiervorrichtung und mithin ein flächiger Kontakt zu diesen möglich ist. Anders ausgedrückt weist der zweite Kunststoff bzw. der Anbindungsabschnitt aufgrund seiner Shore Härte ein Verformungsvermögen auf, welches es ihm erlaubt, sich an die Oberfläche und Kontur der Batteriezellen und jener der Temperiervorrichtung anzuschmiegen.In order to be able to achieve secure mechanical retention of the battery cells in the retaining section and at the same time a two-dimensional thermal coupling of the connection section to the battery cells and to the temperature control device, the first plastic can have a greater Shore hardness than the second plastic. The first plastic can therefore be designed to be sufficiently hard and/or dimensionally stable in order to provide mechanical retention of the battery cells, which withstands the mechanical forces during transport and operation of the battery cells in a dimensionally stable manner. The second plastic can be sufficiently soft and deformable be formed, consequently having such a deformability, so that an adaptation of the surface of the connection section to the surface of the battery cells and the surface of the temperature control device and therefore a surface contact with these is possible. In other words, the second plastic or the connection section has a deformability due to its Shore hardness, which allows it to nestle against the surface and contour of the battery cells and those of the temperature control device.
Die Shore-Härte ist bevorzugt gemessen bzw. angegeben in Form von Shore C oder Shore D. Die Shore Härtegrade beziehen sich vorzugsweise auf Werte, wie sie aus einem Verfahren gemäß einem Standard, bevorzugt
Der Unterschied an Shore-Härte zwischen erstem Kunststoff und zweitem Kunststoff beträgt bevorzugt mindestens 5 Shore C Härtegrade oder mindestens 2 Shore D Härtegrade, wobei bevorzugt der zweite Kunststoff eine Shore C Härte im Bereich von 9 bis 65 Shore C aufweist und/oder der erste Kunststoff eine Shore C Härte größer gleich 60 Shore C aufweist, und/oder bevorzugt der zweite Kunststoff eine Shore D Härte im Bereich von 6 bis 44 Shore D aufweist und/oder der erste Kunststoff eine Shore D Härte größer 40 Shore D, bevorzugt größer 45 Shore C aufweist und/oder der erste Kunststoff eine Shore D Härte im Bereich von 40 bis 95 Shore D aufweist.The difference in Shore hardness between the first plastic and the second plastic is preferably at least 5 Shore C degrees of hardness or at least 2 Shore D degrees of hardness, with the second plastic preferably having a Shore C hardness in the range from 9 to 65 Shore C and/or the first plastic has a Shore C hardness greater than or equal to 60 Shore C, and/or preferably the second plastic has a Shore D hardness in the range from 6 to 44 Shore D and/or the first plastic has a Shore D hardness greater than 40 Shore D, preferably greater than 45 Shore C and/or the first plastic has a Shore D hardness in the range from 40 to 95 Shore D.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zellhalter ein Zweikomponenten-Spritzguss-Bauteil, wobei bevorzugt in einem ersten Spritzgussschritt der Halteabschnitt urgeformt wurde und in einem zweiten Spritzgussschritt der Anbindungsabschnitt stoffschlüssig mit dem Halteabschnitt urgeformt wurde. Alternativ kann auch der Anbindungsabschnitt in einem ersten Spritzgussschritt urgeformt werden und in einem zweiten Spritzgussschritt der Halteabschnitt stoffschlüssig mit dem Anbindungsabschnitt urgeformt werden.According to a further preferred embodiment, the cell holder is a two-component injection-molded part, with the holding section preferably being primary formed in a first injection molding step and the connection section being primary formed integrally with the retaining section in a second injection molding step. Alternatively, the connection section can also be primary formed in a first injection molding step and the holding section can be primary formed integrally with the connection section in a second injection molding step.
Vorzugsweise sind die Aufnahmen in einer Ebene nebeneinander angeordnet, wobei bevorzugt sich der Anbindungsabschnitt an den Halteabschnitt in einer Richtung quer zur Ebene anschließt.The receptacles are preferably arranged next to one another in one plane, with the connection section preferably adjoining the holding section in a direction transverse to the plane.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Aufnahmen des Halteabschnitts zum Aufnehmen zumindest einer, bevorzugt genau einer zylindrischen Batteriezelle, prismatischen Batteriezelle und/oder Pouch-Batteriezelle ausgebildet.According to a further preferred embodiment, the receptacles of the holding section are designed to receive at least one, preferably precisely one, cylindrical battery cell, prismatic battery cell and/or pouch battery cell.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Aufnahmen des Halteabschnitts zum Halten einer Batteriezelle an einer Seitenfläche der Batteriezelle bezogen auf eine Längsachse der Batteriezelle ausgebildet sind.It has proven to be advantageous if the receptacles of the holding section for holding a battery cell are formed on a side surface of the battery cell in relation to a longitudinal axis of the battery cell.
Der Anbindungsabschnitt ist vorzugsweise zum flächigen Kontaktieren eines Bodens der Batteriezellen ausgebildet. Durch die flächige Anbindung kann eine vergleichsweise große Grenzfläche mit geringem thermischen Widerstand zwischen Batteriezelle und Anbindungsabschnitt und somit eine besonders effiziente Wärmeübertragung erzielt werden.The connection section is preferably designed to make planar contact with a base of the battery cells. Due to the areal connection, a comparatively large interface with low thermal resistance can be achieved between the battery cell and the connection section and thus a particularly efficient heat transfer.
Der Anbindungsabschnitt kann auch ausgebildet sein zum flächigen Kontaktieren eines Bodens und eines sich an den Boden anschließenden Seitenflächenabschnitts der Batteriezellen. Bei einem derartigen Aufbau kann - insbesondere auch im Vergleich zu Gap Pads oder Fillern - eine zusätzliche Erhöhung der Wärmeübertragung aus den bzw. in die Batteriezellen erzielt werden.The connection section can also be designed for areal contacting of a base and a side surface section of the battery cells adjoining the base. With such a structure, an additional increase in the heat transfer from or into the battery cells can be achieved--particularly in comparison to gap pads or fillers.
Wenn der Anbindungsabschnitt zum Kontaktieren eines Bodens der Batteriezellen ausgebildet ist, stellt der Anbindungsabschnitt vorzugsweise einen Boden der dann sacklochartig ausgebildeten Aufnahmen dar. Mit anderen Worten kann der Zellhalter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sacklochartige Aufnahmen aufweisen, wobei zumindest ein Teil der Seitenwand der Aufnahme aus dem ersten Kunststoff ausgebildet ist und der Boden oder der Boden und ein unterer Teil der Seitenwand der Aufnahme durch den zweiten Kunststoff ausgebildet sind.If the connection section is designed to contact a bottom of the battery cells, the connection section preferably represents a bottom of the receptacles, which are then formed in the manner of a blind hole Plastic is formed and the bottom or the bottom and a lower part of the side wall of the receptacle are formed by the second plastic.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Anbindungsabschnitt im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet.According to a further preferred embodiment, the connection section is essentially plate-shaped.
Der Anbindungsabschnitt kann an einer zum Halteabschnitt weisenden Seite eine Kontaktierungsfläche zum bevorzugt flächigen thermischen Kontaktieren der Batteriezelle aufweisen und gegenüber der Kontaktierungsfläche eine Anbindungsfläche zum bevorzugt flächigen thermischen Kontaktieren der Temperiervorrichtung, bevorzugt einer Temperierfläche der Temperiervorrichtung, aufweisen.On a side facing the holding section, the connection section can have a contacting surface for preferably planar thermal contacting of the battery cell and opposite the contacting surface a connection surface for preferably planar thermal contacting of the temperature control device, preferably a temperature control surface of the temperature control device.
Um eine ausreichende Wärmeleitung zwischen den Batteriezellen und der Temperiervorrichtung bereitstellen zu können und zudem eine hinreichende thermische Entkopplung zwischen den Batteriezellen untereinander erzielen zu können, kann der zweite Kunststoff vorzugsweise eine höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit als der erste Kunststoff aufweisen, bevorzugt eine um mindestens 0,5 W / (m*K), bevorzugt mindestens 1 W / (m*K), besonders bevorzugt mindestens 1,5 W / (m*K), ganz besonders bevorzugt mindestens 2 W / (m*K) höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur und mittlerer Luftfeuchte.In order to be able to provide sufficient heat conduction between the battery cells and the temperature control device and also to be able to achieve sufficient thermal decoupling between the battery cells, the second plastic can preferably have a higher specific thermal conductivity than the first plastic, preferably by at least 0.5 W / (m*K), preferably at least 1 W/(m*K), particularly preferably at least 1.5 W/(m*K), very particularly preferably at least 2 W/(m*K) higher specific thermal conductivity at room temperature and medium humidity.
Als Raumtemperatur wird hier insbesondere 20° C verstanden, unter einer mittleren Luftfeuchte insbesondere 50 % Luftfeuchtigkeit.Here, room temperature is understood to be in particular 20° C., mean atmospheric humidity being in particular 50% atmospheric humidity.
Der zweite Kunststoff weist bevorzugt eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W / (m*K), bevorzugt mindestens 1 W/ (m*K), besonders bevorzugt mindestens 1,5 W/ (m*K), und ganz besonders bevorzugt mindestens 2 W/ (m*K), 2,5 W/ (m*K) oder 3 W/ (m*K) bei Raumtemperatur und mittlerer Luftfeuchte auf. So kann ein hohes Wärmeübertragungsvermögen bzw, ein geringer thermischer Widerstand zwischen den Batteriezellen und der Temperiervorrichtung erzielt werden.The second plastic preferably has a specific thermal conductivity of at least 0.5 W/(m*K), preferably at least 1 W/(m*K), particularly preferably at least 1.5 W/(m*K), and very particularly preferably at least 2 W/ (m*K), 2.5 W/ (m*K) or 3 W/ (m*K) at room temperature and average humidity. A high heat transfer capacity or a low thermal resistance between the battery cells and the temperature control device can thus be achieved.
Der zweite Kunststoff kann insbesondere ein Thermoplast, ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer, Silikon oder Silikonkautschuk sein.The second plastic can in particular be a thermoplastic, an elastomer, a thermoplastic elastomer, silicone or silicone rubber.
Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit des Grundmaterials des zweiten Kunststoffs kann der zweite Kunststoff einen Füllstoff zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bevorzugt Aluminiumoxid oder Bornitrid.To increase the thermal conductivity of the base material of the second plastic, the second plastic can have a filler to increase the thermal conductivity, preferably aluminum oxide or boron nitride.
Vorzugsweise sind der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff elektrisch isolierend. Als „isolierend“ kann ein Material beispielsweise mit einer elektrischen Leitfähigkeit kleiner 10-8 S·cm-1 bzw. einem spezifischen Widerstand größer 108 Ω·cm, verstanden werden.Preferably, the first plastic and the second plastic are electrically insulating. A material with an electrical conductivity of less than 10 -8 S·cm -1 or a specific resistance greater than 10 8 Ω·cm can be understood as “insulating”.
Vorzugsweise ist der erste Kunststoff ein Standardkunststoff oder ein technischer Kunstsoff, bevorzugt Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polymethylpenten (PMP), Polyvinylchlorid (PVC), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA), bevorzugt Polyamid 6, Polyamid, Polyamid 6.6, Polyamid 11 oder Polyamid 12, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Ethylenvinylacetat (EVA), Chloriertes Polyethylen (PE-C), Thermoplastisches Elastomer (TPE), bevorzugt Thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis (TPO) Polyetherester-Blockcopolymer (TPA), Polyurethan-Blockcopolymer (TPU), Polyether-Blockamid (TPA) oder Thermoplastische Styrol-Blockcopolymer (TPS), besonders bevorzugt strahlenvernetztes Polyethylen (PE), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA), wobei der erste Kunststoff bevorzugt ein zumindest teilweise strahlenvernetzter Kunststoff, vorzugsweise ein mit ionisierender Strahlung, bevorzugt Betastrahlung und/oder Gammastrahlung, strahlenvernetzter Kunststoff ist.The first plastic is preferably a standard plastic or an engineering plastic, preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polyvinyl chloride (PVC), polybutylene terephthalate (PBT), polyamide (PA), preferably polyamide 6, polyamide, polyamide 6.6,
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Fahrzeugbatterieanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.The object set above is also achieved by a vehicle battery arrangement having the features of
Entsprechend wird eine Fahrzeugbatterieanordnung vorgeschlagen, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Batteriezellen, und einen Zellhalter gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Batteriezellen durch den Halteabschnitt des Zellhalters mechanisch gehalten sind und durch den Anbindungsabschnitt thermisch an die Temperiervorrichtung angebunden sind.Accordingly, a vehicle battery arrangement is proposed, comprising a plurality of battery cells, a temperature control device for temperature control of the battery cells, and a cell holder according to one of the above embodiments, wherein the battery cells are held mechanically by the holding section of the cell holder and are thermally connected to the temperature control device by the connection section.
Dadurch, dass die Fahrzeugbatterieanordnung einen erfindungsgemäßen Zellhalter umfasst, werden die hinsichtlich des Zellhalters beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise auch durch die Fahrzeugbatterieanordnung erzielt.Because the vehicle battery arrangement includes a cell holder according to the invention, the advantages and effects described with regard to the cell holder are also achieved in an analogous manner by the vehicle battery arrangement.
Vorzugsweise sind die Batteriezellen über den Anbindungsabschnitt direkt an die Temperiervorrichtung angebunden. Mit anderen Worten ist vorzugsweise zwischen den Batteriezellen und dem Anbindungsabschnitt und zwischen dem Anbindungsabschnitt und der Temperiervorrichtung kein weiteres Material, insbesondere kein Gap Filler, Wärmeleitpaste oder Isolationsfolie, vorgesehen.The battery cells are preferably connected directly to the temperature control device via the connection section. In other words, no further material, in particular no gap filler, thermally conductive paste or insulating film, is preferably provided between the battery cells and the connection section and between the connection section and the temperature control device.
Figurenlistecharacter list
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 schematisch eine Schnittansicht durch eine Fahrzeugbatterieanordnung mit einem erfindungsgemäßen Zellhalter.
-
1 schematically a sectional view through a vehicle battery assembly with a cell holder according to the invention.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur beschrieben.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figure.
In
Der obere Zellhalter 13 ist in herkömmlicher Bauweise ausgebildet und nimmt die Batteriezellen 7 jeweils in dafür im oberen Zellhalter 13 bereitgestellten Aufnahmen auf.The
Die Fahrzeugbatterieanordnung 100 umfasst ferner eine Temperiervorrichtung 10 zum Temperieren der Batteriezellen 7.The
Der untere Zellhalter 1 stellt einen hier vorgeschlagenen Zellhalter 1 dar. Er ist zum Halten der Mehrzahl von Batteriezellen 7 in einem Batteriemodul ausgebildet. Hierzu umfasst er einen Halteabschnitt 2 aus einem ersten Kunststoff, ausgebildet aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Aufnahmen 4 zum Halten jeweils einer Batteriezelle 7. An den Halteabschnitt 2 schließt sich ein einstückig mit dem Halteabschnitt 2 verbundener Anbindungsabschnitt 3 zum thermischen Anbinden der in den Aufnahmen 4 gehaltenen Batteriezellen 7 an die Temperiervorrichtung 10 an.The
Der Anbindungsabschnitt 3 ist aus einem vom ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff ausgebildet.The connection section 3 is formed from a second plastic that is different from the first plastic.
Der erste Kunststoff weist eine größere Shore-Härte als der zweite Kunststoff auf, wobei der Unterschied an Shore-Härte bevorzugt mindestens 5 Shore C Härtegrade oder 2 Shore D Härtegrade beträgt.The first plastic has a greater Shore hardness than the second plastic, the difference in Shore hardness preferably being at least 5 Shore C degrees of hardness or 2 Shore D degrees of hardness.
Vorliegend ist der zweite Kunststoff ein mit einem Füllstoff zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrid, versehenes Silikon mit einer optionalen Härte von 25 Shore D und einer optimalen spezifischen Wärmeleitfähigkeit von etwa 2,5 W/ (m*K).In the present case, the second plastic is a silicone provided with a filler to increase the thermal conductivity, for example aluminum oxide or boron nitride, with an optional hardness of 25 Shore D and an optimal specific thermal conductivity of about 2.5 W/(m*K).
Der erste Kunststoff ist Polyamid, er weist eine optimale Härte von 82 Shore D sowie eine optimale spezifische Wärmeleitfähigkeit von 0,23 W/ (m*K) auf.The first plastic is polyamide, it has an optimal hardness of 82 Shore D and an optimal specific thermal conductivity of 0.23 W/ (m*K).
Der untere Zellhalter 1 ist ein Zweikomponenten-Spritzguss-Bauteil, bestehend aus dem ersten Kunststoff und dem zweiten Kunststoff.The
Vorliegend sind die Aufnahmen 4 des Halteabschnitts 2 zum Aufnehmen einer zylindrischen Batteriezelle 7 ausgebildet, und zwar an einer Seitenfläche 5 der Batteriezelle 7 bezogen auf eine Längsachse der Batteriezelle 7.In the present case, the
Der Anbindungsabschnitt 3 stellt vorliegend ein im Wesentlichen plattenförmiges Bauteil dar. Er bildet einen Boden 6 des Zellhalters 1 und somit auch der Aufnahmen 4 aus, welche mithin als Sacklöcher ausgebildet sind.In the present case, the connection section 3 represents an essentially plate-shaped component. It forms a base 6 of the
Der Anbindungsabschnitt 3 ist zum flächigen Kontaktieren eines Bodens 14 der Batteriezellen 7 ausgebildet.The connection section 3 is designed for surface contacting of a
Der Anbindungsabschnitt 3 weist an einer zum Halteabschnitt 2 weisenden Seite 8 eine Kontaktierungsfläche zum flächigen thermischen Kontaktieren der Batteriezellen 7 und gegenüber der Kontaktierungsfläche auf einer zur Temperiervorrichtung 10 weisenden Seite 9 eine Anbindungsfläche zum flächigen thermischen Kontaktieren einer Temperierfläche 15 der Temperiervorrichtung 10 auf.On a
Die Temperiervorrichtung 10 ist vorliegend ausgebildet in Form eine Temperierplatte 11, die eine Mehrzahl von mit einem Temperiermedium durchströmten bzw. durchströmbaren Kanälen 12 umfasst.In the present case, the
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all individual features that are presented in the exemplary embodiments can be combined with one another and/or exchanged without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Zellhaltercell holder
- 22
- Halteabschnittholding section
- 33
- Anbindungsabschnittconnection section
- 44
- AufnahmeRecording
- 55
- Seitenfläche der Batteriezelleside of the battery cell
- 66
- Boden des Zellhaltersbottom of the cell holder
- 77
- Batteriezellebattery cell
- 88th
- Zum Halteabschnitt weisende SeiteSide facing the holding section
- 99
- Zur Temperiervorrichtung weisende SeiteSide facing the temperature control device
- 1010
- Temperiervorrichtungtemperature control device
- 1111
- Temperierplattetempering plate
- 1212
- Kanalchannel
- 1313
- Oberer ZellhalterUpper cell holder
- 1414
- Boden der Batteriezellebottom of the battery cell
- 1515
- Temperierflächetempering surface
- 100100
- Fahrzeugbatterieanordnungvehicle battery assembly
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent Literature Cited
- DIN ISO 7619-1 [0024]ISO 7619-1 [0024]
- DIN EN ISO 868 [0024]DIN EN ISO 868 [0024]
- DIN 53505 [0024]DIN 53505 [0024]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022102620.5A DE102022102620A1 (en) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Cell holder for holding a plurality of battery cells and vehicle battery assembly |
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---|---|---|---|
DE102022102620.5A DE102022102620A1 (en) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Cell holder for holding a plurality of battery cells and vehicle battery assembly |
Publications (1)
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-
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