DE102022111482A1 - Battery arrangement - Google Patents
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Abstract
Eine Batterieanordnung (20) weist mindestens ein Batteriemodul (30) mit einem Batteriemodulgehäuse (70), Batteriezellen (36), einem Kältemittel (60) und Kapillaranordnungen (40) auf, welches Batteriemodulgehäuse (70) einen Batteriemodulinnenraum (34) definiert, in welchem Batteriemodulinnenraum (34) die Batteriezellen (36), das Kältemittel (60) und die Kapillaranordnungen (40) angeordnet sind, welche Kapillaranordnungen (40) ein erstes Material (41) aufweisen, zumindest teilweise zumindest abschnittsweise zwischen den Batteriezellen (36) angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, einen Fluidfluss des Kältemittels (60) zu ermöglichen, welches Batteriemodulgehäuse (70) eine erste Wand (71) und eine zweite Wand (72) aufweist, welche erste Wand (71) zumindest abschnittsweise oberhalb der Batteriezellen (36) angeordnet ist, welche zweite Wand (72) zumindest abschnittsweise unterhalb der Batteriezellen (36) angeordnet ist, welche Batteriezellen (36) zumindest teilweise auf mindestens einer der benachbarten Kapillaranordnung (40) zugewandten Batteriezellenseite (62) eine Schicht (61) aus einem ersten Werkstoff aufweisen, welcher erste Werkstoff Aramide aufweist. A battery arrangement (20) has at least one battery module (30) with a battery module housing (70), battery cells (36), a coolant (60) and capillary arrangements (40), which battery module housing (70) defines a battery module interior (34), in which Battery module interior (34), the battery cells (36), the coolant (60) and the capillary arrangements (40) are arranged, which capillary arrangements (40) have a first material (41), are at least partially arranged at least in sections between the battery cells (36) and are designed to enable a fluid flow of the refrigerant (60), which battery module housing (70) has a first wall (71) and a second wall (72), which first wall (71) is arranged at least in sections above the battery cells (36). which second wall (72) is arranged at least in sections below the battery cells (36), which battery cells (36) have a layer (61) made of a first material at least partially on at least one battery cell side (62) facing the adjacent capillary arrangement (40), which first material has aramids.
Description
Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung und ein Fahrzeug mit einer Batterieanordnung.The invention relates to a battery arrangement and a vehicle with a battery arrangement.
Die
Die
Die
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Batterieanordnung und ein neues Fahrzeug bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new battery arrangement and a new vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.This task is solved by the subject matter of the independent claims.
Eine Batterieanordnung weist mindestens ein Batteriemodul mit einem Batteriemodulgehäuse, Batteriezellen, einem Kältemittel und Kapillaranordnungen auf, welches Batteriemodulgehäuse einen Batteriemodulinnenraum definiert, in welchem Batteriemodulinnenraum die Batteriezellen, das Kältemittel und die Kapillaranordnungen angeordnet sind, welche Kapillaranordnungen ein erstes Material aufweisen, zumindest teilweise zumindest abschnittsweise zwischen den Batteriezellen angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, einen Fluidfluss des Kältemittels zu ermöglichen, welches Batteriemodulgehäuse eine erste Wand und eine zweite Wand aufweist, welche erste Wand zumindest abschnittsweise oberhalb der Batteriezellen angeordnet ist, welche zweite Wand zumindest abschnittsweise unterhalb der Batteriezellen angeordnet ist, welche Batteriezellen zumindest teilweise auf mindestens einer der benachbarten Kapillaranordnung zugewandten Batteriezellenseite eine Schicht aus einem ersten Werkstoff aufweisen, welcher erste Werkstoff Aramide aufweist. Aramide haben eine hohe Festigkeit und können einen lokalen Druck großflächig verteilen. Hierdurch kann die Gefahr einer Beschädigung der Batteriezellen durch auftretenden Differenzdruck verringert werden.A battery arrangement has at least one battery module with a battery module housing, battery cells, a coolant and capillary arrangements, which battery module housing defines a battery module interior, in which battery module interior the battery cells, the coolant and the capillary arrangements are arranged, which capillary arrangements have a first material, at least partially at least in sections between the battery cells are arranged and are set up to enable a fluid flow of the refrigerant, which battery module housing has a first wall and a second wall, which first wall is arranged at least in sections above the battery cells, which second wall is arranged at least in sections below the battery cells, which Battery cells at least partially have a layer made of a first material on at least one battery cell side facing the adjacent capillary arrangement, which first material has aramids. Aramids have high strength and can distribute local pressure over a large area. This can reduce the risk of damage to the battery cells caused by differential pressure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Werkstoff Aramidfasern auf. Aramidfasern sind gut zur Verteilung einer lokal einwirkenden Kraft auf eine Fläche geeignet.According to a preferred embodiment, the first material has aramid fibers. Aramid fibers are well suited to distributing local force across a surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Werkstoff p-Aramidfasern und/oder p-Aramid-Copolymer-Fasern auf. Diese Fasern haben sich als besonders stabil und geeignet erwiesen.According to a preferred embodiment, the first material has p-aramid fibers and/or p-aramid copolymer fibers. These fibers have proven to be particularly stable and suitable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Werkstoff
- - Kevlar,
- - Twaron, oder
- - Technora
- - Kevlar,
- - Twaron, or
- - Technora
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen mit dem ersten Werkstoff beschichtet. Dies ergibt einen guten Verbund zwischen der Batteriezelle und dem ersten Werkstoff, und ein Verrutschen des ersten Werkstoffs wird verhindert.According to a preferred embodiment, the battery cells are coated with the first material. This results in a good bond between the battery cell and the first material, and slipping of the first material is prevented.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Material zumindest bereichsweise offenporig ausgebildet, oder es weist offene Kanäle auf. Die offenporige Ausbildung oder die offenen Kanäle ermöglichen einen guten Transport des Kältemittels innerhalb der KapillaranordnungAccording to a preferred embodiment, the first material is at least partially open-pored or has open channels. The open-pored design or the open channels enable good transport of the refrigerant within the capillary arrangement
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Material zumindest bereichsweise offenporös ausgebildet. Die offenporöse Ausbildung ermöglicht einen guten Transport des Kältemittels innerhalb der Kapillaranordnung und ggf. einen Übergang des Kältemittels in Fluidkanäle.According to a preferred embodiment, the first material is designed to be open-pored at least in some areas. The open-porous design enables good transport of the refrigerant within the capillary arrangement and, if necessary, a transfer of the refrigerant into fluid channels.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterieanordnung mindestens ein Kühlelement auf, welches mindestens eine Kühlelement dazu eingerichtet ist,
- - die erste Wand,
- - die zweite Wand, oder
- - die erste Wand und die zweite Wand
- - the first wall,
- - the second wall, or
- - the first wall and the second wall
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der absolute Druck im Batteriemodulgehäuse bei 20 °C niedriger ist als 1,0 bar, um die Verdampfungstemperatur des Kältemittels gegenüber einem absoluten Druck von 1,0 bar zu erniedrigen. Das Kältemittel arbeitet besonders effektiv, wenn es zwischen dem flüssigen und gasförmigen Zustand hin und her wechselt, und dieser Wechsel wird durch den niedrigen Druck begünstigt.According to a preferred embodiment, the absolute pressure in the battery module housing at 20 ° C is lower than 1.0 bar in order to reduce the evaporation temperature of the refrigerant compared to an absolute pressure of 1.0 bar. The refrigerant works particularly effectively when it switches back and forth between the liquid and gaseous states, and this change is promoted by the low pressure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der absolute Druck im Batteriemodulgehäuse bei 20 °C zwischen 0,1 bar und 0,8 bar liegt, bevorzugt zwischen 0,2 bar und 0,6 bar, und besonders bevorzugt zwischen 0,3 bar und 0,5 bar. Dies ermöglicht einen Wechsel des Aggregatzustands des Kältemittels bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen.According to a preferred embodiment, the absolute pressure in the battery module housing at 20 ° C is between 0.1 bar and 0.8 bar, preferably between 0.2 bar and 0.6 bar, and particularly preferably between 0.3 bar and 0.5 bar. This enables the physical state of the refrigerant to change at comparatively low temperatures.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein erster Fluidkanal zwischen den Batteriezellen und dem Batteriemodulgehäuse ausgebildet, über welchen ersten Fluidkanal der Batteriemodulinnenraum zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand in Fluidverbindung steht, um einen Kältemittelfluss durch diesen mindestens einen ersten Fluidkanal zu ermöglichen. Insbesondere das flüssige Kältemittel kann hierdurch gut in den unteren Bereich gelangen, und es steht zur Kühlung zur Verfügung.According to a preferred embodiment, at least one first fluid channel is formed between the battery cells and the battery module housing, via which first fluid channel the battery module interior is in fluid communication between the first wall and the second wall in order to enable a coolant flow through this at least one first fluid channel. In particular, the liquid refrigerant can easily reach the lower area and is available for cooling.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Kapillaranordnungen zumindest teilweise einen zweiten Fluidkanal auf, über welchen zweiten Fluidkanal der Batteriemodulinnenraum zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand in Fluidverbindung steht, um einen Kältemittelfluss durch diesen mindestens einen zweiten Fluidkanal zu ermöglichen. Durch die zweiten Fluidkanäle kann das nach Aufnahme der Wärmeenergie verdampfte Kältemittel schnell aus der Kapillaranordnung und aus dem Bereich der Batteriezellen entweichen. Hierdurch wird auch die Kapillarwirkung der Kapillaranordnungen erhöht. Der Kapillareffekt wirkt hauptsächlich im flüssigen Zustand des Kältemittels.According to a preferred embodiment, the capillary arrangements at least partially have a second fluid channel, via which second fluid channel the battery module interior is in fluid communication between the first wall and the second wall in order to enable a coolant flow through this at least one second fluid channel. Through the second fluid channels, the refrigerant that has evaporated after absorbing the thermal energy can quickly escape from the capillary arrangement and from the area of the battery cells. This also increases the capillary effect of the capillary arrangements. The capillary effect mainly works in the liquid state of the refrigerant.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Batteriezellen und der zweiten Wand zumindest bereichsweise ein Hohlraum vorgesehen, um in diesem Hohlraum eine Ansammlung von flüssigem Kältemittel und die Ausbildung eines Kältemittelsumpfs zu ermöglichen. Zum einen wird hierdurch eine gute Kühlung auch im unteren Bereich ermöglicht, und zum anderen kann das Kältemittel von den Kapillaranordnungen aufgenommen werden.According to a preferred embodiment, a cavity is provided at least in some areas between the battery cells and the second wall in order to enable accumulation of liquid refrigerant and the formation of a refrigerant sump in this cavity. On the one hand, this enables good cooling even in the lower area, and on the other hand, the refrigerant can be absorbed by the capillary arrangements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Material ausgewählt aus einer Materialgruppe bestehend aus:
- - Metallschaum,
- - Titanschwamm, und
- - Metallwolle.
- - metal foam,
- - titanium sponge, and
- - metal wool.
Die genannten ersten Materialien ermöglichen einen sehr guten kapillaren Transport des Kältemittels und damit eine gute Kühlleistung.The first materials mentioned enable very good capillary transport of the refrigerant and thus good cooling performance.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Material Metallschaum auf, welcher Metallschaum Nickel, Kupfer oder Eisen enthält, insbesondere Edelstahl. Metallschaum ist gut industriell herstellbar und ermöglicht einen guten kapillaren Transport. Nickel, Kupfer oder Eisen, insbesondere Edelstahl, ermöglichen eine stabile Struktur und eine gute Herstellung des Metallschaums.According to a preferred embodiment, the first material has metal foam, which metal foam contains nickel, copper or iron, in particular stainless steel. Metal foam is easy to produce industrially and enables good capillary transport. Nickel, copper or iron, especially stainless steel, enable a stable structure and good production of the metal foam.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Metallschaum als anisotroper Metallschaum mit Poren ausgebildet, welche Poren zumindest bereichsweise in mindestens eine erste Richtung parallel zu den Batteriezellen gedehnt sind relativ zu einer zweiten Richtung senkrecht zu den Batteriezellen. Hierdurch kann das Kältemittel gut zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand fließen.According to a preferred embodiment, the metal foam is designed as an anisotropic metal foam with pores, which pores are stretched at least in regions in at least a first direction parallel to the battery cells relative to a second direction perpendicular to the battery cells. This allows the refrigerant to flow easily between the first wall and the second wall.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Material Titanschwamm auf, welcher Titanschwamm aus Titanschwammpulver gesintert ist. Titan ist zwar ein teurer Werkstoff, es ist aber als Titanschwammpulver vergleichsweise günstig erhältlich. Zudem ist Titan bei hoher Festigkeit relativ leicht. Gesinterter Titanschwamm ergibt eine vorteilhafte poröse Struktur.According to a preferred embodiment, the first material has titanium sponge, which titanium sponge is sintered from titanium sponge powder. Although titanium is an expensive material, it is available comparatively cheaply as titanium sponge powder. In addition, titanium is relatively light and has high strength. Sintered titanium sponge creates a beneficial porous structure.
Ein Fahrzeug weist eine solche Batterieanordnung und einen Elektromotor auf. Ein solches Fahrzeug ermöglicht eine gute Kühlung der Batterieanordnung und damit eine hohe Leistung und eine große Reichweite.A vehicle has such a battery arrangement and an electric motor. Such a vehicle enables good cooling of the battery arrangement and thus high performance and a long range.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend 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. Es zeigt:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Batterieanordnung, -
2 in einem Querschnitt entlang der Linie II - II von1 eine erste Ausführungsform einer Kapillaranordnung von1 , -
3 in einem Querschnitt entlang der Linie II - II von1 eine zweite Ausführungsform einer Kapillaranordnung von1 , und -
4 ein Fahrzeug mit der Batterieanordnung von1 .
-
1 in a schematic representation of a battery arrangement, -
2 in a cross section along line II - II of1 a first embodiment of a capillary arrangement from1 , -
3 in a cross section along line II - II of1 a second embodiment of a capillary arrangement from1 , and -
4 a vehicle with the battery arrangement of1 .
Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.The following are identical or identically acting parts with the same reference numerals hen and are usually only described once. The description builds on each other across characters in order to avoid unnecessary repetition.
Das Batteriemodulgehäuse 70 definiert einen Batteriemodulinnenraum 34, in welchem Batteriemodulinnenraum 34 die Batteriezellen 36, das Kältemittel 60 und die Kapillaranordnungen 40 angeordnet sind.The
Die Kapillaranordnungen 40 sind zumindest teilweise zumindest abschnittsweise zwischen den Batteriezellen 36 angeordnet und dazu eingerichtet, einen Fluidfluss des Kältemittels 60 zu ermöglichen.The
Das Batteriemodulgehäuse 70 weist eine erste obere Wand 71 und eine zweite untere Wand 72 auf. Die erste Wand 71 ist zumindest abschnittsweise oberhalb der Batteriezellen 36 angeordnet, und die zweite Wand 72 ist zumindest abschnittsweise unterhalb der Batteriezellen 36 angeordnet.The
Die Batterieanordnung 20 weist ein oberes Kühlelement 51 und ein unteres Kühlelement 52 auf, und die Kühlelemente 51, 52 sind dazu eingerichtet, die erste Wand 71 und/oder die zweite Wand 72 zumindest abschnittsweise zu kühlen, um dort eine Kondensation des Kältemittels 60 zu ermöglichen. Es ist auch möglich, bspw. nur das obere Kühlelement 51 oder nur das untere Kühlelement 52 vorzusehen, oder aber in kalten Regionen eine Kühlung direkt durch das Batteriemodulgehäuse 70 zu bewirken. Die Kühlelemente 51, 52 haben im Ausführungsbeispiel Kanäle 54, durch welche ein Kühlmittel fließen kann, um die Wärme abzutransportieren. Die Kühlelemente 51, 52 sind im Ausführungsbeispiel als Kühlplatten ausgebildet.The
Zwischen den Batteriezellen 36 und dem Batteriemodulgehäuse 70 ist bevorzugt mindestens ein erster Fluidkanal 43 ausgebildet, und über den ersten Fluidkanal 43 steht der Batteriemodulinnenraum 34 zwischen der ersten Wand 71 und der zweiten Wand 72 in Fluidverbindung. Hierdurch wird ein Kältemittelfluss durch diesen mindestens einen ersten Fluidkanal 43 ermöglicht.At least one
Im unteren Bereich ist zwischen den Batteriezellen 36 und der zweiten Wand 72 bevorzugt zumindest bereichsweise ein Hohlraum 75 vorgesehen, um in diesem Hohlraum 75 eine Ansammlung von flüssigem Kältemittel 60 und die Ausbildung eines Kältemittelsumpfs zu ermöglichen.In the lower area, a
Das Kältemittel 60 kann als Fluid sowohl flüssig als auch gasförmig sein, und durch Aufnahme von Wärmeenergie kann es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen. Hierdurch kann eine vergleichsweise große Wärmeenergie aufgenommen und abtransportiert werden. Im Ausführungsbeispiel ist das Batteriemodulgehäuse 70 quaderförmig ausgebildet, und es weist neben der ersten Wand 71 und zweiten Wand 72 eine linke dritte Wand 73 und eine rechte vierte Wand 74 sowie - nicht dargestellte - vordere und hintere Wände auf. Es sind auch andere Grundformen des Batteriemodulgehäuses 70 möglich, beispielsweise eine Zylinderform oder Kugelform.The refrigerant 60 can be both liquid and gaseous as a fluid, and by absorbing thermal energy it can change from the liquid to the gaseous state. This allows a comparatively large amount of heat energy to be absorbed and transported away. In the exemplary embodiment, the
Das Batteriemodulgehäuse 70 bewirkt bevorzugt, dass das Kältemittel 60 im normalen Betrieb nicht oder nur gering aus dem Batteriemodulgehäuse 70 entweichen kann. Im Betrieb entsteht an den Batteriezellen 36 Wärme, und das flüssige Kältemittel 60 kann diese Wärme aufnehmen und dabei verdampfen. Hierdurch kann das Kältemittel 60 eine große Menge Wärmeenergie aufnehmen. Das verdampfte Kältemittel 60 steigt bspw. nach oben in Richtung zur ersten Wand 71 und wird dort gekühlt. Durch die Abkühlung kondensiert das Kältemittel 60 und kann über die Fluidkanäle 43 nach unten fließen. Im unteren Bereich des Batteriemodulgehäuses 70 kann sich das Kältemittel 60 ansammeln und einen Kältemittelsumpf ausbilden, wobei die Batteriezellen 36 bevorzugt bei 20 °C zumindest teilweise im Kältemittelsumpf stehen. Die Kapillaranordnungen 40, die zumindest teilweise zwischen den Batteriezellen 36 angeordnet sind, ermöglichen durch die Kapillarwirkung ein Ansteigen des Kältemittels 60 im Batteriemodulgehäuse 70. Hierdurch kann flüssiges Kältemittel 60 großflächig im Bereich zwischen den Batteriezellen 36 bereitgestellt werden und dort Wärmeenergie aufnehmen. Dies erhöht die Kühlleistung der Batterieanordnung 20.The
Die Batteriezellen 36 haben zumindest teilweise auf mindestens einer der benachbarten Kapillaranordnung 40 zugewandten Seite eine Schicht 61 aus einem ersten Werkstoff, welcher erste Werkstoff Aramide aufweist. Im Ausführungsbeispiel hat die linke Batteriezelle 36 auf der linken Seite keine Schicht 61, da in diesem Bereich keine benachbarte Kapillaranordnung 40 vorgesehen ist. Alternativ kann dort auch eine Schicht 61 vorgesehen werden. Die anderen Batteriezellen 36 haben auf beiden Seiten die Schicht 61. Die Schicht 61 kann auch auf allen sechs Seiten der Batteriezellen 36 vorgesehen sein.The
Das Kältemittel 60 wird also durch das erste Material 41 mit den kapillaren Eigenschaften im flüssigen Zustand nach oben transportiert, und nach der Aufnahme von Wärme und dem Übergang des Kältemittels 60 in den gasförmigen Zustand kann dieses über die Fluidkanäle 42 schnell und ohne großen fluidtechnischen Widerstand nach oben oder unten entweichen. Im Ausführungsbeispiel sind immer abwechselnd ein Bereich mit dem ersten Material 41 und der Kapillarwirkung und ein Fluidkanal 42 vorgesehen.The refrigerant 60 is therefore transported upwards in the liquid state by the
Der erste Werkstoff der ersten Schichten 61 weist bevorzugt Aramidfasern auf. Fasern ermöglichen eine gute Druckverteilung.The first material of the
Bevorzugt weist der ersten Werkstoff p-Aramidfasern auf. p-Aramidfasern sind hochfeste Synthesefasern mit hoher Temperaturbeständigkeit. Diese Fasern können insbesondere unter der Bezeichnung Kevlar von der Fa. DuPont oder in Lizenz von DuPont oder unter der Bezeichnung Twaron von der Fa. Teijin Aramid oder in Lizenz von Teijin Aramid bezogen werden, und diese Produkte eignen sich gut für die Schichten 61.The first material preferably has p-aramid fibers. p-aramid fibers are high-strength synthetic fibers with high temperature resistance. These fibers can be obtained in particular under the name Kevlar from DuPont or under license from DuPont or under the name Twaron from Teijin Aramid or under license from Teijin Aramid, and these products are well suited for the
Bevorzugt weist der ersten Werkstoff p-Aramid-Copolymer-Fasern auf. p-Aramid-Copolymer-Fasern sind hochfeste Synthesefasern mit hoher Temperaturbeständigkeit. Diese Fasern können insbesondere unter der Bezeichnung Technora von der Fa. Teijin Aramid oder in Lizenz von Teijin Aramid bezogen werden, und Technora eignet sich gut für die Schichten 61.The first material preferably has p-aramid copolymer fibers. p-aramid copolymer fibers are high-strength synthetic fibers with high temperature resistance. These fibers can be obtained in particular under the name Technora from Teijin Aramid or under license from Teijin Aramid, and Technora is well suited for
Bei der Verdampfung des Kühlmittels 60 können lokal große Drücke entstehen, die zu einer Beschädigung der Batteriezellen 36 führen können. Durch das Vorsehen der Schichten 61 mit dem hochfesten Aramid-Werkstoff können die lokal auftretenden Druckunterschiede großflächig verteilt werden, und die Gefahr einer Beschädigung der Batteriezellen 36 wird verringert. Hierdurch wird die Sicherheit der Batterieanordnung erhöht.When the
Bevorzugt stehen die erste Wand 71 und die zweite Wand 72 über die Fluidkanäle 42 in Fluidverbindung, ein Fluid kann also von der ersten Wand 71 zur zweiten Wand 72 gelangen und hierbei zumindest abschnittsweise durch die Fluidkanäle 42 fließen.The
Der absolute Druck im Batteriemodulgehäuse 70 ist bevorzugt bei 20 °C niedriger als 1,0 bar, um die Verdampfungstemperatur des Kältemittels 60 gegenüber einem absoluten Druck von 1,0 bar zu erniedrigen. Der absolute Druck von 1,0 bar entspricht näherungsweise einem Normaldruck im Außenbereich.The absolute pressure in the
Der absolute Druck im Batteriemodulgehäuse 70 liegt bevorzugt bei 20 °C zwischen 0,1 bar und 0,8 bar, weiter bevorzugt zwischen 0,2 bar und 0,6 bar und besonders bevorzugt zwischen 0,3 bar und 0,5 bar. Hierdurch wird eine niedrige Verdampfungstemperatur ermöglicht.The absolute pressure in the
Das erste Material 41 mit den Kapillareigenschaften ist bevorzugt aus der Materialgruppe bestehend aus:
- - Metallschaum,
- - Titanschwamm, und
- - Metallwolle.
- - metal foam,
- - titanium sponge, and
- - metal wool.
Dies sind Materialien mit kleinen Strukturen und damit einer guten Kapillarwirkung. Die Strukturen können bspw. Breiten im Bereich von 10 nm bis zu wenigen mm aufweisen. Es sind aber auch mikroporöse Strukturen mit einer Breite von weniger als 2 nm möglich. Die genannten Metallstrukturen haben den Vorteil, dass sie vergleichsweise stabil sind und durch das Metall eine gute Wärmeleitung möglich ist. Die Stabilität ist bspw. vorteilhaft, wenn die Batteriezellen 36 gegeneinander verpresst sind, wie dies bspw. bei Pouch-Batteriezellen üblich ist.These are materials with small structures and therefore good capillary action. The structures can, for example, have widths in the range from 10 nm to a few mm. However, microporous structures with a width of less than 2 nm are also possible. The metal structures mentioned have the advantage that they are comparatively stable and the metal enables good heat conduction. The stability is advantageous, for example, if the
Das erste Material 41 ist bevorzugt zumindest bereichsweise offenporig bzw. offenporös ausgebildet, um einen guten Fluss des Kältemittels 60 zu ermöglichen.The
Metallschäume sind bspw. aus den Metallen Nickel, Kupfer, Eisen und/oder aus Metalllegierungen wie Edelstahl erhältlich. Sie weisen eine gute Kapillarwirkung auf und können bspw. für Pouch-, Rund- oder Prisma-Batteriezellen verwendet werden.Metal foams are available, for example, from the metals nickel, copper, iron and/or metal alloys such as stainless steel. They have good capillary action and can be used, for example, for pouch, round or prism battery cells.
Bevorzugt wird ein anisotroper Metallschaum verwendet, dessen Poren in mindestens eine Richtung zumindest teilweise eine höhere Ausdehnung haben als in eine andere Richtung. Bevorzugt werden die gedehnten Poren derart positioniert, dass sich die gedehnten Poren in eine Richtung zwischen der ersten Wand 71 und der zweiten Wand 72 erstrecken. Geeignete Metalle bzw. Metalllegierungen sind bspw. Nickel, Nickellegierungen und Edelstahl. Anisotroper Metallschaum ermöglicht eine höhere Kühlleistung durch einen größeren Massenstrom des Kältemittels 60 bei gleichem Bauraum.An anisotropic metal foam is preferably used, the pores of which at least partially have a higher expansion in at least one direction than in another direction. Preferably, the stretched pores are positioned such that the stretched pores extend in a direction between the
Offenporöse Metallschäume können beispielsweise mittels Schmelzeinfiltration von Platzhalterstrukturen erzeugt werden. Die Platzhalterstrukturen werden nach der Erstarrung der Metallschmelze aus der Schaumstruktur entfernt. Als Platzhalterstrukturen werden beispielsweise Salzgranulate, Polymerplatzhalter oder Sandgranulate genutzt. Alternativ können die Metallschäume durch einen Sintervorgang erzeugt werden.Open-porous metal foams can be produced, for example, by melt infiltration of placeholder structures. The placeholder structures are removed from the foam structure after the molten metal has solidified. Salt granules, polymer placeholders or sand granules, for example, are used as placeholder structures. Alternatively, the metal foams can be produced by a sintering process.
Titanschwamm ist eine Struktur, welche Titan oder eine Titanlegierung aufweist. Titanschwamm kann bspw. aus Titanschwammpulver durch einen Sintervorgang hergestellt werden. Titanschwammpulver ist als Abfallprodukt unterschiedlicher Fertigungsprozesse erhältlich. Titanschwamm ermöglicht einen großen Massenstrom des Kältemittels 60. Eingesetzt werden kann Titanschwamm bspw. für Pouch-, Rund- oder Prisma-Batteriezellen.Sponge titanium is a structure containing titanium or a titanium alloy. Titanium sponge can, for example, be made from titanium sponge powder through a sintering process. Titanium sponge powder is available as a waste product from various manufacturing processes. Titanium sponge enables a large mass flow of the refrigerant 60. Titanium sponge can be used, for example, for pouch, round or prism battery cells.
Titanschwamm kann beispielsweise durch den Kroll-Prozess hergestellt werden. Hierbei wird Titantetrachlorid mit Magnesium zu metallischem Titan reduziert. Magnesium und Magnesiumchlorid werden entfernt.For example, titanium sponge can be produced using the Kroll process. Here, titanium tetrachloride is reduced with magnesium to form metallic titanium. Magnesium and magnesium chloride are removed.
Metallwolle wird in der Technik vielfältig eingesetzt. Es weist ebenfalls eine gute Kapillarstruktur auf und ermöglicht eine hohe Kühlleistung durch Förderung des Kältemittels 60 zwischen den Batteriezellen 36. Eingesetzt werden kann Metallwolle bspw. für Pouch-, Rund- oder Prisma-Batteriezellen, und durch die gute Verformbarkeit kann es auch an kurvige Strukturen angepasst werden, wie diese bspw. bei liegenden oder stehenden Rund-Batteriezellen auftreten.Metal wool is used in many different ways in technology. It also has a good capillary structure and enables high cooling performance by conveying the
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.Naturally, a variety of variations and modifications are possible within the scope of the present invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- CN 211295207 U [0002]CN 211295207 U [0002]
- WO 2019/231202 A1 [0003]WO 2019/231202 A1 [0003]
- US 2020/038810 A1 [0004]US 2020/038810 A1 [0004]
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160226042A1 (en) | 2015-02-04 | 2016-08-04 | Outlast Technologies, LLC | Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management |
WO2017044133A1 (en) | 2015-09-11 | 2017-03-16 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc. | Multi-functional high temperature structure for thermal management and prevention of explosion propagation |
WO2019231202A1 (en) | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 한국기계연구원 | Phase-change cooling module and battery pack using same |
US20200038810A1 (en) | 2010-04-20 | 2020-02-06 | Fibracast Ltd. | Formed sheet membrane element and filtration system |
DE102018123707A1 (en) | 2018-09-26 | 2020-03-26 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Battery device and method for producing a battery device and cooling device |
CN211295207U (en) | 2020-01-14 | 2020-08-18 | 西安科技大学 | Laminate polymer battery heat abstractor |
WO2020197982A1 (en) | 2019-03-22 | 2020-10-01 | Razack Siddique Khateeb | Thermal management system and device |
US20200388810A1 (en) | 2019-06-10 | 2020-12-10 | Rogers Corporation | Intumescent battery pad |
-
2022
- 2022-05-09 DE DE102022111482.1A patent/DE102022111482A1/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200038810A1 (en) | 2010-04-20 | 2020-02-06 | Fibracast Ltd. | Formed sheet membrane element and filtration system |
US20160226042A1 (en) | 2015-02-04 | 2016-08-04 | Outlast Technologies, LLC | Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management |
WO2017044133A1 (en) | 2015-09-11 | 2017-03-16 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc. | Multi-functional high temperature structure for thermal management and prevention of explosion propagation |
WO2019231202A1 (en) | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 한국기계연구원 | Phase-change cooling module and battery pack using same |
DE102018123707A1 (en) | 2018-09-26 | 2020-03-26 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Battery device and method for producing a battery device and cooling device |
WO2020197982A1 (en) | 2019-03-22 | 2020-10-01 | Razack Siddique Khateeb | Thermal management system and device |
US20200388810A1 (en) | 2019-06-10 | 2020-12-10 | Rogers Corporation | Intumescent battery pad |
CN211295207U (en) | 2020-01-14 | 2020-08-18 | 西安科技大学 | Laminate polymer battery heat abstractor |
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