EP2371027A1 - Batterie - Google Patents

Batterie

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EP2371027A1
EP2371027A1 EP09783772A EP09783772A EP2371027A1 EP 2371027 A1 EP2371027 A1 EP 2371027A1 EP 09783772 A EP09783772 A EP 09783772A EP 09783772 A EP09783772 A EP 09783772A EP 2371027 A1 EP2371027 A1 EP 2371027A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
conducting element
heat
housing
heat conducting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09783772A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Ziegler
Jens Grimminger
Niluefer Baba
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery according to the preamble of claim 1, a battery module according to the preamble of claim 13 and a motor vehicle.
  • Batteries As nickel-cadmium, nickel-metal hydride and in particular lithium-ion batteries, supply various facilities, such. As motor vehicles, hospitals or drills with electric power. Generally, multiple batteries are installed in a battery module housing, thereby forming a battery module. Battery modules have the advantage that they are more easily tempered with a tempering fluid and higher electrical performance can be achieved by combining multiple battery modules to form a battery module system.
  • DE 602 08 862 T2 shows a prismatic battery having a group of electrode plates, an electrolyte and a housing of the prismatic battery for housing the group of electrode plates and the electrolyte, wherein a metal plate is integrally formed in a side wall of the housing of the prismatic battery is embedded and the side wall is arranged parallel to the group of electrode plates.
  • a heat transfer member protruding from the housing of the prismatic battery is provided on at least one side of the metal plate.
  • the battery can thus be cooled with the heat transfer part only on the outside in the region of the housing of the prismatic battery.
  • EP 1 1 17 138 A1 shows a cooling device for prismatic batteries, which are combined to form a battery module. Side surfaces of the batteries with the largest surface are aligned parallel to each other in the battery module and a metal spacer is disposed between the parallel aligned side surfaces of the batteries, so that a cooling medium between the
  • the cooling fins are in contact with the battery cells and direct the waste heat of the battery cells to a second section of the cooling fins, which is not in contact with the battery cells.
  • a cooling fluid for.
  • improved cooling of the interior of the battery cells is therefore not possible.
  • the battery module housing has an input and an output opening, through which by means of a conveyor, for.
  • the tempering fluid in particular air
  • the batteries in particular lithium-ion batteries
  • high temperatures can disadvantageously occur in the interior of the batteries, because the electrolyte in the interior of the batteries has poor thermal conductivity.
  • the expiring thermochemical processes there is a strong increase in temperature, in particular at high charge or discharge rates per unit time and / or z. B. high outside temperatures.
  • thermal runaway irreversibly destroys the battery with an uncontrollable one Risk potential for the environment of the vulnerable batteries, especially the batteries that are located in the immediate vicinity of the vulnerable battery in the battery module. On the other hand, it is in an operation of the batteries or the battery module at low temperatures, eg. In winter, for example in motor vehicles, it is necessary to heat the batteries to a certain minimum cell temperature.
  • the tempering fluid can also be used for heating the battery, so that when passing a fluid at a high temperature for heating the battery due to the thermal insulation capacity, it takes a long time disadvantageously until a sufficient minimum temperature is present in the central region of the battery ,
  • a battery according to the invention comprises a housing for accommodating at least one electrolyte, at least one electrolyte accommodated by the housing, wherein at least one heat-conducting element is arranged in the at least one battery in order to increase the thermal conductivity within the at least one battery.
  • heat-conducting element heat can be conducted well from a central region of the battery to an outside region of the battery, in particular in the region of the housing, and vice versa, thereby increasing the thermal conductivity within the battery and thereby low temperature differences within the battery occur.
  • the central region of the battery no strong temperature increases more occur and on the other hand, a rapid increase in temperature can be achieved even when heating the battery in the central area.
  • the at least one heat-conducting element is thermally and / or mechanically connected to the housing.
  • the housing of the battery generally made of metal, serves inter alia to transfer the heat from the tempering fluid to the electrolyte and vice versa within the battery. or devices which are arranged within the housing. Thereby, the entire interior of the battery can be substantially uniformly heated and cooled.
  • the at least one heat-conducting element pierces the housing and projects out of the housing.
  • the heat-conducting element can thereby be in direct contact with a tempering fluid for cooling and / or heating the battery.
  • the at least one heat-conducting element is rod-shaped or plate-shaped.
  • a rod-shaped guide element makes it possible to arrange this centrically in the region of the battery and thereby to temper the particularly critical region in the interior of the battery well.
  • the at least one heat-conducting element connects two opposite walls of the housing, in particular thermally and / or mechanically with one another.
  • the battery is a lithium-ion battery.
  • the at least one battery is essentially a rotational body, in particular a cylinder.
  • the at least one heat-conducting element is arranged in a rotation axis of the at least one battery. Due to the arrangement in the axis of rotation, d. H. centric, the heat-conducting element can temper the temperature-critical central region with a great distance to the housing of the battery well.
  • the at least one heat-conducting element is arranged centrally in the at least one battery.
  • the at least one heat-conducting element consists at least partially of a material with a thermal conductivity in W / m K of at least 1, preferably at least 10, in particular at least 80.
  • the at least one heat-conducting element has an electrically insulating coating, for. As plastic or Teflon, Kalrez, Parafluor or Nafion on.
  • the at least one heat-conducting element consists at least partially of metal.
  • the at least one heat-conducting element comprises the materials silicon and / or aluminum and / or copper and / or magnesium and / or carbon and / or graphite and / or zinc and / or platinum and / or
  • a battery module comprises a battery module housing, at least one battery arranged in the battery module housing, and at least one temperature control means, i. H. Heating and / or cooling, the at least one battery, wherein the battery is formed according to a battery described in this application.
  • At least one battery can be temperature-controlled independently of at least one other battery by means of the at least one heat-conducting element, in particular if the at least one heat-conducting element of the at least one battery can be contacted by a tempering fluid without the at least one heat-conducting element of the at least one other battery being involved the tempering fluid is contacted.
  • the at least one heat-conducting element can be contacted directly or indirectly with the tempering fluid for cooling and / or heating the at least one battery.
  • the tempering fluid is stored, for example, in a container for selectively cooling and / or heating at least one individual battery cell and, if necessary, contacted with the at least one heat-conducting element.
  • the container is moved with the tempering fluid to the at least one heat-conducting element.
  • the temperature of the at least one battery is measured and controlled by a control unit if necessary, at least one battery specifically.
  • a motor vehicle according to the invention comprises at least one battery described in this application and / or at least one battery module described in this application.
  • the battery is not a high-temperature battery.
  • the battery is a nickel cadmium battery or a nickel metal hydride battery.
  • the battery comprises a positively chargeable one
  • Electrode and a negatively chargeable electrode Electrode and a negatively chargeable electrode.
  • the at least one means for tempering d. H. Heating and / or cooling
  • the at least one battery at least one inlet opening for introducing a tempering fluid into the battery module housing and at least one outlet opening for discharging the tempering rf guide from the battery module housing.
  • the at least one means for tempering the at least one battery comprises a conveyor, for. B. a blower, for passing the tempering, z. As air, through the battery module.
  • the at least one battery of the battery module is not a high-temperature battery.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section of a battery with a heat conducting element
  • FIG. 2 is a schematic cross section of the battery according to FIG. 1, 3 shows a schematic longitudinal section of the heat-conducting element
  • Fig. 4 is a highly schematic cross section of a battery module with the batteries of FIG. 1 and 2 and
  • Fig. 5 is a side view of a motor vehicle.
  • a longitudinal and cross section of a lithium ion battery 2 formed as a battery 1 is shown.
  • the battery 1 comprises a housing 3 for accommodating at least one electrolyte 8. In the case of the electrolyte 8, lithium ion batteries 2 are generally different organic substances.
  • the housing 3 consists of walls 4 with a top wall 5, a bottom wall 6 and a side wall 7. The top and bottom walls 5, 6 are disc or circular.
  • Within the housing 3 is a spirally wound cell winding 9 (FIGS. 1 and 2), which serves inter alia for receiving the electrolyte 8.
  • the battery 1 represents a rotary body 13 designed as a cylinder 15 with an axis of rotation
  • the rod-shaped heat conducting element 1 1 has a high thermal conductivity and a large electrical insulation capacity.
  • the heat-conducting element 11 is provided with a plastic coating 10 (FIG. 3).
  • a plastic coating 10 As a material for the heat-conducting element 1 1 z.
  • Plastics such as Teflon, Kalrez (perfume rubber (FFKM, FFPM), Parafluor or Nafion can be used, for example, for the production of the coating 10.
  • other plastics or polymer compounds can also be used for the coating 10.
  • the heat-conducting element 1 1 is thermally and mechanically connected to the top wall 5 and also pierces the bottom wall 6 of the housing 3.
  • the heat-conducting element 1 1 is thermally and mechanically connected to two opposite walls 6, 7 of the housing 3.
  • a security Valve (not shown) is present, which can discharge at a positive pressure within the housing 3 resulting gases or vapors from the housing 3.
  • the heat-conducting element 1 1 pierces the housing 3 in the region of the bottom wall 6 and is carried through the bottom wall 6, so that a section of the heat-conducting element 1 1 is arranged outside the housing 3 as a connection 12 for tempering the battery 1.
  • the connection 12 thus serves for heating and / or for cooling the battery 1.
  • the penetration point of the heat-conducting element 1 1 on the bottom wall 6 is sealed fluid-tight to the outside.
  • the heat-conducting element 1 1 thus increases the total leitfä- ability within the battery. 1 Due to the large thermal conductivity of the
  • the surface of the housing 3 can be used to allow sufficient temperature control of the battery 1 in the central region of the battery 1.
  • the electrolyte 8 arranged around the heat-conducting element 11 FIGS. 1 and 2
  • the cell winding 9 arranged spirally around the heat-conducting element 11 can thus be tempered well in the central region.
  • the cell coil 9 is wound around a cell mandrel and thereby removed in the known from the prior art manufacturing method after winding.
  • the heat-conducting element 1 1 can be used as a cell thorn for winding the cell coil 9 and then does not have to be removed after winding.
  • thermochemical processes heat can thus be derived by means of the rod-shaped heat conducting element 1 1 well to the outside of the housing 3 and the terminal 12.
  • a dangerous temperature development in the central region of the battery 1 is prevented by means of batteries 18 for tempering the battery 1, the battery 1 can be well cooled even in the central region. Also for heating the
  • the heat-conducting element 1 1 are well used.
  • the fluid heats the housing 3 and the terminal 12, which conduct heat due to the good thermal conductivity of the heat element 1 1 in the central region of the battery and thus also heat this critical area of the battery 1 well ,
  • the battery module 16 has a battery module housing 17 with an inlet opening 19 for introducing a tempering fluid, for. As air, and an outlet opening 20 for discharging the tempering fluid from the battery module 16.
  • the tempering fluid is passed through the battery module 16 by means of a conveyor 21 designed as a fan 22.
  • the blower 22, the inlet and outlet opening 19, 20 and the tempering fluid are thus means 18 for controlling the temperature of the battery.
  • Such battery modules 16 can be used in particular in a motor vehicle 23 (FIG. 5).
  • the motor vehicle 23 is a motor vehicle 23 with a hybrid drive device.
  • the hybrid drive device has an internal combustion engine and an electric machine for driving the motor vehicle 23 (not shown).
  • a arranged in the interior of the battery 1 heat conducting 1 1 increases the thermal conductivity within the battery.
  • the heat-conducting element 1 1 is arranged in the central region of the battery 1 and thermally connected to the housing 3. As a result, a fluid for cooling and / or heating the battery can not only be used
  • the central area can also be heated well, which is particularly advantageous when used in a motor vehicle when the motor vehicle 23 is to be driven at low temperatures by the battery 1 or the battery module 16. Especially in motor vehicles 23 with a hybrid drive or an electric drive in winter, this is of decisive advantage for the reliable operation of the hybrid drive or the electric drive.

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Abstract

Batterie (1), umfassend ein Gehäuse (3) zur Aufnahme wenigstens eines Elektrolyten (8), wenigstens einen von dem Gehäuse (3) aufgenommenen Elektrolyten (8), wobei in der wenigstens einen Batterie (1) wenigstens ein Wärmeleitelement (11) angeordnet ist, um die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der wenigstens einen Batterie (1) zu erhöhen.

Description

Beschreibung
Titel Batterie
Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein Batteriemodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Batterien, z. B. Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid und insbesondere Lithiumionenbatterien, versorgen verschiedene Einrichtungen, z. B. Kraftfahrzeuge, Krankenhäuser oder Bohrmaschinen mit elektrischem Strom. Im Allgemeinen werden mehrere Batterien in einem Batteriemodulhäuse eingebaut und bilden dadurch ein Batteriemodul. Batteriemodule haben den Vorteil, dass diese leichter mit einem Temperierfluid temperiert und höhere elektrische Leistungen durch die Kombination mehrerer Batteriemodule zu einem Batteriemodulsystem realisiert werden können.
Die DE 602 08 862 T2 zeigt eine prismatische Batterie mit einer Gruppe von E- lektrodenplatten, einem Elektrolyten und einem Gehäuse der prismatischen Batterie zum Unterbringen der Gruppe von Elektrodenplatten und des Elektrolyts, wobei eine Metallplatte integral in eine Seitenwand des Gehäuses der prismati- sehen Batterie eingebettet ist und die Seitenwand parallel zu der Gruppe von E- lektrodenplatten angeordnet ist. Ein Wärmeübertragungsteil, welches von dem Gehäuse der prismatischen Batterie hervorsteht, ist auf zu mindestens einer Seite der Metallplatte vorgesehen. In nachteiliger Weise kann damit mit dem Wärmeübertragungsteil nur außenseitig im Bereich des Gehäuses der prismatischen Batterie die Batterie gekühlt werden. Die EP 1 1 17 138 A1 zeigt eine Kühleinrichtung für prismatische Batterien, die zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind. Seitenflächen der Batterien mit der größten Oberfläche sind dabei zueinander parallel in dem Batteriemodul ausgerichtet und ein Abstandshalter aus Metall ist zwischen den parallel ausgerichteten Seitenflächen der Batterien angeordnet, so dass ein Kühlmedium zwischen den
Seitenflächen der Batterien durchgeleitet werden kann, weil der Abstandshalter eine entsprechende Geometrie zur Ausbildung von Strömungspassagen aufweist. Damit kann nur die Seitenfläche der Batterien gekühlt werden.
Aus der US 2003/0165734 A1 sind Kühlfinnen aus einem thermisch leitendem
Material bekannt, die zwischen prismatischen Batteriezellen angeordnet sind. Die Kühlfinnen sind in Kontakt mit den Batteriezellen und leiten die Abwärme der Batteriezellen zu einem zweiten Abschnitt der Kühlfinnen, der nicht in Kontakt mit den Batteriezellen steht. In diesem zweiten Abschnitt der Kühlfinnen wird ein Kühlfluid, z. B. Luft, Wasser oder Öl, an dem zweiten Abschnitt der Kühlfinne vorbeigeleitet, um die Kühlfinnen und damit auch die Batteriezellen zu kühlen. In nachteiliger Weise ist damit eine verbesserte Kühlung des Innenraumes der Batteriezellen nicht möglich.
Ferner ist es bekannt, die in einem Batteriemodul angeordneten Batterien mit einem Temperierfluid zu kühlen und/oder zu erwärmen. Das Batteriemodulgehäuse weist hierfür eine Eingangs- und eine Ausgangsöffnung auf, durch die mittels einer Fördereinrichtung, z. B. ein Gebläse, das Temperierfluid, insbesondere Luft, durchleitet wird. Bei den Batterien, insbesondere Lithiumionenbatterien, kann damit nur eine Temperierung an der Außenseite im Bereich des Gehäuses der Batterien erfolgen. Dadurch können in nachteiliger Weise im Innenbereich der Batterien hohe Temperaturen auftreten, weil der Elektrolyt im Innenraum der Batterien schlecht wärmeleitend ist. In Folge der ablaufenden thermochemischen Prozesse kommt es zu einem starken Temperaturanstieg, insbesondere bei ho- hen Lade- bzw. Entladeraten pro Zeiteinheit und/oder z. B. hohen Außentemperaturen. Dieser Temperaturanstieg tritt besonders im zentralen Bereich der Batterie auf, da dort kaum Wärme abgeführt werden kann. Durch eine solche ungebremste Temperaturentwicklung können Aktivierungstemperaturen für sicherheitstechnisch gefährliche chemische Prozesse erreicht werden, die unter Um- ständen zum "thermal runaway" führen. Das thermal runaway führt als Ketten- prozess zur irreversiblen Zerstörung der Batterie mit einem nicht beherrschbaren Gefahrenpotential für die Umgebung der gefährdeten Batterien, insbesondere den Batterien, die in unmittelbarer Umgebung zu der gefährdeten Batterie in dem Batteriemodul angeordnet sind. Andererseits ist es bei einem Betrieb der Batterien bzw. des Batteriemoduls bei tiefen Temperaturen, z. B. im Winter in Kraft- fahrzeugen, erforderlich, die Batterien auf eine bestimmte Mindestzelltemperatur zu erwärmen. Aufgrund der schlecht wärmeleitenden Eigenschaften des Elektrolyten im Innenraum der Batterie ist es schwierig bzw. dauert es sehr lange, bis im zentralen Bereich der Batterie eine ausreichende Mindesttemperatur erreicht wird. Das Temperierfluid kann auch zum Erwärmen der Batterie genutzt werden, so dass bei einem Durchleiten eines Fluids mit einer hohen Temperatur zum Erwärmen der Batterie aufgrund des thermischen Isolationsvermögens es in nachteiliger Weise eine lange Zeit dauert, bis im zentralen Bereich der Batterie eine ausreichende Mindesttemperatur vorhanden ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Batterie umfasst ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Elektrolyten, wenigstens einen von dem Gehäuse aufgenommenen Elektrolyten, wobei in der wenigstens einen Batterie wenigstens ein Wärmeleitelement angeordnet ist, um die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der wenigstens einen Batterie zu erhöhen. In vorteilhafter Weise kann mit dem Wärmeleitelement Wärme gut von einem zentralen Bereich der Batterie zu einem außenseitigen Bereich der Batterie, insbesondere im Bereich des Gehäuses, geleitet werden und umgekehrt, so dass dadurch die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Batterie erhöht wird und dadurch geringe Temperaturunterschiede innerhalb der Batterie auftreten. Dadurch können im zentralen Bereich der Batterie keine starken Temperaturan- stiege mehr auftreten und andererseits kann auch beim Erwärmen der Batterie im zentralen Bereich ein schneller Temperaturanstieg erreicht werden.
Insbesondere ist das wenigstens eine Wärmeleitelement thermisch und/oder mechanisch mit dem Gehäuse verbunden. Das im Allgemeinen aus Metall herge- stellte Gehäuse der Batterie dient unter anderem zur Übertragung der Wärme von dem Temperierfluid auf den Elektrolyten und umgekehrt innerhalb der Batte- rie bzw. Einrichtungen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Dadurch kann der gesamten Innenraum der Batterie im Wesentlichen gleichmäßig erwärmt und abgekühlt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung durchstößt das wenigstens eine Wärmeleitelement das Gehäuse und steht aus dem Gehäuse heraus. Das Wärmeleitelement kann dadurch in unmittelbaren Kontakt zu einem Temperierfluid zum Kühlen und/oder Erwärmen, der Batterie stehen.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Wärmeleitelement stab- oder plattenför- mig. Ein stabförmiges Leitelement ermöglicht es, dieses zentrisch im Bereich der Batterie anzuordnen und dadurch den besonders kritischen Bereich im Innenraum der Batterie gut zu temperieren.
In einer ergänzenden Ausführungsform verbindet das wenigstens eine Wärmeleitelement zwei gegenüberliegende Wandungen des Gehäuses, insbesondere thermisch und/oder mechanisch miteinander.
Vorzugsweise ist die Batterie eine Lithiumionenbatterie.
In einer Variante ist die wenigstens eine Batterie im Wesentlichen ein Rotationskörper, insbesondere ein Zylinder.
Zweckmäßig ist das wenigstens ein Wärmeleitelement in einer Rotationsachse der wenigstens einen Batterie angeordnet. Aufgrund der Anordnung in der Rotationsachse, d. h. zentrisch, kann das Wärmeleitelement den besonders temperaturkritischen zentralen Bereich mit einer großen Entfernung zu dem Gehäuse der Batterie gut temperieren.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Wärmeleitelement zentrisch in der wenigstens einen Batterie angeordnet.
Insbesondere besteht das wenigstens eine Wärmeleitelement wenigstens teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit in W/m K von wenigstens 1, vorzugsweise wenigstens 10, insbesondere wenigstens 80. In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine Wärmeleitelement eine elektrisch isolierende Beschichtung, z. B. aus Kunststoff oder Teflon, Kalrez, Parafluor oder Nafion auf.
In einer ergänzenden Variante besteht das wenigstens eine Wärmeleitelement wenigstens teilweise aus Metall.
In einer weiteren Variante umfasst das wenigstens eine Wärmeleitelement die Stoffe Silizium und/oder Aluminium und/oder Kupfer und/oder Magnesium und/oder Kohlenstoff und/oder Graphit und/oder Zink und/oder Platin und/oder
Zinn.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul umfasst ein Batteriemodulgehäuse, wenigstens eine in dem Batteriemodulgehäuse angeordnete Batterie und wenigs- tens ein Mittel zum Temperieren, d. h. Erwärmen und/oder Abkühlen, der wenigstens einen Batterie, wobei die Batterie gemäß einer in dieser Anmeldung beschriebenen Batterie ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens eine Batterie unabhängig von we- nigstens einer anderen Batterie mittels des wenigstens einen Wärmeleitelementes temperierbar, insbesondere indem das wenigstens eine Wärmeleitelement der wenigstens einen Batterie mit einem Temperierfluid kontaktierbar ist ohne dass das wenigstens eine Wärmeleitelement der wenigstens einen anderen Batterie mit dem Temperierfluid kontaktierbar ist. Das wenigstens eine Wärmeleit- element ist mittelbar oder unmittelbar mit dem Temperierfluid kontaktierbar zum kühlen und/oder erwärmen der wenigstens einen Batterie. Das Temperierfluid wird beispielweise in einem Behälter zum gezielten kühlen und/oder erwärmen wenigstens einer einzelnen Batteriezelle aufbewahrt und bei Bedarf mit dem wenigstens einen Wärmeleitelement kontaktiert. Hierzu wird beispielsweise der Be- hälter mit dem Temperierfluid zu dem wenigstens einen Wärmeleitelement bewegt. Mittels wenigstens eines Sensors wird die Temperatur der wenigstens einen Batterie gemessen und von einer Steuerungseinheit bei Bedarf wenigstens eine Batterie gezielt temperiert. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine in dieser Anmeldung beschriebene Batterie und/oder wenigstens ein in dieser Anmeldung beschriebenes Batteriemodul.
In einer zusätzlichen Variante ist die Batterie keine Hochtemperaturbatterie.
Vorzugsweise ist die Batterie eine Nickel-Cadmium-Batterie oder eine Nickel- Metallhydrid-Batterie.
In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die Batterie eine positiv ladbare
Elektrode und eine negativ ladbare Elektrode.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das wenigstens eine Mittel zum Temperieren, d. h. Erwärmen und/oder Kühlen, der wenigstens einen Batterie wenigs- tens eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Temperierfluides in das Batteriemodulgehäuse und wenigstens eine Auslassöffnung zum Ausleiten des Tempe- rierfuides aus dem Batteriemodulgehäuse.
Zweckmäßig umfasst das wenigstens eine Mittel zum Temperieren der wenigs- tens einen Batterie eine Fördereinrichtung, z. B. ein Gebläse, zum Durchleiten des Temperierfuides, z. B. Luft, durch das Batteriemodul.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die wenigstens eine Batterie des Batteriemoduls keine Hochtemperaturbatterie.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnah- me auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt einer Batterie mit einem Wärmeleitelement,
Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt der Batterie gemäß Fig. 1 , Fig. 3 eine schematisierten Längsschnitt des Wärmeleitelements,
Fig. 4 einen stark schematisierten Querschnitt eines Batteriemoduls mit den Batterien gemäß Fig. 1 und 2 und
Fig. 5 einen Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 und 2 ist ein Längs- und Querschnitt einer als Lithiumionenbatterie 2 ausgebildeten Batterie 1 abgebildet. Die Batterie 1 umfasst ein Gehäuse 3 zur Aufnahme wenigstens eines Elektrolyten 8. Bei dem Elektrolyten 8 handelt es sich bei Lithiumionenbatterien 2 im Allgemeinen um verschiedene organische Substanzen. Das Gehäuse 3 besteht aus Wandungen 4 mit einer Deckenwandung 5, einer Bodenwandung 6 und einer Seitenwandung 7. Die Deck- und Bodenwandung 5, 6 sind dabei Scheiben- oder kreisförmig. Innerhalb des Gehäuses 3 befindet sich ein spiralförmig aufgewickelter Zellwickel 9 (Fig. 1 und 2), der unter anderem zur Aufnahme des Elektrolyten 8 dient. Die Batterie 1 stellt einen als Rotationskörper 13 ausgebildeten Zylinder 15 dar mit einer Rotationsachse
14. Zentrisch in der Batterie 1 , d. h. in der Rotationsachse 14 der Batterie 1 bzw. des Rotationskörpers 13, ist ein stabförmiges Wärmeleitelement 1 1 angeordnet.
Das stabförmige Wärmeleitelement 1 1 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ein großes elektrisches Isolationsvermögen auf. Zur Erreichung des großen e- lektrischen Isolationsvermögens ist das Wärmeleitelement 1 1 mit einer Beschich- tung 10 aus Kunststoff versehen (Fig. 3). Als Material für das Wärmeleitelement 1 1 kommt z. B. Kupfer oder Aluminium in Betracht. Zur Herstellung der Beschich- tung 10 können beispielsweise Kunststoffe wie Teflon, Kalrez (Perflu- or-Kautschuk (FFKM, FFPM), Parafluor oder Nafion eingesetzt werden. Ferner können für die Beschichtung 10 auch anderweitige Kunststoffe bzw. Polymerverbindungen eingesetzt werden. Das Wärmeleitelement 1 1 ist thermisch und mechanisch mit der Deckwandung 5 verbunden und durchstößt ferner die Bodenwandung 6 des Gehäuses 3. Damit ist das Wärmeleitelement 1 1 mit zwei gege- nüberliegenden Wandungen 6, 7 des Gehäuses 3 thermisch und mechanisch verbunden. Im Bereich der Deckwandung 5 des Gehäuses 3 ist ein Sicherheits- ventil (nicht dargestellt) vorhanden, welches bei einem Überdruck innerhalb des Gehäuses 3 entstandene Gase oder Dämpfe aus dem Gehäuse 3 ablassen kann. Das Wärmeleitelement 1 1 durchstößt im Bereich der Bodenwandung 6 das Gehäuse 3 und wird durch die Bodenwandung 6 durchgeführt, so dass ein Ab- schnitt des Wärmeleitelementes 1 1 außerhalb des Gehäuses 3 als Anschluss 12 zum Temperieren der Batterie 1 angeordnet ist. Der Anschluss 12 dient damit zum Erwärmen und/oder zum Kühlen der Batterie 1 . Die Durchstoßstelle des Wärmeleitelementes 1 1 an der Bodenwandung 6 ist dabei fluiddicht nach außen abgedichtet. Das Wärmeleitelement 1 1 erhöht damit insgesamt die Wärmeleitfä- higkeit innerhalb der Batterie 1 . Aufgrund der großen Wärmeleitfähigkeit des
Wärmeleitelementes 1 1 und der thermischen Verbindung zwischen dem Gehäuse 3 und dem Wärmeleitelement 1 1 , d. h. zwischen der Deckwandung 5 und der Bodenwandung 6 sowie dem Wärmeleitelement 1 1 kann die Oberfläche des Gehäuses 3 genutzt werden, um im Zentralbereich der Batterie 1 ein ausreichendes Temperieren der Batterie 1 zu ermöglichen. Insbesondere der um das Wärmeleitelement 1 1 angeordnete Elektrolyt 8 (Fig. 1 und 2) sowie der spiralförmig um das Wärmeleitelement 1 1 angeordnete Zellwickel 9 können damit im Zentralbereich gut temperiert werden. Bei der Herstellung der Batterie 1 wird der Zellwickel 9 um einen Zelldorn aufgewickelt und dabei bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren nach dem Aufwickeln entfernt. In vorteilhafter
Weise kann bei der erfindungsgemäßen Batterie 1 das Wärmeleitelement 1 1 als Zelldorn zum Aufwickeln des Zellwickels 9 genutzt werden und muss anschließend nach dem Aufwickeln nicht mehr entfernt werden.
Die im Zentralbereich der Batterie 1 durch thermochemische Prozesse entstandene Wärme kann damit mittels des stabförmigen Wärmeleitelements 1 1 gut nach außen zum Gehäuse 3 und dem Anschluss 12 abgeleitet werden. Auf diese Weise wird eine gefährliche Temperaturentwicklung im Zentralbereich der Batterie 1 verhindert, indem von Mitteln 18 zum Temperieren der Batterie 1 die Batte- rie 1 auch im Zentralbereich gut gekühlt werden kann. Auch zum Erwärmen der
Batterie 1 kann das Wärmeleitelement 1 1 gut genützt werden. Bei einem Leiten eines Fluids, z. B. Luft, um das Gehäuse 3 der Batterie 1 erwärmt das Fluid das Gehäuse 3 und den Anschluss 12, welche aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Wärmeelementes 1 1 die Wärme in dem Zentralbereich der Batterie leiten und dadurch diesen kritischen Bereich der Batterie 1 ebenfalls gut erwärmen.
Damit ist es möglich, den Zentralbereich der Batterie und damit im Wesentlichen die gesamte Batterie 1 im Wesentlichen gleichmäßig zu erwärmen und/oder zu kühlen.
Mehrere Batterien 1 können auch in einem Batteriemodul 16 angeordnet werden (Fig. 4). Das Batteriemodul 16 weist ein Batteriemodulgehäuse 17 mit einer Einlassöffnung 19 zum Einleiten eines Temperierfluids, z. B. Luft, und einer Auslassöffnung 20 zum Ausleiten des Temperierfluids aus dem Batteriemodul 16 auf. Das Temperierfluid wird mittels einer als Gebläse 22 ausgebildeten Fördereinrichtung 21 durch das Batteriemodul 16 geleitet. Das Gebläse 22, die Ein- und Auslassöffnung 19, 20 und das Temperierfluid sind somit Mittel 18 zum Temperieren der Batterie 1 . Derartige Batteriemodule 16 können insbesondere in einem Kraftfahrzeug 23 (Fig. 5) eingesetzt werden. Insbesondere handelt sich bei dem Kraftfahrzeug 23 um ein Kraftfahrzeug 23 mit einer Hybridantriebseinrichtung. Die Hybridantriebseinrichtung weist einen Verbrennungsmotor und eine Elektro- maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeuges 23 auf (nicht dargestellt).
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Batterie 1 und dem erfindungsgemäßen Batteriemodul 16 wesentliche Vorteile verbunden. Ein im Innenraum der Batterie 1 angeordnetes Wärmeleitelement 1 1 erhöht die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Batterie 1 . Das Wärmeleitelement 1 1 ist im Zentralbereich der Batterie 1 angeordnet und thermisch mit dem Gehäuse 3 verbunden. Da- durch kann ein Fluid zum Kühlen und/oder Erwärmen der Batterie nicht nur den
Außenbereich, sondern in vorteilhafter Weise auch den Zentralbereich innerhalb der Batterie 1 gut kühlen, so dass ein hoher Temperaturanstieg im Zentralbereich verhindert wird und dadurch ein gefährlicher thermal runaway der Batterie 1 verhindert werden kann. Ferner kann der Zentralbereich auch gut erwärmt werden, was insbesondere bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug von Vorteil ist, wenn das Kraftfahrzeug 23 bei niedrigen Temperaturen von der Batterie 1 oder dem Batteriemodul 16 angetrieben werden soll. Besonders bei Kraftfahrzeugen 23 mit einem Hybridantrieb oder einem Elektroantrieb im Winter ist dies von entscheidendem Vorteil für den zuverlässigen Betrieb des Hybridantriebs oder des Elektroantriebs.

Claims

Ansprüche
1 . Batterie (1 ), umfassend
- ein Gehäuse (3) zur Aufnahme wenigstens eines Elektrolyten (8),
- wenigstens einen von dem Gehäuse (3) aufgenommenen Elektrolyten (8), dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Batterie (1 ) wenigstens ein Wärmeleitelement (1 1 ) angeordnet ist, um die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der wenigstens einen Batterie (1 ) zu erhöhen.
2. Batterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) thermisch und/oder mechanisch mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) das Gehäuse (3) durchstößt und aus dem Gehäuse (3) heraus steht und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) stab- oder plattenförmig ist.
4. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) zwei gegenüberliegende Wandungen (4) des Gehäuses (3), insbesondere thermisch und/oder mecha- nisch, miteinander verbindet.
5. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1 ) eine Lithiumionenbatterie (2) ist.
6. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (1 ) im Wesentlichen ein Rotationskörper (13), insbesondere ein Zylinder (15), ist.
7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Wärmeleitelement (1 1 ) in einer Rotationsachse (14) der wenigstens einen Batterie (1 ) angeordnet ist.
8. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (11 ) zentrisch in der wenigstens einen Batterie (1 ) angeordnet ist.
9. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) wenigstens teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit in W/mK von wenigstens 1 , vorzugs- weise wenigstens 10, insbesondere wenigstens 80, besteht.
10. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) eine elektrisch isolierende Be- Schichtung (10), z. B. aus Kunststoff oder Teflon, Kalrez, Parafluor oder Na- fion, aufweist.
1 1 . Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) wenigstens teilweise aus Metall besteht.
12. Batterie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) die Stoffe Silizium und/oder A- luminium und/oder Kupfer und/oder Magnesium und/oder Kohlenstoff und/oder Graphit und/oder Zink und/oder Platin und/oder Zinn umfasst.
13. Batteriemodul (16), umfassend ein Batteriemodulgehäuse (17), wenigstens eine in dem Batteriemodulgehäuse (17) angeordnete Batterie (1 ) und wenigstens ein Mittel (18) zum Temperieren der wenigstens einen Batterie (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1 ) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
14. Batteriemodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Batterie (1 ) unabhängig von wenigstens einer anderen Batterie (1 ) mittels des wenigstens einen Wärmeleitelementes (1 1 ) temperierbar ist, insbesondere indem das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) der wenigstens einen Batterie (1 ) mit einem Temperierfluid kontaktierbar ist ohne dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (1 1 ) der wenigstens einen anderen Batterie (1 ) mit dem Temperierfluid kontaktierbar ist.
15. Kraftfahrzeug (23), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (23) wenigstens eine Batterie (1 ) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 12 und/oder ein Batteriemodul (16) gemäß Anspruch 13 umfasst.
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