EP4523286A1 - Batterievorrichtung - Google Patents

Batterievorrichtung

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Publication number
EP4523286A1
EP4523286A1 EP23725686.2A EP23725686A EP4523286A1 EP 4523286 A1 EP4523286 A1 EP 4523286A1 EP 23725686 A EP23725686 A EP 23725686A EP 4523286 A1 EP4523286 A1 EP 4523286A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core structure
battery
interior
battery device
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23725686.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian SCHIRP
Stefano PIACQUADIO
Jannik BÜHRING
Tobias MEINERT
Tom RATHMES
Kai-Uwe SCHRÖDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH filed Critical Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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    • H01M50/284—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with incorporated circuit boards, e.g. printed circuit boards [PCB]
    • 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 device.
  • Batteries must provide large currents for modern applications, such as energy storage in electric cars or drones. However, this can lead to the battery cells heating up very quickly. Batteries have an optimal operating temperature range, which is, for example, close to room temperature. The battery can be particularly powerful in this temperature range. However, if the temperature is too high or too low, battery degradation will accelerate. If a maximum temperature is exceeded, the battery can even spontaneously ignite, which is also known as thermal runaway. Accordingly, the temperature is usually controlled by a temperature control system.
  • Battery temperature control systems can be separated according to two operating principles. Active cooling can adjust the operating temperature of the battery, for example through an adjustable flow of cooling fluid. However, active cooling requires energy, which can reduce system efficiency. In addition, the battery cannot be prevented from cooling down or heating up due to the environment during idle times. With passive cooling there is no energy consumption, but the operating temperature cannot always be maintained within a desired range. Overall, battery cooling can require additional installation space and can be very heavy. Depending on the climate zone, the battery may also be heated. Heating can also be done actively or passively.
  • the battery device may have a housing.
  • the housing can limit a housing interior.
  • the housing can be made of plastic or metal, for example.
  • the housing can have several wall elements or can be designed in one piece.
  • the housing can protect respective other elements of the battery device from environmental influences and, for example, enable attachment, in particular in a vehicle and/or to a building.
  • the battery device may have electrical contacts.
  • the battery device has a core structure arranged in the housing.
  • the core structure can be designed to divide the housing interior into at least two subspaces.
  • the core structure can provide an additional protective function to protect battery cells from mechanical influences.
  • the core structure can form a supporting structure.
  • the core structure can, for example, be permanently connected to the housing or be formed in one piece. By connecting to the housing, the core structure can support the housing and thus additionally strengthen it.
  • the battery device has a first interior space in the housing.
  • the first interior is designed for a cooling fluid to flow through.
  • the first interior can have one or more access openings, in particular designed as through openings in the housing. This allows a cooling fluid to flow through the first flow inside.
  • the battery device can, for example, have a pump device for conveying the cooling fluid through the first interior, which can be arranged inside or outside the housing.
  • a heat exchanger can be provided, in particular outside the housing, for example to cool the cooling fluid.
  • the battery device can alternatively or additionally have a heater, for example to heat the cooling fluid.
  • the battery device can thus have an active temperature control, in particular at least designed for cooling, in order to reliably maintain an operating temperature in a desired range.
  • the battery device can also be heated by means of the cooling fluid, depending on the ambient temperature.
  • the cooling fluid can be, for example, air, water or a water-glycol mixture.
  • the battery device has a second interior space in the housing.
  • the second interior space can, for example, be fluidically separated from the first interior space.
  • the battery device includes a phase change material.
  • the phase change material is arranged in the second interior space. This allows mixing with the cooling fluid to be avoided.
  • a phase change material can have a high enthalpy of fusion.
  • the phase change material can be, for example, a paraffin wax.
  • Another example of a phase change material is an aluminum-silicon alloy.
  • a fire-retardant additive can be added to the phase change material.
  • the phase change material can be selected so that it changes between two phases, in particular a liquid and a solid state, in or close to the desired operating temperature range of the battery device.
  • the phase change material may have a high effective thermal mass, which greatly increases thermal inertia of the battery device. This makes it possible to prevent or at least slow down an undesirably rapid and/or high temperature rise or fall. This makes it easier to maintain the desired operating temperature of the battery device.
  • the active cooling can be made smaller because it no longer has to absorb the thermal reactions of the battery alone.
  • the phase change material can dampen load peaks to relieve the active cooling and/or heating.
  • phase change material can also be used during downtimes, i.e for example, when the battery device is turned off, maintain a temperature of the battery device better or with less mass and volume than would be possible without phase change material.
  • the service life of the battery device can be long.
  • the phase change material allows the battery device to be particularly light, since the respective active cooling components can be made smaller.
  • system efficiency can be greater with such a battery device since less energy may be required for active cooling. Since the battery device can be better maintained in its optimal operating temperature range, the service life of the battery device can also be particularly long.
  • the battery device has at least one battery cell.
  • the battery cell can be designed, for example, as a galvanic cell.
  • the battery cell can be an electrochemical energy storage and an energy converter.
  • the battery cell can be, for example, a cylindrical battery cell, a prismatic battery cell or a pouch cell.
  • the battery device may have a plurality of battery cells, which may be arranged in a specific pack in the housing.
  • the battery cells can be arranged uniformly at certain distances from one another in a plane. All battery cells of the battery device can be designed the same.
  • the battery device can also have two or more different battery cell types. For the sake of simplicity, we will refer to the battery cell below, although this can always refer to several or all of the battery cells, if applicable.
  • the core structure separates the first interior space from the second interior space.
  • the core structure can form a partition in the housing interior.
  • the separation can be fluid-tight, especially for the phase change material and the cooling fluid.
  • the core structure has a wall which is essentially designed in the form of a triple periodic minimal surface.
  • the partition can partially or completely limit at least one of the two interior spaces.
  • the partition can also at least partially or completely limit both interior spaces.
  • the triple periodic minimum surface can have a symmetry of a crystal structure.
  • the triple periodic minimum surface can be free of interfaces. Details about the triple periodic minimum surface are explained further below.
  • the triple periodic minimal surface can form a particularly large surface so that heat can be transferred particularly well and evenly between the two interior spaces.
  • the triple periodic minimum area can form an associated recess for each battery cell, for example in the second interior space.
  • the wall of the core structure can be formed, for example, from a metallic material or plastic.
  • the triple periodic minimum surface can form two channels in conjunction with the housing. Heat can be transferred particularly well between the cooling fluid and the phase change material via the triple periodic minimum surface.
  • the combination of active cooling and thermal damping through the phase change material can be particularly efficient.
  • the phase change material is also particularly good at preventing thermal runaway.
  • the at least one battery cell is arranged in the first interior or the second interior. Due to the arrangement in the second interior, undesirably rapid heating and cooling of the battery cell can be dampened particularly well by the phase change material. This means that each battery cell can be kept in a desired operating temperature range with particularly low active temperature control. Due to the arrangement in the first interior, the operating temperature of the battery cell can be set particularly precisely and reliably. The phase change material can still dampen thermal load peaks.
  • the first interior space and/or the second interior space is delimited on one side by a cover layer.
  • This cover layer can be formed, for example, by a part of the housing.
  • the first interior space and/or the second interior space can be delimited by a further cover layer.
  • This further cover layer can also be formed, for example, by a part of the housing.
  • the cover layers can be connected to the core structure. Any top layer cannot be electrically conductive.
  • Each cover layer can be formed, for example, as a plate made of an electrically insulating material.
  • Each cover layer can, for example, also be formed from a composite material and thus be particularly mechanically resistant.
  • the cover layers can adjoin the core structure in some areas and/or form a sandwich structure with the core structure.
  • the battery device can be designed, for example, as a supporting part of a body.
  • the cover layers can, for example, rest on opposite sides of the wall designed as a triple periodic minimal surface and thus limit or completely close the respective recesses for battery cells on the top and bottom.
  • the cover layers can be connected to the core structure, for example, by a joining process such as welding, gluing or soldering. However, the two cover layers can also be connected to one another, for example by a screw connection, and clamp the core structure between them. The two cover layers can also be pressed against the core structure by the housing.
  • At least one of the cover layers has at least one through opening for access to a battery contact of the battery cell and/or for the cooling fluid to flow through. Separate through openings can also be provided for the cooling fluid flow and the electrical contacting.
  • the through opening can, for example, be aligned with the recess for the battery cell.
  • An associated through opening can be provided for each battery cell.
  • the through openings can only be provided in one or both cover layers.
  • One or more lines can be guided through the through opening, for example power lines and/or fluid lines.
  • the through opening can otherwise be sealed. As a result, fluid and/or electrical current can be guided into and out of the first interior space and/or second interior space.
  • At least one of the cover layers has a conductor track which is contacted with the battery cell, in particular wherein the conductor track is arranged on an outside side of the cover layer.
  • the conductor track can be connected to the battery cell through the through opening.
  • An assigned conductor track can be provided for each battery cell.
  • the conductor track can also be electrically connected to one or more battery cells, for example.
  • the conductor track can be attached to the cover layer.
  • the conductor track can also be formed integrally with the cover layer, for example by etching into or depositing onto the cover layer.
  • the conductor track can be used to provide a compact, robust and space-saving electrical connection to the respective battery cells.
  • the two walls can be offset from one another.
  • One of the two walls can be smaller and, for example, be arranged between the other wall and the second interior space.
  • a space can be formed between the two walls of the core structure.
  • the double-walled core structure can be particularly robust.
  • Further phase change material can be arranged in the further gap. This phase change material may have a different melting point than the phase change material in the second interior to further stabilize the operating temperature. For example, one of the phase change materials may melt at an upper limit of a desired operating temperature range and the other phase change material may melt at a desired lower limit of the desired operating temperature range.
  • the gap can be designed for a cooling fluid to flow through.
  • the core structure further has a third grid structure which is arranged in the intermediate space.
  • the third lattice structure can attach and support the two walls of the double-walled core structure together.
  • the two walls of the core structure can be connected to one another via the third lattice structure. This makes the core structure particularly robust and can absorb high mechanical loads. Alternatively, they can Both walls can also be arranged side by side in a self-supporting manner, for example.
  • the third grid structure can improve heat transfer between the two walls of the core structure and to a material in the gap.
  • respective walls of the core structure are determined to be adapted to the battery cell shape.
  • respective walls of the core structure can have hexagonal symmetry. This means that a suitable shape with suitable recesses can be provided for certain battery cells.
  • a further aspect relates to a method for determining a shape of a wall of a core structure of a battery device, in particular one of the walls of the core structure of the battery device according to the invention.
  • the method may include a step of selecting a battery cell shape of respective battery cells of the battery device.
  • the method may have a step of determining an arrangement of the battery cells in a desired pack, in particular in a plane.
  • the method may include a step of identifying planes of symmetry in the fixed arrangement of the battery cells.
  • the method may include a step of reducing battery cell surfaces in the specified arrangement to a smallest symmetrical unit.
  • the method may include a step of selecting contact surfaces of the battery cells with the wall.
  • the procedure can include a step of defining touch lines on the selected touch surfaces.
  • the method may include a step of defining the spatial location of the touch lines.
  • the method may include a step of determining the shape of the wall as a substantially triple periodic minimum surface depending on the defined spatial position of the contact lines and depending on the identified symmetry planes. This allows battery device-specific triple periodic minimum surfaces to be easily determined.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include converting the attachment surface formed from the defined contact lines into a mesh of prestressed spring elements and mass points to determine a spring mass system.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include a dynamic simulation of the spring mass system until an equilibrium position is reached.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include converting the equilibrium position into a geometric surface to determine a minimum surface.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include mirroring the geometry surface across all identified symmetry planes to create a cell of the triply periodic minimum surface.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include periodically stacking the created cell according to the arrangement of the battery cells in the desired package to determine the shape of the wall of the core structure.
  • the shape of the respective walls of the core structure which in particular separates the two interior spaces from one another, is coordinated with a shape of the battery cell.
  • a shape of the battery cell is coordinated with a shape of the battery cell.
  • respective recesses in the second interior can be adapted to the shape of the battery cells.
  • a cross section of the recess can correspond to a cross section of the battery cell.
  • the shape of the wall of the core structure can be cylindrical Shape or a prismatic shape of the battery cell or be matched to a battery cell designed as a pouch cell.
  • the battery device has a pump device which is designed to convey the cooling fluid through the first interior space.
  • the pump device can be connected to the first interior via one or more through openings in at least one cover layer.
  • the pump device can also be designed to convey cooling fluid through the gap if the core structure is double-walled.
  • the pumping device can, for example, have a pump.
  • the battery device may also include the cooling fluid.
  • FIG. 2 illustrates in a schematic perspective view how the first embodiment of the core structure of the battery device can be flowed around with a cooling fluid.
  • FIG 3 illustrates in a schematic sectional view how the first embodiment of the core structure of the battery device accommodates respective battery cells and a phase change material.
  • FIG. 4 illustrates in a further schematic sectional view how the first embodiment of the core structure of the battery device accommodates respective battery cells and a phase change material.
  • 5 illustrates in a schematic perspective view how the first embodiment of the core structure can be manufactured in a deep-drawing process.
  • 6 illustrates in a schematic perspective view a second embodiment of a core structure of the battery device, which has additional grid structures.
  • FIG. 7 illustrates in a schematic sectional view the lattice structures of the second embodiment of the core structure of the battery device.
  • FIG. 8 illustrates in a schematic perspective view a third embodiment of a core structure of the battery device, which is designed to be double-walled.
  • FIG 9 illustrates in a schematic sectional view an intermediate space formed by the double-walled core structure.
  • FIG. 10 schematically illustrates a method for determining a shape of a triple periodic minimum surface for the core structure.
  • Fig. 11 illustrates in various views a shape of the core structure with hexagonal symmetry determined using the method according to Fig. 10.
  • the core structure 10 has a wall 12 which is designed in the form of a triple periodic minimal surface.
  • the wall 12 of the core structure 10 is designed as a black P-surface.
  • the battery device has a housing, not shown, which is here, for example, rectangular and completely accommodates the core structure 10.
  • the core structure 10 adjoins the housing in some areas on the outside and is held by it.
  • the housing forms a cover layer on the top and bottom, which adjoins the wall 12 and is joined to the wall 12 of the core structure 10. This creates a resilient sandwich structure with the core structure.
  • a housing interior is separated by the core structure 10 into a first interior 14 and a second interior 16, so that no fluid transfer between the two interiors 14, 16 is possible.
  • the battery device has a plurality of battery cells 18 arranged uniformly in a pack, which in the example shown are designed as cylindrical battery cells 18 and are shown in FIGS. 2 to 4.
  • the core structure 10 forms individual recesses 20 in the second interior 16, which correspond to a shape of the battery cells 18.
  • An associated battery cell 18 is arranged in each recess 20.
  • the battery device has only one level of battery cells 18.
  • the battery device can also have several levels of battery cells 18 arranged one above the other and can therefore be extended in the vertical direction.
  • several core structures 10 can be stacked one on top of the other or the core structure 10 can be extended in the vertical direction, with additional recesses 20 being formed for the further battery cell levels.
  • the first interior 14 is designed to have a cooling fluid 22 flow through it.
  • the cooling fluid 22 is, for example, a water-glycol mixture.
  • the battery device has a pump device which is connected to the first interior 14 via an inlet and an outlet in order to convey the cooling fluid 22 through the first interior 14. This allows a temperature of the battery device to be actively controlled, for example for cooling and heating.
  • the battery cells 18 are not in contact with the cooling fluid 22 on the top and/or bottom. There the battery cells 18 are electrically connected in order to be able to supply an electrical current to a consumer and to be charged.
  • phase change material 24 is arranged in the first interior 14 and the cooling fluid 22 in the second interior 16.
  • the pump device is connected to the second interior 16 via an inlet and an outlet in order to convey the cooling fluid 22 through.
  • the core structure 10 can, for example, be manufactured in an additive process, whereby the complex geometry of the core structure 10 can be generated particularly easily.
  • 5 illustrates in various schematic views a forming process for manufacturing the core structure 10. Shown is a deep-drawing tool 30, which forms a negative shape of a part of the wall 12. A sheet metal plate 32 is placed on the deep-drawing tool 30 and has through openings 34 corresponding to the recesses 20. By pressing with another deep-drawing tool, not shown, a semi-finished product 36 is formed from the sheet metal plate 32, the shape of which corresponds to an upper or lower half of the core structure 10. Two such semi-finished products 36 are joined together, for example by gluing, soldering or welding, to form the wall 12 of the core structure 10 as shown in FIG. 5. This makes cost-effective mass production possible.
  • a shape of the cover layer corresponds, for example, to the shape of the sheet metal plate 32 shown in FIG. 5, from which the semi-finished products 36 are deep-drawn.
  • 6 illustrates in a schematic perspective view and FIG. 7 in a schematic sectional view a second embodiment of the core structure 10 of the battery device. Only differences from the first embodiment are described, since the basic structure and the basic functionality are identical to the first embodiment.
  • the second embodiment of the core structure 10 has a first lattice structure 50, which is arranged in the first interior 14.
  • the first grid structure 50 is formed from uniformly arranged metallic grid bars 52, which intersect and are connected to the wall 12.
  • the bars can also be connected to the housing, in particular the cover layers, in order to structurally reinforce the housing.
  • the first grid structure 50 improves heat transfer between the wall 12 and the cooling fluid 22 by increasing a contact surface area.
  • the second embodiment of the core structure 10 has a second lattice structure 54, which is arranged in the second interior 16.
  • the second grid structure 54 is formed from uniformly arranged metallic grid bars 56, which intersect and are connected to the wall 12.
  • the second grid structure 54 can stiffen the wall 12 in this way.
  • the second grid structure 54 improves heat transfer between the wall 12 and the phase change material 24 and the battery cells 18 because a contact surface is increased.
  • the grid bars 56 of the second grid structure 54 can be contacted with the battery cells 18 in order to additionally support them when the phase change material 24 changes to the liquid state.
  • the grid bars 56 of the second grid structure 54 can also be spaced from the battery cells 18.
  • the first lattice structure 50 has larger distances between its lattice bars 52 than the second lattice structure 54 between its lattice bars 56.
  • the first lattice structure 50 is coarser than the second lattice structure 54.
  • the coarse first lattice structure 50 can create an undesirably high flow resistance for the cooling fluid 22 the first interior 14 can be avoided.
  • the fine second grid structure 54 allows particularly good heat transfer to be achieved between the phase change material 24 and other areas, thereby enabling particularly good thermal damping.
  • 8 illustrates in a schematic perspective view and FIG. 9 in a schematic sectional view a third embodiment of the core structure 10 of the battery device. Only differences from the first embodiment are described, since the basic structure and the basic functionality are identical to the first embodiment.
  • the core structure 10 according to the third embodiment is double-walled with another wall 70.
  • the further wall 70 is arranged parallel to the wall 12 and also has the shape of a triple periodic minimal surface, in the example shown as a black P surface.
  • the core structure forms a gap 74 between the two walls 12, 70.
  • the two walls 12, 70 are each connected to the cover layers and therefore do not have to be attached to one another.
  • the two walls 12, 70 are connected to one another by means of an optional third lattice structure 76 arranged in the intermediate space 74, which has respective lattice bars 78.
  • the third grid structure 76 improves heat transfer between the two walls 12, 70 and to a material arranged in the intermediate space 74. Additionally, third grid structure 76 can make core structure 10 more robust against mechanical loads.
  • the core structure 10 according to the third embodiment may be free of the first lattice structure 50 and the second lattice structure 54 as shown in FIG. 9.
  • the first lattice structure 50 and/or the second lattice structure 54 can also be provided.
  • the intermediate space 70 can be designed for a cooling fluid to flow through and can be fluidly connected to the pump device for this purpose.
  • a phase change material can be arranged in the gap 70.
  • step 100 one of the battery cells 18 of the battery device corresponding to a battery cell shape is selected. Shown is a cross section of typical battery cell shapes, namely cylindrical battery cells, prismatic battery cells and pouch cells.
  • step 102 a Determining an arrangement of the battery cells 18 in a desired packing in a plane.
  • the cylindrical battery cells 18 are arranged evenly around each other, for example, in concentric circles.
  • the prismatic battery cells 18 are, for example, arranged evenly in rows.
  • step 104 planes of symmetry 106 in the fixed arrangement of the battery cells 18 are identified.
  • step 110 battery cell surfaces in the specified arrangement are reduced to a smallest symmetrical unit, which is illustrated by box 108.
  • step 112 a selection of contact surfaces of the battery cells 18 with the wall 12 of the core structure 10 in the smallest symmetrical unit 108 takes place.
  • Contact lines are defined on the selected contact surfaces.
  • the spatial position of the contact lines is then defined.
  • the shape of the wall 10 is determined as a substantially triple periodic minimum surface.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include converting the attachment surface formed from the defined contact lines into a mesh of prestressed spring elements and mass points to determine a spring mass system.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include a dynamic simulation of the spring mass system until an equilibrium position is reached. This allows battery device-specific triple periodic minimum surfaces to be easily determined.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include converting the equilibrium position into a geometric surface to determine a minimum surface.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include mirroring the geometry surface across all identified symmetry planes to create a cell of the triply periodic minimum surface.
  • the step of determining the shape of the wall as a substantially triply periodic minimum surface may include periodically stacking the created cell according to the arrangement of the battery cells in the desired package to determine the shape of the wall of the core structure. Fig.
  • FIG. 11 shows a perspective view of a result of this method illustrated in Fig. 10.
  • the core structure 10 has a wall 12 with a hexagonal symmetry.
  • a single cell of the wall 12 is also shown at the top, which was determined using the method described above. This cell is periodically placed together to create the triple periodic minimum surface shape of the wall 12 from the cell.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung. Die Batterievorrichtung weist ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete Kernstruktur (10), einen ersten Innenraum (14) in dem Gehäuse ausgebildet für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid (22), einen zweiten Innenraum (16) in dem Gehäuse, ein Phasenwechselmaterial (24) und wenigstens eine Batteriezelle (18) auf. Die Kernstruktur (12) trennt den ersten Innenraum (14) von dem zweiten Innenraum (16). Die Kernstruktur (10) weist eine Wand (12) auf, welche im Wesentlichen in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet ist. Das Phasenwechselmaterial (24) ist in dem zweiten Innenraum (16) angeordnet. Die wenigstens eine Batteriezelle (18) ist in dem ersten Innenraum (14) oder dem zweiten Innenraum (16) angeordnet.

Description

Batterievorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterievorrichtung.
Stand der Technik
Batterien müssen für moderne Anwendungen, beispielsweise als Energiespeicher in Elektroautos oder Drohnen, große Ströme bereitstellen. Dadurch kann es jedoch zu einer sehr schnellen Erhitzung jeweiliger Batteriezellen kommen. Batterien haben einen optimalen Betriebstemperaturbereich, welcher beispielsweise nahe an der Raumtemperatur ist. In diesem Temperaturbereich kann die Batterie besonders leistungsfähig sein. Bei zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen beschleunigt sich dagegen eine Degradation der Batterie. Bei Überschreiten einer Maximaltemperatur kann es sogar zu einer Selbstentzündung der Batterie kommen, was auch als Thermal Runaway bezeichnet wird. Entsprechend wird die Temperatur üblicherweise durch ein Temperaturkontrollsystem gesteuert.
Temperaturkontrollsysteme von Batterien können nach zwei Wirkprinzipien getrennt werden. Eine aktive Kühlung kann die Betriebstemperatur der Batterie einstellen, beispielsweise durch ein einstellbares Durchströmen mit Kühlfluid. Die aktive Kühlung benötigt jedoch Energie, wodurch eine Systemeffizienz sinken kann. Zudem kann während Standzeiten eine Abkühlung oder Aufheizung der Batterie durch die Umgebung nicht verhindert werden. Bei einer passiven Kühlung gibt es keinen Energieverbrauch, jedoch kann die Betriebstemperatur nicht immer in einem gewünschten Bereich gehalten werden. Insgesamt kann eine Batteriekühlung zusätzlichen Bauraum benötigen und kann sehr schwer sein. Je nach Klimazone kann zudem auch ein Aufheizen der Batterie vorgesehen sein. Auch das Aufheizen kann aktiv oder passiv erfolgen.
In der US 2013/00844871 A1 ist eine Batterie mit Phasenwechselmaterial beschrieben.
Die US 7,866,377 B2 beschreibt eine Nutzung von Minimalflächen in Wärmetauschern. Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung. Die Batterievorrichtung kann beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, wie ein Elektroauto, ausgebildet sein. Die Batterievorrichtung kann als ein Batteriespeicher in einem Gebäude ausgebildet sein, insbesondere genutzt in einer Wallbox zum Laden von Elektroautos. Die Batterievorrichtung kann beispielsweise auch in einer Drohne oder einem elektrischen Motorrad verwendet werden. Die Batterievorrichtung kann als ein Energiespeicher für elektrische Energie ausgebildet sein. Die Batterievorrichtung kann für ein mehrfaches Laden und Entladen ausgebildet sein.
Die Batterievorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann einen Gehäuseinnenraum begrenzen. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein. Das Gehäuse kann mehrere Wandelemente aufweisen oder auch einstückig ausgebildet sein. Das Gehäuse kann jeweilige andere Elemente der Batterievorrichtung vor Umwelteinflüssen schützen und beispielsweise eine Befestigung, insbesondere in einem Fahrzeug und/oder an einem Gebäude, ermöglichen. Die Batterievorrichtung kann elektrische Kontakte aufweisen.
Die Batterievorrichtung weist eine in dem Gehäuse angeordnete Kernstruktur auf. Die Kernstruktur kann dazu ausgebildet sein, den Gehäuseinnenraum in wenigstens zwei Teilräume zu unterteilen. Die Kernstruktur kann eine zusätzliche Schutzfunktion bereitstellen, um Batteriezellen vor mechanischen Einwirkungen zu schützen. Die Kernstruktur kann eine tragende Struktur ausbilden. Die Kernstruktur kann beispielsweise mit dem Gehäuse dauerhaft verbunden oder einstückig ausgebildet sein. Durch die Verbindung mit dem Gehäuse kann die Kernstruktur das Gehäuse abstützen und so zusätzlich verstärken.
Die Batterievorrichtung weist einen ersten Innenraum in dem Gehäuse auf. Der erste Innenraum ist ausgebildet für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid. Dafür kann der erste Innenraum eine oder mehrere Zugangsöffnungen aufweisen, insbesondere ausgebildet als Durchgangsöffnungen in dem Gehäuse. Dadurch kann ein Kühlfluid durch den ersten Innenraum strömen. Die Batterievorrichtung kann beispielsweise eine Pumpvorrichtung zum Fördern des Kühlfluids durch den ersten Innenraum aufweisen, welche innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Zusätzlich kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, insbesondere außerhalb des Gehäuses, beispielsweise um das Kühlfluid zu kühlen. Die Batterievorrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Heizung aufweisen, beispielsweise um das Kühlfluid zu erwärmen. Die Batterievorrichtung kann so eine aktive Temperaturkontrolle, insbesondere wenigstens ausgebildet zum Kühlen aufweisen, um eine Betriebstemperatur zuverlässig in einem gewünschten Bereich zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann die Batterievorrichtung auch, je nach Umgebungstemperatur, mittels des Kühlfluids erwärmt werden. Das Kühlfluid kann beispielsweise Luft, Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch sein.
Die Batterievorrichtung weist einen zweiten Innenraum in dem Gehäuse auf. Der zweite Innenraum kann beispielsweise von dem ersten Innenraum fluidisch getrennt sein. Die Batterievorrichtung weist ein Phasenwechselmaterial auf. Das Phasenwechselmaterial ist in dem zweiten Innenraum angeordnet. Dadurch kann eine Vermischung mit dem Kühlfluid vermieden werden. Ein Phasenwechselmaterial kann eine hohe Schmelzenthalpie aufweisen. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise ein Paraffinwachs sein. Ein weiteres Beispiel für ein Phasenwechselmaterial ist eine Aluminium-Silicium- Legierung. Weitere Beispiele für Phasenwechselmaterialien gibt es beispielsweise im Bereich der Salzhydrate, Alkohole, Fettsäuren und Salze. Zusätzlich kann dem Phasenwechselmaterial ein brandhemmendes Additiv zugefügt sein. Das Phasenwechselmaterial kann so ausgewählt sein, dass es im oder nahe am gewünschten Betriebstemperaturbereich der Batterievorrichtung zwischen zwei Phasen, insbesondere einem flüssigen und einem festen Zustand, wechselt. Das Phasenwechselmaterial kann eine hohe effektive thermische Masse aufweisen, welche eine thermische Trägheit der Batterievorrichtung stark erhöht. Dadurch kann ein unerwünscht schneller und/oder hoher Temperaturanstieg oder auch Temperaturabfall verhindert oder zumindest verlangsamt werden. Dadurch ist es einfacher, die gewünschte Betriebstemperatur der Batterievorrichtung zu halten. Zudem kann die aktive Kühlung kleiner dimensioniert werden, da diese nicht mehr jeweilige thermische Reaktionen der Batterie allein abfangen muss. Das Phasenwechselmaterial kann Lastspitzen zur Entlastung der aktiven Kühlung und/oder Heizung dämpfen. Zudem kann das Phasenwechselmaterial auch bei Standzeiten, also beispielsweise wenn die Batterievorrichtung ausgeschaltet ist, eine Temperatur der Bat- terievorrichtung besser oder mit geringerer Masse und Volumen halten, als dies ohne Phasenwechselmaterial möglich wäre. Dadurch kann eine Lebensdauer der Batterievorrichtung hoch sein. Durch das Phasenwechselmaterial kann die Batterievorrichtung besonders leicht sein, da jeweilige aktive Kühlkomponenten kleiner dimensioniert werden können. Zudem kann die Systemeffizienz mit einer solchen Batterievorrichtung größer sein, da weniger Energie für die aktive Kühlung notwendig sein kann. Da die Batterievorrichtung besser in deren optimalen Betriebstemperaturbereich gehalten werden kann, kann auch eine Lebensdauer der Batterievorrichtung besonders hoch sein.
Die Batterievorrichtung weist wenigstens eine Batteriezelle auf. Die Batteriezelle kann beispielsweise als galvanische Zelle ausgebildet sein. Die Batteriezelle kann ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler sein. Die Batteriezelle kann beispielsweise eine zylindrische Batteriezelle, eine prismatische Batteriezelle oder eine Pouchzelle sein. Die Batterievorrichtung kann mehrere Batteriezellen aufweisen, welche in einer bestimmten Packung in dem Gehäuse angeordnet sein können. Beispielsweise können die Batteriezellen gleichmäßig in bestimmten Abständen zueinander in einer Ebene angeordnet sein. Alle Batteriezellen der Batterievorrichtung können gleich ausgebildet sein. Die Batterievorrichtung kann aber auch zwei oder mehr unterschiedliche Batteriezellentypen aufweisen. Im Folgenden wird zur Vereinfachung von der Batteriezelle gesprochen, wobei dies dann immer auch mehrere oder alle der Batteriezellen betreffen kann, sofern anwendbar.
Die Kernstruktur trennt den ersten Innenraum von dem zweiten Innenraum. Die Kernstruktur kann eine Trennwand in dem Gehäuseinnenraum ausbilden. Die Trennung kann fluiddicht sein, insbesondere für das Phasenwechselmaterial und das Kühlfluid. Die Kernstruktur weist eine Wand auf, welche im Wesentlichen in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet ist. Die Trennwand kann wenigstens einen der beiden Innenräume teilweise oder vollständig begrenzen. Die Trennwand kann auch beide Innenräume wenigstens teilweise oder vollständig begrenzen. Die dreifach periodische Minimalfläche kann eine Symmetrie einer Kristallstruktur aufweisen. Die dreifach periodische Minimalfläche kann frei von Schnittstellen sein. Details zu der dreifach periodischen Minimalfläche werden noch weiter unten erläutert. Die dreifach periodische Minimalfläche kann eine besonders große Oberfläche bilden, sodass Wärme besonders gut und gleichmäßig zwischen den beiden Innenräumen übertragen werden kann. Die dreifach periodische Minimalfläche kann für jede Batteriezelle eine zugeordnete Aussparung bilden, beispielsweise in dem zweiten Innenraum. Die Wand der Kernstruktur kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff oder Kunststoff gebildet sein. Die dreifach periodische Minimalfläche kann in Verbindung mit dem Gehäuse zwei Kanäle ausbilden. Zwischen dem Kühlfluid und dem Phasenwechselmaterial kann über die dreifach periodische Minimalfläche besonders gut Wärme übertragen werden. Die Kombination von aktiver Kühlung und thermischer Dämpfung durch das Phasenwechselmaterial kann so besonders effizient sein. Das Phasenwechselmaterial kann einen Thermal Runaway zudem besonders gut verhindern.
Die wenigstens eine Batteriezelle ist in dem ersten Innenraum oder dem zweiten Innenraum angeordnet. Durch die Anordnung in dem zweiten Innenraum kann eine unerwünscht schnelle Erwärmung und auch Abkühlung der Batteriezelle besonders gut durch das Phasenwechselmaterial gedämpft werden. So kann jede Batteriezelle mit besonders geringer aktiver Temperaturkontrolle in einem gewünschten Betriebstemperaturbereich gehalten werden. Durch die Anordnung in dem ersten Innenraum kann die Betriebstemperatur der Batteriezelle besonders präzise und zuverlässig eingestellt werden. Durch das Phasenwechselmaterial können trotzdem thermische Lastspitzen gedämpft werden.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass der erste Innenraum und/oder der zweite Innenraum an einer Seite durch eine Deckschicht begrenzt ist. Diese Deckschicht kann beispielsweise durch einen Teil des Gehäuses gebildet sein. An einer gegenüberliegenden Seite kann der erste Innenraum und/oder der zweite Innenraum durch eine weitere Deckschicht begrenzt sein. Diese weitere Deckschicht kann beispielsweise auch durch einen Teil des Gehäuses gebildet sein. Die Deckschichten können mit der Kernstruktur verbunden sein. Jede Deckschicht kann nicht elektrisch leitend sein. Jede Deckschicht kann beispielsweise als eine Platte aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet sein. Jede Deckschicht kann beispielsweise auch aus einem Verbundwerkstoff gebildet sein und so mechanisch besonders widerstandsfähig sein. Die Deckschichten können bereichsweise an die Kernstruktur angrenzen und/oder mit der Kernstruktur eine Sandwichstruktur bilden. Dadurch kann die Batterievorrichtung als tragende Struktur ausgebildet sein. Dadurch kann beispielsweise auf Verstärkungen in einem Fahrzeug beim Verbauen dieser Batterievorrichtung verzichtet werden. Die Batterievorrichtung kann so beispielsweise als tragender Teil einer Karosserie ausgebildet sein. Die Deckschichten können beispielsweise auf der als dreifach periodische Minimalfläche ausgebildeten Wand auf gegenüberliegenden Seiten aufliegen und damit die jeweiligen Aussparungen für Batteriezellen oberseitig und unterseitig begrenzen oder vollständig verschließen. Die Deckschichten können beispielsweise durch ein Fügeverfahren wie Schweißen, Kleben oder Löten mit der Kernstruktur verbunden sein. Die beiden Deckschichten können aber beispielsweise auch miteinander verbunden sein, beispielsweise durch eine Verschraubung, und die Kernstruktur dazwischen klemmen. Die beiden Deckschichten können auch durch das Gehäuse gegen die Kernstruktur gepresst sein.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Deckschichten wenigstens eine Durchgangsöffnung für einen Zugang zu einem Batteriekontakt der Batteriezelle und/oder für eine Durchströmen mit dem Kühlfluid aufweist. Für den Kühlfluidstrom und die elektrische Kontaktierung können auch separate Durchgangsöffnungen vorgesehen sein. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise zu der Aussparung für die Batteriezelle ausgerichtet sein. Es kann für jede Batteriezelle eine zugeordnete Durchgangsöffnung vorgesehen sein. Die Durchgangsöffnungen können nur in einer oder beiden Deckschichten vorgesehen sein. Durch die Durchgangsöffnung können eine oder mehrere Leitungen geführt sein, beispielsweise Stromleitungen und/oder Fluidleitungen. Die Durchgangsöffnung kann ansonsten abgedichtet sein. Dadurch kann Fluid und/oder elektrischer Strom in und aus dem ersten Innenraum und/oder zweiten Innenraum geführt werden.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Deckschichten eine Leiterbahn aufweist, welche mit der Batteriezelle kontaktiert ist, insbesondere wobei die Leiterbahn auf einer außenseitigen Seite der Deckschicht angeordnet ist. Beispielsweise kann die Leiterbahn durch die Durchgangsöffnung mit der Batteriezelle verbunden sein. Pro Batteriezelle kann eine zugeordnete Leiterbahn vorgesehen sein. Die Leiterbahn kann aber beispielsweise auch mit einer oder mehreren Batteriezellen elektrisch verbunden sein. Die Leiterbahn kann an der Deckschicht befestigt sein. Die Leiterbahn kann auch integral mit der Deckschicht ausgebildet sein, beispielsweise durch ein Ätzen in oder Abscheiden auf die Deckschicht. Durch die Leiterbahn kann kompakt, robust und platzsparend eine elektrische Verbindung mit jeweiligen Batteriezellen vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur in einem additiven Verfahren gefertigt wurde. Beispielsweise kann die Kernstruktur in einem metallischen 3D-Druck hergestellt werden. Dadurch kann besonders einfach die komplexe Wand in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche gefertigt werden, insbesondere in einem Schritt und/oder als einstückiges Element. Beispielsweise können so auch starke Hinterschneidungen einfach gefertigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kernstruktur in einem urformenden Verfahren gefertigt worden sein. Beispielsweise können zwei in einem Gießprozess gefertigte Halbzeuge die Kernstruktur bilden. Dadurch können besonders massive Kernstrukturen kostengünstig gefertigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kernstruktur in einem spanenden Verfahren gefertigt worden sein. Beispielsweise können zwei in einem Fräsverfahren gefertigte Halbzeuge die Kernstruktur bilden. Dadurch kann eine besonders widerstandsfähige Kernstruktur bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kernstruktur in einem umformenden Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können zwei in einem Tiefziehprozess aus Blechen gefertigte Halbzeuge die Kernstruktur bilden. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Massenfertigung möglich.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur aus zwei miteinander gefügten Halbzeugen gebildet ist. Beispielsweise kann die Kernstruktur aus einer oberen Schale und einer unteren Schale gebildet sein, welche dazwischen jeweilige Aussparungen für die Batteriezellen ausbilden. Die Fertigung kann so besonders einfach sein, insbesondere da Hinterschneidungen bei den Halbzeugen vermieden werden können. Zudem können die Batteriezellen so besonders einfach in die Aussparungen eingesetzt werden. Die Halbzeuge können symmetrisch zueinander sein. Beispielsweise kann die Kernstruktur auch drei oder mehr miteinander gefügte Halbzeuge aufweisen. Die Halbzeuge können beispielsweise durch ein Fügeverfahren wie Schweißen, Kleben oder Löten miteinander verbunden werden. In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur ferner eine erste Gitterstruktur aufweist, welche in dem ersten Innenraum angeordnet ist. Die erste Gitterstruktur kann eine Tragfähigkeit der Batterievorrichtung erhöhen. Beispielsweise kann die erste Gitterstruktur die Kernstruktur an dem Gehäuse und/oder den Deckschichten abstützen und diese miteinander verbinden. Zudem kann die erste Gitterstruktur eine Wärmeleitfähigkeit erhöhen, insbesondere durch Vergrößerung einer durch das Kühlfluid umströmten Oberfläche. Vorzugsweise ist die erste Gitterstruktur eine grobe Gitterstruktur mit großem Abstand zwischen einzelnen Gitterstäben, um einen Druckverlust beim Durchströmen des ersten Innenraums durch das Kühlfluid gering zu halten.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur ferner eine zweite Gitterstruktur aufweist, welche in dem zweiten Innenraum angeordnet ist. Die zweite Gitterstruktur kann alternativ oder zusätzlich zu der ersten Gitterstruktur vorgesehen sein. Die zweite Gitterstruktur kann eine Tragfähigkeit der Batterievorrichtung erhöhen. Beispielsweise kann die zweite Gitterstruktur die Kernstruktur an dem Gehäuse und/oder den Deckschichten abstützen und diese miteinander verbinden. Die zweite Gitterstruktur kann auch eine mechanische Widerstandsfähigkeit der Kernstruktur selbst erhöhen, beispielsweise indem verschiedene Wandbereiche in den Aussparungen für die Batteriezellen miteinander über die zweite Gitterstruktur verbunden sind. Die zweite Gitterstruktur kann beispielsweise auch die Batteriezellen halten, insbesondere wenn das Phasenwechselmaterial in dessen flüssigen Zustand wechselt. Zudem kann die zweite Gitterstruktur eine Wärmeleitfähigkeit erhöhen, insbesondere durch Vergrößerung einer durch das Phasenwechselmaterial kontaktierten Oberfläche. Vorzugsweise ist die zweite Gitterstruktur eine feine Gitterstruktur mit kleinen Abständen zwischen einzelnen Gitterstäben, um eine besonders große Oberfläche für die Wärmebertragung bereitzustellen.
Die erste Gitterstruktur kann sich von der zweiten Gitterstruktur unterscheiden. Beispielsweise kann die zweite Gitterstruktur feiner als die erste Gitterstruktur sein. Alternativ oder zusätzlich können jeweilige Gitterstäbe der ersten Gitterstruktur eine andere Dicke als die jeweiligen Gitterstäbe der zweiten Gitterstruktur aufweisen. Eine Gitterstruktur kann beispielsweise aus mehreren sich kreuzenden Gitterstäben gebildet sein. In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur doppelwandig mit einer weiteren Wand ausgebildet ist. Die weitere Wand kann auch im Wesentlichen in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet sein. Bei einer doppelwandigen Kernstruktur können die beiden Wände im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kann von beiden Wänden die Grundform gleich sein. Die beiden Wände können zueinander versetzt sein. Eine der beiden Wände kann kleiner sein und beispielsweise zwischen der anderen Wand und dem zweiten Innenraum angeordnet sein. Zwischen den beiden Wänden der Kernstruktur kann ein Zwischenraum ausgebildet sein. Die doppelwandige Kernstruktur kann besonders robust sein. In dem weiteren Zwischenraum kann weiteres Phasenwechselmaterial angeordnet sein. Dieses Phasenwechselmaterial kann einen anderen Schmelzpunkt als das Phasenwechselmaterial in dem zweiten Innenraum aufweisen, um die Betriebstemperatur weiter zu stabilisieren. Beispielsweise kann eines der Phasenwechselmaterialien bei einer Obergrenze eines gewünschten Betriebstemperaturbereichs schmelzen und das andere Phasenwechselmaterial bei einer gewünschten Untergrenze des gewünschten Betriebstemperaturbereichs. Alternativ kann der Zwischenraum für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid ausgebildet sein. Dadurch kann besonders variabel aktiv gekühlt werden, beispielsweise durch unterschiedliche Kühlfluide in dem Zwischenraum und dem ersten Innenraum. Beispielsweise kann der erste Innenraum mit einem konstantem Kühlfluidvolumenstrom durchströmt werden und der Zwischenraum nur mit Kühlfluid durchströmt werden, sobald das Phasenwechselmaterial anfängt zu schmelzen.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass der Zwischenraum für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid ausgebildet ist und/oder in dem Zwischenraum ein Phasenwechselmaterial angeordnet ist.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Kernstruk- tur ferner eine dritte Gitterstruktur aufweist, welche in dem Zwischenraum angeordnet ist. Die dritte Gitterstruktur kann die beiden Wände der doppelwandigen Kernstruktur aneinander befestigen und abstützen. Die beiden Wände der Kernstruktur können über die dritte Gitterstruktur miteinander verbunden sein. Dadurch ist die Kernstruktur besonders widerstandsfähig und kann hohe mechanische Lasten aufnehmen. Alternativ können die beiden Wände aber beispielsweise auch selbsttragend nebeneinander angeordnet sein. Die dritte Gitterstruktur kann eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wänden der Kernstruktur und zu einem Material in dem Zwischenraum verbessern.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass jeweilige Wände der Kernstruktur als Schwarz-P-Fläche ausgebildet sind. Die Schwarz-P-Fläche bildet natürlicherweise eine Geometrie, die zwei getrennte Räume aufspannt und dabei Aussparungen für zylindrische Batterien bildet. Eine Schwarz-P-Fläche lässt sich beispielsweise in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y und z durch die Gleichung cos(x) + cos(y) + cos(z) = 0 annähern. Durch Einfügen von weiteren Parametern lässt sich die Geometrie stauchen oder strecken, um diese an unterschiedlich geformte Batterien anzupassen. Als Gleichung kann dafür zur Annäherung cos(a * x) + cos(ö * y) + cos(c * z) = 0 genutzt werden. Die Schwarz-P-Flä- che lässt sich aber auch durch eine Lösung der Weierstrass-Enneper-Formel genau ermitteln.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass jeweilige Wände der Kernstruktur an die Batteriezellenform angepasst bestimmt werden. Beispielsweise können jeweilige Wände der Kernstruktur eine hexagonale Symmetrie aufweisen. Dadurch kann für bestimmte Batteriezellen eine geeignete Form mit passenden Aussparungen bereitgestellt werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Form einer Wand einer Kernstruktur einer Batterievorrichtung, insbesondere einer der Wände der Kernstruktur der Batterievorrichtung gemäß der Erfindung. Das Verfahren kann einen Schritt einer Auswahl einer Batteriezellenform jeweiliger Batteriezellen der Batterievorrichtung aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Festlegens einer Anordnung der Batteriezellen in einer gewünschten Packung, insbesondere in einer Ebene, aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Identifizierens von Symmetrieebenen in der festgelegten Anordnung der Batteriezellen aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt einer Reduktion von Batteriezelloberflächen in der festgelegten Anordnung auf eine kleinste symmetrische Einheit aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt einer Auswahl von Berührungsflächen der Batteriezellen mit der Wand aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Definierens von Berührungslinien auf den ausgewählten Berührungsflächen aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Definierens der räumlichen Lage der Berührungslinien aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche in Abhängigkeit von der definierten räumlichen Lage der Berührungslinien und in Abhängigkeit von den identifizierten Symmetrieebenen aufweisen. Dadurch können batterievorrichtungsspezifische dreifach periodische Minimalflächen einfach bestimmt werden. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Umwandeln von aus den definierten Berührungslinien gebildeten Ansatzfläche in ein Mesh aus vorgespannten Federelementen und Massenpunkten aufweisen, um ein Federmassesystem zu bestimmen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann eine dynamische Simulation des Federmassesystems, bis eine Gleichgewichtslage erreicht ist, aufweisen. Hierfür ist beispielsweise ein explizierter Finite-Element-Me- thode-Solver wie beispielsweise ABAQUS/explicit geeignet. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Umwandeln der Gleichgewichtslage in eine Geometriefläche, um eine Minimalfläche zu bestimmen, aufweisen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Spiegeln der Geometriefläche über alle identifizierten Symmetrieebenen zum Erstellen einer Zelle der dreifach periodischen Minimalfläche aufweisen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein periodisches Aneinandersetzen der erstellten Zelle gemäß der Anordnung der Batteriezellen in der gewünschten Packung, um die Form der Wand der Kernstruktur zu bestimmen, aufweisen.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass Form der jeweiligen Wände der Kernstruktur, welche insbesondere die zwei Innenräume voneinander trennt, auf eine Form der Batteriezelle abgestimmt ist. Dadurch kann die Batterievorrichtung besonders kompakt sein. Beispielsweise können jeweilige Aussparungen in dem zweiten Innenraum an die Form der Batteriezellen angepasst sein. Insbesondere kann ein Querschnitt der Aussparung zu einem Querschnitt der Batteriezelle korrespondieren. Beispielsweise kann die Form der Wand der Kernstruktur, auf eine zylindrische Form oder eine prismatische Form der Batteriezelle oder auf eine als Pouchzelle ausgebildete Batteriezelle abgestimmt sein.
In einer Ausführungsform der Batterievorrichtung ist es vorgesehen, dass die Batterievorrichtung eine Pumpvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid durch den ersten Innenraum zu fördern. Beispielsweise kann die Pumpvorrichtung über eine oder mehrere Durchgangsöffnungen in wenigstens einer Deckschicht mit dem ersten Innenraum verbunden sein. Die Pumpvorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, Kühlfluid durch den Zwischenraum zu fördern, falls die Kernstruktur doppelwandig ausgebildet ist. Die Pumpvorrichtung kann beispielsweise eine Pumpe aufweisen. Die Batterievorrichtung kann auch das Kühlfluid aufweisen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer Kernstruktur einer Batterievorrichtung.
Fig. 2 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht, wie die erste Ausführungsform der Kernstruktur der Batterievorrichtung mit einem Kühlfluid umströmt werden kann.
Fig. 3 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht, wie die erste Ausführungsform der Kernstruktur der Batterievorrichtung jeweilige Batteriezellen und ein Phasenwechselmaterial aufnimmt.
Fig. 4 veranschaulicht in einer weiteren schematischen Schnittansicht, wie die erste Ausführungsform der Kernstruktur der Batterievorrichtung jeweilige Batteriezellen und ein Phasenwechselmaterial aufnimmt.
Fig. 5 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansichten, wie die erste Ausführungsform der Kernstruktur in einem Tiefziehverfahren gefertigt werden kann. Fig. 6 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht eine zweite Ausführungsform einer Kernstruktur der Batterievorrichtung, welche zusätzliche Gitterstrukturen aufweist.
Fig. 7 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht die Gitterstrukturen der zweiten Ausführungsform der Kernstruktur der Batterievorrichtung.
Fig. 8 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht eine dritte Ausführungsform einer Kernstruktur der Batterievorrichtung, welche doppelwandig ausgebildet ist.
Fig. 9 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht einen durch die doppelwandige Kernstruktur gebildeten Zwischenraum.
Fig. 10 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Bestimmen einer Form einer dreifach periodischen Minimalfläche für die Kernstruktur.
Fig. 11 veranschaulicht in verschiedenen Ansichten eine mit dem Verfahren gemäß Fig. 10 bestimmte Form der Kernstruktur mit hexagonaler Symmetrie.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Fig. 1 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer Kernstruktur 10 einer Batterievorrichtung. Die Kernstruktur 10 weist eine Wand 12 auf, welche in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Wand 12 der Kernstruktur 10 als Schwarz-P-Fläche ausgebildet.
Die Batterievorrichtung weist ein nicht dargestelltes Gehäuse auf, welches hier beispielsweise rechteckig ausgebildet ist und die Kernstruktur 10 vollständig aufnimmt. Die Kernstruktur 10 grenzt außenseitig bereichsweise an das Gehäuse an und wird von diesem gehalten. Oberseitig und unterseitig bildet das Gehäuse jeweils eine Deckschicht aus, welche an die Wand 12 angrenzt und mit der Wand 12 der Kernstruktur 10 gefügt ist. Dadurch wird mit der Kernstruktur eine widerstandsfähige Sandwichstruktur gebildet. Ein Gehäuseinnenraum wird durch die Kernstruktur 10 in einen ersten Innenraum 14 und einen zweiten Innenraum 16 getrennt, sodass keine Fluidübertragung zwischen den beiden Innenräumen 14, 16 möglich ist.
Die Batterievorrichtung weist eine Vielzahl von gleichmäßig in einer Packung angeordneten Batteriezellen 18 auf, welche in dem gezeigten Beispiel als zylindrische Batteriezellen 18 ausgebildet sind und in Fig. 2 bis Fig. 4 gezeigt sind. In Fig. 2 bis Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Kernstruktur 10 in dem zweiten Innenraum 16 einzelne Aussparungen 20 bildet, welche zu einer Form der Batteriezellen 18 korrespondiert. In jeder Aussparung 20 ist eine zugeordnete Batteriezelle 18 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel weist die Batterievorrichtung nur eine Ebene von Batteriezellen 18 auf. Die Batterievorrichtung kann aber auch mehrere Ebenen von übereinander angeordneten Batteriezellen 18 aufweisen und somit in Hochrichtung verlängert sein. Dazu können mehrere Kernstrukturen 10 übereinandergestapelt sein oder die Kernstruktur 10 in Hochrichtung verlängert werden, wobei zusätzliche Aussparungen 20 für die weiteren Batteriezellebenen ausgebildet werden.
Der erste Innenraum 14 ist dazu ausgebildet, mit einem Kühlfluid 22 durchströmt zu werden. In Fig. 2 bis Fig. 4 ist zu erkennen, dass der erste Innenraum 14 vollständig mit Kühlfluid 22 gefüllt ist. Das Kühlfluid 22 ist beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch. Die Batterievorrichtung weist eine Pumpvorrichtung auf, welche über einen Zulauf und einen Ablauf mit dem ersten Innenraum 14 verbunden ist, um das Kühlfluid 22 durch den ersten Innenraum 14 zu fördern. Damit kann eine Temperatur der Batterievorrichtung aktiv gesteuert werden, beispielsweise zum Kühlen und Aufheizen. Oberseitig und/oder unterseitig sind die Batteriezellen 18 nicht mit dem Kühlfluid 22 in Kontakt. Dort sind die Batteriezellen 18 elektrisch verbunden, um einen elektrischen Strom einem Verbraucher zuführen zu können und geladen zu werden.
Zu diesem Zweck weisen die Deckschichten jeweils zugeordnete Durchgangsöffnungen auf, welche auf die Batteriezellen 18 und die Aussparungen 20 ausgerichtet sind. Die Deckschichten sind beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material in Sandwichbauweise ausgebildet, wobei auf einer dem ersten Innenraum 14 abgewandten Seite jeweilige Leiterbahnen abgeschieden oder eingeätzt sind.
Der zweite Innenraum 16 verbindet die Aussparungen 20 fluidisch miteinander. In dem zweiten Innenraum 16 ist ein Phasenwechselmatenal 24, beispielsweise Paraffinwachs, angeordnet, welches die Batteriezellen 18 umgibt. Das Phasenwechselmatenal 24 bildet einen thermischen Puffer und erhöht in dem gewünschten Betriebstemperaturbereich der Batterievorrichtung dessen thermische Trägheit erheblich. Die Kernstruktur 10 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet, um eine schnelle Wärmeübertragung zwischen dem ersten Innenraum 14 und dem zweiten Innenraum 16 und damit dem Kühlfluid 22 und dem Phasenwechselmaterial 24 zu ermöglichen.
In einer anderen Ausführungsform ist das Phasenwechselmaterial 24 in dem ersten Innenraum 14 angeordnet und das Kühlfluid 22 in dem zweiten Innenraum 16. In diesem Fall ist die Pumpvorrichtung über einen Zulauf und einen Ablauf mit dem zweiten Innenraum 16 verbunden, um das Kühlfluid 22 hindurchzufördern.
Die Kernstruktur 10 kann beispielsweise in einem additiven Verfahren gefertigt sein, wodurch die komplexe Geometrie der Kernstruktur 10 besonders einfach erzeugt werden kann. Fig. 5 veranschaulicht in verschiedenen schematischen Ansichten ein umformendes Verfahren zum Fertigen der Kernstruktur 10. Gezeigt ist eine Tiefziehwerkzeug 30, welches eine negative Form eines Teils der Wand 12 bildet. Auf das Tiefziehwerkzeug 30 wird eine Blechplatte 32 gelegt, welche zu den Aussparungen 20 korrespondierende Durchgangsöffnungen 34 aufweist. Durch Drücken mit einem weiteren nicht gezeigten Tiefziehwerkzeug wird aus der Blechplatte 32 ein Halbzeug 36 gebildet, dessen Form zu einer oberen bzw. unteren Hälfte der Kernstruktur 10 korrespondiert. Zwei solcher Halbzeuge 36 werden miteinander gefügt, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen, um wie in Fig. 5 gezeigt die Wand 12 der Kernstruktur 10 zu bilden. Dadurch ist eine kostengünstige Massenfertigung möglich.
Eine Form der Deckschicht entspricht beispielsweise der in Fig. 5 gezeigten Form der Blechplatte 32, aus welcher die Halbzeuge 36 tiefgezogen werden. Fig. 6 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht und Fig. 7 in einer schematischen Schnittansicht eine zweite Ausführungsform der Kernstruktur 10 der Batterievorrichtung. Es werden nur Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben, da der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise zu der ersten Ausführungsform identisch sind.
Die zweite Ausführungsform der Kernstruktur 10 weist eine erste Gitterstruktur 50 auf, welche in dem ersten Innenraum 14 angeordnet ist. Die erste Gitterstruktur 50 ist aus gleichmäßig angeordneten metallischen Gitterstäben 52 gebildet, welche sich kreuzen und mit der Wand 12 verbunden sind. Zusätzlich können die Gitterstäbe auch mit dem Gehäuse, insbesondere den Deckschichten, verbunden sein, um das Gehäuse strukturell zu verstärken. Die erste Gitterstruktur 50 verbessert eine Wärmeübertragung zwischen der Wand 12 und dem Kühlfluid 22, da eine Kontaktoberfläche vergrößert wird.
Die zweite Ausführungsform der Kernstruktur 10 weist eine zweite Gitterstruktur 54 auf, welche in dem zweiten Innenraum 16 angeordnet ist. Die zweite Gitterstruktur 54 ist aus gleichmäßig angeordneten metallischen Gitterstäben 56 gebildet, welche sich kreuzen und mit der Wand 12 verbunden sind. Die zweite Gitterstruktur 54 kann die Wand 12 so versteifen. Die zweite Gitterstruktur 54 verbessert eine Wärmeübertragung zwischen der Wand 12 und dem Phasenwechselmatenal 24 und den Batteriezellen 18, da eine Kontaktoberfläche vergrößert wird. Die Gitterstäbe 56 der zweiten Gitterstruktur 54 können mit den Batteriezellen 18 kontaktiert sein, um diese bei einem Wechsel des Phasenwechselmaterials 24 in den flüssigen Zustand zusätzlich abzustützen. Die Gitterstäbe 56 der zweiten Gitterstruktur 54 können aber auch von den Batteriezellen 18 beabstandet sein.
Die erste Gitterstruktur 50 weist größere Abstände zwischen deren Gitterstäben 52 auf als die zweite Gitterstruktur 54 zwischen deren Gitterstäben 56. Die erste Gitterstruktur 50 ist gröber als die zweite Gitterstruktur 54. Durch die grobe erste Gitterstruktur 50 kann ein unerwünscht hoher Strömungswiderstand für das Kühlfluid 22 in dem ersten Innenraum 14 vermieden werden. Durch die feine zweite Gitterstruktur 54 kann eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem Phasenwechselmaterial 24 und anderen Bereichen erzielt werden, wodurch eine besonders gute thermische Dämpfung ermöglicht wird. Fig. 8 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht und Fig. 9 in einer schematischen Schnittansicht eine dritte Ausführungsform der Kernstruktur 10 der Batterievorrichtung. Es werden nur Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben, da der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise zu der ersten Ausführungsform identisch sind.
Die Kernstruktur 10 gemäß der dritten Ausführungsform ist doppelwandig mit einer weiteren Wand 70 ausgebildet. Die weitere Wand 70 ist parallel zu der Wand 12 angeordnet und weist ebenfalls eine Form einer dreifach periodischen Minimalfläche auf, in dem gezeigten Beispiel als Schwarz-P-Fläche. Zwischen den beiden Wänden 12, 70 bildet die Kernstruktur einen Zwischenraum 74 aus. Die beiden Wände 12, 70 sind jeweils mit den Deckschichten verbunden und müssen somit nicht aneinander befestigt sein. In dem gezeigten Beispiel sind die beiden Wände 12, 70 allerdings mittels einer in dem Zwischenraum 74 angeordneten optionalen dritten Gitterstruktur 76, welche jeweilige Gitterstäbe 78 aufweist, miteinander verbunden. Die dritte Gitterstruktur 76 verbessert eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wänden 12, 70 und zu einem in dem Zwischenraum 74 angeordneten Material. Zusätzlich kann dritte Gitterstruktur 76 die Kernstruktur 10 robuster gegen mechanische Lasten machen.
Die Kernstruktur 10 gemäß der dritten Ausführungsform kann frei von der ersten Gitterstruktur 50 und der zweiten Gitterstruktur 54 sein, wie in der Fig. 9 gezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann aber zusätzlich zu der dritten Gitterstruktur 76 auch die erste Gitterstruktur 50 und/oder die zweite Gitterstruktur 54 vorgesehen sein. Der Zwischenraum 70 kann für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid ausgebildet sein und dazu mit der Pumpvorrichtung fluidisch verbunden sein. Alternativ kann in dem Zwischenraum 70 ein Phasenwechselmatenal angeordnet sein.
Fig. 10 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Bestimmen einer Form einer dreifach periodischen Minimalfläche für die Kernstruktur 10. In Schritt 100 wird eine einer Batteriezellenform jeweiliger Batteriezellen 18 der Batterievorrichtung ausgewählt. Gezeigt ist ein Querschnitt typischer Batteriezellenformen, nämlich zylindrischer Batteriezellen, prismatischer Batteriezellen und von Pouchzellen. In Schritt 102 erfolgt ein Festlegen einer Anordnung der Batteriezellen 18 in einer gewünschten Packung in einer Ebene. Die zylindrischen Batteriezellen 18 werden diese beispielsweise in konzentrischen Kreisen umeinander gleichmäßig angeordnet. Die prismatischen Batteriezellen 18 werden diese beispielsweise gleichmäßig in Reihen angeordnet. In Schritt 104 werden Symmetrieebenen 106 in der festgelegten Anordnung der Batteriezellen 18 identifiziert. In Schritt 110 erfolgt eine Reduktion von Batteriezelloberflächen in der festgelegten Anordnung auf eine kleinste symmetrische Einheit, welche durch Kasten 108 veranschaulicht ist. In Schritt 112 erfolgt eine Auswahl von Berührungsflächen der Batteriezellen 18 mit der Wand 12 der Kernstruktur 10 in der kleinsten symmetrischen Einheit 108. Auf den ausgewählten Berührungsflächen werden Berührungslinien definiert. Anschließend erfolgt ein Definieren der räumlichen Lage der Berührungslinien. In Abhängigkeit von der definierten räumlichen Lage der Berührungslinien und in Abhängigkeit von den identifizierten Symmetrieebenen wird die Form der Wand 10 als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche bestimmt. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Umwandeln von aus den definierten Berührungslinien gebildeten Ansatzfläche in ein Mesh aus vorgespannten Federelementen und Massenpunkten aufweisen, um ein Federmassesystem zu bestimmen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann eine dynamische Simulation des Federmassesystems, bis eine Gleichgewichtslage erreicht ist, aufweisen. Dadurch können batterievorrichtungsspezifische dreifach periodische Minimalflächen einfach bestimmt werden. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Umwandeln der Gleichgewichtslage in eine Geometriefläche, um eine Minimalfläche zu bestimmen, aufweisen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein Spiegeln der Geometriefläche über alle identifizierten Symmetrieebenen zum Erstellen einer Zelle der dreifach periodischen Minimalfläche aufweisen. Der Schritt des Bestimmens der Form der Wand als im Wesentlichen dreifach periodischen Minimalfläche kann ein periodisches Aneinandersetzen der erstellten Zelle gemäß der Anordnung der Batteriezellen in der gewünschten Packung, um die Form der Wand der Kernstruktur zu bestimmen, aufweisen. Fig. 11 zeigt in einer Perspektivansicht ein Ergebnis dieses in Fig. 10 veranschaulichten Verfahrens. Die Kernstruktur 10 weist dabei eine Wand 12 mit einer hexagonalen Symmetrie auf. In Fig. 11 ist oben zudem eine einzelne Zelle der Wand 12 dargestellt, welche nach dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt wurde. Diese Zelle wird periodisch aneinandergesetzt, um die dreifach periodische Minimalflächenform der Wand 12 aus der Zelle zu erzeugen.
Bezugszeichen
10 Kernstruktur
12 Wand
14 erster Innenraum
16 zweiter Innenraum
18 Batteriezellen
20 Aussparungen
22 Kühlfluid
24 Phasenwechselmatenal
30 Tiefziehwerkzeug
32 Blechplatte
34 Durchgangsöffnungen
36 Halbzeug
50 erste Gitterstruktur
52 Gitterstäben der ersten Gitterstruktur
54 zweite Gitterstruktur
56 Gitterstäbe der zweiten Gitterstruktur
70 weitere Wand
74 Zwischenraum
76 dritte Gitterstruktur
78 Gitterstäbe der dritten Gitterstruktur
100 Schritt / Auswahl einer Batteriezellenform
102 Schritt / Festlegen einer Anordnung der Batteriezellen
104 Schritt / Identifikation von Symmetrieebenen
106 Symmetrieebene
108 Kasten / kleinste symmetrische Einheit
110 Schritt / Reduktion von Batteriezelloberflächen
112 Schritt / Auswahl von Berührungsflächen

Claims

Patentansprüche Batterievorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder einen Batteriespeicher in einem Gebäude, wobei die Batterievorrichtung ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete Kernstruktur (10), einen ersten Innenraum (14) in dem Gehäuse ausgebildet für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid (22), einen zweiten Innenraum (16) in dem Gehäuse, ein Phasenwechselmaterial (24) und wenigstens eine Batteriezelle (18) aufweist, wobei die Kernstruktur (10) den ersten Innenraum (14) von dem zweiten Innenraum (16) trennt, wobei die Kernstruktur (10) eine Wand (12) aufweist, welche im Wesentlichen in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet ist, wobei das Phasenwechselmaterial (24) in dem zweiten Innenraum (16) angeordnet ist und wobei die wenigstens eine Batteriezelle (18) in dem ersten Innenraum (14) oder dem zweiten Innenraum (16) angeordnet ist. Batterievorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der erste Innenraum (14) und/oder der zweite Innenraum (16) an einer Seite durch eine Deckschicht und an einer gegenüberliegenden Seite durch eine weitere Deckschicht begrenzt ist, insbesondere wobei die Deckschichten bereichsweise an die Kernstruktur (10) angrenzen und/oder mit der Kernstruktur (10) eine Sandwich- struktur bilden. Batterievorrichtung nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine der Deckschichten wenigstens eine Durchgangsöffnung für einen Zugang zu einem Batteriekontakt der Batteriezelle (18) und/oder für ein Durchströmen mit dem Kühlfluid (22) aufweist und/oder wobei wenigstens eine der Deckschichten eine Leiterbahn aufweist, welche mit der Batteriezelle (18) kontaktiert ist, insbesondere wobei die Leiterbahn auf einer außenseitigen Seite der Deckschicht angeordnet ist. Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kernstruktur (10) in einem additiven Verfahren, einem urformenden Verfahren, einem spanenden Verfahren und/oder einem umformenden Verfahren gefertigt wurde, insbesondere wobei die Kernstruktur (10) aus zwei miteinander gefügten Halbzeugen (36) gebildet ist. Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kernstruktur (10) ferner eine erste Gitterstruktur (50) aufweist, welche in dem ersten Innenraum (14) angeordnet ist und/oder wobei die Kernstruktur (10) ferner eine zweite Gitterstruktur (54) aufweist, welche in dem zweiten Innenraum (16) angeordnet ist, insbesondere wobei sich die erste Gitterstruktur (50) von der zweiten Gitterstruktur (54) unterscheidet. Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kernstruktur (10) doppelwandig mit einer weiteren Wand (70) ausgebildet ist, wobei die weitere Wand (70) auch im Wesentlichen in Form einer dreifach periodischen Minimalfläche ausgebildet ist und zwischen den beiden Wänden (12, 70) der Kernstruktur (10) ein Zwischenraum (74) ausgebildet ist. Batterievorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Zwischenraum (74) für ein Durchströmen mit einem Kühlfluid ausgebildet ist und/oder in dem Zwischenraum (74) ein Phasenwechselmaterial angeordnet ist und/oder wobei die Kernstruktur (10) ferner eine dritte Gitterstruktur (76) aufweist, welche in dem Zwischenraum (74) angeordnet ist, insbesondere wobei die beiden Wänden (12, 70) der Kernstruktur (10) über die dritte Gitterstruktur (76) miteinander verbunden sind. Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweilige Wände (12, 70) der Kernstruktur (10) als Schwarz-P-Fläche ausgebildet sind oder wobei jeweilige Wände (12) der Kernstruktur (10) eine hexagonale Symmetrie aufweisen. Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form der jeweiligen Wände (12, 70) der Kernstruktur (10) auf eine Form der Batteriezelle (18) abgestimmt ist, insbesondere auf eine zylindrische Form oder eine prismatische Form der Batteriezelle oder auf eine als Pouchzelle ausgebildete Batteriezelle (18). Batterievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterievorrichtung eine Pumpvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid (22) durch den ersten Innenraum (14) zu fördern.
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