EP4602672A1 - Batterie für ein elektrisch angetriebenes kraftfahrzeug - Google Patents

Batterie für ein elektrisch angetriebenes kraftfahrzeug

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Publication number
EP4602672A1
EP4602672A1 EP23761447.4A EP23761447A EP4602672A1 EP 4602672 A1 EP4602672 A1 EP 4602672A1 EP 23761447 A EP23761447 A EP 23761447A EP 4602672 A1 EP4602672 A1 EP 4602672A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
velcro
housing
connection
units
Prior art date
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Pending
Application number
EP23761447.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Kwoczek
Marius Ebbighausen
Miriam Kunze
Mesut Yurtseven
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4602672A1 publication Critical patent/EP4602672A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a battery, in particular a traction battery, for an electrically powered motor vehicle, which has a battery housing with a housing base and a housing cover, as well as a battery cell arranged in the battery housing.
  • An electrically powered motor vehicle typically has a traction battery (high-voltage battery, HV battery) which supplies an electric motor with energy to drive the motor vehicle.
  • An electrically powered motor vehicle is understood to mean in particular an electric vehicle which stores the energy required for propulsion only in the traction battery (BEV, battery electric vehicle), an electric vehicle with a range extender (REEV, range extended electric vehicle), a hybrid vehicle (HEV, hybrid electric vehicle), a plug-in hybrid vehicle (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) and/or a fuel cell vehicle (FCEV, fuel cell electric vehicle), which temporarily stores the electrical energy generated by a fuel cell in the traction battery.
  • BEV battery electric vehicle
  • REEV range extended electric vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • PHEV plug-in hybrid vehicle
  • FCEV fuel cell electric vehicle
  • Such a traction battery typically comprises a large number of battery cells that are connected in series and/or parallel to one another.
  • the battery cells are combined in modules, with the battery cells only being connected to one another within the module, and the modules being connected to one another in series and/or parallel to one another.
  • the battery cells are connected directly together, i.e. not combined into modules in advance.
  • the individual battery cells are glued together with adhesives or gap fillers during assembly in a module or pack.
  • a so-called gap pad is typically arranged between adjacent battery cells as an intermediate element, which compensates for the volume changes of the battery cell stack during charging and discharging (so-called cell breathing).
  • the gap pads also compensate for the age-related increase in thickness of the battery cells over their service life (so-called cell swelling).
  • the battery cells can be glued to a cooling connection side with a gap filler. Due to the way the battery cells or modules are attached, for example by welding or using a bearing, cooling is disadvantageously difficult.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable battery for an electrically powered motor vehicle, which enables the battery cells to be cooled as effectively as possible and/or which is as stable and crash-proof as possible. Furthermore, an electrically powered motor vehicle with such a battery is to be specified.
  • the battery cell is (or each battery cell is) connected to the housing base using a first Velcro connection.
  • the battery cell is therefore fixed and held on the housing base using the first Velcro connection.
  • the first Velcro connection is formed using two mutually complementary Velcro units, in particular using two Velcro strips, one of which is attached, in particular glued, to the underside of the battery cell and the other is attached, in particular glued, to the side of the housing base facing the battery cell.
  • the battery cell (or each battery cell) is connected to the housing cover using a second Velcro connection.
  • the battery cell is therefore fixed and held on the housing cover using the second Velcro connection.
  • the second Velcro connection is formed in an analogous manner using two (further) Velcro units that complement each other, in particular using two (further) Velcro strips, one of which is attached, in particular glued, to the top of the battery cell and the other is attached, in particular glued, to the side of the housing cover facing the battery cell.
  • the thermally conductive gel has a viscosity which - based on room temperature (20°C) - is between 150,000 mPa s (millipascal second) and 5,000,000 mPa s, in particular between 500,000 mPa s and 2,000,000 mPa s, preferably between 500,000 mPa s and 1,000,000 mPa s.
  • the first and/or the second Velcro connection is designed such that a head tensile load for opening the first Velcro connection, i.e. for releasing the connection of the battery cell from the housing base due to the first Velcro connection, or for opening the second Velcro connection, i.e. for releasing the connection of the battery cell from the housing cover due to the second Velcro connection, is in each case greater than 5 MPa (megapascals).
  • a tensile load must be applied in a direction perpendicular to the Velcro units of the first or second Velcro connection, which is greater than 5 MPa, so that the first and/or the second Velcro connection is opened.
  • a particularly operational and crash-safe as well as stable battery is realized, especially for an electrically powered motor vehicle.
  • the Velcro unit of the first and/or the Velcro units of the second Velcro connection are each made of or comprise a metal or an alloy, such as steel. Due to the metal or the alloy, the Velcro units each have a comparatively high thermal conductivity, so that cooling of the battery cell is further improved. In addition, with Velcro units made of or with metal or made of or with an alloy, it is comparatively easy to achieve high tensile and/or shear strengths, in particular greater than 5 MPa in each case.
  • the housing base and/or the housing cover can be cooled.
  • the housing base and/or the housing cover can be actively cooled using a cooling device.
  • the housing base and/or the housing cover each have a cooling channel for a cooling medium.
  • a cooling channel for controlling the temperature of the battery cell is preferably integrated into the housing base and/or the housing cover.
  • the housing base or the housing cover therefore serves as a heat sink for the heat conducted away from the battery cell using the (cooling) gel, the colloid or the thermal paste and/or the Velcro units.
  • Fig. 1 shows a schematic and partial view of a battery with a housing and with battery cells, wherein the battery cells are connected to a housing base of the housing by means of a first Velcro connection and to a housing cover of the housing by means of a second Velcro connection,
  • Fig. 2b shows a schematic and partial view of the second Velcro connection, with a thermally conductive gel and/or a thermally conductive paste arranged between the Velcro strips.
  • a battery 2 is shown schematically in Fig. 1.
  • This comprises a battery housing 4 (housing 4), with only its housing base 6 (base 6) and its housing cover 8 being shown.
  • the housing base 6 and the housing cover 8 are arranged opposite one another, and are oriented parallel to one another.
  • the thermal conductivity of the gel 18 and/or the thermal paste is greater than 4 W/(m K), in particular greater than 7 W/(m K).
  • the thermal conductivity of the gel is between 4 W/(m K) and 20 W/(m K), in particular between 7 W/(m K) and 13 W/(m K).
  • the gel 18 also has a viscosity that is greater than 150,000 mPa-s and less than 5,000,000 mPa s.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (2) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Diese umfasst ein Batteriegehäuse (4) mit einem Gehäuseboden (6) und mit einem Gehäusedeckel (8), sowie eine im Batteriegehäuse (4) angeordnete Batteriezelle (10), wobei die Batteriezelle (10) anhand einer ersten Klettverbindung (12) mit dem Gehäuseboden (8) und/oder anhand einer zweiten Klettverbindung (14) mit dem Gehäusedeckel (8) verbunden ist, und wobei zwischen Kletteinheiten (16) der ersten Klettverbindung (12) und/oder zwischen Kletteinheiten (16) der zweiten Klettverbindung (14) ein thermisch leitendes Kolloid, ein thermisch leitendes Gel (24), und/oder eine Wärmeleitpaste eingebracht ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie (2).

Description

Beschreibung
Batterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, welche ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einem Gehäusedeckel, sowie eine im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezelle aufweist.
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie (Hochvoltbatterie, HV-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
Eine solche Traktionsbatterie umfasst dabei typischerweise eine Vielzahl an Batteriezellen, die miteinander in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sind. Beispielsweise sind dabei die Batteriezellen in Modulen zusammengefasst, wobei die Batteriezellen lediglich modulintern miteinander verschaltet werden, und wobei die Module miteinander in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet werden. Alternativ hierzu werden beim sogenannten Cell2Pack- oder Cell2Car-Design die Batteriezellen direkt zusammengeschaltet, also nicht vorab zu Modulen zusammengefasst.
Beispielsweise werden die einzelnen Batteriezellen bei der Montage in ein Modul oder Pack stoffschlüssig mit Klebstoffen oder Gap-Fillern eingeklebt. Weiterhin ist zwischen benachbarten Batteriezellen typischerweise jeweils ein sogenanntes Gap-Pad als Zwischenelement angeordnet, welches die Volumenänderungen der Batteriezellen Zellstapel während des Ladens und Entladens (sogenannte Zellatmung oder Cell Breathing) ausgleicht. Die Gap Pads gleichen hierbei auch die altersbedinge Dickenzunahme der Batteriezellen über deren Lebensdauer aus (sogenanntes Zellschwellen oder Cell Swelling). Weiterhin können die Batteriezellen auf einer Kühlanbindungsseite mit einem Gap Filler angeklebt werden. Aufgrund der Befestigung der Batteriezellen bzw. der Module, beispielsweise durch Schweißen oder anhand eines Lagers, ist nachteilig eine Kühlung erschwert.
Aus der US 2007/0224498 A1 ist es bekannt die einander zugewandten Stirnseiten der Batteriezellen mit Klettflächen zu versehen und zu einem klettverbundenen Zellstapel zu stapeln.
In der WO 2020/192196 A1 ist offenbart, dass zwischen einer Kühlplatte und den Batteriezellen ein Kühlgel eingebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Batterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzugeben, bei der eine möglichst gute Kühlung der Batteriezellen ermöglicht ist, und/oder die möglichst stabil und crashsicher ist. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie angegeben werden.
Bezüglich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Batterie sinngemäß auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
Die Batterie ist für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist die Batterie eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs. Also versorgt die Batterie einen (Traktions-) Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Geeigneter Weise ist die Batterie eine Sekundärbatterie.
Die Batterie weist ein kurz auch als Gehäuse bezeichnetes Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einem dem Gehäuseboden gegenüberliegenden, insbesondere sich parallel zu diesem erstreckenden, Gehäusedeckel auf. Im Batteriegehäuse, somit zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ist eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen- Batteriezelle, angeordnet. Zweckmäßig sind mehrere solcher Batteriezellen im Batteriegehäuse zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel angeordnet. Insbesondere ist die bzw. sind die Batteriezellen gemäß dem Cell2Pack- oder Cell2Car-Design direkt in das Batteriegehäuse eingesetzt, wobei die Batteriezellen vorzugsweise in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Hier und im Folgenden wird die dem Gehäusedeckel zugewandten Seite der jeweiligen Batteriezelle als Oberseite und die dem Gehäuseboden zugewandte Seite als Unterseite bezeichnet.
Die Batteriezelle ist (oder jede Batteriezelle ist jeweils) anhand einer ersten Klettverbindung mit dem Gehäuseboden verbunden. Also ist die Batteriezelle am Gehäuseboden anhand der ersten Klettverbindung fixiert und gehalten. Die erste Klettverbindung ist dabei anhand von zwei zueinander komplementären Kletteinheiten, insbesondere anhand von zwei Klettbändern, gebildet, von denen eines an der Unterseite der Batteriezelle befestigt, insbesondere angeklebt, und das andere an der der Batteriezelle zugewandten Seite des Gehäusebodens befestigt, insbesondere angeklebt, ist.
Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich hierzu ist die Batteriezelle (oder jede Batteriezelle jeweils) anhand einer zweiten Klettverbindung mit dem Gehäusedeckel verbunden. Also ist die Batteriezelle am Gehäusedeckel anhand der zweiten Klettverbindung fixiert und gehalten. Die zweite Klettverbindung ist dabei in analoger Weise anhand von zwei (weiteren) zueinander komplementären Kletteinheiten, insbesondere anhand von zwei (weiteren) Klettbändern, gebildet, von denen eines an der Oberseite der Batteriezelle befestigt, insbesondere angeklebt, und das andere an der der Batteriezelle zugewandten Seite des Gehäusedeckels befestigt, insbesondere angeklebt, ist.
Unter „klettverbunden“ oder „Klettverbindung“ ist hier und im Folgenden insbesondere eine reversibel lösbare form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kletteinheiten zu verstehen. Die Klettverbindung (der Klettverschluss) beruht hierbei auf dem Prinzip von Klettfrüch- ten. Also weisen die Kletteinheiten zueinander komplementäre Klettverschlusselemente auf, welche bei der Klettverbindung form- und/oder kraftschlüssig aneinandergehalten sind. Die komplementären Kletteinheiten können beispielsweise als Haken- und Flauschband (Filzband, Veloursband), oder als Pilzkopfband und Flauschband, oder Pilzkopfband und Pilzkopfband, o- der als Hakenband und Pilzkopfband ausgebildet sein.
Weiterhin ist zwischen den beiden Kletteinheiten der ersten Klettverbindung und/oder zwischen den beiden Kletteinheiten der zweiten Klettverbindung jeweils ein thermisch leitendes Kolloid eingebracht. Als Kolloid wird eine Mischung aus Teilchen, insbesondere Feststoffteilchen, oder Tropfen in einem Dispersionsmedium bezeichnet, wobei das Dispersionsmedium als Feststoff, als Gas oder als Flüssigkeit ausgebildet sein kann. Dabei sind die Teilchen bzw. die Tropfen, insbesondere homogen, im Dispersionsmedium verteilt. Die Teilchen bzw. die Tropfen weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 1 nm und 1000 nm, besonders bevorzugt einen Durchmesser zwischen 10 nm und 500 nm, auf.
Alternativ oder zusätzlich zum Kolloid ist ein thermisch leitendes Gel (thermisch leitfähiges Gel, wärmeleitfähigkes Gel, Kühlgel), und/oder eine, insbesondere nicht fließfähige, Wärmeleitpaste zwischen den beiden Kletteinheiten der ersten Klettverbindung und/oder zwischen den beiden Kletteinheiten der zweiten Klettverbindung eingebracht.
Zusammenfassend ist in die erste Klettverbindung und/oder in die zweite Klettverbindung thermisch leitendes Kolloid, thermisch leitendes Gel oder Wärmeleitpaste oder als eine Mischung hieraus eingebracht. Mit anderen Worten ist in einem (Zwischen-)Raum, welcher im Montagezustand anhand der komplementären Kletteinheiten zwischen diesen gebildet ist, das Gel, das Kolloid bzw. die Wärmeleitpaste angeordnet. Insbesondere ist dieser Zwischenraum mit dem Gel, mit dem Kolloid bzw. mit der Wärmeleitpaste gefüllt.
Beispielsweise ist die Wärmeleitpaste ausgehärtet, so dass die Verbindung der Kletteei neheiten vergleichsweise sicher und stabil ist. Im Gegensatz hierzu ist bei einer pastenartigen Wärmeleitpaste, also einer nicht ausgehärteten Wärmeleitpaste, sowie beim Gel ein zerstörungsfreies Öffnen (Lösen) der ersten bzw. der zweiten Klettverbindung vorteilhaft ermöglicht, so dass eine Wartung, bei welcher der Gehäusedeckel und/oder der Gehäuseboden von der Batteriezelle gelöst wird, vereinfacht ist.
Zusammenfassend ist anhand der ersten und/oder der zweiten Klettverbindung jeweils eine vergleichsweise einfach herzustellende Fügemöglichkeit der Batteriezelle mit dem Gehäuse ermöglicht. Dabei ist ein vergleichsweise sicherer Halt des (Gehäuse-)Deckels bzw. des (Ge- häuse-)Bodens anhand der ersten bzw. anhand der zweiten Klettverbindung bereitgestellt. Weiter vorteilhaft wird der anhand der Kletteinheiten gebildete Zwischenraum für das thermisch leitende Kolloid, für das (wärme leitende) Gel bzw. für die Wärmeleitpaste genutzt. Dabei ist anhand des Gels bzw. anhand der Wärmeleitpaste eine Wärmeübertragung von der Batteriezelle an den Gehäuseboden bzw. an den Gehäusedeckel verbessert.
In Zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Wärmeleitfähigkeit des Kolloids, des Gels und/oder der Wärmeleitpaste größer als 4 W/(m K), insbesondere größer als 7 W/(m K). Vorzugsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Gels zwischen 4 W/(m K) und 20 W/(m K), insbesondere zwischen 7 W/(m K) und 13 W/(m K). Das Gel ist beispielsweise ein Polymer-Lösungsmittelgemisch. Insbesondere ist das Gel ein viskoelastisches Fluid, wobei das, insbesondere feste, Polymer zweckmäßig ein schwammartiges, dreidimensionales Netzwerk bildet, in dessen Poren das Lösungsmittel aufgenommen ist. Beispielsweise wird ein Gel mit makromolekularen Polymeren verwendet. Insbesondere weisen diese Polymere eine Ausdehnung oder einen Durchmesser auf, der größer als 1000 nm ist.
Beispielsweise wird für das Polymer des Gels ein Blockpolymer, insbesondere ein Styrol-Block- Copolymer oder ein Ester-Block-Copolymer, verwendet. Als Lösungsmittel oder als Quellmittel für die Herstellung des Gels werden geeigneter Weise Öle oder organische Lösungsmittel verwendet. Als konkretes Beispiel wird Styrol-Butadien-Styrol als Block-Copolymer mit Mineralöl als Plastifizierer verwendet. Der Anteil des Öl ist dabei entsprechend einer gewünschten bzw. vorgegebenen Viskosität gewählt und beträgt zwischen 30 ol.-% und 85 ol.-%.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung weist das thermisch leitende Gel eine Viskosität auf, die - bezogen auf Raumtemperatur (20°C) - zwischen 150000 mPa s (Millipascal Sekunde) und 5000000 mPa s, insbesondere zwischen 500000 mPa s und 2000000 mPa s, bevorzugt zwischen 500000 mPa s und 1000000 mPa s, beträgt. Bevorzugt weist das Kolloid ebenfalls - bezogen auf Raumtemperatur (20°C) - eine Viskosität auf, die zwischen 150000 mPa s (Millipascal Sekunde) und 5000000 mPa s, insbesondere zwischen 500000 mPa s und 2000000 mPa s, bevorzugt zwischen 500000 mPa s und 1000000 mPa s, beträgt.
Auch bei Betrieb einer die Batterie aufweisenden Vorrichtung, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, und dabei gegebenenfalls auftretenden Vibrationen oder Erschütterungen wird das thermisch leitende Kolloid, das Gel (und in analoger Weise die viskosere Wärmeleitpaste) vergleichsweise sicher in den Zwischenräumen zwischen den Kletteinheiten gehalten. Also ist ein Austreten des Gels oder des Kolloids aufgrund einer solchen Viskosität aus dem Klettbereich vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und/oder die zweite Klettverbindung derart ausgebildet, dass eine Kopfzuglast zum Öffnen der ersten Klettverbindung, also zum Lösen der Fügung der Batteriezelle vom Gehäuseboden aufgrund der ersten Klettverbindung, bzw. zum Öffnen der zweiten Klettverbindung, also zum Lösen der Fügung der Batteriezelle vom Gehäusedeckel aufgrund der zweiten Klettverbindung, jeweils größer als 5 MPa (Megapascal) ist. Mit anderen Worten muss eine Zuglast in einer Richtung senkrecht zu den Kletteinheiten der ersten bzw. der zweiten Klettverbindung aufgespannten Ebene aufgebracht werden, die größer ist, als 5 MPa, so dass die die erste und/oder die zweite Klettverbindung geöffnet wird. Auf diese Weise ist eine besonders betriebs- und crashsichere sowie stabile Batterie, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, realisiert.
Vorzugsweise ist die erste und/oder die zweite Klettverbindung weiterhin derart ausgebildet, dass deren Scherfestigkeit jeweils größer als 5 MPa ist. Die Drücke und Linienlasten zum Auflösen der Klettverbindung mittels einer Schälbewegung (Schälen, engl., „Peeling“) sind vorzugsweise deutlich kleiner als die Kopfzuglast und/oder Scherfestigkeit dimensioniert.
Geeigneter Weise sind die Kletteinheit der ersten und/oder die Kletteinheiten der zweiten Klettverbindung jeweils aus einem Polymer, insbesondere aus Polypropylen, Polyamid, Polyaramid, Polyester und Polyolefin gebildet oder weisen dieses auf. Diese Variante der Kletteinheiten ist vorteilhaft vergleichsweise gewichts- und kostensparend.
Alternativ hierzu sind die Kletteinheit der ersten und/oder die Kletteinheiten der zweiten Klettverbindung jeweils aus einem Metall oder einer Legierung, wie beispielsweise Stahl, gebildet oder weisen dieses auf. Aufgrund des Metalls bzw. aufgrund der Legierung weisen die Kletteinheiten jeweils eine vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit auf, so dass eine Kühlung der Batteriezelle weiter verbessert ist. Zudem ist bei Kletteinheiten aus oder mit Metall oder aus oder mit einer Legierung vergleichsweise einfach hohe Zug- und/oder Scherfestigkeiten, insbesondere jeweils größer als 5 MPa zu realisieren.
In Zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Gehäuseboden und/oder der Gehäusedeckel kühlbar. Vorzugsweise ist der Gehäuseboden und/oder der Gehäusedeckel aktiv anhand einer Kühleinrichtung kühlbar. Insbesondere weist der Gehäuseboden und/oder der Gehäusedeckel hierzu jeweils einen Kühlkanal für ein Kühlmedium auf. Mit andere Worten ist bevorzugt in den Gehäuseboden und/oder in den Gehäusedeckel jeweils ein Kühlkanal zur Temperierung der Batteriezelle integriert. Der Gehäuseboden bzw. der Gehäusedeckel dient also als Wärmesenke für die anhand des (Kühl-)Gels, anhand des Kolloids bzw. anhand der Wärmeleitpaste und/oder anhand der Kletteinheiten von der Batteriezelle weggeleitete Wärme.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Batterie, die gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Insbesondere ist die Batterie hierbei eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, welche elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch und ausschnittsweise eine Batterie mit einem Gehäuse und mit Batteriezellen, wobei die Batteriezellen anhand einer ersten Klettverbindung mit einem Gehäuseboden des Gehäuses und anhand einer zweiten Klettverbindung mit einem Gehäusedeckel des Gehäuses verbunden sind,
Fig. 2a schematisch und ausschnittsweise die erste Klettverbindung, wobei zwischen deren Klettbändern ein thermisch leitendes Gel und/oder eine Wärmeleitpaste angeordnet ist, und
Fig. 2b schematisch und ausschnittsweise die zweite Klettverbindung, wobei zwischen deren Klettbändern ein thermisch leitendes Gel und/oder eine Wärmeleitpaste angeordnet ist.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist eine Batterie 2 schematisch dargestellt. Diese umfasst ein Batteriegehäuse 4 (Gehäuse 4), wobei lediglich dessen Gehäuseboden 6 (Boden 6) und dessen Gehäusedeckel 8 gezeigt ist. Dabei ist der Gehäuseboden 6 und der Gehäusedeckel 8 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei diese parallel zueinander orientiert sind.
Im Batteriegehäuse 4 zwischen dem Gehäuseboden 6 und dem Gehäusedeckel 8 ist eine Anzahl an Batteriezellen 10 angeordnet, von denen zum Zweck einer besseren Übersichtlichkeit lediglich drei dargestellt sind. Die Batteriezellen 10 sind in einer Reihenrichtung R nebeneinander angeordnet, welche parallel zum Gehäuseboden verläuft. Dabei bilden die Batteriezellen 10 ein sog. Zellpaket.
Insbesondere ist die Batterie 2 nach einem Cell2Pack- oder Cell2Car-Design ausgeführt, so dass die Batteriezellen 10 direkt in das Batteriegehäuse 4 eingesetzt, also nicht zu Modulen zusammengefasst, sind.
Jede der Batteriezellen 10 ist anhand einer ersten Klettverbindung 12 mit dem Gehäuseboden 6 und anhand einer zweiten Klettverbindung 14 mit dem Gehäusedeckel 8 (klett-) verbunden. Mit anderen Worten ist jede der Batteriezellen 10 jeweils anhand der ersten Klettverbindung 12 mit dem Gehäuseboden 6 und anhand einer zweiten Klettverbindung 14 mit dem Gehäusedeckel 8 gefügt.
Wie in den Figuren 2a und 2b detaillierter dargestellt ist, ist die erste Klettverbindung 12 anhand zweier jeweils als Klettband ausgebildeter Kletteinheiten 16 gebildet. Diese Kletteinheiten 16 umfassen einen an die Batteriezelle 10 bzw. an dem Gehäuseboden 6 angeklebten Grundkörper 18, an welchem eine Vielzahl an Klettverschlusselementen 20 angeordnet sind, die vom Grundkörper 18 ausgehend empor ragen. Entsprechend ist die zweite Klettverbindung 14 anhand zweier als Klettband ausgebildeter Kletteinheiten 16 gebildet. Diese umfassen einen an die Batteriezelle 10 bzw. an den Gehäusedeckel 8 angeklebten Grundkörper 18, an welchem eine Vielzahl an Klettverschlusselementen 20 angeordnet sind, die vom Grundkörper 18 ausgehend empor ragen.
Die Klettverschlusselemente 20 weisen gemäß dem in den Figuren 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel eine Pilzkopfform auf. Mi anderen Worten sind die Kletteinheiten 16 als zueinander komplementäre Pilzkopfbänder ausgebildet.
Gemäß nicht näher dargestellten Alternativen sind die Kletteinheiten 16 in ansonsten analoger Weise als Haken- und zu diesem komplementärem Flauschband, als Pilzkopfband und zu diesem komplementärem Flauschband, oder als Hakenband und zu diesem komplementärem Pilzkopfband ausgebildet.
Im Montagezustand der Batterie 2 ist zwischen den Kletteinheiten 16 der ersten Klettverbindung 12, insbesondere zwischen deren Grundkörpern 18 und/oder zwischen deren Klettverschlusselementen 20 ein Zwischenraum 22 gebildet. Zur Verbesserung einer Wärmeleitung von der jeweiligen Batteriezelle 10 zum Gehäuseboden 6 ist in diesen Zwischenraum 22 ein thermisch leitendes Gel 24 eingebracht. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative ist ein Kolloid oder gemäß einer weiteren Alternative ist eine Wärmeleitpaste in diesen Zwischenraum 22 eingebracht. Insbesondere ist der Zwischenraum 22 mit dem Kolloid, mit dem Gel 24 bzw. mit der Wärmeleitpaste gefüllt.
In analoger Weise ist im Montagezustand der Batterie 2 zwischen den Kletteinheiten 16 der zweiten Klettverbindung 14, insbesondere zwischen deren Grundkörpern 18 und/oder zwischen deren Klettverschlusselemente 20 ein (weiterer) Zwischenraum 22 gebildet. Zur Verbesserung einer Wärmeleitung von der jeweiligen Batteriezelle 10 zum Gehäusedeckel 8 ist in diesen (weiteren) Zwischenraum 22 thermisch leitendes Gel 24 oder gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative Wärmeleitpaste eingebracht. Insbesondere ist der Zwischenraum 22 mit dem Gel 24 bzw. mit der Wärmeleitpaste gefüllt.
Zusammenfassend ist zwischen den Kletteinheiten 16 der ersten Klettverbindung 12 und zwischen Kletteinheiten 16 der zweiten Klettverbindung 14 ein thermisch leitendes Gel 24 und/oder eine Wärmeleitpaste eingebracht. In den Figuren 2a und 2b ist das Gel 24 für eine bessere Erkennbarkeit schraffiert dargestellt.
Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit des Gels 18 und/oder der Wärmeleitpaste größer als 4 W/(m K), insbesondere größer als 7 W/(m K). Vorzugsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Gels zwischen 4 W/(m K) und 20 W/(m K), insbesondere zwischen 7 W/(m K) und 13 W/(m K). Das Gel 18 weist weiterhin eine Viskosität auf, die größer als 150000 mPa-s und kleiner als 5000000 mPa s ist.
Die Kletteinheiten 16, also deren Grundkörper 18 sowie deren Klettverschlusselemente 20, der ersten Klettverbindung 12 sowie die Kletteinheiten 16 der zweiten Klettverbindung 14 sind jeweils aus einem Polymer, wie beispielsweise aus Polypropylen, Polyamid, Polyaramid, Polyester und Polyolefin gebildet. Alternativ hierzu sind die Kletteinheiten 16, also deren Grundkörper 18 sowie deren Klettverschlusselemente 20, aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium, oder aus einer Legierung, wie beispielsweise Stahl, gebildet. Sind die Kletteinheiten 16 aus Metall oder aus einer Legierung sind diese beispielsweise beschichtet, so dass eine elektrische Leitfähigkeit reduziert ist.
Aufgrund einer solchen Anordnung der Batteriezellen 10 und deren Klettverbindung 12, 14 mit dem Gehäuse 4, weist die Batterie 2 einen Aufbau auf, welcher im Wesentlichen mit einem Doppel-T-Träger oder einem Sandwichblech vergleichbar ist. Durch die Anordnung und Orientierung der Batteriezellen 10 und der Klettverbindungen ist somit die Stabilität und Steifigkeit der Batterie 2 erhöht, wodurch eine erhöhte Sicherbei im Crashfall realisiert ist. Eine Kopfzuglast zur Lösung der ersten und/oder der zweiten Klettverbindungen ist hierbei größer als 5 MPa dimensioniert. Wie insbesondere in der Fig. 1 erkennbar ist, sind die Batteriezellen 10 des Weiteren jeweils anhand einer weiteren, dritten Klettverbindung 26 miteinander reversibel und insbesondere werkzeugfrei voneinander lösbar. Vorzugsweise sind die Batteriezellen 10 anhand der dritten Klettverbindung 26 elektrisch voneinander isoliert.
Optional ist, Wie weiterhin in der Fig. 1 erkennbar ist, der Gehäuseboden 6 und der Gehäusedeckel 8 kühlbar. Hierzu weist der Gehäuseboden 6 und der Gehäusedeckel 8 jeweils einen Kühlkanal 28 auf, der von einem Kühlmedium durchströmbar ist.
In nicht näher dargestellter Weise weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug die Batterie 2 als Traktionsbatterie auf. Also dient die Batterie 2 der Bereitstellung elektrischer Energie für einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus im Rahmen der Ansprüche auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen und/oder in den Ansprüchen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
Batterie
Batteriegehäuse
Gehäuseboden
Gehäusedeckel
10 Batteriezelle
12 erste Klettverbindung
14 zweite Klettverbindung
16 Kletteinheit
18 Grundkörper 0 Klettverschlusselement
22 Zwischenraum
24 Gel
26 dritte Klettverbindung
28 Kühlkanal
R Reihenrichtung

Claims

Patentansprüche Batterie (2) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, aufweisend
- eine Batteriegehäuse (4) mit einem Gehäuseboden (6) und mit einem Gehäusedeckel (8), und
- eine im Batteriegehäuse (4) angeordnete Batteriezelle (10),
- wobei die Batteriezelle (10) anhand einer ersten Klettverbindung (12) mit dem Gehäuseboden (6) und/oder anhand einer zweiten Klettverbindung (14) mit dem Gehäusedeckel (8) verbunden ist, und
- wobei zwischen Kletteinheiten (16) der ersten Klettverbindung (12) und/oder zwischen Kletteinheiten (16) der zweiten Klettverbindung (14) ein thermisch leitendes Kolloid (24), ein thermisch leitendes Gel (24), und/oder eine Wärmeleitpaste eingebracht ist. Batterie (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Gels (24), des Kolloids (24), und/oder der Wärmeleitpaste größer als 4 W/(m K), insbesondere größer als 7 W/(m K) ist. Batterie (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Gels (24)zwischen 150000 mPa-s und 5000000 mPa s beträgt. Batterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfzuglast zum Öffnen der ersten Klettverbindung (12) und/oder der zweiten Klettverbindung (14) größer als 5 MPa ist. Batterie (2) nach Anspruch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kletteinheiten (16) der ersten Klettverbindung (12) und/oder die Kletteinheiten
(16) der zweiten Klettverbindung jeweils aus einem Polymer gebildet sind. Batterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kletteinheiten (16) der ersten Klettverbindung (12) und/oder die Kletteinheiten (16) der zweiten Klettverbindung jeweils aus Metall oder aus einer Legierung gebildet sind. Batterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (6) und/oder der Gehäusedeckel (8) kühlbar ist. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Batterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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