WO2015051871A1 - Elektrische batterie für ein fahrzeug - Google Patents

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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electric battery for a vehicle having a plurality of individual cells arranged in a battery housing and at least one temperature control unit for controlling the temperature of the individual cells, wherein the temperature control unit can be acted upon by a temperature control medium.
  • electric batteries for vehicles with a plurality of individual cells arranged in a battery housing are generally known, which for temperature control of the individual cells comprise a temperature control unit arranged inside the battery housing and flowed through by a temperature control medium.
  • the invention is based on the object of specifying an improved over the prior art electrical battery for a vehicle.
  • the electric battery for a vehicle comprises a plurality of individual cells arranged in a battery housing and at least one temperature control unit for controlling the temperature of the individual cells, wherein the temperature control unit can be acted upon by a temperature control medium.
  • the at least one tempering unit is arranged on an outer side of the battery housing.
  • Temperiermediums and consequently a formation of oxyhydrogen gas can be avoided.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of an electric battery according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of the electric battery according to the invention.
  • Fig. 5 shows schematically a sectional view of a fifth embodiment of the electric battery according to the invention.
  • Fig. 6 shows schematically a sectional view of a detail of a formula element of the electric battery according to the invention.
  • 1 shows a sectional view of a possible first embodiment of an electric battery 1 according to the invention for a vehicle, not shown.
  • the battery 1 comprises a plurality of individual cells arranged as a cell block 2 in a battery housing 3, for example lithium-ion single cells. Since such individual cells generate heat loss during their operation and have their maximum efficiency at a defined temperature, a temperature control unit 4 is provided for controlling the temperature of the individual cells. This temperature control unit 4 is coupled to a temperature control circuit 5 and located by a within the temperature control circuit 5
  • Temperature control medium M1 can be flowed through.
  • the temperature control circuit 5 is a cooling circuit for a drive machine, not shown, of the vehicle, wherein the temperature control medium M1 is so-called cooling water, d. H.
  • cooling water d. H.
  • a mixture of water and glycol for example, a mixture of water and glycol. In not further illustrated embodiments, it may be in the
  • Tempering M1 also act to refrigerant, such as tetrafluoroethane, oil or other liquids or gases. Also, the temperature control 5
  • Battery housing is filled with penetrating cooling water.
  • the entire in the vehicle-mounted heat exchanger and expansion tank and the cooling water located in the cooling circuit is passed into the interior of the battery case, as it is often at the lowest point in the vehicle.
  • the temperature control unit 4 is arranged on an outer side of the battery case 3, wherein at least this
  • Battery housing 3 provided arrangement of the temperature control unit 4 causes all lines to guide the tempering M1 and all
  • Battery housing 3 in a manner not shown structures, such as ribs, grooves and / or covers, for receiving the lines and
  • the temperature control unit 4 has a structure at least on a side facing away from the battery housing 3,
  • a rib structure the surface enlargement and is at least on this side with a gaseous second shown in detail in Figure 3
  • Temperature control M2 for example, air, acted upon. Thus, no cooling by means of the liquid tempering medium M1 is required.
  • the temperature control unit 4 is arranged on an upper side of the battery case 3.
  • the cell block 2 to be tempered is arranged in the region of the tempering unit 4 on the associated inner side of the battery housing 3 and is thermally coupled thereto. To improve the heat transfer between the temperature control unit 4 and the battery case 3 is shown in the
  • a first heat conducting material 6 is arranged. This is for example from a
  • a second heat conducting material is disposed between the cell block 2 and the battery case 3, whereby also the heat transfer between the temperature control unit 4 and cell block 2 is improved.
  • the battery housing 3 in the region of the arrangement of the temperature control unit 4 has a reduced wall thickness compared to the rest of the battery housing 3.
  • a second thermal insulation 7 is arranged on non-contacting with the battery housing 3 sides of the temperature control unit 4, which
  • Figure 2 shows a sectional view of a second embodiment of the
  • Electric battery 1 according to the invention.
  • the battery housing 3 has a trough-shaped formation 3.1 for accommodating the temperature control unit 4.
  • a first thermal insulation 8 is arranged in the illustrated embodiment between side surfaces of the trough-shaped formation 3.1 and the temperature control unit 4.
  • This insulation 8 is formed, for example, by means of a plastic frame placed around the contact area, which "separates" the battery housing 3.
  • the insulation 8 additionally preferably also serves to fix the
  • local weakenings in the battery housing 3 may be provided, which lead to a reduced heat flow due to lower wall thicknesses. It is also possible to perform the cooling area as a kind of window made of plastic, with a large part of the heat on the small wall thickness in Direction cell block 2 is passed and only a small part over a large distance, which by means of a lateral projection of the plastic window on the
  • Temperature control unit 4 is formed, is conducted into the battery case 3.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of a possible third exemplary embodiment of the electric battery 1 according to the invention.
  • Temperature control unit 4 is thermally coupled with a further arranged inside the battery case 3 further temperature control unit 9 for controlling the temperature of the cell block 2.
  • the temperature control circuits 5, 10 of the two temperature control units 4, 9 are fluidically decoupled from each other. This results in the advantage that the battery 1 is exchangeable in a simple manner with little effort: No separation, emptying and subsequent filling of the temperature control circuits 5, 10 is required. Rather, the outer tempering 4 is easily separable and reassembled.
  • the further temperature control unit 9 has a significantly smaller
  • Temperierniklauf 10 so that when a damage thereof only a smaller amount of guided within this tempering 10
  • Tempering medium can penetrate into the interior of the battery case 3- In order to avoid electrical errors in a penetration of the tempering medium into the interior of the battery case 3, the temperature control medium in a liquid formation
  • electrically nonconductive for example as a transformer oil.
  • the temperature control unit 4 is in the illustrated embodiment with the
  • Temperierniklauf 5 coupled and is additionally subjected to a further gaseous tempering M2, for example air.
  • the tempering unit 4 it is also possible for the tempering unit 4 to be designed exclusively for liquid tempering media M1 or for gaseous tempering media M2.
  • the temperature control unit 4 is designed as a heat exchanger which produces the thermal coupling to the further temperature control circuit 10 and its tempering medium, which is gaseous or liquid or acts by direct heat conduction in the solid.
  • Temperierniklauf 5 10 coupled tempered to temperature object adapted tempering M1, M2 is performed.
  • Figure 4 shows a sectional view of a fourth embodiment of the
  • Electric battery 1 according to the invention.
  • Temperature control unit 4 is formed from a arranged on the top of the battery case 3 and designed as a shell element mold element 11 and a flow structure 12.
  • the flow structure 12 is closed by means of the shell element placed on the battery housing 3, so that a tempering region through which the temperature control medium M1 can flow is formed on the outside of the battery housing 3.
  • the mold element 11 can be formed from one or from different materials, such as metal, plastic, ceramic, sheet metal and / or cast tools, as well as in different initial forms.
  • Embodiment as exemplified by Figure 6, formed of several parts, which may also be formed of different materials.
  • a fluid-tight seal of the shell member relative to the battery case 3 is carried out in a manner not shown by means of inserted sealing elements and / or by gluing, sealing welding or compression.
  • a temperature control unit 4 is formed, which is operable completely outside the interior of the battery case 3, but only by placing the shell element a Temperiermedienraum
  • the flow structure 12 is on the one hand provided for flow guidance and surface enlargement of the heat transfer surface and is
  • the flow structure 12 extends to the shell element, so that a channel formation for guiding the tempering M1 is realized.
  • a casting process such as an aluminum die-cast
  • the flow structure 12 extends to the shell element, so that a channel formation for guiding the tempering M1 is realized.
  • the heat transfer surface is increased in the form of a rib structure.
  • the second thermal insulation 7 is arranged, which is formed for example as a coating or formed from insulating mats.
  • the mold element 1 1 itself is formed from a thermally insulating material in order to minimize the expense of additional thermal insulation or to save it completely.
  • Flow structure 12 a trough-shaped formation, which is used to form the
  • Temperature control unit 4 are closed by means of the form of a shell element or plate-shaped element element 11.
  • the training of tempering functionality is thus including the
  • Battery case 3 or parts made of this. That is, on a part of the battery case 3, a cavity for guiding the tempering medium M1 is created by placing a die element 11 in the space between the battery case 3 and the mold member 11.
  • the battery housing 3 and / or the mold element 11 may be structured such that the flow structure 12 is formed.
  • a connection for a supply and return line of the temperature control circuit 5 can be carried out in or on the battery case 3, in or on the mold element 11 or in both parts.
  • Figure 5 is a sectional view of a fifth embodiment of
  • inventive electric battery 1 shown.
  • beads or indentations are embossed into the upper side of the battery housing 3 in order to produce a channel-like flow structure.
  • Form element 11 need not necessarily lie on a flat reference surface. It is also possible to arrange the mold element 1 on not flat-shaped surfaces and surrounding corners.
  • the mold element 11 and / or the battery case 3 are at least partially formed of an elastic material to compensate for unevenness and / or tolerances of one or both components.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a section of a possible one
  • Exemplary embodiment of the invention 1. 1. To increase the mechanical
  • the mold element 11 is formed in a so-called sandwich construction of different layers of materials.
  • a first layer 11.1 a protective layer
  • Insulation layer Insulation layer, a third layer 1 1.3 a strength layer and a fourth layer 1 1.4 a sealing layer for sealing the temperature control medium M1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie (1) für ein Fahrzeug mit mehreren in einem Batteriegehäuse (3) angeordneten Einzelzellen und einer Temperiereinheit (4) zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit (4) mit zumindest einem Temperiermedium (M1) beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß ist die Temperiereinheit (4) an einer Außenseite des Batteriegehäuses (3) angeordnet.

Description

Elektrische Batterie für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie für ein Fahrzeug mit mehreren in einem Batteriegehäuse angeordneten Einzelzellen und zumindest einer Temperiereinheit zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit mit einem Temperiermedium beaufschlagbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrische Batterien für Fahrzeuge mit mehreren in einem Batteriegehäuse angeordneten Einzelzellen bekannt, welche zur Temperierung der Einzelzellen eine innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete und von einem Temperiermedium durchströmte Temperiereinheit umfassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Batterie für ein Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Batterie gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die elektrische Batterie für ein Fahrzeug umfasst mehrere in einem Batteriegehäuse angeordnete Einzelzellen und zumindest eine Temperiereinheit zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit mit einem Temperiermedium beaufschlagbar ist.
Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Temperiereinheit an einer Außenseite des Batteriegehäuses angeordnet. Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise, dass ein Auslaufen eines flüssigen Temperiermediums aus der Temperiereinheit und einem Temperierkreislauf bei Leckagen der Temperiereinheit, beispielsweise hervorgerufen durch Batteriedeformationen, Leitungsbrüche, korrosive Zersetzungen oder Porositäten der Temperiereinheit, in das Innere des Batteriegehäuses vermieden wird. Dadurch können interne Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen und Beschädigungen oder Zerstörungen der Einzelzellen, hervorgerufen durch eindringendes Temperiermedium, vermieden werden. Auch können somit eine aufgrund eindringenden Temperiermediums und aufgrund elektrischer
Spannungsdifferenzen zwischen den Einzelzellen stattfindende Elektrolyse des
Temperiermediums und daraus folgend eine Bildung von Knallgas vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie,
Fig. 2 schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie,
Fig. 3 schematisch eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie,
Fig. 4 schematisch eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie,
Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie, und
Fig. 6 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Formelements der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 für ein nicht gezeigtes Fahrzeug dargestellt.
Die Batterie 1 umfasst mehrere als Zellblock 2 in einem Batteriegehäuse 3 angeordnete Einzelzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Einzelzellen. Da derartige Einzelzellen während ihres Betriebs Verlustwärme erzeugen und ihren maximalen Wirkungsgrad bei einer definierten Temperatur aufweisen, ist eine Temperiereinheit 4 zur Temperierung der Einzelzellen vorgesehen. Diese Temperiereinheit 4 ist mit einem Temperierkreislauf 5 gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs 5 befindlichen
Temperiermedium M1 durchströmbar.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperierkreislauf 5 ein Kühlkreislauf für eine nicht gezeigte Antriebsmaschine des Fahrzeugs, wobei das Temperiermedium M1 so genanntes Kühlwasser ist, d. h. beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Glykol. In nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem
Temperiermedium M1 auch um Kältemittel, beispielsweise Tetrafluorethan, Öl oder andere Flüssigkeiten oder Gase handeln. Auch kann der Temperierkreislauf 5
abweichend von der Ausbildung als Kühlkreislauf für die Antriebsmaschine abweichend ausgebildet sein.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Batterien mit Temperiereinheiten kann es bei einer Leckage der Temperiereinheit, beispielsweise hervorgerufen durch
Batteriedeformationen bei Unfällen des Fahrzeugs, Leitungsbrüche, korrosive
Zersetzungen oder Porositäten der Temperiereinheit, dazu kommen, dass das
Batteriegehäuse mit eindringendem Kühlwasser gefüllt wird. Im schlimmsten Fall wird dabei das gesamte im fahrzeugfesten Wärmetauscher und Ausgleichsbehälter sowie das im Kühlkreislauf befindliche Kühlwasser in das Innere des Batteriegehäuses geleitet, da diese sich oftmals am tiefsten Punkt im Fahrzeug befindet.
Dadurch können interne Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen auftreten und es kann zur Beschädigung oder zur Zerstörung der Einzelzellen kommen. Das Eindringen des Kühlwassers in das Innere des Batteriegehäuses kann jedoch nicht nur Kurzschlüsse hervorrufen. Auch besteht aufgrund der elektrochemischen Einzelzellen und der damit verbundenen elektrischen Spannungsdifferenzen die Möglichkeit, dass eine Elektrolyse des Kühlwassers stattfindet und sich Knallgas bildet. Eine bekannte Lösung dieses Problems mittels Isolation der Einzelzellen gegenüber Flüssigkeiten ist nur sehr aufwändig realisierbar und kann bereits bei kleinen
Isolationslücken zum Versagen führen.
Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Temperiereinheit 4 an einer Außenseite des Batteriegehäuses 3 angeordnet ist, wobei zumindest diese
Außenseite des Batteriegehäuses 3 fluiddicht ausgebildet ist. Die außerhalb des
Batteriegehäuses 3 vorgesehene Anordnung der Temperiereinheit 4 führt dazu, dass sich sämtliche Leitungen zur Führung des Temperiermediums M1 sowie sämtliche
Verbindungselemente außerhalb des Batteriegehäuses 3 befinden, so dass bei einer Beschädigung der Temperiereinheit 4 und/oder des Temperierkreislaufs 5 ein Eintritt des Temperiermediums M1 in das Innere des Batteriegehäuses 3 vermieden wird. Um die außerhalb des Batteriegehäuses 3 befindlichen Leitungen und Verbindungselemente vor mechanischer Beschädigung zu schützen, sind an der Außenseite des
Batteriegehäuses 3 in nicht näher dargestellter Weise Strukturen, wie beispielsweise Rippen, Nuten und/oder Abdeckungen, zur Aufnahme der Leitungen und
Verbindungselemente vorgesehen.
In einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel weist die Temperiereinheit 4 zumindest auf einer dem Batteriegehäuse 3 abgewandten Seite eine Struktur,
beispielsweise eine Rippenstruktur, zur Oberflächenvergrößerung auf und ist zumindest an dieser Seite mit einem in Figur 3 näher dargestellten gasförmigen zweiten
Temperiermedium M2, beispielsweise Luft, beaufschlagbar. Somit ist keine Kühlung mittels des flüssigen Temperiermediums M1 erforderlich.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Temperiereinheit 4 auf einer Oberseite des Batteriegehäuses 3 angeordnet. Der zu temperierende Zellblock 2 ist im Bereich der Temperiereinheit 4 an der zugehörigen Innenseite des Batteriegehäuses 3 angeordnet und mit dieser thermisch gekoppelt. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der Temperiereinheit 4 und dem Batteriegehäuse 3 ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel zwischen der Temperiereinheit 4 und dem Batteriegehäuse 3 ein erstes Wärmeleitmaterial 6 angeordnet. Dieses ist beispielsweise aus einer
Wärmeleitfolie, wärmeleitfähigen Vergussmasse, wärmeleitfähigen Paste, metallischen Platten und/oder Stäben, wärmeleitfähigen eingeschlossenen Flüssigkeiten oder Gelen ausgebildet und gleicht toleranzbedingte Unebenheiten zwischen Temperiereinheit 4 und Batteriegehäuse 3 aus. In nicht näher dargestellter Weise ist zusätzlich zwischen dem Zellblock 2 und dem Batteriegehäuse 3 ein zweites Wärmeleitmaterial angeordnet ist, wodurch ebenfalls der Wärmeübergang zwischen Temperiereinheit 4 und Zellblock 2 verbessert wird.
Um einen weiter verbesserten Wärmeübergang zwischen der Temperiereinheit 4 und dem Zellblock 2 zu ermöglichen, weist das Batteriegehäuse 3 im Bereich der Anordnung der Temperiereinheit 4 eine gegenüber dem restlichen Batteriegehäuse 3 verringerte Wandstärke auf.
Um gleichzeitig eine Wärmeübertragung der Temperiereinheit 4 an die Umgebung zu minimieren, ist an nicht in Kontakt mit dem Batteriegehäuse 3 stehenden Seiten der Temperiereinheit 4 eine zweite thermische Isolierung 7 angeordnet, welche
beispielsweise als Beschichtung ausgebildet oder aus Isoliermatten gebildet ist.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist das Batteriegehäuse 3 im Bereich der Anordnung der Temperiereinheit 4 eine wannenförmige Ausformung 3.1 zur Aufnahme der Temperiereinheit 4 auf.
Um den Kühlbereich zumindest weitestgehend von den restlichen Bereichen des
Batteriegehäuses 3 thermisch zu entkoppeln und somit eine Kühlung des gesamten Gehäuses zu vermeiden, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen Seitenflächen der wannenförmigen Ausformung 3.1 und der Temperiereinheit 4 eine erste thermische Isolierung 8 angeordnet. Diese Isolierung 8 ist beispielsweise mittels eines um den Kontaktbereich gelegten Kunststoffrahmens, der das Batteriegehäuse 3 "auftrennt", gebildet. Die Isolierung 8 dient zusätzlich vorzugsweise auch zur Fixierung der
Temperiereinheit 4 in der wannenförmigen Ausformung 3.1 , wobei die Isolierung 8 hierzu in nicht gezeigter Weise aus Einpressringen, Klebstoffen und/oder Vergussmassen mit oder ohne Kombination mit einer formschlüssigen Verkrallung, beispielsweise durch Einschieben in eine Nut, gebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich können auch lokale Schwächungen im Batteriegehäuse 3 vorgesehen sein, welche aufgrund geringerer Wandstärken zu einem verringerten Wärmestrom führen. Auch ist es möglich, den Kühlbereich als eine Art Fenster aus Kunststoff auszuführen, wobei ein Großteil der Wärme über die geringe Wandstärke in Richtung Zellblock 2 geleitet wird und nur ein geringer Teil über eine große Strecke, welche mittels eines seitlichen Überstands des Kunststofffensters über die
Temperiereinheit 4 gebildet wird, in das Batteriegehäuse 3 geleitet wird.
Auch im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel kann bei sonst unveränderten
Eigenschaften die Temperiereinheit 4 alternativ zumindest auf der dem Batteriegehäuse 3 abgewandten Seite eine Struktur, beispielsweise eine Rippenstruktur, zur
Oberflächenvergrößerung aufweisen und ist zumindest an dieser Seite mit dem
gasförmigen zweiten Temperiermedium M2 beaufschlagbar. Somit ist keine Kühlung mittels des flüssigen Temperiermediums M1 erforderlich.
In Figur 3 ist in einer Schnittdarstellung ein mögliches drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 dargestellt.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die
Temperiereinheit 4 mit einer innerhalb des Batteriegehäuses 3 angeordneten weiteren Temperiereinheit 9 zur Temperierung des Zellblocks 2 thermisch gekoppelt. Dabei sind die Temperierkreisläufe 5, 10 der beiden Temperiereinheiten 4, 9 fluidisch voneinander entkoppelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Batterie 1 in einfacher Weise mit geringem Aufwand austauschbar ist: Dabei ist keine Auftrennung, Entleerung und nachfolgende Befüllung der Temperierkreisläufe 5, 10 erforderlich. Vielmehr ist das außen liegende Temperierelement 4 in einfacher Weise abtrennbar und wieder montierbar.
Dabei weist die weitere Temperiereinheit 9 einen signifikant kleineren
Temperierkreislauf 10 auf, so dass bei einer Beschädigung desselben lediglich eine geringere Menge an innerhalb dieses Temperierkreislaufs 10 geführtem
Temperiermedium in das Innere des Batteriegehäuses 3 eindringen kann- Um bei einem Eindringen des Temperiermediums in das Innere des Batteriegehäuses 3 elektrische Fehler zu vermeiden, ist das Temperiermedium bei einer flüssigen Ausbildung
vorzugsweise elektrisch nicht leitfähig, beispielsweise als Transformatorenöl, ausgebildet.
Die Temperiereinheit 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem
Temperierkreislauf 5 gekoppelt und wird zusätzlich mit einem weiteren gasförmigen Temperiermedium M2, beispielsweise Luft, beaufschlagt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Temperiereinheit 4 ausschließlich für flüssige Temperiermedien M1 oder für gasförmige Temperiermedien M2 ausgebildet ist. Hierbei ist die Temperiereinheit 4 als Wärmetauscher ausgebildet, der die thermische Kopplung zu dem weiteren Temperierkreislauf 10 und dessen Temperiermedium, welches gasförmig oder flüssig ist oder mittels direkter Wärmeleitung im Festkörper wirkt, herstellt.
Somit ist es in besonders vorteilhafter Weise auch möglich, dass in den beiden
Temperierkreisläufen 5, 10 jeweils ein an die Bedürfnisse des mit dem jeweiligen
Temperierkreislauf 5, 10 gekoppelten zu temperierenden Gegenstands angepasstes Temperiermedium M1 , M2 geführt wird.
Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die
Temperiereinheit 4 aus einem auf der Oberseite des Batteriegehäuses 3 angeordneten und als Schalenelement ausgebildeten Formelement 11 und einer Strömungsstruktur 12 gebildet. Mittels des auf dem Batteriegehäuse 3 aufgesetzten Schalenelements wird die Strömungsstruktur 12 verschlossen, so dass an der Außenseite des Batteriegehäuses 3 ein mit dem Temperiermedium M1 durchströmbarer Temperierbereich entsteht.
Das Formelement 11 kann dabei aus einem oder aus unterschiedlichen Materialien, wie beispielsweise Metall, Kunststoff, Keramik, Blechen und/oder Gusswerkzeugen, sowie in unterschiedlichen Ausgangsformen gebildet sein.
Zur Erhöhung einer mechanischen Belastbarkeit gegen Verwindung und/oder zur
Darstellung von Sollbruchstellen ist das Formelement 1 1 in einer möglichen
Ausführungsform, wie sie beispielhaft Figur 6 darstellt, aus mehreren Teilen, welche auch aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein können, gebildet.
Eine fluiddichte Abdichtung des Schalenelements gegenüber dem Batteriegehäuse 3 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise mittels eingelegter Dichtelemente und/oder durch Aufkleben, Dichtschweißen oder Verpressen. Somit wird eine Temperiereinheit 4 gebildet, welche vollständig außerhalb des Inneren des Batteriegehäuses 3 betreibbar ist, jedoch erst durch Aufsetzen des Schalenelements einen Temperiermedienraum
verschließt. Die Strömungsstruktur 12 ist einerseits zur Strömungsführung auch zur Oberflächenvergrößerung der Wärmeübergangsfläche vorgesehen und wird
beispielsweise in einem Gussprozess, beispielsweise einem Aluminium-Druckguss, an der Oberseite des Batteriegehäuses 3 erzeugt. Die Strömungsstruktur 12 reicht dabei bis zum Schalenelement, so dass eine Kanalbildung zur Führung des Temperiermediums M1 realisiert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass mittels der
Strömungsstruktur 12 die Wärmeübergangsfläche in Form einer Rippenstruktur erhöht ist.
Um die Wärmeübertragung der Temperiereinheit 4 an die Umgebung zu minimieren, ist an nicht in Kontakt mit dem Batteriegehäuse 3 stehenden Seiten der Temperiereinheit 4, d. h. des Schalenelements, die zweite thermische Isolierung 7 angeordnet, welche beispielsweise als Beschichtung ausgebildet oder aus Isoliermatten gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Formelement 1 1 selbst aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist, um einen Aufwand zur zusätzlichen thermischen Isolierung zu minimieren oder diese vollständig einzusparen.
In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform bilden äußere Stege der
Strömungsstruktur 12 eine wannenförmige Ausformung, welche zur Bildung der
Temperiereinheit 4 mittels des als Schalenelement oder plattenförmiges Element ausgebildeten Formelements 11 verschlossen werden.
Die Ausbildung der Temperierfunktionalität wird somit unter Einbeziehung des
Batteriegehäuses 3 oder Teilen von diesem vorgenommen. Das heißt, auf einem Teil des Batteriegehäuses 3 wird durch Auflegen eines Formelements 11 im Zwischenraum zwischen Batteriegehäuse 3 und Formelement 11 ein Hohlraum für die Führung des Temperiermediums M1 geschaffen. Dabei können das Batteriegehäuse 3 und/oder das Formelement 11 derart strukturiert sein, dass sich die Strömungsstruktur 12 ausbildet. Ein Anschluss für eine Vor- und Rücklaufleitung des Temperierkreislaufes 5 kann dabei im oder am Batteriegehäuse 3, in oder am Formelement 11 oder in beiden Teilen ausgeführt sein. Optional ist auch das Einsetzen einer Anschlusseinheit zwischen
Batteriegehäuse 3 und Formelement 1 1 möglich.
In Figur 5 ist in einer Schnittdarstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind zur Erzeugung einer kanalartigen Strömungsstruktur 12 Sicken bzw. Einkerbungen in die Oberseite des Batteriegehäuses 3 eingeprägt. Der Verschluss der eingeprägten
Strömungsstruktur 12 erfolgt mittels des Formelements 1 1.
Eine mittels der Strömungsstruktur 12 ausgebildete Kühlkanalstruktur und das
Formelement 11 müssen dabei nicht zwangsläufig auf einer ebenen Bezugsfläche liegen. Es ist auch möglich, das Formelement 1 auf nicht eben geformten Oberflächen sowie Ecken umschließend anzuordnen. Hierbei sind das Formelement 11 und/oder das Batteriegehäuse 3 zumindest teilweise aus einem elastischen Material gebildet, um Unebenheiten und/oder Toleranzen eines oder beider Bauteile auszugleichen.
Figur 6 zeugt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines möglichen
Ausführungsbeispiels des Formelements 1 1. Zur Erhöhung der mechanischen
Belastbarkeit gegen Verwindung und/oder zur Darstellung von Sollbruchstellen ist das Formelement 11 in einer so genannten Sandwichbauweise aus unterschiedlichen Lagen von Werkstoffen gebildet.
Dabei stellt eine erste Lage 11.1 eine Schutzlage, eine zweite Lage 11.2 eine
Isolationslage, eine dritte Lage 1 1.3 eine Festigkeitslage und eine vierte Lage 1 1.4 eine Abdichtungslage zur Abdichtung zum Temperiermedium M1 dar.
Mittels der in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Lösungen ist es möglich, eine
Kanalstruktur durch Aufbringen des Formelements 1 auf das Batteriegehäuse 3 und somit in einfacher Weise eine Führung des Temperiermediums M1 zu realisieren. Dabei erfolgt die Ausbildung des Formelements 1 1 und/oder der Strömungsstruktur 12 aus mehreren Teilen mit optional dazwischen angeordneten elastischen Elementen. Auch ist die Ausführung des Formelements 1 aus unterschiedlichen Werkstoffen zum Erhöhen der Festigkeit und der thermischen Isolation möglich. Auch werden die Integration von Temperiermedienanschlüssen in das Batteriegehäuse 3 und/oder Formelement 1 sowie der Einsatz von so genannten Sandwich-Werkstoffen für Teile des Batteriegehäuses 3 und/oder der Temperiereinheit 4 ermöglicht. Bezugszeichenliste
1 Batterie
Zellblock
3 Batteriegehäuse
3.1 wannenförmige Ausformung
Temperiereinheit
5 Temperierkreislauf
6 erstes Wärmeleitmaterial
7 zweite thermische Isolierung
8 erste thermische Isolierung
9 Temperiereinheit
10 Temperierkreislauf
11 Formelement
11.1 erste Lage
11.2 zweite Lage
11.3 dritte Lage
1 1.4 vierte Lage
12 Strömungsstruktur
M1 Temperiermedium
M2 Temperiermedium

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Elektrische Batterie (1 ) für ein Fahrzeug mit mehreren in einem Batteriegehäuse (3) angeordneten Einzelzellen und einer Temperiereinheit (4) zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit (4) mit zumindest einem
Temperiermedium (M1 ) beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinheit (4) an einer Außenseite des Batteriegehäuses (3) angeordnet ist.
2. Elektrische Batterie (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Batteriegehäuse (3) im Bereich der Anordnung der Temperiereinheit (4) eine wannenförmige Ausformung (3.1 ) zur Aufnahme der zumindest einen
Temperiereinheit (4) aufweist.
3. Elektrische Batterie (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Seitenflächen der wannenförmigen Ausformung (3.1 ) und der
Temperiereinheit (4) eine erste thermische Isolierung (8) angeordnet ist.
4. Elektrische Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Batteriegehäuse (3) im Bereich der Anordnung der Temperiereinheit (4) eine gegenüber dem restlichen Batteriegehäuse (3) verringerte Wandstärke aufweist.
5. Elektrische Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinheit (4) mit einem Temperierkreislauf (5) gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs (5) befindlichen ersten Temperiermedium (M1) durchströmbar ist.
6. Elektrische Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an nicht in Kontakt mit dem Batteriegehäuse (3) stehenden Seiten der
Temperiereinheit (4) eine zweite thermische Isolierung (7) angeordnet ist.
7. Elektrische Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinheit (4) zumindest auf einer dem Batteriegehäuse (3) abgewandten Seite eine Struktur zur Oberflächenvergrößerung aufweist und zumindest an dieser Seite mit einem gasförmigen zweiten Temperiermedium (M2) beaufschlagbar ist.
8. Elektrische Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Temperiereinheit (4) und dem Batteriegehäuse (3) ein erstes
Wärmeleitmaterial (6) angeordnet ist.
9. Elektrische Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Einzelzellen und dem Batteriegehäuse (3) ein zweites
Wärmeleitmaterial angeordnet ist.
10. Elektrische Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinheit (4) mit einer innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneten weiteren Temperiereinheit (9) zur Temperierung der Einzelzellen thermisch gekoppelt ist, wobei Temperierkreisläufe (5, 10) der beiden
Temperiereinheiten (4, 9) fluidisch voneinander entkoppelt sind.
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