WO2019046871A1 - Akkumulator - Google Patents

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WO2019046871A1
WO2019046871A1 PCT/AT2018/060190 AT2018060190W WO2019046871A1 WO 2019046871 A1 WO2019046871 A1 WO 2019046871A1 AT 2018060190 W AT2018060190 W AT 2018060190W WO 2019046871 A1 WO2019046871 A1 WO 2019046871A1
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film
accumulator
cooling device
cells
coolant
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PCT/AT2018/060190
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French (fr)
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Stefan Gaigg
Roland HINTRINGER
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Miba Aktiengesellschaft
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    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an accumulator having a plurality of cylindrical cells for storing electrical energy and at least one cooling device for cooling or temperature control of the cells, wherein the cooling device has at least one coolant channel, at least onedeffeneiniass and at least one Kühiffenauslass.
  • heat sinks In which at least one coolant channel is formed. These heat sinks are placed between the individual modules of the accumulator or on the modules. A module is an independent unit of the accumulator, so not just a cell.
  • the problem with cooling individual cells if they are cylindrical.
  • the cylindrical cell is the most widely used cell form because it is easy to produce, is mechanically very stable, and achieves the highest energy density compared to other forms.
  • One standard is the 18650 cell, which measures 18mm in diameter and 65mm in height.
  • the Zeilchemie is integrated in this cell in a stable round housing. Due to its shape, however, it has a poor heat dissipation.
  • the present invention has for its object to provide a structurally simple cooling possibility or Temper michsdorfkeit for batteries with cylindrical cells.
  • the object of the invention is achieved in the accumulator mentioned above in that the cooling device has a single-layer or multi-layer film, which is at least partially disposed between the cells.
  • the advantage here is that the flexibility of the film, the space between the cells of a Zellenraoduls with multiple cells better or easier for cooling or temperature control of the lines can be used.
  • the film can be applied to the cells over the entire area without any further measures (such as the application of leveling compounds), whereby the heat transfer into and out of the cells can be made more efficient.
  • the film also a weight reduction can be achieved, whereby the effectiveness of the power supply, for example, for e-mobility, by longer working time of the accumulator, and thus, for example, longer ranges of an electric vehicle, can be improved, If in the following for simplicity only the Term "cooling” is used, but is also the term “tempering” read along. Thus, the term “cooling” in the context of the invention also means the temperature control of the accumulator.
  • the cooling device may have a self-supporting housing in which recesses are arranged in which the rows are arranged, with single-layer or multi-layered films between in each case two mutually opposite recesses, and in particular between the housing and the rows, are arranged and connected to the housing. It can thus be imparted to the cooling device improved stability, so that can be dispensed with additional supports for the lines.
  • a further improvement in the cooling of the rechargeable battery can thus be achieved if the housing consists at least partially of a metal, since a portion of the heat can be removed by heat conduction via the metal.
  • the recesses in the housing have a larger diameter compared to an outer diameter of the cells, so that the films are at least partially at least approximately conical in shape are.
  • the introduction of the cells is simplified in the cooling device, whereby the machining of the accumulator can be improved.
  • the cooling device has a further single-layer or multi-layer film, wherein the film and the further film are connected to one another to form the at least one coolant channel between the film and the further film.
  • the advantage here is that the cooling device is simply constructed of two interconnected film materials or consists of these. An additional arrangement or additional installation of the coolant channel can be omitted, since this automatically arises due to the partial connection of the two film materials.
  • the preparation of the cooling device can be largely automated, with very little restrictions also exist with regard to the geometry of the cooling device and the specific design of the at least one coolant channel.
  • the film can consist of a laminate which has a first plastic film, a reinforcing layer connected thereto, a metal foil connected to the reinforcing layer or a metallised further plastic film connected to the reinforcing layer.
  • the reinforcing layer can achieve improved stiffness and strength at the operating temperature of the accumulator. It has also been shown that this film has a lower creep. Next, so that the film has a reduced thermal expansion, resulting in temperature changes to less stress in the cooling device.
  • the metal foil or the metallized further plastic film a better heat distribution over the surface of the cooling device is achieved, whereby their efficiency can be improved. Due to the improved heat distribution due to the improved thermal conductivity of the film hot spots in the operation of the cooling device can be better prevented.
  • the cooling device can also be given a barrier function.
  • the further film may also have at least one second plastic film, which is partially connected to the first plastic film of the laminate of the film in connecting regions, so that at least one cavity is formed between the connecting regions, which forms the at least one coolant channel. It can thus be the Hersannon the cooling device further simplified.
  • the laminate of the film can be provided according to a further embodiment that the further film also consists of a laminate comprising the second plastic film, a reinforcing layer connected thereto, a metal foil connected to the reinforcing layer or metallized connected to the reinforcing layer has further plastic film,
  • the amplification layer has a fiber reinforcement.
  • the coefficient of thermal expansion of the reinforcing element can be reduced and approximated to the value of the foils.
  • the heat transfer element may have less residual stresses and a lower tendency to warp.
  • the fiber reinforcement can be formed according to a variant of this by a fabric, whereby a further improvement of the mechanical behavior of the cooling device can be achieved.
  • first plastic film and / or the second plastic film and / or the metallized further plastic film consist of a plastic selected from a group consisting of PE, POM, PA, PPS, PET, crosslinked Polyolefins, thermoplastic elastomers based on ether ZEster, styrene block copolymers, Siiikonelasto- mers.
  • these plastics have been found to be advantageous for use for the production of the cooling device with a higher degree of automation by the better extrusion capability.
  • To increase the cooling capacity can be provided that in the direction of the cells a plurality of films are arranged one above the other, between which a plurality of cooling channels are formed.
  • the use of the film and optionally further film proves to be advantageous because it allows a low weight of the cooling device can be achieved despite the higher cooling capacity.
  • a fiber layer can be arranged between the several superimposed films, whereby a further weight reduction can be achieved, in particular if according to an embodiment variant is provided that the coolant channel or the cooling channels is at least partially formed in the fiber layer or are.
  • the outlet and / or the inlet is formed by a spacer element between the film and the other film. It can thus be achieved at least in the region of the inlet and / or outlet a better separation of the films of the cooling device in the region of the at least one coolant channel, at the same time improved sealing of the cooling device can be achieved in these areas easier.
  • An improved cooling of the cells can be achieved according to a further embodiment of the accumulator, when the cooling channel is arranged to extend spirally.
  • the cooling device is formed tubular.
  • FIG. 1 shows an accumulator in an oblique view from above
  • FIG. 2 shows a first arrangement of cells in the accumulator in top view
  • FIG. 5 shows a first embodiment of the arrangement of a cooling device in the accumulator in an oblique view.
  • FIG. 7 shows the cooling device of the accumulator according to FIG. 5 in side view
  • FIG. 8 shows a second embodiment variant of the arrangement of a cooling device in the accumulator in oblique view
  • Fig. 9 shows a detail of the embodiment of the arrangement of the cooling device in
  • FIG. 10 is a third embodiment of the arrangement of a cooling device in the accumulator in an oblique view.
  • FIG. 11 shows the embodiment of the arrangement of the cooling device in the accumulator according to FIG. 10 top view
  • Fig. 12 shows a detail of a fourth embodiment of the arrangement of a
  • FIG. 18 is a side view of the cooling device of the accumulator according to FIG. 17; FIG.
  • FIG. 19 shows an eighth embodiment variant of the arrangement of a cooling device in the accumulator in oblique view
  • Fig. 20 shows a detail of a ninth embodiment of the arrangement of a
  • FIG. 22 shows a detail of an eleventh embodiment of the accumulator
  • FIG. 23 shows a detail of another embodiment variant of the cooling device
  • FIG. 24 shows a detail of a further embodiment variant of the cooling device
  • Fig. 25 shows a detail of an embodiment of the cooling device with several cooling levels one above the other.
  • an accumulator ie a rechargeable battery, shown in an oblique view.
  • the accumulator comprises a plurality of cells 2, which have a cylindrical shape.
  • the cells 2 are held in position in this embodiment of the accumulator of at least one frame member 3.
  • the at least one frame element 3 has openings through which the cells are inserted.
  • an upper and a lower frame element 3 are provided. But it can also be present only a frame element 3.
  • accumulator 1 shown in Fig. 1 may be such a module.
  • Several of these modules can be subsequently installed in an accumulator 1 in order to increase its performance.
  • the cells 2 serve to store the electrical energy. For this they have a corresponding structure.
  • a cell may comprise a lamination of films comprising the anode, the cathode, and a separator, as is known in the art. Reference should be made in this regard to the relevant prior art.
  • the cells 2 can be arranged differently in the accumulator 1 or in the cell module. Three variants are shown in Figs. 2 to 4.
  • the cells of each second row are thus arranged in the gaps of the respective adjacent cell rows, as shown in FIG.
  • the cells 2 are arranged in a triangular grid of equilateral triangles. Such a triangle is indicated in Fig. 2 by dashed lines.
  • the cells 2 are arranged in a grid of squares, as this is also indicated by dashed lines.
  • Fig. 4 shows an arrangement in which a central cell 2 surrounded by six cells 2 is surrounded to form a hexagonal shape.
  • the accumulator 1 is not limited to any of the illustrated patterns of the arrangement of the cells 2.
  • the accumulator further comprises at least one cooling device 4 (more than one cooling device 4 can also be arranged in the accumulator) for cooling or tempering the cells 2, as described with reference to a first embodiment of the arrangement of this cooling device 4 in the accumulator 1 in FIGS and FIG. 6 is shown.
  • the cooling device 4 has at least one coolant channel 5, at least one coolant inlet 6 and at least one coolant outlet 7. Via the coolant inlet 6, a liquid coolant, such as a glycol / water mixture, introduced into the coolant channel 5, and discharged again with the coolant outlet 7.
  • the cooling device 4 is integrated in a corresponding coolant circuit, which is not shown here.
  • the cooling device 4 has at least one single-layer or multi-layered film 8 which is arranged at least partially between the cells 2 and forms the coolant channel 5.
  • the cooling device 4 can find better place in the spaces between the cells 2 and at the same time invest better on the surface of the cells 2, in particular invest directly, as can be seen in particular in FIG.
  • this film 8 can better adapt to unevenness of the cells 3 or between the cells 2.
  • the expansion of the lines 2 by increasing the temperature can be made easier.
  • a balancing mass between the cooling device 4 and the cells 2 is not required. It can thus the heat transfer from the cells 2 are improved in the cooling device 4.
  • the cooling device 4 extends approximately linearly (apart from the waviness due to the contact with the cells 2) between two rows of cells 2. After the rows are offset from one another (see embodiments of FIG. 2), the installation takes place the film 8 to the cells 2 alternately, ie that the film 8 alternately rests with one side on the cells 2 of the first row and with the second side on the cells 2 of the second row in the longitudinal extension of the cooling device 4. If more rows of cells 2 are arranged in the accumulator 1, more than one cooling device 4 can also be arranged, as can be seen in part from the further figures.
  • the cooling device 4 preferably extends over at least approximately the entire height of the cells 2.
  • the cooling device 4 has an at least approximately rectangular (as in FIGS. 5 and 6) or at least approximately square shape.
  • the coolant inlet 6 and / or the coolant outlet 7 can be designed as pipe sockets, ie cylindrical. In particular, they consist of a plastic, which is connected to the film 8, in particular is integrally connected, for example, welded or glued.
  • the coolant channel 8 is formed by the film 8 itself.
  • a layer of film can be "folded" and the open sides along the side edges of the superimposed film parts can be materially bonded to one another, but two (or more) film blanks can be stacked on top of each other and bonded together to form connecting regions, for example, weld seams 9 as can be seen from Fig. 7.
  • the connection areas are interrupted in the areas in which the coolant inlet 6 and the coolant outlet 7 are arranged. If required, more than one connection region, for example more than one weld seam 9, can be arranged or formed per side edge of the film 8 in order to give the cooling device 4 greater security against leaks.
  • the coolant channel 5 may be formed in the simplest case as an unbranched channel, straight channel.
  • a first coolant channel section 10 and a second coolant channel section 11 extend at least approximately parallel to one another.
  • the two coolant channel sections 10, 11 are interconnected by a plurality of coolant channel sections 12 oriented perpendicular thereto.
  • the incoming coolant is therefore divided into several sub-streams and reunited after passing through the coolant channel section 12 to form a coolant stream.
  • the coolant channel 5 may also be formed running meandering.
  • the cooling device 4 can also have more than one coolant inlet 6, more than one coolant outlet 7 and more than one coolant channel 5.
  • the accumulator 1 can also have more than one cooling device 4.
  • FIGS. 8 and 9 which has two cooling devices 4 arranged next to one another, each cooling device 4 being associated with two rows of cells 2 in each case.
  • the cooling device 4 is formed here tubular. Only one coolant channel 5 can be formed between the coolant inlet 6 and the coolant outlet 7. But it is also possible that more than one coolant channel 5 is formed, for example two, as indicated in Fig. 8 with a weld 13. The two coolant channels 5 run parallel to each other in a flow direction 14 of the coolant.
  • the coolant inlets 6 and the coolant outlets 7 are at least partially funnel-shaped, so that the distribution of the coolant to the available cross-sectional area can be made faster. Essentially, the two cooling devices 4 thus look almost tube-shaped.
  • the cooling devices 4 have widenings 15 in the area between the cells. This in turn can be achieved due to the flexibility of the film 8. As a result of these widenings 15, the two cooling devices 5 are located on the lines 2 over a larger area.
  • FIGS. 8 and 9 it can further be seen from FIGS. 8 and 9 that in each case two rows of cells, between which a cooling device 4 is arranged, have no offset, ie the cells are arranged on a square grid, as stated in FIG has been. However, units formed therefrom from two rows of cells 2 and the cooling device 4 arranged therebetween can again be offset by approximately half the diameter of the cells 2 (in FIG. 8, the two middle rows of cells 2).
  • cooling device 4 can also be tubular in this embodiment of the accumulator 1.
  • FIG. 12 shows that it is possible to arrange the or a cooling device 4 between each row of cells 2. It is also possible that they are cells 2 arranged in a square grid and in a triangular grid, as is indicated by dashed lines in Fig. 12. However, in terms of flow technology, the triangular grid is preferred.
  • the cooling device 4 or the cooling devices 4 can be laid flexibly.
  • the embodiments are not limited to a certain number of lines or a specific length of the cooling device 4, since the latter is arbitrarily ausgestaltbar.
  • FIG. 13 an embodiment of the accumulator 1 is shown in which a central line 2 is surrounded by seven cells 2 in the form. In order to allow the view of the cooling device 4 lying between the central cell 2 and the outer cells 2, the seventh outer cell is not shown in FIG.
  • two tubular cooling devices 4 are combined with each other by the two tubes are connected together, in particular cohesively, for example by welding.
  • the film surface and / or the type of film used in the film 8 additionally be adjusted accordingly.
  • the execution of the coolant channel 5 can in turn be made variable.
  • this can be formed by the further connection regions of the foils 8, in particular the weld seams 13, such that the coolant zick-zaek runs through the cooling device 4, as indicated in FIG. 14.
  • the coolant flows at least approximately in the direction of the height of the cells 2, as illustrated with reference to FIGS. 15 and 16.
  • the flow can be deflected only in the region of the coolant inlet 6 and / or the coolant outlet 7. Due to the deflection turbulence can be generated in order to use the coolant optimally.
  • Such turbulences can alternatively or additionally be achieved by correspondingly high inlet flow velocities.
  • this has a self-supporting housing 16 which is part of the cooling device 4.
  • the housing 16 In the housing 16 are recesses or openings 17 in a cover part 18 and recesses or
  • Openings 19 arranged or formed in a bottom part 20.
  • the cells 2 are inserted, the cells 2 as both the other embodiments of the accumulator 1 above and below are arranged projecting over the cooling device 4.
  • the housing 16 can thus replace the at least one frame element 3 according to FIG.
  • the recesses or openings 17, 19 are adapted to the cross-sectional shape of the cells 2, so in particular circular in cross-section.
  • cooling device 4 in FIG. 20 is shown partially cut away in order to allow an insight into the interior of the cooling device 4.
  • the housing 16 preferably consists at least partially of an optionally fiber-reinforced plastic, in particular a hard plastic, or of a metal, for example aluminum or an aluminum alloy.
  • the foils 8 are arranged and connected to the housing 2, in particular welded or glued .
  • the foils 8 also extend into the recesses or openings 17, 19, in particular over the entire height of these recesses or openings 17, 19 in the direction of the longitudinal extension of the cells 2, and are connected to the side walls of the recesses or openings 17 19, as shown in FIGS. 21 and 22.
  • the foils 8 only provide one in these embodiments of the accumulator 1
  • Membrane is with which an inner space 21 of the closed at least one inlet and outlet for the coolant closed housing 16 against the cells 2.
  • the interior 21 itself of the housing 16 forms the coolant channel 5 of the cooling device 4.
  • the housing 16 is thus completely traversed by the liquid coolant.
  • the fluid pressure during operation pushes the films 8 against the lines 2, whereby a correspondingly good cooling of the cells 2 can be achieved.
  • the recesses in the housing 16 have a larger diameter compared to an outer diameter of the cells 2, so that the films 8 are in this area spaced apart from the cells 2.
  • These regions may be at least partially at least approximately conical in shape (FIG. 21) or cylindrical (FIG. 22),
  • the cylindrical design is a space-optimized design variant.
  • Fig. 23 is a detail of a variant of the cooling device 4 is shown in cross section.
  • the cooling device 4 of the following embodiments or the film 8 described below or further film can also be used in the above-presented embodiments of the accumulator 1.
  • the film 8 in the accumulator according to FIG. 5 may be composed as described below and, if appropriate, may be connected to a further film as described below.
  • film 8 of the embodiment variants of the accumulator 1 according to FIGS. 1 to 22 can also be constructed or assembled differently from those described below.
  • the cooling device 2 comprises the film 8 and a further monolayer or multi-layer film 10.
  • the film 8 and the further film 22 are connected to one another in connection regions 23, forming the at least one coolant channel 5 between the film 8 and the further film 22 connected. Between the connecting regions 22 remain unconnected areas in which by the spacing of the film 8 of the further film 22 of the at least one coolant channel 5 is formed.
  • the film 8 and the further film 22, which is arranged in particular above the film 8, extend as in the previously described embodiments of the accumulator 1 without the housing 16 preferably over an area which preferably at least approximately, in particular 100%, of the surface of the Cooling device 2 corresponds (viewed in plan view).
  • the film 8 in this embodiment of the cooling device 4 consists of a laminate comprising a first plastic film 24, a reinforcing layer 25 connected thereto, a metal foil 26 connected to the reinforcing layer 25 or a metallized further plastic film connected to the reinforcing layer 25.
  • the at least one coolant channel 5 is not formed by separate components as in the above-described embodiments of the accumulator 1 without the housing 16 but is formed by the only partial connection of the films, ie in this embodiment of the film 8 with the further films 22.
  • the wall or the walls of the at least one coolant channel 5 are thus formed by the film 8 and the further film 22, preferably in each case half.
  • the further film 10 comprises at least one second plastic film 27 or consists of this.
  • the second plastic film 27 is partially connected to the first plastic film 24 of the laminate of the film 8 in the connecting regions 23, so that between the connecting regions 23 at least one cavity is formed, which forms the at least one coolant channel 5.
  • the further film 22 also consists of a laminate comprising the second plastic film 27, a reinforcing layer 28 connected thereto, a metal foil 29 connected to the reinforcing layer 28 or a metallised further joined to the reinforcing layer 28 Plastic film has.
  • the reinforcing layer 28 and / or the metal foil 29 of the further foil 22 may be different from the reinforcing layer 25 and / or the metal foil 1264 of the foil 8.
  • the two reinforcing layers 25, 28 and / or the two metal foils 26, 29 are the same educated.
  • the two films 8, 22 are arranged so that the two plastic films 24, 27 abut each other and on these plastic films 24, 27, said partial connection is formed. If the further film 22 has (only) the second plastic film 27, this second plastic film 27 is arranged directly adjacent to the plastic film 24 of the film 8 and connected thereto.
  • a metal foils 26, 29 and metallized may be used, in which case the metallization is preferably disposed between the reinforcing layer 25, 28 and the other plastic film.
  • the first plastic film 24 and / or the second plastic film 27 and / or the metallized further plastic film preferably consists of at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight or 100% by weight, of a thermoplastic or an elastomer.
  • the thermoplastic may be selected from a group consisting of polyethylene (PE), polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), in particular PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Poly (phenylene sulfide) (PPS), polyethylene terephthalate (PET), cross-linked polyolefins, preferably polypropylene (PP).
  • the elastomer may be selected from a group consisting of thermoplastic elastomers, e.g.
  • thermoplastic vulcanizates olefin-, amine-, ester-based, thermoplastic polyurethanes, in particular thermoplastic elastomers based on ether / ester, styrene block copolymers, silicone elastomers.
  • a plastic is understood to mean a synthetic or natural polymer made from corresponding monomers.
  • the first plastic film 24 and / or the second plastic film 27 and / or the metallized further plastic film consist of a so-called sealing film. This has the advantage that the respective films can be connected directly to each other.
  • thermosetting plastics such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • thermosetting materials such as thermosetting materials
  • the reinforcing layer (s) 25, 28 comprise one or more of a fiber reinforcement.
  • the fiber reinforcement is preferably formed as a separate layer, which is arranged between the plastic film 24 or the plastic film 27 and the metal foil 26 or the metal foil 29 or the metallized further plastic film. If cavities are formed in the fiber reinforcement layer, they can also be at least partially filled with the plastic of the plastic film 24 or the plastic film 27 or the metallized further plastic film.
  • the fiber reinforcement may be formed from fibers and / or filaments selected from a group consisting of or consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers,
  • Mineral fibers such as basalt fibers, natural fibers, e.g. Hemp !, sisal, and combinations thereof.
  • glass fibers are used as a fiber reinforcement layer.
  • the proportion of the fibers, in particular of the glass fibers, in the fiber reinforcement can be at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight.
  • the fibers and / or threads of the fiber reinforcement preferably consist exclusively of glass fibers,
  • the fibers and / or threads may be present in the fiber reinforcement as a scrim, for example as a nonwoven. However, preference is given to a woven or knitted fabric made of the fibers and / or threads. It is also possible for the woven or knitted fabric to be present only in certain regions and the remaining regions of the fiber reinforcement to be formed by a scrim.
  • rubberized fibers and / or threads are used as or for the fiber reinforcement.
  • a fabric different types of bonding, especially linen, twill or satin weave, possible.
  • a plain weave is used.
  • the fiber reinforcement may be formed as a single layer. But it is also possible that the fiber reinforcement has a plurality, optionally separated, individual layers, for example two or three, wherein at least some of the individual layers at least partially, preferably entirely, also from the rest of the individual layers of different fibers and / or filaments can exist.
  • the reinforcing layer (s) 25, 28 can have a mineral filling.
  • a mineral filling for example, calcium carbonate, talc, quartz, wollastonite, kaolin or mica can be used.
  • the metal foil 26, 29 is in particular an aluminum foil. But there are also other metals usable, such as copper or silver.
  • the metal foil 26, 29 may have a layer thickness between 5 ⁇ and 100 ⁇ .
  • the metals mentioned can be used for the metallization.
  • the metallization preferably has a layer thickness which is selected from a range of 5 nm to 100 nm.
  • the metallic vapor deposition of the further plastic film can be produced by methods known from the prior art.
  • the plastic film 24 and / or the plastic film 27 and / or the further plastic film, which has the metallization, / may have a layer thickness between 10 ⁇ and 200 ⁇ .
  • the layer thickness of the Verstärkungsschi cht (s) 25, 28 may be between 5 ⁇ and 50 ⁇ .
  • the film 8 and / or the further film 22 can / have, in particular, the following structure in the stated sequence:
  • Reinforcing layer 25, 28 made of a glass fiber fabric
  • Metal foil 26, 29 of aluminum with a layer thickness of 12 ⁇ .
  • PET polyethylene terephthalate
  • the film 8 and / or the further film 22 may also have at least one further layer, such as at least one further reinforcing layer and / or at least one primer layer and / or at least one thermotropic layer.
  • the film 8 and the further film 22 if this is also a film laminate, can in principle be used in the form of individual films for the production of the cooling device 4, so that the film laminate or films are only formed during the production of the cooling device 4 , it is advantageous if the first film 8 and / or the further film 22 are used as (laminated) semifinished product,
  • the individual layers of the laminate or the laminates they can be glued together with adhesives.
  • the above-mentioned adhesives are suitable.
  • coextrusion and extrusion coating can also be used as a means of connection.
  • a combination is possible that several plastics are coextruded and are adhesive-laminated together with an extrusion-coated metal or (fiber) reinforcing layer.
  • all known processes for producing composite films or film laminates can be used, According to a further embodiment variant, provision may be made for the cooling device 4 to have at least one additional film which is partially connected to the film 8 or the further film 22, as described above for the connection of the film 8 to the further film 22 has been.
  • the coolant channels 5 can thus be arranged one above the other in at least two planes, wherein they are preferably not congruent in this case, but laterally offset from one another in the manner described above or to be described below.
  • the film 8 or the further film 22 has the plastic film 24 or the plastic film 27 on both outer sides (surfaces), so that the composite with the additional films can be produced thereon, ie in particular again two sealing foils can be connected to each other.
  • FIG. 6 shows a detail of another embodiment variant of the cooling device 4.
  • a fiber layer 30, for example made of a paper is arranged between the plastic film 24 and the plastic film 27 (both shown in FIG. 23).
  • This fiber layer 30 is liquid-resistant.
  • a coating 31 can be provided on the surfaces which come into contact with the coolant.
  • the fibers of the paper or of the fiber layer 30 are in themselves equipped to be liquid-resistant, for example coated.
  • the coating 31 also has a different function.
  • the at least one coolant channel 5 is provided, for example by embossing or another shaping method.
  • the fiber layer 30 with the coating 31 can be given a higher rigidity.
  • the coating 31 may be, for example, a cured adhesive layer.
  • a plurality of these fiber layers 30 provided with the coating 31 are interposed between the Slide 8 and the other film 22 lying one above the other, in particular directly superposed, are arranged.
  • the film 8 and / or the further film 22 may also be formed in these embodiments of the cooling device 4 as individual films or as laminates.
  • connection elements for the connection of the feed line and the discharge line for the coolant.
  • these can be designed as conventional connection elements, as known from the prior art.
  • these connection elements are also at least partially, in particular entirely, made of a plastic, which can be used as plastics, the above-mentioned plastics.
  • the accumulator 1 can be provided that the coolant outlet 6 and / or the coolant inlet 7 by a spacer element (not shown) between the film 8 and the further film 22 is formed.
  • the spacer elements are also made of plastic. It is further preferred if the leaktightness of the connections of the cooling device 4 for the coolant is improved via the spacer elements.
  • the specific placement of the coolant inlet 6 and the coolant outlet 7 is dependent on the specific embodiment of the at least one coolant channel 5.
  • the above-mentioned collection channels for the coolant as the at least one coolant channel 5 by the only partial connection of the Slide 8 with the further film 22 are made.
  • the described partial connection of the film 4 with the other film 22 and an additional film or the two plastic films 24, 27 of the laminates can be done in a lamini erpresse.
  • the compound can thereby by the action of an elevated temperature and an increased pressure, as is known in lamination or heat sealing done.
  • the specific temperature depends on the plastics used.
  • the laminating device it is also possible to use a press, in particular for producing long-fiber-reinforced films 8, 22 or a long-fiber-reinforced cooling device 4.
  • the fibers are impregnated and pressed with the plastic, whereby the fiber-reinforced film material is produced.
  • connection regions 23 can be individually set and programmed so that the arrangement or design of the at least one coolant channel 5 can be adapted very flexibly to individual requirements.
  • the connection of the films 8, 22 to one another or to the film 8 takes place integrally with the housing 16 either by welding or by gluing, whereby mixed variants of these processes are also possible.
  • other methods can be used for this purpose.
  • the welding method for example, the temperature pulse welding, laser welding, IR welding, ultrasonic welding, high-frequency welding can be applied.
  • each coolant channel 5 in the cooling device 4 it may be advantageous if, prior to the plurality of coolant channels 5, a common inlet and then a common outlet are arranged, which can each be designed as a collecting channel, of the branch out of the coolant channels, or in which they open.
  • each coolant channel 5 has its own coolant outlet 6 and / or its own coolant outlet 7.
  • the coolant inlet 6 and the coolant outlet 7 can be arranged on one side of the cooling device 4.
  • the coolant outlet 6 and the coolant outlet 7 can also be arranged or formed on or in different sides of the cooling device 4.
  • the accumulator 1 can be used in a variety of fields, such as in motor vehicles (e-mobility), in aircraft, etc. It can indeed after use, several accumulators 1 are combined into a single.
  • Cooling canal is on the way

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (1) mit mehreren zylindrischen Zellen (2) zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen (2), wobei die Kühlvorrichtung (4) zumindest einen Kühlmittelkanal (5), zumindest einen Kühlmitteleinlass (6) und zumindest einen Kühlmittelauslass (7) aufweist, und zumindest eine ein- oder mehrschichtige Folie (8) aufweist, die zumindest teilweise zwischen den Zellen (2) angeordnet ist.

Description

Akkumulator
Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit mehreren zylindrischen Zellen zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung zur Kühlung oder Temperierung der Zellen, wobei die Kühlvorrichtung zumindest einen Kühlmittelkanal, zumindest einen Kühlmitteleiniass und zumindest einen Kühimittelauslass aufweist.
Die Lebensdauer und die Effektivität sowie auch die Sicherheit einer wieder aufladbaren Bat- terie, d.h. eines Akkumulators, für die sogenannte E-Mobility hängen unter anderem auch von der Temperatur im Betrieb ab. Aus diesem Grund wurden schon verschiedenste Konzepte für die Kühlung bzw. Temperierung der Akkumulatoren vorgeschlagen. Im Wesentlichen lassen sich die Konzepte in zwei Typen unterteilen, nämlich die Luftkühlung sowie die Wasserkühlung bzw. generell die Kühlung mit Flüssigkeiten.
Für die Wasserkühlung werden Kühlkörper verwendet, in denen zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. Diese Kühlköper werden zwischen den einzelnen Modulen des Akkumulators oder auf den Modulen angeordnet. Ein Modul ist dabei eine selbstständige Einheit des Akkumulators, also nicht nur eine Zelle.
Problematisch die Kühlung einzelner Zellen, wenn diese zylindrisch ausgeführt sind. Die zylindrische Zelle ist jedoch die am weitesten verbreitete Zellenform, da sie einfach zu produzieren ist, mechanisch sehr stabil ist und im Vergleich zu anderen Formen die größte Energiedichte erreicht. Ein Standard ist die 18650-Zelle, die 18 mm im Durchmesser und 65 mm in der Höhe misst. Die Zeilchemie ist bei dieser Zelle in ein stabiles Rundgehäuse integriert. Aufgrund ihrer Form hat sie jedoch eine schlechte Wärmeabfuhr.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Kühlungsmöglichkeit bzw. Temperierungsmöglichkeit für Akkumulatoren mit zylindrischen Zellen zu schaffen. Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Akkumulator dadurch gelöst, dass die Kühlvorrichtung eine ein- oder mehrschichtige Folie aufweist, die zumindest teilweise zwischen den Zellen angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Flexibilität der Folie, der Raum zwischen den Zellen eines Zellenraoduls mit mehreren Zellen besser bzw. einfacher zur Kühlung bzw. Temperierung der Zeilen genutzt werden kann. Die Folie kann sich ohne weitere Maßnahmen treffen zu müssen (wie beispielsweise das Anbringen von Ausgleichsmassen) vollflächiger an die Zellen anlegen, wodurch die Wärmeübertragung in die und aus den Zellen effizienter gestaltet wer- den kann. Zudem kann durch die Folie auch eine Gewichtsreduktion erreicht werden, wodurch die Effektivität der Energieversorgung, beispielsweise für die E-Mobility, durch längere Arbeitsdauer des Akkumulators, und damit beispielsweise höhere Reichweiten eines Elektrofahrzeugs, verbessert werden kann, Wenn im Folgenden zur Vereinfachung nur mehr der Begriff„Kühlung" verwendet wird, ist dabei aber auch der Begriff„Temperierung" mitzulesen. Es wird also unter dem Begriff „Kühlung" im Sinne der Erfindung auch die Temperierung des Akkumulators verstanden.
Nach einer Ausfuhrungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen sein, dass die Kühlvor- richtung ein selbsttragendes Gehäuse aufweist, in welchem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zeilen angeordnet sind, wobei ein- oder mehrschichtige Folien zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Ausnehmungen, und insbesondere zwischen dem Gehäuse und den Zeilen, angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden sind. Es kann damit der Kühlvorrichtung eine verbesserte Stabilität verliehen werden, sodass auf zusätzliche Halterungen für die Zeilen verzichtet werden kann. Zudem kann damit eine weitere Verbessemng der Kühlung des Akkumulators erreicht werden, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Metall besteht, da über das Metall ein Teil der Wärme durch Wärmeleitung abtransportiert werden kann. Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen im Gehäuse einen im Vergleich zu einem Außendurchmesser der Zellen größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien zumindest teilweise zumindest annähernd konusförmig ausgebildet sind. Durch diese Konusform wird das Einführen der Zellen in die Kühlvorrichtung vereinfacht, wodurch die maschinelle Fertigung des Akkumulators verbessert werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung eine weitere ein- oder mehrschichtige Folie aufweist wobei die Folie und die weitere Folie unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals zwischen der Folie und der weiteren Folie miteinander verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlvorrichtung einfach aus zwei miteinander verbundenen Folienmaterialien aufgebaut ist bzw. aus diesen besteht. Eine zusätzliche Anordnung bzw. ein zusätzlicher Einbau des Kühlmittelkanals kann entfallen, da dieser durch die partielle Verbindung der beiden Folienmaterialien automatisch entsteht. Die Herstellung der Kühlvorrichtung kann großteils automatisiert erfolgen, wobei auch hinsichtlich der Geometrie der Kühlvorrichtung und der konkreten Ausgestaltung des zumindest einen Kühlmittelkanals nur sehr wenig Einschränkungen existieren. Die Folie kann nach einer weiteren Ausführungsvariante aus einem Laminat bestehen, das eine erste Kunststofffolie, eine damit verbundene Verstärkungs-schicht, eine mit der Verstärkungsschicht verbundene Metallfolie oder eine mit der Verstärkungsschicht verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist. Durch die Verstärkungsschicht kann eine verbesserte Steifigkeit und Festigkeit bei der Betriebstemperatur des Akkumulators erreicht werden. Es hat sich zudem gezeigt, dass diese Folie eine geringere Kriechneigung aufweist. Weiter weist damit die Folie eine reduzierte Wärmedehnung auf, was bei Temperaturänderungen zu weniger Spannungen in der Kühlvorrichtung führt. Durch die Metallfolie bzw. die metallisierte weitere Kunststofffolie wird eine bessere Wärnieverteilung über die Fläche der Kühlvorrichtung erreicht, wodurch deren Effizienz verbessert werden kann. Durch die bessere Wärmeverteilung aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit der Folie können zudem Hotspots im Betrieb der Kühlvorrichtung besser verhindert werden. Daneben kann damit der Kühlvorrichtung auch eine Barrierefunktion verliehen werden.
Auch die weitere Folie kann zumindest eine zweite Kunststofffolie aufweisen, die mit der ers- ten Kunststofffolie des Laminats der Folie partiell in Verbindungsbereichen verbunden ist, sodass zwischen den Verbindungsbereichen zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühlmittelkanal bildet. Es kann damit die Hersteilung der Kühlvorrichtung weiter vereinfacht werden. Aus den voranstehend genannten Gründen zum Laminat der Folie kann nach einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die weitere Folie ebenfalls aus einem Laminat besteht, das die zweite Kunststofffolie, eine damit verbundene Verstärkungsschicht, eine mit der Verstärkungsschicht verbundene Metallfolie oder eine mit der Verstärkungsschicht verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist,
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungsschi cht eine Faserverstärkung aufweist. Mit der Faserverstärkung kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verstärkungselementes veningert und an den Wert der Folien angenähert werden. Somit kann das Wärmeübertragungselement weniger Eigenspannungen und eine geringere Verzugsneigung aufweisen.
Die Faserverstärkung kann dabei nach einer Ausführungsvariante dazu durch ein Gewebe gebildet sein, wodurch eine weitere Verbesserung des mechanischen Verhaltens der Kühlvor- richtung erreicht werden kann.
Es ist auch möglich, dass die erste Kunststofffolie und/oder die zweite Kunststoff-folie und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie aus einem Kunststoff besteht/bestehen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus PE, POM, PA, PPS, PET, vernetzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-ZEster Basis, Styrol-Block-Copolymere, Siiikonelasto- mere. Insbesondere diese Kunststoffe haben sich für den Einsatz zur Hersteilung der Kühlvorrichtung mit einem höheren Automatisierungsgrad durch die bessere Extrusionsfähigkeit als vorteilhaft herausgestellt. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann vorgesehen werden, dass in Richtung auf die Zellen mehrere Folien übereinander angeordnet sind, zwischen denen mehrere Kühlkanäle ausgebildet sind. Dabei erweist sich die Verwendung der Folie und gegebenenfalls weiteren Folie als vorteilhaft, da damit trotz der höheren Kühlleistung ein geringes Gewicht der Kühlvorrichtung erreicht werden kann.
Zwischen den mehreren übereinander angeordneten Folien kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Akkumulators eine Faserschicht angeordnet sein, wodurch eine weitere Gewichtsreduktion erreichbar ist, insbesondere wenn nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen ist, dass der Kühlmittelkanal oder die Kühlkanäle zumindest teilweise in der Faserschicht ausgebildet ist oder sind.
Nach einer andern Ausführungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen werden, dass der Auslass und/oder der Einlass durch ein Distanzelement zwischen der Folie und der weiteren Folie gebildet ist. Es kann damit eine bessere Trennung der Folien der Kühlvorrichtung im Bereich des zumindest einen Kühlmittelkanals zumindest im Bereich des Einlasses und/oder Auslasses erreicht werden, wobei gleichzeitig eine verbesserte Dichtheit der Kühlvorrichtung in diesem Bereichen einfacher erreicht werden kann.
Eine verbesserte Kühlung kann der Zellen kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Akkumulators erreicht werden, wenn der Kühlkanal spiralförmig verlaufend angeordnet ist.
Von Vorteil ist es in Hinblick auf die Einfachheit der Ausführung, der Kühlleistung und der Anordenbarkeit zwischen den Zellen, wenn gemäß einer Ausführungsvariante des Akkumulators vorgesehen ist, dass die Kühlvorrichtung schlauchförmig ausgebildet ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig, 1 einen Akkumulator in Schrägansicht von oben,
Fig. 2 eine erste Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben;
Fig. 3 eine zweite Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben;
Fig. 4 eine dritte Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben;
Fig. 5 eine erste Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht; Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im Akkumulator nach Fig. 5 Draufsicht;
Fig. 7 die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 5 in Seitenansicht;
Fig. 8 eine zweite Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
Fig. 9 einen Ausschnitt der Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im
Akkumulator nach Fig. 8 Draufsicht;
Fig. 10 eine dritte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
Fig. 11 die Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im Akkumulator nach Fig. 10 Draufsicht;
Fig. 12 einen Ausschnitt aus einer vierten Ausführungsvariante der Anordnung einer
Kühlvorrichtung im Akkumulator in Draufsicht; eine fünfte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht; einen Ausschnitt aus der Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 13 in Seitenansicht; eine sechste Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akku mulator in Schrägansicht; die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 15 in Seitenansicht; Fig. 17 einen Ausschnitt aus einer siebenten Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
Fig. 18 die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 17 in Seitenansicht;
Fig. 19 eine achte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
Fig. 20 einen Ausschnitt aus einer neunten Ausführungsvariante der Anordnung einer
Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
Fig. 21 ein Detail aus einer zehnten Ausfuhrungsvariante des Akkumulators;
Fig. 22 ein Detail aus einer elften Ausführungsvariante des Akkumulators;
Fig. 23 einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung;
Fig. 24 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung;
Fig. 25 einen Ausschnitt aus einer Ausfuhrungsvariante der Kühlvorrichtung mit mehreren Kühlebenen übereinander.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschri ebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Die folgenden Ausführungen können auf alle Ausführungsvarianten der Erfindung angewandt werden, sofern sich aus der Beschreibung oder den Zeichnungen nicht etwas anderes ergibt. In Fig. 1 ist ein Akkumulator 1, d.h. eine wieder aufladbare Batterie, in Schrägansicht dargestellt. Der Akkumulator umfasst mehrere Zellen 2, die eine zylindrische Form haben. Die Zellen 2 werden bei dieser Ausführungsvariante des Akkumulators von zumindest einem Rahmenelement 3 in Position gehalten. Das zumindest eine Rahmenelement 3 weist Durchbrüche auf, durch die die Zellen hindurchgesteckt sind.
Im konkret dargestelltem Beispiel sind ein oberes und ein unteres Rahmenelement 3 vorgesehen. Es kann aber auch nur ein Rahmenelement 3 vorhanden sein.
Es sei bereits an dieser Stelle ausgeführt, dass die Anzahl der Zellen 2 in den dargestellten Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 den Schutzumfang nicht beschränkend zu verstehen ist.
Weiter können mehrere Zeilen 2 zu einem Zellenmodul zusammengefasst sein. Beispielsweise kann der in Fig. 1 dargestellte Akkumulator 1 ein derartiges Modul sein. Mehrere dieser Module können in der Folge in einem Akkumulator 1 verbaut sein, um damit dessen Leistungsvermögen zu erhöhen.
Die Zellen 2 dienen der Speicherung der elektrischen Energie. Dazu weisen sie einen entsprechenden Aufbau auf. Beispielsweise kann eine Zelle eine Schichtung aus Folien umfassend die Anode, die Kathode und einen Separator, wie dies an sich bekannt ist. Es sei diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.
Die Zellen 2 können unterschiedlich im Akkumulator 1 bzw. im Zellenmodul angeordnet sein. Drei Ausführungsvarianten sind in den Fig. 2 bis 4 gezeigt. Beispielsweise können die Zellen 2 in Reihen angeordnet sein, wobei jede zweite Reihe um circa eine halbe Zellenbreite (= Durchmesser der Zelle) versetzt ist. Die Zellen jeder zweiten Reihe sind also in den Lücken der jeweils benachbarten Zellenreihen angeordnet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Zellen 2 in einem Dreiecksraster aus gleichseitigen Dreiecken angeordnet. Ein derartiges Dreieck ist in Fig. 2 strichiiert angedeutet. Es ist aber auch die unversetzte Ausführungsvariante möglich, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Hier sind die Zellen 2 in einem Raster aus Quadraten angeordnet, wie diese ebenfalls strichliert angedeutet ist.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der ein zentrale Zelle 2 von sechs Zellen 2 umgeben unter Ausbildung einer Sechseckform umgeben ist.
Der Akkumulator 1 ist nicht auf eine dieser dargestellten Muster der Anordnung der Zellen 2 beschränkt.
Der Akkumulator umfasst weiter zumindest eine Kühlvorrichtung 4 (es können auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 in dem Akkumulator angeordnet werden) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen 2, wie sie anhand einer ersten Ausführungsvariante der Anordnung dieser Kühlvorrichtung 4 im Akkumulator 1 in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Die Kühlvorrichtung 4 weist zumindest einen Kühlmittelkanal 5, zumindest einen Kühlmitteleini ass 6 und zumindest einen Kühlmittelauslass 7 auf. Über den Kühlmittel einlass 6 wird ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise ein Glykol/Wasser-Gemisch, in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht, und mit dem Kühlmittelauslass 7 wieder ausgebracht. Die Kühlvorrichtung 4 ist in einen entsprechenden Kühlmittelkreislauf eingebunden, der hier nicht näher dargestellt wird.
Die Kühlvorrichtung 4 weist zumindest eine ein- oder mehrschichtige Folie 8 aufweist, die zumindest teilweise zwischen den Zellen 2 angeordnet i st und die den Kühlmittelkanal 5 ausbildet.
Aufgrund der Flexibilität der Folie 8 kann die Kühlvorrichtung 4 besser in die Räume zwischen den Zellen 2 Platz finden und sich gleichzeitig auch besser an die Oberfläche der Zellen 2 anlegen, insbesondere unmittelbar anlegen, wie dies insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist. Nachdem die Folie 8 flexibel ist, also nicht steif ist, kann sich diese Folie 8 an Unebenheiten der Zellen 3 oder zwischen den Zellen 2 besser anpassen. Zudem kann damit die Ausdehnung der Zeilen 2 durch Temperaturerhöhung einfacher ermöglicht werden. Eine Ausgleichsmasse zwischen der Kühlvorrichtung 4 und den Zellen 2 ist nicht erforderlich. Es kann damit die Wärmeübertragung von den Zellen 2 in die Kühlvorrichtung 4 verbessert werden.
Die Kühlvorrichtung 4 erstreckt sich bei dieser Ausführungsvariante annähernd linear (abge- sehen von der Welligkeit aufgrund der Anlage an die Zellen 2) zwischen zwei Reihen von Zellen 2. Nachdem die Reihen versetzt zueinander sind (siehe Ausführungen zur Fig. 2), erfolgt die Anlage der Folie 8 an die Zellen 2 abwechselnd, d.h. dass die Folie 8 mit einer Seite an den Zellen 2 der ersten Reihe und mit der zweiten Seite an den Zellen 2 der zweiten Reihe in Längserstreckung der Kühlvorrichtung 4 abwechselnd anliegt. Sofern mehr Reihen von Zellen 2 im Akkumulator 1 angeordnet sind, kann auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet werden, wie dies teilweise aus den weiteren Figuren ersichtlich ist.
Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, erstreckt sich die Kühlvorrichtung 4 bevorzugt über zumindest annähernd die gesamte Höhe der Zellen 2.
Abhängig von der Anzahl an Zellen 2 in den Reihen weist als die Kühlvorrichtung 4 eine zumindest annähernd rechteckförmige (wie in den Fig. 5 und 6) oder zumindest annähernd quadratische Form auf. Der Kühlmitteleinlass 6 und/oder der Kühlmittelauslass 7 können als Rohrstutzen, also zylinderförmig, ausgebildet sein. Insbesondere bestehen sie aus einem Kunststoff, der mit der Folie 8 verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, beispielsweise verschweißt oder verklebt ist. Der Kühlmittelkanal 8 durch die Folie 8 selbst gebildet. Dazu kann eine Lage Folie„gefaltet" und die offenen Seiten entlang der Seitenkanten der aufeinanderliegenden Folienteile miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Es können aber auch zwei (oder mehr) Folienzuschnitte aufeinandergelegt und allseitig stoffschlüssig unter Ausbildung von Verbindungsbereichen, beispielsweise von Schweißnähten 9, miteinander verbunden werden, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Verbindungsbereiche sind in den Bereichen, in denen der Kühlmitteleinlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 angeordnet werden, unterbrochen. Bei Bedarf können auch mehr als ein Verbindungsbereich, bei spielsweise mehr als ein Schweißnaht 9, pro Seitenkante der Folie 8 angeordnet bzw. ausgebildet werden, um der Kühlvorrichtung 4 eine höhere Sicherheit gegen Undichtigkeiten zu verleihen. Der Kühlmittelkanal 5 kann im einfachsten Fall als unverzweigter Kanal, gerader Kanal ausgebildet sein. Eis ist aber auch möglich, den Strömungsverlauf des Kühlmittels beliebig an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen. In Fig. 7 verlaufen beispielsweise ein erster Kühlmittelkanalabschnitt 10 und ein zweiter Kühlmittelkanalabschnitt 11 zumindest annähernd parallel zueinander. Die beiden Kühlmittelkanalabschnitte 10, 11 sind durch mehrere senkrecht dazu orientierte Kühlmittelkanalabschnitte 12 miteinander verbunden. Das einlaufende Kühlmittel wird daher auf mehrere Teilströme aufgeteilt und nach dem Durchlaufen der Kühlmittelkanalabschnitt 12 wieder zu einem Kühlmittelstrom vereinigt.
Generell kann der Kühlmittelkanal 5 auch mäanderförmig verlaufend ausgebildet sein.
Auch hier erweist sich die Verwendung von zumindest einer Folie 8 für die Kühlvorrichtung
4 als Vorteil, da die konkrete Ausführung des Kühlmittelkanals 5 durch Anordnung weiterer Verbindungsbereiche, insbesondere weiterer Schweißnähte 13, einfach herstellbar ist, insbesondere gleichzeitig mit der Herstellung der Verbindungsbereiche entlang der Seitenkanten, also beispielsweise der Schweißnähte 9, erfolgen kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass der in Fig. 7 konkret dargestellt Verlauf des Kühlmittelkanals
5 nicht den Schutzumfang beschränkend zu verstehen ist. Die Kühlvorrichtung 4 kann auch mehr als einen Kühlmitteleinlass 6, mehr als einen Kühi- mittelauslass 7 und mehr als einen Kühlmittelkanal 5 aufweisen.
In den weitem Figuren sind weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformen des Akkumulators 1 gezeigt, wobei wiedemm für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den Fig. 1 bis 7 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung zu den Fig. 1 bis 7 hingewiesen bzw. Bezug genommen. Wie bereits voranstehend angemerkt, kann der Akkumulator 1 auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 aufweisen. Als Beispiel ist in den Figuren 8 und 9 ein Akkumulator 1 gezeigt, der zwei neben einander angeordnete Kühlvorrichtungen 4 aufweist, wobei jede Kühlvorrichtung 4 jeweils zwei Reihen von Zellen 2 zugeordnet ist.
Anders als bei voranstehend ausgeführter Ausführungsvariante des Akkumulators 1 ist die Kühlvorrichtung 4 hier schlauchförmig ausgebildet. Es kann nur ein Kühlmittelkanal 5 zwischen dem Kühlmitteleinlass 6 und dem Kühlmittelauslass 7 ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass mehr als ein Kühlmittel kanal 5 ausgebildet wird, beispielsweise zwei, wie dies in Fig. 8 mit einer Schweißnaht 13 angedeutet ist. Die beiden Kühlmittelkanäle 5 verlaufen in einer Strömungsrichtung 14 des Kühlmittels parallel zueinander.
Die Kühlmitteleinlässe 6 und die Kühlmittelauslässe 7 sind zumindest teilweise trichterförmig ausgebildet, womit die Aufteilung des Kühlmittels auf die zur Verfügung stehende Querschnittsfläche rascher erfolgen kann. Im Wesentlichen sehen die beiden Kühlvorrichtungen 4 damit annährend tubenförmig aus.
Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass die Kühlvorrichtungen 4 im Bereich zwischen den Zellen Aufweitungen 15 aufweisen. Dies kann wiederum aufgrund der Flexibilität der Folie 8 erreicht werden. Durch diese Aufweitungen 15 liegen die beiden Kühlvorrichtungen 5 großflächiger an den Zeilen 2 an.
Es ist weiter aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, dass jeweils zwei Reihen von Zellen, zwischen denen jeweils eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet i st, keine Versetzung aufweisen, also die Zellen auf einem quadratischen Raster angeordnet sind, wie dies zu Fig. 3 ausgeführt wurde. Daraus gebildeten Einheiten aus zwei Reihen Zellen 2 und der dazwischen angeordneten Kühlvorrichtung 4 können aber wieder um ca. einen halben Durchmesser der Zellen 2 versetzt sein (in Fig. 8 die beiden mittleren Reihen an Zellen 2).
Das„ca." beim Versatz um ca. einen halben Zellendurchmesser bezieht sich auf den Umstand, dass die Zelien2 im Akkumulator 1 zueinander beabstandet sind und dieser Abstand daher beim Versatz der Reihen mitberücksichtigt werden muss. Mit den Fig. 10 und 11 soll verdeutlicht werden, dass es auch möglich ist, einen Akkumulator 1 der mehr als zwei Reihen Zellen 2 aufweist, mit nur einer Kühlvorrichtung 4 auszustatten. Nachdem die Folie 8 flexibel ist, ist es möglich, diese schlangenartig zwischen Zellen 2 zu platzieren. Die Kühlvorrichtung 4 kann auch zumindest annähernd U-förmig verlegt werden.
Derartige Ausführungen mit nur einer Kühlvorrichtung 4, die zur Kühlung von mehr als zwei Reihen an Zellen 2 dienen, haben den Vorteil, dass damit die Anzahl an notwenigen Kühlmit- teleinlässen 6 und Kühlmittelauslassen 7 reduziert werden kann. Nur der Vollständigkeit halber sei ausgeführt, dass die Kühlvorrichtung 4 auch bei dieser Ausführungsvariante des Akkumulators 1 schlauchförmig ausgebildet sein kann.
Die Fig. 12 zeigt, dass es möglich ist, die oder eine Kühlvorrichtung 4 zwischen jeder Reihe von Zellen 2 anzuordnen. Dabei ist es auch möglich, dass sie Zellen 2 in einem Viereckraster und in einem Dreieckraster angeordnet sind, wie dies in Fig. 12 strichliert angedeutet ist. Strömungstechnisch betrachtet wird jedoch der Dreieckraster bevorzugt.
Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsvarianten kann die Kühlvorrichtung 4 bzw. können die Kühlvorrichtungen 4 flexibel verlegt werden. Die Ausführungen sind nicht auch eine bestimmte Anzahl an Zeilen oder eine bestimmte Länge der Kühlvorrichtung 4 beschränkt, da letztere beliebig ausgestaltbar ist.
In Fig. 13 ist eine Ausführung des Akkumulators 1 gezeigt, bei der eine zentrale Zeile 2 ist von sieben Zellen 2 in Form umgeben ist. Um die Blick auf die zwischen der zentralen Zelle 2 und die äußeren Zellen 2 liegende Kühlvorrichtung 4 zu ermöglichen ist in Fig. 13 die siebte äußere Zelle nicht dargestellt.
Bei dieser Ausführungsvariante werden zwei schlauchförmige Kühlvorrichtungen 4 miteinander kombiniert, indem die beiden Schläuche miteinander verbunden werden, insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen. Es entsteht damit ein einziger Schlauch, mit dem es möglich ist, die zentrale Zelle 2 einerseits zu kühlen und andererseits verhindert wer- den kann, dass die zentrale Zelle 2 zu stark abkühlt. Dazu kann beispielsweise die Folienoberfläche und/oder die Folienart der verwendeten Folie 8 zusätzlich entsprechend angepasst werden.
Die Ausfuhrung des Kühlmittelkanals 5 kann wiederum variabel gestaltet werden. Beispielsweise kann dieser durch die weiteren Verbindungsbereiche der Folien 8, insbesondere die Schweißnähte 13, so ausgebildet werden, dass das Kühlmittel zick-zaek durch die die Kühlvorrichtung 4 läuft, wie dies in Fig. 14 angedeutet ist.
Es ist aber auch möglich, dass das Kühlmittel zumindest annähernd in Richtung der Höhe der Zellen 2 strömt, wie dies anhand der Fig. 15 und 16 verdeutlicht ist. Es kann dabei eine Um- lenkung der Strömung nur im Bereich des Kühlmitteleinlasses 6 und/oder der Kühlmittelauslasse 7 erfolgen. Durch die Umlenkung können Turbulenzen erzeugt werden, um das Kühlmittel optimal zu nutzen. Derartige Turbulenzen können alternativ oder zusätzlich dazu auch durch entsprechend hohe Einlaufströmungsgeschwindigkeiten erreicht werden.
Neben den dargestellten Verlaufen des Kühlmittelkanals 5 soll mit den Fig. 17 und 18 veranschaulicht werden, dass dieser auch anders als dargestellt verlaufen kann, insbesondere spiralförmig verlaufen kann. Auch dieser spiralförmige Verlauf kann entweder durch entsprechende Anordnung einer schlauchförmigen Kühlvorrichtung 4 oder durch entsprechende Ausbildung von Verbindungsbereichen, insbesondere den Schweißnähten 13 in der Folie 8 erzeugt werden.
Bei den Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 nach den Fig. 19 bis 22 weist dieser ein selbsttragendes Gehäuse 16 auf, das Teil der Kühlvorrichtung 4 ist. In dem Gehäuse 16 sind Ausnehm ungen bzw. Durchbrüche 17 in einem Deckelteil 18 und Ausnehmungen bzw.
Durchbrüche 19 in einem Bodenteil 20 angeordnet bzw. ausgebildet. In die bzw. durch die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17 im Deckelteil 18 und in die bzw. durch die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 19 im Bodenteil 20 sind die Zellen 2 gesteckt, wobei die Zellen 2 wie beiden den andere Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 oben und unten über die Kühlvorrichtung 4 vorragend angeordnet sind. Das Gehäuse 16 kann damit das zumindest eine Rahmenelement 3 nach Fig. 1 ersetzen. Die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 sind an die Querschnittsform der Zellen 2 ange- passt, also insbesondere kreisförmig im Querschnitt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Kühlvorrichtung 4 in Fig. 20 teilweise geschnitten darge- stellt ist, um einen Einblick in das Innere der Kühlvorrichtung 4 zu ermöglichen.
Das Gehäuse 16 besteht bevorzugt zumindest teilweise aus einem, gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem Hartkunststoff, oder aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegieurng.
Zwischen jeweils zwei einander in Richtung der Höhe der Zeilen 2 gegenüberliegenden Ausnehmungen, also beispielsweise einem Durchbruch 17 im Deckeiteil 18 und einem Durchbruch 19 im Bodenteil 20, sind jeweils ein- oder mehrschichtige Folien 8 angeordnet und mit dem Gehäuse 2 verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt. Bevorzugt erstrecken sich die Folien 8 auch bis in die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19, insbesondere über die gesamte Höhe dieser Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 in Richtung der Längserstreckung der Zellen 2, und sind mit den Seitenwänden der Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 verbunden, wie dies aus den Fig. 21 und 22 ersichtlich ist. Die Folien 8 stellen bei diesen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 lediglich eine
Membran dar, mit der ein Innenraum 21 des bis auf zumindest einen Zu- und Ablauf für das Kühlmittel geschlossenen Gehäuses 16 gegen die Zellen 2 abgetrennt ist. Der Innenraum 21 selbst des Gehäuses 16 bildet den Kühlmittelkanal 5 der Kühlvorrichtung 4. Das Gehäuse 16 wird also vollständig von dem flüssigen Kühlmittel durchströmt. Der Flüssigkeitsdruck im Betrieb drückt die Folien 8 gegen die Zeilen 2, wodurch eine entsprechend gute Kühlung der Zellen 2 erreicht werden kann.
Wie aus den Fig. 21 und 22 zu ersehen ist, kann gemäß einer Austuhrungsvariante dazu vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen im Gehäuse 16 einen im Vergleich zu einem Außen- durchmesse!" der Zellen 2 größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien 8 in diesem Bereich beabstandet zu den Zellen 2 angeordnet sind. Diese Bereiche können dabei zumindest teilweise zumindest annähernd konusförmig ausgebildet sein (Fig. 21) oder zylindrisch (Fig. 22), Für die Herstellung günstiger ist die konusförmige Ausführung, die zylindrische Ausführung ist hingegen eine platzoptimierte Ausführungsvariante.
In Fig. 23 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 im Querschnitt dargestellt.
Es sei an dieser Steile erwähnt, dass die Kühlvorrichtung 4 der nachfolgenden Ausführungsvarianten bzw. die im Folgenden beschriebene Folie 8 bzw. weitere Folie auch in den voranstehend vorgestellten Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 eingesetzt werden können. Um dies zu verdeutlichen sei beispielsweise genannt, dass die Folie 8 im Akkumulator nach Fig. 5 wie nachstehend beschrieben zusammengesetzt sein kann und gegebenenfalls mit einer weiteren Folie, wie nachstehend beschrieben, verbunden sein kann.
Es sei aber auch darauf hingewiesen, dass die Folie 8 der Ausführungsvarianten des Akkumu- lators 1 nach den Fig. 1 bis 22 auch anders als nachstehend beschrieben aufgebaut bzw. zusammengesetzt sein kann.
Die Kühlvorrichtung 2 umfasst die Folie 8 und eine weitere ein- oder mehrschich-tige Folie 10. Die Folie 8 und die weitere Folie 22 sind unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmit- telkanals 5 zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 miteinander in Verbindungsbereichen 23 verbunden. Zwischen den Verbindungsbereichen 22 verbleiben nicht verbundene Bereiche, in denen durch die Beabstandung der Folie 8 von der weiteren Folie 22 der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 ausgebildet ist. Der Folie 8 und die weitere Folie 22, die insbesondere oberhalb der Folie 8 angeordnet ist, erstrecken sich wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 ohne das Gehäuse 16 bevorzugt über eine Fläche die bevorzugt zumindest annähernd, insbesondere zu 100 %, der Fläche der Kühlvorrichtung 2 entspricht (in Draufsicht betrachtet).
Die Folie 8 besteht bei dieser Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 aus einem Laminat, das eine erste Kunststofffolie 24, eine damit verbundene Verstärkungsschicht 25, eine mit der Verstärkungsschicht 25 verbundene Metallfolie 26 oder eine mit der Verstärkungsschicht 25 verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist. Der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 ist wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 ohne das Gehäuse 16 nicht durch gesonderten Bauteile sondern wird durch die nur partielle Verbindung der Folien, also bei dieser Ausführungsvariante der Folie 8 mit der weiteren Folien 22 gebildet. Die Wand bzw. die Wände des zumindest einen Kühlmittelkanals 5 werden also durch die Folie 8 und die weitere Folie 22 gebildet, vorzugsweise jeweils zur Hälfte.
Bevorzugt umfasst die weitere Folie 10 zumindest eine zweite Kunststofffolie 27 bzw. besteht aus dieser. Die zweite Kunststofffolie 27 ist mit der erste Kunststofffolie 24 des Laminats der Folie 8 partiell in den Verbindungsbereichen 23 verbunden, sodass zwischen den Verbindungsbereichen 23 zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühi- mittelkanal 5 bildet.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass nach einer Ausführungsvariante dazu auch die weitere Folie 22 aus einem Laminat besteht, das die zweite Kunststofffolie 27, eine damit verbundene Verstärkungsschicht 28, eine mit der Verstärkungsschicht 28 verbundene Metallfolie 29 oder eine mit der Verstärkungsschicht 28 verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.
Prinzipiell können auch andere Laminate verwendet werden. Beispielsweis kann nur die Folie 8 mit der Metallfolie 26 oder nur die weitere Folie 22 mit der Metallfolie 29 versehen sein. Ebenso kann nur die Folie 8 die Verstärkungsschicht 25 oder nur die weitere Folie 22 die Verstärkungsschicht 28 aufweisen. Es sind mehr als dreischichtige Aufbauten der Folie 8 und/oder der weiteren Folie 22 möglich. Bevorzugt sind die Folie 8 und die weitere Folie 22 jedoch gleich ausgebildet.
Die Verstärkungsschicht 28 und/oder die Metallfolie 29 der weiteren Folie 22 kann/können unterschiedlich sein zur Verstärkungsschicht 25 und/oder zur Metallfolie 1264 des Folie 8. Vorzugsweise sind die beiden Verstärkungsschichten 25, 28 und/oder die beiden Metallfolien 26, 29 jedoch gleich ausgebildet. Die beiden Folien 8, 22 sind so angeordnet, dass die beiden Kunststofffolien 24, 27 aneinander anliegen und über diese Kunststofffolien 24, 27 die genannte partielle Verbindung ausgebildet wird. Falls die weitere Folie 22 (nur) die zweite Kunststofffolie 27 aufweist wird diese zweite Kunststofffolie 27 unmittelbar benachbart zur Kunststofffolie 24 des Folie 8 angeord- net und mit dieser verbunden.
Anstelle einer Metallfolien 26, 29 können auch metallisierte weitere Kunststofffolien verwendet werden, wobei in diesem Fall die Metallisierung vorzugsweise zwischen der Verstärkungsschicht 25, 28 und der weiteren Kunststofffolie angeordnet wird.
Die erste Kunststofffolie 24 und/oder die zweite Kunststofffolie 27 und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie besteht/bestehen bevorzugt zu zumindest 80 Gew.-%, insbesondere zu zumindest 90 Gew.-% oder zu 100 Gew.~%, aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer. Der thermoplastische Kunststoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe um- fassend bzw. bestehend aus Polyethylen (PE), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), insbesondere PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Poiyphenylensulfid (PPS), Polyethy- lenterephthalat (PET), vernetzte Polyolefine, bevorzugt Polypropylen (PP). Das Elastomer kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassen bzw. bestehend aus thermoplastische Elastomere wie z.B. thermoplastische Vulkanisate, olefin-, amin-, ester-basierende, thermoplasti- sehe Polyurethane, insbesondere thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol- Block-Copolymere, Silikonelastomere.
Es sei an dieser Steile erwähnt, dass unter einem Kunststoff ein synthetisches oder natürliches Polymer verstanden wird, das aus entsprechenden Monomeren hergestellt ist.
Vorzugsweise besteht/bestehen die erste Kunststofffolie 24 und/oder die zweite Kunststofffolie 27 und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie aus einer so-genannten Siegelfolie. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Folien direkt mit-einander verbunden werden können.
Es ist aber auch möglich, andere Kunststoffe, wie z.B. duroplastische Kunststoffe bzw. duroplastische Werkstoffe einzusetzen, die dann beispielsweise mit einem Klebstoff miteinander verklebt werden. Hierzu eignen sich insbesondere Zwei-komponenten Klebstoffsysteme auf Polyurethanbasis oder Silikonbasis oder auch Heißklebesysteme.
Bevorzugt umfasst/umfassen die Verstärkungsschicht(en) 25, 28 eine oder be-steht/bestehen aus einer Faserverstärkung.
Die Faserverstärkung ist bevorzugt als eigene Schicht ausgebildet, die zwischen der Kunststofffolie 24 bzw. der Kunststofffolie 27 und der Metallfolie 26 bzw. der Metallfolie 29 oder der metallisierten weiteren Kunststofffolie angeordnet ist. Sollten in der Faserverstärkungs- schicht Hohlräume ausgebildet sein, können diese auch mit dem Kunststoff der Kunststofffolie 24 bzw. der Kunststofffolie 27 oder der metallisierten weiteren Kunststofffolie zumindest teilweise ausgefüllt sein.
Die Faserverstärkung kann aus Fasern und/oder Fäden gebildet sein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern,
Mineralfasern, wie beispielsweise Basaltfasern, Natur-fasern, wie z.B. Hanf!, Sisal, und Kombinationen daraus.
Bevorzugt werden Glasfasern als Faserverstärkungsschicht eingesetzt. Der Anteil der Fasern, insbesondere der Glasfasern, an der Faserverstärkung kann zumindest 80 Gew.-%, insbesondere zumindest 90 Gew.-% betragen. Bevorzugt bestehen die Fasern und/oder Fäden der Fa- serverstärkung ausschließlich aus Glasfasern,
Die Fasern und/oder Fäden können in der Faserverstärkung als Gelege, beispielsweise als Vlies, vorliegen. Bevorzugt wird jedoch ein Gewebe oder ein Gestrick aus den Fasern und/oder Fäden, Es ist dabei auch möglich, dass das Gewebe oder Gestrick nur bereichsweise vorliegt und die restlichen Bereiche der Faserverstärkung durch ein Gelege gebildet werden.
Es ist auch möglich, dass gummierte Fasern und/oder Fäden als bzw. für die Faserverstärkung eingesetzt werden. Bei Verwendung eines Gewebes sind unterschiedliche Bindungsarten, insbesondere Leinwand-, Köper- oder Atlasbindung, möglich. Bevorzugt wird eine Leinwandbindung eingesetzt.
Es ist aber auch möglich, ein offenmaschiges Glasgewebe oder Glasgeiege zu verwenden.
Die Faserverstärkung kann als Einzelschicht ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Faserverstärkung mehrere, gegebenenfalls voneinander getrennte, Einzelschichten aufweist, beispielsweise zwei oder drei, wobei zumindest einzelne der mehreren Einzel schichten zumindest bereichsweise, vorzugsweise zur Gänze, auch aus zum Rest der Einzel schichten unterschiedlichen Fasern und/oder Fäden bestehen können.
Alternativ oder zusätzlich zur Faser«,'' er Stärkung kann/können die Verstärkungs-schicht(en) 25, 28 eine mineralische Füllung aufweisen. Als mineralische Füllung (mineralischer Füllstoff) kann beispielsweise Calziumcarbonat, Talkum, Quarz, Wollastonit, Kaolin oder Glimmer eingesetzt werden.
Die Metallfolie 26, 29 ist insbesondere eine Aluminiumfolie. Es sind aber auch andere Metalle verwendbar, wie beispielsweise Kupfer oder Silber.
Die Metalifolie 26, 29 kann eine Schichtstärke zwischen 5 μηι und 100 μπι aufweisen.
Im Falle des Einsatzes der metallisierten weiteren Kunststofffolie können für die Metallisierung die genannten Metalle verwendet werden. Vorzugsweise weist die Metallisierung eine Schichtdicke auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 5 nm bis 100 nm. Die metallische Bedampfung der weiteren Kunststofffolie kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergesteilt werden.
Die Kunststofffolie 24 und/oder die Kunststofffolie 27 und/oder die weitere Kunststofffolie, die die Metallisierung aufweist, kann/können eine Schichtdicke zwischen 10 μηι und 200 μηι aufweisen. Die Schichtdicke der Verstärkungsschi cht(en) 25, 28 kann zwischen 5 μτη und 50 μηι betragen.
Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 kann/können insbesondere folgenden Aufbau in der angegebenen Reihenfolge aufweisen:
Kunststofffolie 24 bzw. Kunststofffolie 27 aus PP;
Verstärkungsschicht 25, 28 aus einem Glasfasergewebe;
Metallfolie 26, 29 aus Aluminium mit einer Schichtdicke von 12 μηι.
Für den Fall, dass die weitere Folie 10 nur aus der Kunststofffolie 15 besteht, wird hierfür bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) als Kunststoff verwendet.
Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 können auch noch zumindest eine weitere Schicht aufweisen, wie beispielsweise zumindest eine weitere Verstärkungslage und/oder zumindest eine Primerschicht und/oder zumindest eine thermotrope Schicht. Obwohl die Folie 8 und die weitere Folie 22, falls diese ebenfalls ein Folienlaminat ist, prinzipiell in Form der Einzelfolien zur Hersteilung der Kühlvorrichtung 4 eingesetzt werden können, sodass das bzw. die Folienlaminat(e) erst im Zuge der Herstellung der Kühlvorrichtung 4 ausgebildet werden, ist es von Vorteil, wenn die erste Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 als (laminiertes) Halbzeug eingesetzt werden,
Zur Verbindung der Einzelschichten des Laminats oder der Laminate können diese miteinander über Klebstoffe verklebt werden. Hierzu eignen sich die voranstehend genannten Klebstoffe. Neben Klebstoffen kann auch die Coextrusion und die Extrusionsbeschichtung als Verbindungsmöglichkeit eingesetzt werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination mög- lieh, dass mehrere Kunststoffe coextrudiert und mit einer extrusionsbeschichteten Metall- o- der (Faser) Verstärkungsschicht miteinander klebekaschiert werden. Generell können sämtliche bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien bzw. Folienlaminaten verwendet werden , Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Kühl -Vorrichtung 4 noch zumindest eine zusätzliche Folie aufweist die mit der Folie 8 oder der weiteren Folie 22 partiell verbunden ist, wie dies voranstehend zur Verbindung des Folie 8 mit der weiteren Fo- lie 22 beschrieben wurde. Die Kühlmittel-kanäle 5 können damit in zumindest zwei Ebenen übereinander angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall bevorzugt nicht deckungsgleich, sondern seitlich versetzt zueinander auf die voranstehend beschriebene bzw. die nachfolgend noch zu beschreibende Art und Weise ausgebildet werden. In diesem Fall ist es von V orteil, wenn die Folie 8 oder die weitere Folie 22 auf beiden äußeren Seiten (Oberflächen) die Kunststofffolie 24 oder die Kunststofffolie 27 aufweisen, sodass über diese der Verbund mit den zusätzlichen Folien hergestellt werden kann, also insbesondere wieder zwei Siegelfolien miteinander verbunden werden können.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4. Bei dieser wird zwischen der Kunststofffolie 24 und der Kunststofffolie 27 (beide in Fig. 23 dargestellt) eine Faserschicht 30, beispielsweise aus einem Papier, angeordnet. Diese Faserschicht 30 ist flüssigkeitsfest ausgerüstet. Dazu kann auf den Oberflächen, die mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen, eine Beschichtung 31 vorgesehen sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Fasern des Papiers bzw. der Faserschicht 30 an sich flüssigkeitsfest aus- gerüstet, beispielsweise beschichtet sind.
Die Beschichtung 31 hat aber zudem auch eine andere Funktion, In der Faserschicht 30 wird der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 vorgesehen, beispielsweise durch Prägen oder ein anderes formgebendes Verfahren. Um die hergestellte Form im Betrieb des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 4 beibehalten zu können, kann der Faserschicht 30 mit der Beschichtung 31 eine höhere Festigkeit bzw. Steifigkeit verliehen werden.
Die Beschichtung 31 kann beispielsweise eine gehärtete Klebstoffschicht sein. Um weiter Gewicht des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 2 einsparen zu können, kann nach einer weiteren Ausführungsvariante dazu, die in Fig. 25 gezeigt ist, vorgesehen sein, dass mehrere dieser mit der Beschichtung 31 versehenen Faserschichten 30 zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 übereinander liegend, insbesondere unmittelbar übereinander liegend, angeordnet sind.
Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 können auch bei diesen Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 4 als Einzelfolien oder als Laminate ausgebildet sein.
In der bevorzugten Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 weist diese auch entsprechende Anschlusselemente (Kühlmitteleinlass 6, Kühlmittelauslass 7) für den Anschluss der Zulaufleitung und der Ablaufleitung für das Kühlmittel auf. Prinzipiell können diese als her- kömmliche Anschlusselernente ausgebildet sein, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind diese Anschlusselemente aber ebenfalls zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, aus einem Kunststoff hergestellt, wobei als Kunststoffe die voranstehend genannten Kunststoffe verwendet werden können. Nach einer anderen Ausführungsvariante des Akkumulators 1 kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelauslass 6 und/oder der Kühlmitteleinlass 7 durch ein Distanzelement (nicht dargestellt) zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 gebildet ist. Bevorzugt bestehen die Distanzelemente ebenfalls aus Kunststoff. Es ist weiter bevorzugt, wenn über die Distanzelemente die Dichtheit der Anschlüsse der Kühlvorrichtung 4 für das Kühlmittel verbessert wird.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die konkrete Platzierung des Kühlmitteleinlasses 6 und des Kühlmittelauslasses 7 abhängig ist von der konkreten Ausführung des zumindest einen Kühlmittelkanals 5. Die voranstehend erwähnten Sammelkanäle für das Kühlmittel können wie der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 durch die nur partielle Verbindung des Folie 8 mit der weiteren Folie 22 hergesteilt werden. Es sei dazu auf die entsprechenden voranstehenden Ausführungen verwiesen, Die beschriebene partielle Verbindung der Folie 4 mit der weiteren Folie 22 bzw. einer zusätzlichen Folie bzw. der beiden Kunststofffolien 24, 27 der Laminate kann in einer Lamini erpresse erfolgen. Die Verbindung kann dabei durch Einwirkung einer erhöhten Temperatur und eines erhöhten Druckes, wie dies bei Laminieren bzw. Heißsiegeln bekannt ist, erfolgen. Die konkrete Temperatur richtet sich dabei nach den verwendeten Kunststoffen.
Anstelle der Laminiervorri chtung kann auch eine Presse verwendet werden, insbesondere zur Herstellung von langfaserverstärkten Folien 8, 22 bzw. einer langfaserverstärkten Kühlvorrichtung 4. Es werden dabei die Fasern mit dem Kunststoff imprägniert und verpresst, wodurch das faserverstärkte Folienmaterial entsteht.
Für eine höheren Grad der Individualisierbarkeit der Kühlvorrichtung 4 bei hohem Automati - siemngsgrad kann vorgesehen sein, dass für die Verbindung ein Schweißroboter verwendet wird. Es können damit die Verbindungsbereiche 23 (Fig. 23) individuell festgelegt und programmiert werden, sodass die Anordnung bzw. Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals 5 sehr flexibel an individuelle Bedürfnisse angepasst werden kann. Bei den beiden genannten Verfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung 4 erfolgt die Verbindung der Folien 8, 22 miteinander bzw. der Folie 8 mit dem Gehäuse 16 stoffschlüssig entweder über verschweißen oder durch kleben, wobei auch Mischvarianten dieser Verfahren möglich sind. Generell können auch andere Verfahren hierfür angewandt werden. Als Schweißverfahren können beispielsweise das Temperaturimpulsschweißen, Laserschweißen, IR-Schweißen, Ultraschallschweißen, Hochfrequenzschweißen, angewandt werden.
Generell sei angemerkt, dass bei mehr als einem Kühlmittelkanal 5 in der Kühlvorrichtung 4 es von Vorteil sein kann, wenn vor den mehreren Kühlmittelkanälen 5 ein gemeinsamer Ein- lass und danach ein gemeinsamer Ausiass angeordnet sind, die jeweils als Sammelkanal ausgebildet sein können, von den aus sich die Kühlmittelkanäle verzweigen, bzw. in den sie münden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass jeder Kühlmittelkanal 5 seinen eigenen Kühlmittelemlass 6 und/oder seinen eigenen Kühlmittelauslass 7 aufweist. Weiter kann der Kühlmittel einlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 auf einer Seite der Kühlvorrichtung 4 angeordnet sein. Der Kühlmittelemlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 können aber auch an bzw. in unterschiedlichen Seiten der Kühlvorrichtung 4 angeordnet bzw. ausgebildet sein. Für die (automatische) Einführung der Zellen 2 in die Kühlvorrichtung 4 mit dem Gehäuse 16 kann in diesem ein Unterdruck erzeugt werden, wodurch die Folie 8 in das Gehäuse 16 gezogen wird.
Der Akkumulator 1 kann in verschiedensten Gebieten verwendet werden, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen (E-Mobility), in Flugzeugen, etc. Es können ja nach Anwendung auch mehrere Akkumulatoren 1 zu einem einzigen kombiniert werden.
Die Austuhrungsbei spiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Akkumulators 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Akkumulator 1 bzw. die Kühlvorrichtung 2 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt wurden.
Bezugszeicfaenanfstellung
1 Akkumulator 31 Beschichtung
2 Zelle
3 Rahm enelem ent
4 Kühlvorrichtung
5 Kühlmittelkanal
6 Kühlmitteleinlass
7 Kühlmittelauslass
8 Folie
9 Schweißnaht
10 Kühlmittelkanal abschnitt
11 Kühlmittelkanalabschnitt
12 Küh lmi ttel kanal ab sehn i tt
13 Schweißnaht
14 Strömungsrichtung
15 Aufweitung
16 Gehäuse
17 Durchbruch
18 Deckelteil
19 Durchbruch
20 Bodenteil
21 Innenraum
22 Folie
23 Verbindungsberei ch
24 Kunststofffolie
25 Verstärkungsschicht
26 Metallfolie
27 Kunststofffolie
28 Verstärkungsschicht
29 Metallfolie
30 Faserschicht

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Akkumulator (1) mit mehreren zylindrischen Zellen (2) zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen (2), wobei die Kühlvorrichtung (4) zumindest einen Kühlmittelkanal (5), zumindest einen Kühlmitteleinlass (6) und zumindest einen Kühimittelauslass (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) zumindest eine ein- oder mehrschichtige Folie (8) aufweist, die zumindest teilweise zwischen den Zellen (2) angeordnet ist.
2. Akkumulator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) ein selbsttragendes Gehäuse (16) aufweist, in welchem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zellen (2) angeordnet sind, wobei ein- oder mehrschichtige Folien (8) zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Ausnehmungen, und insbesondere zwischen dem Gehäuse (16) und den Zellen (2), angeordnet und mit dem Gehäuse (16) verbunden sind.
3. Akkumulator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen im Gehäuse (16) einen im Vergleich zu einem Außendurchmesser der Zellen (2) größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien (8) zumindest teilweise zumindest annähernd ko- nusförmig ausgebildet sind.
4. Akkumulator (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) eine weitere ein- oder mehrschichtige Folie (22) aufweist, wobei die Folie (8) und die weitere Folie (22) unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals (5) zwischen der Folie (8) und der weiteren Folie (22) miteinander verbunden sind.
5. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (8) aus einem Laminat besteht, das eine erste Kunststofffolie (24), eine damit verbundene Verstärkungsschicht (25), eine mit der Verstärkungsschicht (25) verbundene Metall - foiie (26) oder eine mit der Verstärkungsschicht (25) verbundene metallisierte weitere Kunst- stofffolie aufweist.
6. Akkumulator (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Folie (22) zumindest eine zweite Kunststofffolie (27) aufweist, die mit der ersten Kunststoff- foiie (24) des Laminats der Folie (8) partiell in Verbindungsbereichen (23) verbunden ist, sodass zwischen den Verbindungsbereichen (23) zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühlmittelkanal (5) bildet.
7. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Folie (22) aus einem Laminat besieht, das die zweite Kunststofffolie (27), eine damit verbundene Verstärkungsschicht (28), eine mit der Verstärkungsschicht (28) verbundene Metallfolie (29) oder eine mit der Verstärkungsschicht (28) verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.
8. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschicht (25, 28) eine Faserverstärkung aufweist.
9. Akkumulator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung durch ein Gewebe gebildet ist.
10. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kunststofffolie (24) und/oder die zweite Kunststofffolie (27) und/oder die metallisierte weitere Kunststoffiolie aus einem Kunststoff besteht/bestehen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus PE, POM, PA, PPS, PET, vernetzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styroi-Biock-Copoiymere, Silikonelastomere.
11. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung auf die Zellen (2) mehrere Folien (8) übereinander angeordnet sind, zwischen denen mehrere Kühlkanäle (5) ausgebildet sind.
12. Akkumulator (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mehreren übereinander angeordneten Folien (8, 22) eine Faserschicht (30) angeordnet ist.
13. Akkumulator (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kühlmittelkanal (5) oder die Kühlmittelkanäle (5) zumindest teilweise in der Faserschicht (30) ausgebildet ist bzw. sind.
14. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteiausiass (7) und/oder der Kühlmitteleinlass (6) durch ein Distanzelement zwischen der Folie (8) und der weiteren Folie (22) gebildet ist.
15. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (5) spiralförmig verlaufend angeordnet ist.
16. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) schlauchförmig ausgebildet ist.
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