WO2020007561A1 - Batteriezelle mit heizeinrichtung, hochvoltbatterie sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Batteriezelle mit heizeinrichtung, hochvoltbatterie sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020007561A1
WO2020007561A1 PCT/EP2019/064755 EP2019064755W WO2020007561A1 WO 2020007561 A1 WO2020007561 A1 WO 2020007561A1 EP 2019064755 W EP2019064755 W EP 2019064755W WO 2020007561 A1 WO2020007561 A1 WO 2020007561A1
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housing
cell
heating
battery cell
rib
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PCT/EP2019/064755
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Simon Nuernberger
Christoph Bauer
Jan Philipp Schmidt
Simon LUX
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Battery cell with heating device high-voltage battery and motor vehicle
  • the invention relates to a battery cell for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising a cell coil, a prismatic cell housing with housing walls which delimit a housing interior for accommodating the cell coil, and a heating device with at least one heating element for heating the cell coil.
  • the invention also relates to: a high-voltage battery and a motor vehicle.
  • the focus is particularly on high-voltage batteries or
  • High-voltage storage for electrically drivable motor vehicles, for example electric or hybrid vehicles.
  • Such high-voltage batteries have a large number of battery cells or storage cells, which are generally stacked into cell stacks and interconnected to form battery modules.
  • the battery cells are, for example, prismatic battery cells with a rigid tent housing, in the housing interior of which: a cell coil or a galvanic element is arranged. As the operating temperature of the battery cells drops, the maximum output usually drops, that of one: electrical
  • Battery module can be provided. In the case of an electrically drivable motor vehicle, this can result in only a limited drive power and a limited charging power being available at low outside temperatures at the start of a journey.
  • DE 10 2010 034 081 AI describes an envelope for an electrochemical cell in which at least one heating device is integrated.
  • This at least one rushing device has at least one preferably flat heating zone which extends at least over a partial area of the casing.
  • the agitator is arranged very close to the electrochemical cell, so that the heat generated by the heating device can be transferred to the electrochemical cell with almost no loss.
  • the larger the geometric dimensions of the battery pack the worse the heat generated by the heating device to penetrate further inside areas of the cell coil or the electrochemical cell in the casing. This results in an inhomogeneous temperature distribution in the casing and the electrochemical cell cannot be heated uniformly.
  • Battery cells of a high-voltage battery of a motor vehicle can be heated uniformly.
  • a battery cell according to the invention for a high-voltage battery of a motor vehicle has a cell coil, a prismatic cell housing with housing walls which delimit a housing interior for receiving the cell coil, and a
  • Heating device with at least one heating element for heating the cell coil.
  • at least one of the housing walls has at least one in the
  • the at least one heating element of the heating device being arranged on the at least one temperature control rib.
  • the battery cell is a prismatic cell with a particularly rigid
  • flat cuboid cell housing which is made of aluminum, for example.
  • the cell housing has housing walls in the form of a housing base, a housing cover opposite the housing base in a vertical direction, and a housing jacket.
  • the casing shell has two narrow sides, soft
  • the cell housing encloses the housing interior in which the cell coil or the galvanic element of the battery is arranged.
  • the cell coil has two electrodes and an electrolyte.
  • the cell housing is used, for example, to prevent the liquid electrolyte, in particular, from escaping into the environment and to prevent this To protect the galvanic element from undesired environmental influences, for example water or water vapor.
  • the battery cell has the agitating device with at least one heating element in order to be able to heat the battery cell, for example at low outside temperatures, in order to increase output.
  • the heating element is in particular a flat heating element and, for example, a heating foil with a: energisable
  • the heating resistor can, for example, be arranged in a meandering shape in the heating foil.
  • a heating current for energizing the heating resistor can be provided, for example, by the battery cell itself or by an energy source external to the cell.
  • the heating element is attached to the at least one
  • the tempering fin or tempering fin extends from the at least one housing wall in the direction of the opposite housing wall and thus projects into the interior of the housing or is in the
  • Housing interior arranged.
  • the at least one tempering rib has a height which is at least half, in particular at least two thirds, of a dimension of the
  • Temperature control rib is in particular designed as a flat element and has two opposite surfaces facing the housing interior.
  • the tempering rib thus divides the interior of the housing in regions and thus forms an intermediate wall-like or partition-like element in the housing interior.
  • this is arranged in particular on a center line of the housing wall, so that the interior of the housing is partially divided into two parts of the same size.
  • the heating element is also arranged in the housing interior.
  • the cell coil can be arranged around the temperature control rib or can surround the temperature control rib.
  • the cell coil can be constructed in several parts, a first part of the cell coil being positioned between a first housing wall and the temperature control rib and a second part of the cell coil between the
  • Temperature control rib and a second housing wall opposite the first housing wall is positioned.
  • areas of the Cell coils which are located centrally in the housing interior and are spaced from the housing walls, are heated and a homogeneous temperature distribution can be achieved within the cell housing. Cooling can also be carried out via the temperature control rib, for example in the deactivated state of the heating device
  • the temperature control rib acts as a cooling fin or cooling fin.
  • the at least one temperature control rib is preferably formed on the housing base and is designed to protrude from the housing base in the direction of the housing cover of the cell housing and into the housing interior.
  • the at least one temperature control rib has two mutually opposite surfaces which face the interior of the housing and are oriented parallel to the front wall of the housing and the rear wall of the housing.
  • the at least one temperature-control rib thus stands between the front wall of the housing and the rear wall of the housing in the interior of the housing and extends from the bottom of the housing along the vertical direction of the battery cell.
  • the surfaces of the temperature control rib can be, for example, in
  • Width direction over an entire width of the cell housing between the two
  • the rib Extend narrow sides of the housing shell. It may also be the case that the rib is arranged at a distance from the narrow sides and thus extends only over part of the width of the cell housing.
  • the surfaces of the temperature control rib can be rectangular, for example.
  • the heating foil is in particular arranged parallel to the surfaces, so that the heating resistor extends, for example, in a meandering manner along the surfaces. For example, two heating foils can be arranged adjacent to these surfaces. By such a flat, the heating element
  • a particularly high temperature input into the interior of the housing for heating the cell coil can be achieved with the temperature-control rib.
  • the at least one temperature control rib is formed in one piece with the housing wall.
  • the housing wall with the at least one tempering rib is formed by extrusion or extrusion.
  • Materials such as aluminum, from which the cell housing is preferably formed, are particularly suitable for forming processes such as extrusion or extrusion. Such forming processes are particularly advantageous since complicated profiles can also be produced in a few process steps and at particularly low cost.
  • the heating element is embedded in the at least one temperature control rib and is therefore non-destructively connected to the temperature control rib.
  • the heating element or the heating structure during the Production of the housing wall with the tempering rib for example during the extrusion, can be integrated into the processed material.
  • the temperature control rib can therefore be formed from a solid material in which the heating element is located.
  • the heating element is therefore surrounded by the material of the temperature control rib.
  • a heating resistor can be embedded in a meandering shape in the solid material.
  • the at least one temperature control rib has a cavity facing away from the housing interior and the heating element, in particular a heating foil, is arranged in the cavity.
  • the temperature-control rib is thus designed as a hollow body, the cavity of which is accessible, for example, from the outside of the cell housing.
  • the at least one temperature-control rib is particularly preferably designed as an envelope-shaped, elongated fold in the housing wall that projects into the housing interior.
  • the cavity is formed from an outer side of the housing wall facing away from the housing interior as an elongated groove-like recess into which the heating element is inserted.
  • the temperature-control rib in the form of the envelope-shaped fold or fold can be produced, for example, by pressing in the housing base by means of a stamp.
  • the envelope-shaped fold can have, for example, a dirty or an arc-shaped profile.
  • the heating element By embedding the heating element in the temperature control rib or introducing the heating element into the cavity, the heating element is not in direct contact with the interior of the housing. Rather, the temperature control rib is heated, which emits the heat to the housing space.
  • the advantage of these embodiments is that the heating element is not in direct contact with the housing interior and thus with the electrolyte. Thus, the heating element does not have to be specially resistant to electrolytes
  • Temperature entry can be provided in the housing interior.
  • the heating device has at least one further heating element which is arranged on the front wall of the housing and / or the rear wall of the housing. So there can be three along the depth of the battery cell
  • Heating elements in particular three heating foils, can be arranged on the cell housing.
  • heat penetrates from the housing walls in the direction of the temperature control rib and from the temperature control rib in the direction of the housing walls into the housing interior and the housing interior: can be heated up quickly and homogeneously.
  • the others Heating elements can face, for example, the housing interior
  • Switching element is electrically connected to a second tent terminal of the battery cell, with a heating current flow from the cell coil to the via the switching element
  • Heating element is controllable. The heating current is therefore from the battery cell itself
  • a first connection of the heating element via the first energy supply line is electrically connected to the first cell terminal, for example with a positive pole of the battery cell
  • a second connection of the heating element via the second energy supply line is electrically connected to the second cell terminal, for example with a negative pole of the battery cell.
  • Power supply line arranged the switching element, via which the second connection can be connected to the second cell terminal when heating is required. If there is no heating requirement, the switching element is open and the heating current flow is interrupted.
  • the invention also relates to a high-voltage battery for a motor vehicle with at least one battery cell according to the invention.
  • the high-voltage battery can be, for example, a traction battery for an electrically drivable motor vehicle.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a high-voltage battery according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric or hybrid vehicle.
  • Fig. 2 is a sectional view of a first embodiment of a
  • Fig. 3 is a sectional view of a second embodiment of a
  • a battery cell 1 for a high-voltage battery which can be used, for example, as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle.
  • the battery cell 1 is designed as a prismatic battery cell and comprises a cell housing 2 with housing walls 3.
  • the housing walls 3 are a housing base 4, a housing cover 5 lying above in the vertical direction H and a housing jacket.
  • the housing jacket is by two opposite in the width direction B.
  • Housing front wall 8 in the depth direction T opposite housing rear wall 9 is formed.
  • a cell head, not shown here, is arranged in a housing interior space 10 delimited by the housing walls 3. Electrodes of the line wrap are included
  • Housing cover 5 are arranged. By electrically connecting cell terminals 11, 12 of a plurality of battery cells 1, the battery cells 1 can be connected to form battery modules.
  • the temperature control rib 13 is formed in one piece with the housing wall 3.
  • the temperature control rib 13 enlarges a surface of the housing wall 3, so that heat transfer between the cell housing 2 and the housing interior 10 can be improved.
  • the temperature control rib 13 has a height 14, which corresponds here to approximately two thirds of a height 15 of the Zettgeophuses 2.
  • the temperature-control rib 13 has two opposing surfaces 16 which face the housing interior 10 and which here are oriented parallel to the housing front wall 8 and the housing rear wall 9. A heating element 17 of a heating device 18 is now located on this temperature control rib 13
  • the heating element 17 here has a heating foil 19 with a heating resistor 19a, which extends in a meandering manner along the surface 16.
  • the heating element 17 is arranged in the housing interior 10 and can thus heat the cell coil.
  • Temperature control ribs are arranged and are thus in direct contact with the housing interior 10.
  • the heating device 18 here has two further heating elements 22, 23, a first heating element 22 being arranged on the front wall 8 of the housing and a second heating element 23 being arranged on the rear wall 9 of the housing.
  • the heating elements 22, 23 can be integrated in the respective housing wall 3.
  • a heating resistor can be embedded in the housing walls 3 during the manufacture of the cell housing 2. But it may also be that the
  • Heating elements 22, 23 are arranged on the inner sides 24 of the respective housing walls 3 facing the housing interior 10.
  • a heating current for energizing the heating elements 17, 22, 23 comes from the battery sheet 1 itself.
  • a first connection 25 of the heating element 17 can be electrically connected to a first cell terminal 11 via a first supply line 26 and a second connection 27 of the Heating element 17 can be electrically connected to a second cell terminal 12 via a second supply line 28.
  • the second supply line 28 here has a switching element 29 for interrupting the heating current. If heating is required, this can be done
  • Shade element 29 are closed and the heating current can be provided to the heating element 17.
  • Supply lines 26 » 28 are electrically connected to the cell terminals 11, 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Zellwickel, ein prismatisches Zellgehäuse (2) mit Gehäusewänden (3), welche einen Gehäuseinnenraum (10) zum Aufnehmen des Zellwickels begrenzen, und eine Heizein riehtung (18) mit zumindest einem Heizelement (17) zum. Beheizen des Zellwickels, wobei zumindest eine der Gehäusewände (3) zumindest eine in den Gehäuseinnenraum (10) hineinragende und eine Oberfläche der zumindest einen Gehäusewand (3) vergrößernde Temperierrippe (13) aufweist und das zumindest eine Heizelement (17) der Heizeinrichtung (18) an der zumindest einen Temperierrippe (13) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Batteriezelle mit Heizeinrichtung, Hochvoltbatterie sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Zellwickel, ein prismatisches Zellgehäuse mit Gehäusewänden, welche einen Gehäuseinnenraum zum Aufnehmen des Zellwickels begrenzen, und eine Heizeinrichtung mit zumindest einem Heizelement zum Beheizen des Zellwickels. Die Erfindung betrifft außerdem: eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvottbatterien bzw.
Hochvoftspeicher für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Hochvottbatterien weisen eine Vielzahl von Batteriezellen bzw. Speicherzellen auf, welche in der Regel zu Zellstapetn gestapelt und zu Batteriemodulen verschaltet sind. Die Batteriezellen sind dabei beispielsweise prismatische Batteriezellen mit einem starren Zeltgehäuse, in dessen Gehäuseinnenraum: ein Zellwickel bzw. ein galvanisches Element angeordnet ist. Dabei sinkt mit sinkender Betriebstemperatur der Batteriezellen in der Regel eine maximale Leistung, die von einem: elektrischen
Batteriemodul bereitgestellt werden kann. Dies kann bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug dazu führen, dass bei niedrigen Außentemperaturen zu Beginn einer Fahrt nur eine begrenzte Antriebsleistung und eine begrenzte Ladeleistung zur Verfügung stehen.
Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Batteriemo ule mit einer
Heizeinrichtung auszustatten, sodass die Batteriezellen bzw. deren Zellwickel bei Bedarf geheizt werden können ln der DE 10 2010 034 081 AI ist dazu eine Umhüllung für eine elektrochemische Zelle beschrieben, in welche wenigstens eine Heizvorrichtung integriert ist. Diese wenigstens eine Hetzvorrichtung weist wenigstens eine vorzugsweise flächige Heizzone auf, die sich zumindest über einen Teilbereich der Umhüllung erstreckt. Hier ist die Hetzvorrichtung also sehr nahe an der elektrochemischen Zelle angeordnet, sodass die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme nahezu verlustfrei auf die elektrochemische Zelle übertragen werden kann. Je größer jedoch geometrische Abmessungen der Batteriezetle werden, desto schlechter kann die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme zu weiter innenliegenden Bereichen des Zellwickels bzw. der elektrochemischen Zelle in der Umhüllung Vordringen. So ergibt sich eine inhomogene Temperaturverteilung in der Umhüllung und die elektrochemische Zelle kann nicht gleichmäßig geheizt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie
Batteriezellen einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs gleichmäßig beheizt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batteriezelle, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs weist einen Zellwickel, ein prismatisches Zellgehäuse mit Gehäusewänden, welche einen Gehäuseinnenraum zum Aufnehmen des Zellwickels begrenzen, und eine
Heizeinrichtung mit zumindest einem Heizelement zum Beheizen des Zellwickels auf. Darüber hinaus weist zumindest eine der Gehäusewände zumindest eine in den
Gehäuseinnenraum hinein ragende und eine Oberfläche der zumindest einen
Gehäusewand vergrößernde Temperierrippe auf, wobei das zumindest eine Heizelement der Heizeinrichtung an der zumindest einen Temperierrippe angeordnet ist.
Die Batteriezelle ist eine prismatische Zelle mit einem insbesondere starren,
flachquaderförmigen Zeligehäuse, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist.
Das Zellgehäuse weist Gehäusewände in Form von einem Gehäuseboden, einem dem Gehäuseboden in einer Hochrichtung gegenüberliegenden Gehäusedeckel sowie einen Gehäusemantet auf. Der Gehäusemantel weist zwei Schmalseiten, weiche
Gehäuseseitenwände des Zetlgehäuses bilden und sich in einer Breitenrichtung der Batteriezelle gegenüberliegen, sowie zwei Breitseiten auf, welche eine Gehäusefrontwand und eine Gehäuserückwand des Zellgehäuses bilden und sich in einer Tiefenrichtung gegenüberliegen. Entlang der Tiefen richtung können mehrere Batteriezellen aneinander gestapelt werden, indem die Gehäusefrontwand einer Batteriezelle an der
Gehäuserückwand einer anderen Batteriezelle angeordnet wird. Das Zellgehäuse umschließt den Gehäuseinnenraum, in welchem der Zeliwickel bzw. das galvanische Element der Batte riezetle angeordnet ist. Der Zellwickel weist zwei Elektroden sowie einen Elektrolyten auf. Das Zeligehäuse dient beispielsweise dazu, den Austritt des insbesondere flüssigen Elektrolyten in die Umgebung zu verhindern sowie das galvanische Element vor unerwünschten Umgebungseinflüssen, beispielsweise Wasser oder Wasserdampf, zu schützen.
Außerdem weist die Batteriezelle die Hetzeinrichtung mit zumindest einem Heizelement auf, um die Batteriezelle, beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen, zum Erhöhen einer Leistung beheizen zu können. Das Heizelement ist insbesondere ein flächiges Heizelement und kann beispielsweise eine Heizfolie mit einem: bestrombaren
Heizwiderstand sein. Der Heizwiderstand kann beispielsweise mäanderförmig in der Heizfolie angeordnet sein. Ein Heizstrom zum Bestromen des Heizwiderstands kann beispielsweise von der Batteriezelle selbst oder von einer zeilexternen Energiequelle bereitgestellt werden. Um nun zu ermöglichen, dass eine von dem Heizelement bereitgestellte Heizleistung auch in zu den Gehäusewänden beabstandete Bereiche des Gehäuseinnenraums vordringt, ist das Heizelement an der zumindest einen
Temperierrippe angeordnet. Die Temperierrippe bzw. Temperierfinne erstreckt sich ausgehend von der zumindest einen Gehäusewand in Richtung der gegenüberliegenden Gehäusewand und ragt somit in den Gehäusein nenraum hinein bzw. ist in dem
Gehäuseinnenraum angeordnet.
Insbesondere weist die zumindest eine Temperierrippe eine Höhe auf, welche zumindest der Hälfte, insbesondere zumindest zwei Dritteln, einer Abmessung des
Gehäuseinnenraums zwischen der die zumindest eine Temperierrippe aufweisenden Gehäusewand und einer gegenüberliegenden Gehäusewand entspricht. Die
Temperierrippe ist insbesondere als ein flächiges Element ausgebildet und weist zwei einander gegenüberliegende, dem Gehäuseinnenraum zugewandte Flächen auf. Die Temperierrippe unterteilt also den Gehäuseinnenraum bereichsweise und bildet somit ein zwischenwandartiges bzw. trennwandartiges Element in dem Gehäuseinnenraum aus. Im Falle von genau einer Temperierrippe ist diese insbesondere an einer Mittellinie der Gehäusewand angeordnet, sodass der Gehäuseinnenraum bereichsweise in zwei gleich große Teile unterteilt wird. Durch die Anordnung des Heizelementes an der
Temperierrippe ist auch das Heizelement in dem Gehäuseinnenraum angeordnet.
Der Zellwickel kann dabei um die Temperierrippe herum angeordnet sein bzw. die Temperierrippe umgeben. Beispielsweise kann der Zellwickel mehrteilig ausgebiidet sein, wobei ein erster Teil des Zellwickels zwischen einer ersten Gehäusewand und der Temperierrippe positioniert ist und ein zweiter Teil des Zellwickels zwischen der
Temperierrippe und einer der ersten Gehäusewand gegenüberliegenden zweiten Gehäusewand positioniert ist. Somit können in vorteilhafter Weise auch Bereiche des Zellwickels, welche mittig in dem Gehäuseinnenraum liegen und zu den Gehäusewänden beabstandet sind, beheizt werden und es kann eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Zellgehäuses erreicht werden. Auch kann über die Temperierrippe, beispielsweise im deaktivierten Zustand der Heizeinrichtung, eine Kühlung der
Batteriezelle erfolgen. Dann fungiert die Temperierrippe als Kühlrippe bzw. Kühlfinne.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Temperierrippe an dem Gehäuseboden ausgebildet und ist ausgehend von dem Gehäuseboden in Richtung des Gehäusedeckels des Zellgehäuses in den Gehäuseinnenraum hineinragend ausgebildet ist. Insbesondere weist die zumindest eine Temperierrippe zwei einander gegenüberliegende Flächen auf, welche dem Gehäuseinnenraum zugewandt sind und parallel zu der Gehäusefrontwand und der Gehäuse rückwand orientiert sind. Die zumindest eine Temperierrippe steht also zwischen der Gehäusefrontwand und der Gehäuserückwand in dem Gehäuseinnenraum und erstreckt sich ausgehend von dem Gehäuseboden entlang der Hochrichtung der Batteriezelle. Die Flächen der Temperierrippe können sich beispielsweise in
Breitenrichtung über eine gesamte Breite des Zellgehäuses zwischen den zwei
Schmalseiten des Gehäusemantels erstrecken. Auch kann sein, dass die Rippe beabstandet zu den Schmalseiten angeordnet ist und sich somit nur über einen Teil der Breite des Zellgehäuses erstreckt. Die Flächen der Temperierrippe können beispielsweise rechteckförmig ausgebildet sein. Die Heizfolie ist insbesondere parallel zu den Flächen angeordnet, sodass sich der Heizwiderstand beispielsweise mäanderförmig entlang der Flächen erstreckt. Beispielsweise können zwei Heizfolien anliegend an diesen Flächen angeordnet sein. Durch eine solche flächige, das Heizelement aufweisende
Temperierrippe kann ein besonders hoher Temperatureintrag in den Gehäuseinnenraum zum Beheizen des Zellwickels erreicht werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die zumindest eine Temperierrippe einteilig mit der Gehäusewand ausgebildet ist. insbesondere ist die Gehäusewand mit der zumindest einen Temperierrippe durch Strangpressen oder Fließpressen ausgebildet. Materialien wie Aluminium, aus welchen das Zellgehäuse vorzugsweise gebildet ist, eignen sich dabei besonders für Umformverfahren wie Strangpressen oder Fließpressen, Solche Umformverfahren sind besonders vorteilhaft, da in wenigen Verfahrensschritten und besonders kostengünstig auch komplizierte Profile herstellbar sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Heizelement in die zumindest eine Temperierrippe eingebettet und damit zerstörungsfrei unlösbar mit der Temperierrippe verbunden. Beispielsweise kann das Heizelement bzw. die Heizstruktur während der Herstellung der Gehäusewand mit der Temperierrippe, beispielsweise während des Fließpressens, in das verarbeitete Material integriert werden. Die Temperierrippe kann also aus einem Vollmaterial gebildet sein, in welchem sich das Heizelement befindet. Das Heizelement wird also von Material der Temperierrippe umgeben. Beispielsweise kann ein Heizwiderstand mäanderförmig in das Voll material eingebettet werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die zumindest eine Temperierrippe einen dem Gehäuseinnenraum abgewandten Hohlraum auf und das Heizelement, insbesondere eine Heizfolie, ist in dem Hohlraum angeordnet. Die Temperierrippe ist also als ein Hohlkörper ausgebildet, dessen Hohlraum beispielsweise von einer Außenseite des Zellgehäuses aus zugänglich ist Besonders bevorzugt ist die zumindest eine Temperierrippe als ein umschlagförmiger, in den Gehäuseinnenraum hineinragender, länglicher Falz in der Gehäusewand ausgebildet. Dadurch ist der Hohlraum von einer dem Gehäuseinnenraum abgewandten Außenseite der Gehäusewand aus gesehen als eine längliche nutartige Vertiefung ausgebildet, in welche das Heizelement eigeschoben ist. Die Temperierrippe in Form von dem umschlagförmigen Falz bzw. Falte kann beispielsweise durch Eindrücken des Gehäusebodens mittels eines Stempels hergestellt werden. Der umschlagförmige Falz kann beispielsweise ein dreckiges oder ein bogenförmiges Profil aufweisen.
Durch das Einbetten des Heizelementes in die Temperierrippe oder das Einbringen des Heizelementes in den Hohlraum ist das Heizelement nicht in unmittelbarem Kontakt mit dem Gehäuseinnenraum. Vielmehr wird die Temperierrippe beheizt, welche die Wärme an den Gehäuseraum abgibt. Aus diesen Ausführungsformen ergibt sich der Vorteil, dass das Heizelement nicht in direktem Kontakt mit dem Gehäuseinnenraum und damit dem Elektrolyten steht. Somit muss das Heizelement nicht eigens elektrolytbeständig
ausgebildet werden. Durch die thermische Kopplung des Heizelementes mit dem Gehäuseinnenraum: über ein Material der Temperierrippe kann dennoch ein hoher
Temperatureintrag in den Gehäuseinnenraum bereitgestellt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Heizeinrichtung zumindest ein weiteres Heizelement auf, welches an der Gehäusefrontwand und/oder der Gehäuserückwand angeordnet ist. Entlang der Tiefenrichtung der Batteriezelle können also drei
Heizelemente, insbesondere drei Heizfolien, an dem Zellgehäuse angeordnet sein. Somit dringt Wärme von den Gehäusewänden in Richtung der Temperierrippe sowie von der Temperierrippe in Richtung der Gehäusewände in den Gehäuseinnenraum ein und der Gehäuseinnenraum: kann schnell und homogen aufgeheizt werden. Die weiteren Heizelemente können beispielsweise an dem Gehäuseinnenraum zugewandten
Innenseiten der jeweiligen Gehäusewände angeordnet sein oder in die jeweiligen Gehäusewände integriert sein.
Es erweist sich ais vorteilhaft, wenn eine mit dem Heizelement elektrisch verbundene erste Energieversorgungsleitung der Hetzeinrichtung mit einem ersten Zel Herrn in ai der Batteriezelle elektrisch verbunden ist und eine mit dem Heizelement elektrisch verbundene zweite Energieversorgungsleitung der Heizeinrichtung über ein
Schaltelement mit einem zweiten Zeltterminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, wobei über das Schaltelement ein Heizstromfluss aus dem Zellwickel zu dem
Heizelement steuerbar ist. Der Heizstrom wird also von der Batteriezelle selbst
bereitgestellt und dem Heizelement von dem Zell Wickel über die Zellterminals und die Energie Versorgungsleitungen zugeführt. Dazu ist ein erster Anschluss des Heizelementes über die erste Energieversorgungsleitung mit dem ersten Zellterminal, beispielsweise mit einem Pluspol der Batteriezelle, elektrisch verbunden und ein zweiter Anschluss des Heizelementes über die zweite Energieversorgungsleitung mit dem zweiten Zellterminal, beispielsweise mit einem Minuspol der Batteriezelle, elektrisch verbunden. Um die
Batteriezelle nur bei Bedarf heizen zu können, ist in der zweiten
Energieversorgungsleitung das Schaltelement angeordnet, über welches der zweite Anschluss mit dem zweiten Zellterminal bei Heizbedarf verbunden werden kann. Wenn kein Heizbedarf besteht, so ist das Schaltelement geöffnet und der Heizstromfluss ist unterbrochen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Batteriezelle. Die Hochvoltbatterie kann beispielsweise eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbetspiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Batteriezelle;
Fig. 2 eine Schnittdarsteltung einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Batteriezelle; und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Bateriezelle.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Batteriezelle 1 für eine Hochvoltbatterie, welche beispielsweise als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.
Die Batteriezelle 1 ist als eine prismatische Batteriezelle ausgebildet und umfasst ein Zellgehäuse 2 mit Gehäusewänden 3. Die Gehäusewände 3 sind ein Gehäuseboden 4, ein in Hochrichtung H darüber liegender Gehäusedeckel 5 und ein Gehäusemantel. Der Gehäusemantel ist durch zwei sich in Breitenrichtung B gegenüberliegende
Gehäuseseitenwände 6, 7 sowie eine Gehäusefrontwand 8 und eine der
Gehäusefrontwand 8 in Tiefen richtung T gegenüberliegende Gehäuserückwand 9 gebildet. In einem durch die Gehäusewände 3 begrenzten Gehäuseinnenraum 10 ist ein hier nicht gezeigter Zeliwickef angeordnet. Elektroden des Zeilwickels sind mit
Zellterminais 11 , 12 der Batteriezelle elektrisch verbunden, welche hier an dem
Gehäusedeckei 5 angeordnet sind. Durch elektrisches Verbinden von Zellterminals 11 , 12 mehrerer Batteriezellen 1 können die Batteriezellen 1 zu Batteriemodulen verschaltet werden.
Eine der Gehäusewände 3, hier der Gehäuseboden 4, weist eine Temperierrippe 13 auf, welche in den Gehäuseinnenraum 10 hineinragt. Die Temperierrippe 13 ist dabei einteilig mit der Gehäusewand 3 ausgebildet. Die Temperierrippe 13 vergrößert eine Oberfläche der Gehäusewand 3, sodass eine Wärmeübertragung zwischen dem Zellgehäuse 2 und dem Gehäuseinnenraum 10 verbessert werden kann. Die Temperierrippe 13 weist eine Höbe 14 auf, welche hier in etwa zwei Drittel einer Höhe 15 des Zettgehäuses 2 entspricht. Außerdem weist die Temperierrippe 13 zwei einander gegenüberliegendeFlächen 16 auf, welche dem Gehäuseinnenraum 10 zugewandt sind und welche hier parallel zu der Gehäusefrontwand 8 und der Gehäuserückwand 9 orientiert sind. An dieser Temperierrippe 13 ist nun ein Heizelement 17 einer Heizeinrichtung 18
angeordnet. Das Heizelement 17 weist hier eine Heizfolie 19 mit einem Heizwiderstand 19a auf, welcher sich mäanderförmig entlang der Fläche 16 erstreckt. Durch das
Anordnen des Heizelementes 17 an der Temperierrippe 13 ist das Heizelement 17 in dem Gehäuseinnenraum 10 angeordnet und kann somit den Zellwickel beheizen.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Querschnitte durch zwei Ausführungsformen der Batteriezelle 1. Hier ist die Temperierrippe 13 als ein umschlagförmiger Falz ausgebildet, der von einer Außenseite 20 des Gehäusebodens 4 aus einen Hohlraum 21 in Form von einer nutförmigen Vertiefung ausbildet. Der umschlagförmige Falz kann beispielsweise durch Strangpressen oder Fließpressen ausgebildet sein. In den Hohtraum 21 kann nun, wie in Fig. 2 gezeigt, das Heizelement 17, beispielsweise die Heizfolie 19, eingeschoben werden. Dadurch steht die Heizfolie 19 nicht in Kontakt mit einer Zellchemie der Batteriezeile 1 und muss nicht auf Beständigkeit für die Zeltchemie sein. Es kann aber auch sein, dass wie in Fig. 3 gezeigt, zwei Heizfolien 19 an den Flächen 16 der
Temperierrippe angeordnet sind un;d so in direktem Kontakt mit dem Gehäuseinnenraum 10 stehen.
Außerdem weist die Heizeinrichtung 18 hier noch zwei weitere Heizelemente 22, 23 auf, wobei ein erstes Heizelement 22 an der Gehäusefrontwand 8 angeordnet ist und ein zweites Heizelement 23 an der Gehäuserückwand 9 angeordnet ist. Beispielsweise können die Heizelemente 22, 23 in die jeweiligen Gehäusewand 3 integriert sein. Dazu kann beispielsweise ein Heizwiderstand während der Herstellung des Zellgehäuses 2 in die Gehäusewände 3 eingebettet werden. Es kann aber auch sein, dass die
Heizelemente 22, 23 an dem Gehäuseinnenraum 10 zugewandten Innenseiten 24 der jeweiligen Gehäusewände 3 angeordnet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Heizstrom zum Bestromen der Heizelemente 17, 22, 23 aus der Batteriezetle 1 selbst kommt. Zum Bestromen des an der Temperierrippe 13 angeordneten Heizelementes 17 kann beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, ein erster Anschluss 25 des Heizelementes 17 über eine erste Versorgungsleitung 26 mit einem ersten Zellterminal 11 elektrisch verbunden sein und ein zweiter Anschluss 27 des Heizelementes 17 kann über eine zweite Versorgungsleitung 28 mit einem zweiten Zellterminal 12 elektrisch verbunden sein. Die zweite Versorgungsleitung 28 weist hier ein Schaltelement 29 zum Unterbrechen des Heizstroms auf. Bei Heizbedarf kann das
Schattelement 29 geschlossen werden und der Heizstrom kann dem Heizelement 17 bereitgestellt werden. Dabei können die weiteren» an der Gehäusefrontwand 8 und der Gehäuserückwand 9 angeordneten Heizelemente 22, 23 ebenfalls über die
Versorgungsleitungen 26» 28 mit den Zellterminals 11 , 12 elektrisch verbunden werden.
Bezugszeichenliste
1 Batteriezelle
2 Zeltgehäuse
3 Gehäusewand
4 Gehäuseboden
5 Gehäusedeckel
6 Gehäuseseitenwand 7 Gehäuseseitenwand 8 Gehäusefrontwand
9 Gehäuserückwand
10 Gehäusein nenraum 1 1 Zeltterminal
12 Zeltterminal
13 Temperierrippe
14 Höhe der Temperierrippe
15 Höhe des Zellgehäuses
16 Flächen
17 Heizelement
18 Heizeinrichtung
19 Heizfolte
19a Heizwiderstand
20 Außenseite
21 Hohlraum
22, 23 weitere Heizelemente
24 Innenseite
25 erster Anschluss
26 erste Versorgungsleitung
27 zweiter Anschluss
28 zweite Versorgungsleitung 29 Schaltelement
H Hochrichtung
B Breitenrichtung
T Tiefen richtung

Claims

Patentansprüche
1. Batteriezetle (1 ) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, aufweisend
- einen Zellwickel,
- ein prismatisches Zeltgehäuse (2) mit Gehäusewänden (3), welche einen
Gehäuseinnenraum (10) zum Aufnehmen des Zeüwiekels begrenzen, und
- eine Heizeinrichtung (18) mit zumindest einem Heizelement (17) zum Beheizen des Zellwickels,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine der Gehäusewände (3) zumindest eine in den Gehäuseinnenraum (10) hineinragende und eine Oberfläche der zumindest einen Gehäusewand (3) vergrößernde Temperierrippe (13) aufweist und das zumindest eine Heizelement (17) der Heizeinrichtung (18) an der zumindest einen Temperierrippe (13) angeordnet ist.
2. Batteriezelle (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Temperierrippe (13) an einer Gehäusewand (3) in Form von einem Gehäuse boden (4) ausgebildet ist und ausgehend von dem: Gehäuseboden (4) in Richtung einer Gehäusewand (3) in Form von einem Gehäusedeckel (5) des Zellgehäuses (2) ln den Gehäuseinnenraum (10) hineinragend ausgebildet ist.
3. Batteriezelle (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Temperierrippe (13) zwei einander gegenüberliegende, dem Gehäuseinnenraum (10) zugewandte Flächen (16) aufweist, welche parallel zu einer Gehäusewand (3) in Form von einer Gehäusefrontwand (8) und einer Gehäusewand (3) in Form von einer Gehäuserückwand (9) orientiert sind.
4. Batteriezelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinrichtung (18) zumindest ein weiteres Heizelement (22, 23) aufweist, welches an einer Gehäusewand (3) in Form von einer Gehäusefrontwand (8) und/oder einer Gehäuserückwand (9) angeordnet ist.
5. Batteriezelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Temperierrippe (13) eine Höhe (14) aufweist, welche zumindest der Hälfte, insbesondere zumindest zwei Drittel, einer Abmessung (15) des
Gehäuseinnenraums (10) zwischen der die zumindest eine Temperierrippe (13) aufweisenden Gehäusewand (3) und einer gegenüberliegenden Gehäusewand (3) entspricht.
6. Batteriezelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Temperierrippe (13) einteilig mit der Gehäusewand (3) ausgebildet ist.
7. Batteriezelle (1 ) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gehäusewand (3) mit der zumindest einen Temperierrippe (13) durch
Strangpressen oder Fließpressen ausgebildet ist.
8. Batteriezelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Heizelement (17) in die zumindest eine Temperierrippe (13) eingebettet ist und damit zerstörungsfrei unlösbar mit der zumindest einen Temperierrippe (13)
verbunden ist.
9. Batteriezetle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Temperierrippe (13) einen dem Gehäuseinnenraum (10) abgewandten Hohtraum (21 ) aufweist und das Heizelement (17), insbesondere eine Heizfotie (19), in dem Hohlraum (21 ) angeordnet ist.
10. Batteriezelle (T) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest Temperierrippe (13) als ein umschlagförmiger, in den Gehäuseinnenraum (10) hineinragender, länglicher Faiz in der Gehäusewand (3) ausgebitdet ist, wobei der Hohlraum (21 ) von einer dem Gehäuseinnenraum (10) abgewandten Außenseite (20) der Gehäusewand (3) aus gesehen als eine längliche nutartige Vertiefung ausgebildet ist, in welche das Heizelement (17) eigeschoben ist.
11. Batteriezelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine mit dem Heizelement (17) elektrisch verbundene erste
Energieversorgungsteitung (26) der Hetzeinrichtung (18) mit einem ersten Zellterminal (11 ) der Batteriezelle (1 ) elektrisch verbunden ist und eine mit dem Heizelement (17) elektrisch verbundene zweite Energieversorgungsleitung (28) der Heizeinrichtung (18) über ein Schaltelement (29) mit einem zweiten Zeliterminal (12) der Batteriezelie (1 ) elektrisch verbunden ist, wobei über das Schaltelement (29) ein Heizstromfluss aus dem Zellwickel zu de : Heizelement (17) steuerbar ist.
12. Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Batteriezelle (1 ) nach
einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Kraftfahrzeug mit einer Hochvottbatterie nach Anspruch 12.
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