AT511836B1 - ELECTRIC ENERGY STORAGE FOR AN ELECTRIC VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (1) für ein Elektrofahrzeug, welcher eine Vielzahl an elektrisch miteinander verbundenen, insbesondere flachen und im wesentlichen plattenförmigen Batteriezellen aufweist, welche in zumindest einem Stapel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordnet sind. Um die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers zu erhöhen und den Montageaufwand zu verringern, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse (8) zumindest zwei Gehäuseteile, vorzugsweise einen Gehäusedeckelteil (8a) und einen Gehäusebodenteil (8b), aufweist, welche luftdicht so miteinander verbunden sind, dass zwischen den Gehäuseteilen (8a, 8b) ein die Batteriezellen aufnehmender Innenraum aufgespannt ist, welcher mittels einer Vakuumpumpe (9) evakuierbar ist.The invention relates to an electrical energy store (1) for an electric vehicle, which has a plurality of electrically interconnected, in particular flat and substantially plate-shaped battery cells, which are arranged in at least one stack next to each other in a common housing (8). In order to increase the life of the electrical energy storage and to reduce the assembly effort, it is proposed that the housing (8) at least two housing parts, preferably a housing cover part (8a) and a housing bottom part (8b), which are connected to each other airtight, that between the housing parts (8a, 8b), a battery cell receiving interior is clamped, which is evacuated by means of a vacuum pump (9).
Description
österreichisches Patentamt AT511 836 B1 2013-03-15Austrian Patent Office AT511 836 B1 2013-03-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Elektrofahrzeug, welcher eine Vielzahl an elektrisch miteinander verbundenen, insbesondere flachen und im wesentlichen plattenförmigen Batteriezellen aufweist, welche in zumindest einem Stapel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.The invention relates to an electrical energy store for an electric vehicle, which has a plurality of electrically interconnected, in particular flat and substantially plate-shaped battery cells, which are arranged in at least one stack next to each other in a common housing.
[0002] Aus der DE 10 2009 035463 A1 ist eine Batterie mit einer Vielzahl von flachen im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen sind zu einem Zellenstapel gestapelt und mit einem Batteriegehäuse umgeben. Die Batterieeinzelzellen sind dabei in Rahmenflachbauweise mit metallischen Blechen und einem Rahmen aus isolierendem Material ausgebildet.From DE 10 2009 035463 A1, a battery with a plurality of flat substantially plate-shaped battery cells is known. The battery cells are stacked into a cell stack and surrounded by a battery case. The individual battery cells are formed in frame flat construction with metallic sheets and a frame made of insulating material.
[0003] Auch aus der WO 2008/048751 A2 ist ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an nebeneinander in einem Stapel angeordneten plattenförmigen Batteriezellen bekannt, welche in einem Gehäuse untergebracht sind.Also known from WO 2008/048751 A2 is a battery module with a plurality of juxtaposed in a stack plate-shaped battery cells are known, which are housed in a housing.
[0004] Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen, welche nebeneinander angeordnet sind. Das Gehäuse ist zur Kühlung mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Fluid durchströmt.WO 2010/053689 A2 describes a battery arrangement with a housing and a plurality of lithium-ion cells, which are arranged side by side. The housing is flowed through for cooling with a thermally conductive, electrically insulating fluid.
[0005] Bereits durch geringe Temperaturschwankungen im Batteriemodul kann sich auf den Oberflächen (Metall oder Kunststoff) der Bauteile Wasserdampf bilden. Diese Kondenswasser-bildung im Inneren des Batteriemoduls wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer der Batterie und des Batteriemoduls aus.Already by small temperature fluctuations in the battery module can form water vapor on the surfaces (metal or plastic) of the components. This condensation formation inside the battery module adversely affects the life of the battery and the battery module.
[0006] Zur Vermeidung von Kondensationsproblemen ist es bekannt, Batterien in Vakuumatmosphäre zu fertigen oder zu warten. Weiters ist es bekannt, Batterien in einem evakuierbaren Behälter anzuordnen und durch Veränderung des Vakuums bzw. des Druckes im Behälter oder zwischen doppelten Behälterwänden die Wärmeleitfähigkeit zur Umgebung zu verändern (JP 10-064 597 A2, JP 07-226 230 A2, EP 0 633 420 A2).To avoid condensation problems, it is known to manufacture or maintain batteries in a vacuum atmosphere. Furthermore, it is known to arrange batteries in an evacuable container and to change the thermal conductivity to the environment by changing the vacuum or the pressure in the container or between double container walls (JP 10-064 597 A2, JP 07-226 230 A2, EP 0 633 420 A2).
[0007] Ferner ist aus der FR 2 869 722 A1 eine Lithium-Polymer-Batterie mit einem Gehäuse bekannt, welches Gehäuse durch eine Vakuumpumpe evakuierbar ist. Bestehen Batteriegehäuse aus mehreren Teilen, so werden diese üblicherweise durch Schrauben miteinander verbunden. Schrauben haben allerdings den Nachteil, dass sie den Montageaufwand und das Gewicht erhöhen. Ferner muss zur Betätigung der Schrauben Montageraum freigehalten werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass es durch die Verschraubungen zu inhomogenen Spannungsverteilungen im Gehäuse kommt.Furthermore, from FR 2 869 722 A1 a lithium polymer battery with a housing is known, which housing can be evacuated by a vacuum pump. If the battery housing consists of several parts, these are usually connected to one another by screws. However, screws have the disadvantage that they increase the assembly costs and weight. Furthermore, mounting space must be kept free to operate the screws. Another disadvantage is that it comes through the glands to inhomogeneous voltage distribution in the housing.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, Probleme mit Kondenswasserbildung innerhalb des Gehäuses zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise den Montageaufwand zu verringern.The object of the invention is to avoid problems with condensation within the housing and to reduce the installation effort in the simplest possible way.
[0009] Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass das Gehäuse zumindest zwei Teile aufweist, welche luftdicht so miteinander verbunden sind, dass zwischen den Gehäuseteilen ein die Batteriezellen aufnehmender Hohlraum aufgespannt ist, welcher mittels einer Vakuumpumpe evakuierbar ist.According to the invention this is achieved in that the housing has at least two parts which are connected to each other airtight, that between the housing parts, a battery cell receiving cavity is clamped, which is evacuated by means of a vacuum pump.
[0010] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gehäuseteile nur durch den Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Hohlraum zusammengefügt sind. Dadurch, dass die Gehäuseteile alleine durch den Umgebungsdruck aneinander gepresst werden, kann auf Verbindungsteile wie Schrauben weitgehend verzichtet werden. Durch die Evakuierung des Hohlraumes werden somit zwei Probleme bei Batterien auf einfache Art gelöst: Einerseits wird durch die Evakuierung des Hohlraumes Kondenswasserbildung im Innenraum der Batterie weitgehend vermieden. Andererseits wird der Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und der Umgebung genutzt, um die Gehäuseteile aneinander zu pressen, wobei auf weitere Verbindungselemente weitgehend verzichtet werden kann. Die Gehäuseteile werden dabei viel gleichmäßiger aneinandergepresst, als dies mit Verbindungsschrauben möglich wäre. Somit werden Spannungsspitzen im Gehäuse vermieden. 1 /6 österreichisches Patentamt AT 511 836 B1 2013-03-15 [0011] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vakuumpumpe in das Gehäuse integriert ist. Alternativ dazu kann die Vakuumpumpe auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.It when the housing parts are joined together only by the pressure difference between the environment and the cavity is particularly advantageous. The fact that the housing parts are pressed together by the ambient pressure alone, can be largely dispensed with connecting parts such as screws. By evacuating the cavity thus two problems with batteries are easily solved: On the one hand, condensation is largely avoided in the interior of the battery by evacuating the cavity. On the other hand, the pressure difference between the cavity and the environment is used to press the housing parts together, wherein further connecting elements can be largely dispensed with. The housing parts are pressed together much more uniformly than would be possible with connecting screws. Thus, voltage peaks in the housing are avoided. [0011] It is particularly advantageous if the vacuum pump is integrated into the housing. Alternatively, the vacuum pump may also be arranged outside the housing.
[0012] Die Vakuumpumpe ist somit vorzugsweise Bestandteil des Batteriesystems.The vacuum pump is thus preferably part of the battery system.
[0013] In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Hohlraum über zumindest eine Unterdruckleitung mit einem Hilfssystem des Fahrzeuges, vorzugsweise mit einer Fahrzeugbremsanlage, verbunden ist. Der Hohlraum wird somit als Vakuumspeicher für Hilfsaggregate des Fahrzeuges genutzt. Somit kann auf Fahrzeugebene auf einen separaten Vakuumspeicher und eine separate Vakuumpumpe, beispielsweise für das Bremssystem verzichtet werden.In a further embodiment of the invention can be provided that the cavity via at least one vacuum line with an auxiliary system of the vehicle, preferably with a vehicle brake system is connected. The cavity is thus used as a vacuum storage for auxiliary equipment of the vehicle. Thus, it is possible to dispense with a separate vacuum accumulator and a separate vacuum pump, for example for the brake system, at the vehicle level.
[0014] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the figures.
[0015] Es zeigen [0016] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Energiespeicher in einer Schrägansicht von oben, [0017] Fig. 2 den Energiespeicher in einer Schrägansicht von unten und [0018] Fig. 3 den Energiespeicher mit entferntem Gehäusedeckel in einer Schrägansicht von oben.2 shows the energy store in an oblique view from below, and [0018] FIG. 3 shows the energy store with the housing cover removed in an oblique view from above. [0016] FIG ,
[0019] Der durch eine wiederaufladbare Batterie gebildete Energiespeicher 1 weist ein Batteriepaket 2 mit mehreren nebeneinander angeordneten Batteriemodulen 2a auf. Jedes Batteriemodul 2a weist im Inneren einen nicht weiter ersichtlichen Stapel von nebeneinandergereihten plattenförmigen Batteriezellen (Pouchzellen) auf, welche durch Druckplatten 3 aneinander gepresst sind. Die Druckplatten 3 sind über Schrauben 4a mit Seitenplatten 4 verbunden. Im Ausführungsbeispiel weist das Batteriepaket 2 vier Batteriemodule 2a auf, wie aus Fig. 3 hervorgeht.The energy storage device 1 formed by a rechargeable battery has a battery pack 2 with a plurality of juxtaposed battery modules 2a. Each battery module 2a has inside a not further apparent stack of juxtaposed plate-shaped battery cells (pouch cells), which are pressed by pressure plates 3 together. The pressure plates 3 are connected by screws 4a with side plates 4. In the exemplary embodiment, the battery pack 2 has four battery modules 2a, as shown in FIG.
[0020] Im Deckenbereich 5a des Energiespeichers 1 sind, die Batteriezellen verbindende, Sammelschienen (nicht ersichtlich) angeordnet, wobei zu deren Kühlung eine Busbar-Kühleinrichtung 6 vorgesehen ist, welche über Kühlkanäle 7 mit Kühlmittelsammler bzw. -Verteiler 7a, 7b in Verbindung steht. Die Kühlung erfolgt bevorzugt durch ein flüssiges Kühlmedium.In the ceiling area 5a of the energy storage device 1, the battery cells connecting, busbars (not shown) are arranged, to cool them a busbar cooling device 6 is provided, which communicates via cooling channels 7 with coolant collector or distributor 7a, 7b , The cooling is preferably carried out by a liquid cooling medium.
[0021] Das Batteriepaket 2 ist in einem Gehäuse 8 angeordnet, welches einen Gehäusedeckelteil 8a und einen Gehäusebodenteil 8b aufweist.The battery pack 2 is arranged in a housing 8, which has a housing cover part 8a and a housing bottom part 8b.
[0022] Die beiden Gehäuseteile 8a und 8b werden nur durch Unterdrück innerhalb des Gehäuses 8 zusammengehalten, wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b eine Gehäuseabdichtung 8c angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist dabei eine Vakuumpumpe 9 im Gehäuse 8 integriert, wobei die Vakuumpumpe 9 über Befestigungen 10 am Gehäusebodenteil 8b befestigt ist. Mit 9a ist die Auslassöffnung der Vakuumpumpe 9 bezeichnet. Alternativ zu einer integrierten Vakuumpumpe 9 kann auch eine externe Vakuumpumpe eingesetzt werden.The two housing parts 8a and 8b are held together only by suppression within the housing 8, wherein between the two housing parts 8a, 8b a housing seal 8c is arranged. In the exemplary embodiment, a vacuum pump 9 is integrated in the housing 8, wherein the vacuum pump 9 is fastened via fasteners 10 on the housing bottom part 8b. 9a, the outlet opening of the vacuum pump 9 is designated. As an alternative to an integrated vacuum pump 9, an external vacuum pump can also be used.
[0023] Im Bodenbereich des Gehäusebodenteils 8b ist zumindest eine Anschlussöffnung 11 für eine Unterdruckleitung 12 angeordnet, wobei die Unterdruckleitung 12 beispielsweise zu einem Bremskraftverstärker 13 führen kann. Die Unterdruckleitung 12 ist über Schlauchschellen 14,15 mit Stutzen am Gehäusebodenteil 8b und am Bremskraftverstärker 13 verbunden. Dadurch kann der innerhalb des Gehäuses 8 durch die Vakuumpumpe 9 erzeugte Unterdrück zur Bremskraftunterstützung genutzt werden.In the bottom region of the housing bottom part 8b at least one connection opening 11 is arranged for a vacuum line 12, wherein the vacuum line 12 may for example lead to a brake booster 13. The vacuum line 12 is connected via hose clamps 14,15 with nozzle on the housing bottom part 8b and the brake booster 13. As a result, the negative pressure generated within the housing 8 by the vacuum pump 9 can be utilized for braking force assistance.
[0024] Die Erfindung ist an Hand eines Batteriepaketes 2 mit Pouchzellen in einer 1p-Schaltung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung auch auf andere Batterien mit einer anderen Art von Batteriezellen, anderer Schaltung der Zellen und/oder anderer Kühlung anwendbar ist. 2/6The invention is described on the basis of a battery pack 2 with pouch cells in a 1p circuit. It goes without saying that the invention can also be applied to other batteries with a different type of battery cells, different circuits of the cells and / or other cooling. 2.6
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