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Die Erfindung betrifft eine Außenhülle für ein Batteriesystem, wobei die Außenhülle eine untere Wandung, eine obere Wandung und zwei einander gegenüberliegende, die untere Wandung mit der oberen Wandung verbindende Seitenwandungen umfasst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem umfassend wenigstens eine Batteriezelle und eine das Batteriesystem zumindest teilweise umgebende Außenhülle.
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Stand der Technik
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Batteriesysteme sind als Energiespeicher von großer Bedeutung, insbesondere für die Elektromobilität. Dabei werden Batteriesysteme insbesondere in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen eingesetzt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Energiedichte werden bevorzugt nachladbare Lithium-Ionen-Zellen als Batteriezellen in solchen Batteriesystemen verwendet.
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Es ist bekannt, zum Aufbau von Batteriesystemen Batteriezellen zu nutzen, die von einem Hartschalengehäuse, insbesondere einem metallischen Gehäuse, umgeben sind, wobei sogenannte Zellterminals zur elektrischen Kontaktierung aus dem Gehäuse ragen. Solche Batteriezellen, insbesondere prismatisch ausgebildete Lithium-Ionen-Zellen, werden dabei üblicherweise nebeneinander angeordnet und mechanisch fixiert. Mittels sogenannter Zellverbinder, welche elektrisch leitfähig mit den Zellterminals der Batteriezellen verschweißt oder verschraubt werden, werden die Batteriezellen elektrisch zu einem Batteriemodul verschaltet.
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Neben diesen Batteriesystemen sind sogenannte modulare Batteriesysteme bekannt. Bei diesen modularen Batteriesystemen ist eine oder sind mehrere sogenannte Jelly Rolls in einem Gehäuse integriert, wobei das Gehäuse bereits über funktionelle Systeme zum Aufbau eines Batteriesystems verfügt, wie insbesondere Halterungen und/oder elektrische Kontaktstellen. Als Jelly Roll werden dabei gewickelte Elektroden mit einem dazwischen angeordneten Elektrolyten und Separator bezeichnet. Durch die bereits vorhandenen funktionellen Systeme der Gehäuse lassen sich die Jelly Rolls vorteilhafterweise besonders einfach elektrisch verschalten, und somit ein modulares Batteriesystem aufbauen, da ein Verschweißen beziehungsweise Verschrauben von Zellverbindern mit Zellterminals vorteilhafterweise entfällt.
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Beim Betrieb von Batteriesystemen erwärmen sich die Batteriezellen beim Laden und Entladen infolge der im Rahmen des Ladungsaustausches stattfindenden elektrochemischen Prozesse. Der Betriebstemperaturbereich von Lithium-Ionen-Batteriezellen liegt dabei üblicherweise zwischen –10°C und +40°C. Da Temperaturen jenseits von +60°C zu einem sogenannten thermischen Durchgehen (engl. „thermal runaway“) der Batteriezellen führen können und bei Temperaturen von mehr als +40°C bereits die kalendarische Alterung der Zellen deutlich stärker zunimmt als bei niedrigeren Temperaturen, werden die Batteriezellen üblicherweise gekühlt. Insbesondere zur Erreichung eines Alterungsgleichlaufs besteht dabei das Bestreben, die Batteriezellen möglichst auf einem gleichen Temperaturniveau zu halten. Aus diesem Grund werden die Batteriesysteme beziehungsweise die Batteriezellen üblicherweise mittels einer Kühlvorrichtung temperiert. Eine hierzu ausgebildete Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2008 059 969 A1 bekannt, wobei eine Kühlplatte über eine Kontaktfläche mit den Batteriezellen des Batteriesystems thermisch kontaktiert ist. Wie ebenfalls aus der Druckschrift
DE 10 2008 059 969 A1 bekannt, kann das Batteriesystem zusammen mit der Kühlvorrichtung zum Schutz vor äußeren Einflüssen, wie insbesondere mechanischen Einwirkungen, in einem Batteriegehäuse angeordnet sein.
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Da es trotz Kühlung der Batteriezellen eines Batteriesystems, insbesondere aufgrund von Störungen, wie einem Überladen der Batteriezellen, einem Tiefenentladen der Batteriezellen, einem Kurzschluss der Batteriezellen oder hohen Umgebungstemperaturen, zu einer derart starken Erwärmung der Batteriezelle kommen kann, dass der Elektrolyt der betroffenen Batteriezelle in einen gasförmigen Zustand übergeht, ist es bekannt, die Batteriezellen mit einer Sicherheitsentlüftungsöffnung, insbesondere einem Sicherheitsventil, auszustatten. Über eine solche Sicherheitsentlüftungsöffnung kann ein in der Batteriezelle gebildetes Fluid entweichen. Damit das gebildete Fluid dabei nicht unkontrolliert entweicht, ist ferner bekannt, Batteriesysteme mit einer Entgasungseinrichtung auszustatten, welche ein von einer Batteriezelle entweichendes Fluid sammeln und kontrolliert abführen kann. Eine solche Entgasungseinrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2009 000 660 A1 bekannt. Die Entgasungseinrichtung kann dabei auf ein Batteriegehäuse eines Batteriesystems aufgesetzt werden oder die Entgasungseinrichtung kann Bestandteil eines Batteriegehäuses sein.
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Die Anbindung einer Kühlvorrichtung ebenso wie die Anbindung einer Entgasungseinrichtung an ein Batteriesystem ist dabei häufig aufwendig. Insbesondere sind bislang bestehende Konzepte zur Temperierung von Batteriezellen und zur Ableitung von von einer Batteriezelle freigesetztem Fluid für oben genannte modulare Batteriesystem weniger geeignet, insbesondere da der Vorteil der kompakten Abmessungen solcher modularen Batteriesysteme geschmälert wird, und ein zur Verfügung stehender Einbauraum nicht optimal genutzt werden kann.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, Batteriesysteme, insbesondere modulare Batteriesysteme, auf einfache Art und Weise zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Vorteilhafterweise soll zudem eine einfache Anbindung an eine Entgasungseinrichtung bereitgestellt werden. Darüber hinaus soll durch die Mittel zur Temperierung und/oder die Entgasungseinrichtung die kompakten Abmessungen eines modularen Batteriesystems weitestgehend beibehalten werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Außenhülle für ein Batteriesystem vorgeschlagen, welche eine untere Wandung, eine obere Wandung und zwei einander gegenüberliegende, die untere Wandung mit der oberen Wandung verbindende Seitenwandungen umfasst, wobei die untere Wandung und/oder die obere Wandung und/oder wenigstens eine der Seitenwandungen Mittel zur Temperierung wenigstens eines Teils des Batteriesystems aufweist. Durch die Wandungen ist vorteilhafterweise ein Volumenraum ausgebildet, in welchen ein Batteriesystem, insbesondere ein modulares Batteriesystem eingebracht werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die untere Wandung und/oder die obere Wandung und/oder wenigstens eine der Seitenwandungen Mittel zur Temperierung der Batteriezellen des Batteriesystems und/oder zur Temperierung von Elektronikkomponenten des Batteriesystems, wie Steuer- und/oder Überwachungsschaltungen, aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Außenhülle selbsttragend ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Außenhülle zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem polymeren Material. Vorzugsweise weist die Außenhülle eine im Wesentlichen quaderförmige äußere Grundform auf. Dabei ist vorteilhafterweise wenigstens eine der weiteren einander gegenüberliegenden Seiten der Außenhülle geöffnet, vorzugsweise wenigstens eine der Stirnseiten der Außenhülle. Insbesondere ist vorgesehen, dass die beiden weiteren einander gegenüberliegenden Seiten der Außenhülle geöffnet sind.
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Erfindungsgemäß ist dabei insbesondere vorgesehen, dass über eine dieser Öffnungen der Außenhülle das Batteriesystem in die Außenhülle eingebracht wird beziehungsweise die Außenhülle unter Nutzung einer dieser Öffnungen auf das Batteriesystem aufgebracht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Wandungen der Außenhülle die entsprechenden Flächen des Batteriesystems dabei vollständig umgeben. Vorzugsweise steht das Batteriesystem mit der wenigstens einen Mittel zur Temperierung wenigstens eines Teils des Batteriesystems aufweisenden Wandung der Außenhülle direkt in thermischem Kontakt. Zur Reduzierung des Wärmeübergangswiderstandes zwischen der Mittel zur Temperierung wenigstens eines Teils des Batteriesystems aufweisenden Wandung und dem Batteriesystem ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein Wärmeleitmittel, vorzugsweise eine Wärmeleitpaste, zwischen der Mittel zur Temperierung aufweisenden Wandung der Außenhülle und dem Teil des Batteriesystems, welches an die Wandung angrenzt, eingebracht ist.
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Als Mittel zur Temperierung sind insbesondere eine mittels eines Kühlmittels gekühlte Oberfläche, vorzugsweise eine wassergekühlte Oberfläche, und/oder ein einlagiger Plattenwärmetauscher, vorzugsweise ein Plattenwärmetauscher mit Turbulenzblech, und/oder kühlmitteldurchströmte Rohrverbindungen vorgesehen. Insbesondere ist als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante eine innerhalb wenigstens einer Wandung integrierte Luftkühlung vorgesehen, wobei eine entsprechende Luftkühlung vorzugsweise wenigstens ein Gebläse umfasst.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhülle ist ein kühlmitteldurchströmtes Kühlmittelleitungssystem als Mittel zur Temperierung wenigstens eines Teils des Batteriesystems vorgesehen. Als Kühlmittel ist dabei insbesondere Luft oder Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Kältemittel, wie R1234yf, vorgesehen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhülle ist vorgesehen, dass die untere Wandung, die obere Wandung und die Seitenwandungen fest miteinander verbunden sind, wobei die Außenhülle derart ausgebildet ist, dass das Batteriesystem über eine offene Seite der Außenhülle in die Außenhülle eingebracht werden kann. Vorzugsweise sind die untere Wandung, die obere Wandung und die Seitenwandungen dabei im Wesentlichen starr miteinander verbunden. Die Außenhülle ist dabei quasi als ein teilweise geöffnetes Batteriegehäuse ausgebildet. Vorteilhafterweise schützt die Außenhülle ein in die Außenhülle eingebrachtes Batteriesystem insbesondere vor mechanischen Belastungen, wie Stößen. Durch eine starre Verbindung der Wandungen ist vorteilhalfterweise das Einbringen eines Batteriesystems in die Außenhülle vereinfacht. Vorteilhafterweise ist die Außenhülle derart ausgestaltet, dass der Deckel, der Boden, sowie die länglichen, einander gegenüberliegenden seitlichen Wandungen eines in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystems von der Außenhülle vollständig umschlossen werden können. Die Außenhülle bietet dabei vorteilhafterweise für diese Flächen einen Schutz vor äußeren Einwirkungen, insbesondere vor mechanischen Belastungen und/oder vor Feuchtigkeit.
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Vorteilhafterweise weist wenigstens eine Wandung der Außenhülle eine Führung auf, wobei das Batteriesystem von der Führung geführt in die Außenhülle einbracht werden kann. Insbesondere ist eine Führungsschiene als Führung vorgesehen. Insbesondere kann die Führung nach Art einer Nut-Feder-Verbindung ausgestaltet sein, wobei wenigstens eine Wandung der Außenhülle eine Nut beziehungsweise eine Feder aufweist und das Batteriesystem korrespondierend dazu eine Feder beziehungsweise eine Nut aufweist. Vorteilhafterweise wird ein in die Außenhülle eingebrachtes Batteriesystem durch die Führung in einer definierten Weise zu der Außenhülle ausgerichtet, sodass die Außenhülle das Batteriesystem vorteilhafterweise besonders gut schützt und eine besonders gute Temperierung des wenigstens einen Teil des Batteriesystems durch die wenigstens eine Mittel zur Temperierung aufweisende Wandung der Außenhülle ermöglicht ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhülle weist die Außenhülle wenigstens ein Fixierungselement auf, wobei das in die Außenhülle eingebrachte Batteriesystem durch das wenigstens eine Fixierungselement in einer definierten Position fixiert wird. Als Fixierungselement ist insbesondere ein Anschlag vorgesehen, durch den vorteilhafterweise eine optimale Ausrichtung der Außenhülle zu dem Batteriesystem ermöglicht ist. Die Außenhülle ist insbesondere dann optimal zu dem Batteriesystem ausgerichtet, wenn eine optimale Funktionsweise der Außenhülle sichergestellt ist, insbesondere eine Kühlung des Batteriesystems und/oder ein Schutz vor äußeren Einflüssen. Als Fixierungselemente sind insbesondere auch Kunststoffclips, Seitenvorsprünge und/oder Seitenvertiefungen vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhülle ist vorgesehen, dass die Außenhülle eine Entgasungseinrichtung umfasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ein von einer Batteriezelle oder mehreren Batteriezellen des Batteriesystems freigesetztes Fluid über die Entgasungseinrichtung der Außenhülle kontrolliert abgeführt werden. Insbesondere ist bei einer derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhülle vorgesehen, dass wenigstens eine Wandung der Außenhülle, vorzugsweise die obere Wandung, wenigstens eine Austrittsöffnung zum Ausströmen eines von dem in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystem freigesetzten Fluids aufweist, wobei an der wenigstens einen Austrittsöffnung die Entgasungseinrichtung angeordnet ist. Die wenigstens eine Austrittsöffnung ist dabei vorteilhafterweise korrespondierend den Sicherheitsentlüftungsöffnungen beziehungsweise den Sicherheitsventilen der Batteriezellen des Batteriesystems ausgebildet. Dabei ist, vorzugsweise durch die Führung und/oder die Fixierungselemente der Außenhülle bedingt, das Batteriesystem vorteilhafterweise derart in die Außenhülle einbringbar beziehungsweise eingebracht, dass die Sicherheitsentlüftungsöffnungen der Batteriezellen direkt an den Austrittsöffnungen der Außenhülle angeordnet sind. Somit kann ein von einer Batteriezelle des in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystems freigesetztes Fluid über die Sicherheitsentlüftungsöffnung der Batteriezelle und die entsprechende Austrittsöffnung in der Außenhülle in die Entgasungseinrichtung einströmen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Außenhülle sieht ferner vor, dass wenigstens eine der Wandungen der Außenhülle, vorzugsweise die obere Wandung, eine Innenwandung und eine Außenwandung aufweist, wobei zwischen der Innenwandung und der Außenwandung ein Volumenraum zur Aufnahme eines von einem in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystem freigesetzten Fluids ausgebildet ist, und wobei die Innenwandung wenigstens eine Eintrittsöffnung zum Einströmen eines von einem in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystem freigesetzten Fluids aufweist. Die Außenhülle ist hierdurch vorteilhafterweise um die Funktion eines Entgasungskollektors erweitert. Dabei ist, vorzugsweise durch die Führung und/oder die Fixierungselemente der Außenhülle bedingt, das Batteriesystem vorteilhafterweise derart in die Außenhülle einbringbar beziehungsweise eingebracht, dass die Sicherheitsentlüftungsöffnungen der Batteriezellen des Batteriesystems direkt an den Eintrittsöffnungen der Innenwandung angeordnet sind. Ein von einer Batteriezelle oder mehreren Batteriezellen des in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystems freigesetztes Fluid kann somit vorteilhafterweise über die Sicherheitsentlüftungsöffnung und die entsprechende Eintrittsöffnung in der Innenwandung in den von wenigstens einer Wandung der Außenhülle gebildeten Volumenraum einströmen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Außenhülle ist vorgesehen, dass die Außenwandung der einen Volumenraum ausbildenden Wandung der Außenhülle wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, wobei vorzugsweise eine Abführleitung zum Ableiten von in den Volumenraum eingeströmtem Fluid an der wenigstens einen Austrittsöffnung anordbar ist beziehungsweise angeordnet ist.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Batteriesystem umfassend wenigstens eine Batteriezelle und eine das Batteriesystem zumindest teilweise umgebende Außenhülle vorgeschlagen, wobei die Außenhülle eine erfindungsgemäße Außenhülle ist. Insbesondere kann die Außenhülle gemäß einer Kombination jeglicher der vorgenannten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Außenhülle ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Außenhülle die Deckelfläche, die Bodenfläche und die länglichen Seitenflächen des Batteriesystems vollständig umschließt. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine besonders gute Temperierung wenigstens eines Teils des Batteriesystems, insbesondere der Batteriezellen ermöglicht. Darüber hinaus ist das Batteriesystem vorteilhafterweise durch die Außenhülle besonders gut vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor mechanischen Belastungen, wie Stößen, und/oder vor Feuchtigkeit geschützt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass das Batteriesystem modular aufgebaut ist und mehrere Batteriezellen umfasst, wobei eine Batteriezelle Elektroden aufweist, die mit einem dazwischen angeordneten Elektrolyten und einem dazwischen angeordneten Separator zu einer Einheit gewickelt sind, insbesondere spiralförmig zu einer Einheit gewickelt sind, und wobei mehrere solcher Einheiten elektrisch miteinander verschaltet in einem Gehäuse integriert sind, vorzugsweise in einem kubisch oder quaderförmig ausgebildeten Gehäuse.
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Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem vorgesehen, dass die Außenhülle an der wenigstens einen offenen Seite, insbesondere an den beiden einander gegenüberliegenden offenen Seiten, jeweils wenigstens ein Dichtelement aufweist, welches Fugen und/oder Spalte zwischen der Außenhülle und dem in die Außenhülle eingebrachten Batteriesystem abdichtet. Durch das wenigstens eine Dichtelement wird dabei vorteilhafterweise ein Eindringen von Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeit in die Außenhülle verhindert und das Batteriesystem somit weiter verbessert geschützt. Insbesondere ist als Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass mittels wenigstens eines Dichtelements nach dem Einbringen des Batteriesystems in die Außenhülle Spalte und/oder Fugen zwischen der Außenhülle und dem Batteriesystem an den äußeren Rändern der Außenhülle abgedichtet werden, beispielsweise mittels eines silikonbasierten Dichtmittels.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für ein modular aufgebautes Batteriesystem und eine erfindungsgemäße Außenhülle;
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2 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für ein in eine erfindungsgemäße Außenhülle eingebrachtes erfindungsgemäßes Batteriesystem;
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3 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein modular aufgebautes Batteriesystem und eine erfindungsgemäße Außenhülle; und
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4 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein in eine erfindungsgemäße Außenhülle eingebrachtes erfindungsgemäßes Batteriesystem.
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In 1 ist ein Batteriesystem 10 sowie eine Außenhülle 1 für das Batteriesystem 10 dargestellt. Die Außenhülle 1 weist dabei eine untere Wandung 2, eine obere Wandung 3 und zwei einander gegenüberliegende, die untere Wandung 2 mit der oberen Wandung 3 verbindende Seitenwandungen 4, 5 auf. Die Wandungen 2, 3, 4, 5 sind dabei aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium, und fest miteinander verbunden. Hierdurch ist die Außenhülle 1 selbsttragend. Die äußere Grundform der Außenhülle 1 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel quaderförmig. Die Wandungen 2, 3, 4, 5 der Außenhülle 1 bilden einen Volumenraum aus, in welchen das Batteriesystem 10 eingebracht werden kann. An den Stirnseiten weist die Außenhülle 1 jeweils eine offene Seite 6, 7 auf. Über diese offenen Seiten 6, 7 kann das Batteriesystem 10 in die Außenhülle 1 eingebracht werden. Das Einbringen des Batteriesystems 10 in die Außenhülle 1 beziehungsweise das Verschieben der Außenhülle 1 auf das Batteriesystem 10 ist dabei in 1 symbolisch durch den Doppelpfeil 17 dargestellt. Vorteilhafterweise kann das Batteriesystem 10, insbesondere für Reparatur- oder Wartungsarbeiten, besonders leicht wieder aus der Außenhülle 1 entnommen werden.
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Die seitliche Wandung 4 und die seitliche Wandung 5 der in 1 dargestellten Außenhülle 1 weisen jeweils ein kühlmitteldurchströmtes Kühlmittelleitungssystem 8 als Mittel zur Temperierung der Batteriezellen 11 eines in die Außenhülle 1 eingebrachten Batteriesystems 10 auf. Das Kühlmittelleitungssystem 8 weist dabei eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 9 auf, durch welche ein Kühlmittel, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, strömt. Vorzugsweise weisen die Seitenwandungen 4, 5 der Außenhülle 1 Anschlussleitungen auf, über welche das Kühlmittelleitungssystem 8 mit einem Kühlsystem (in 1 nicht explizit dargestellt) verbunden ist, wobei das Kühlsystem das Kühlmittel entsprechend der für einen optimalen Betrieb des Batteriesystems 10 erforderlichen Betriebstemperatur temperiert.
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Das in 1 gezeigte Batteriesystem 10 ist modular aufgebaut und umfasst zwei Batteriezellen 11, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Über die Anschlussleitungen 12 kann das Batteriesystem 10 elektrisch kontaktiert werden. Die Batteriezellen 11 des Batteriesystems 10 umfassen vorteilhafterweise jeweils mehrere Jelly Rolls, welche elektrisch miteinander verschaltet sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batteriezellen 11 des Batteriesystems 10 eine Elektronikeinheit zum Überwachen und Steuern der jeweiligen Batteriezelle aufweisen (in 1 nicht explizit dargestellt). Die Batteriezellen 11 sind ferner jeweils von einem Gehäuse 27 umgeben, welches vorliegend kubisch ausgestaltet ist. Hierdurch ist das Einbringen des Batteriesystems 10 in die Außenhülle 1 vorteilhafterweise erleichtert. Wird das Batteriesystem 10 in die Außenhülle 1 eingebracht, so werden vorteilhafterweise die Deckelfläche 13, die Bodenfläche 14 und die länglichen Seitenflächen 15 des Batteriesystems 10 vollständig von der Außenhülle 1 umgeben. Lediglich die Stirnflächen 16 des Batteriesystems 10 werden nicht von der Außenhülle 1 umgeben.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Batteriesystem 10 in eine Außenhülle 1 eingebracht ist. Die Seitenwandung 4 der Außenhülle 1 weist dabei ein Kühlmittelleitungssystem 8 auf. Das Kühlmittelleitungssystem 8 umfasst dabei eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen 9, durch welche ein Kältemittel zur Temperierung des Batteriesystems 10 strömt.
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Das Batteriesystem 10 ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel derart in der Außenhülle 1 angeordnet, das die Außenflächen des Batteriesystems 10 die Innenseiten der Wandungen 2, 3, 4, 5 der Außenhülle 1 kontaktieren. Die Bodenfläche, die Deckelfläche und die länglichen Seitenflächen des Batteriesystems 10 werden dabei vollständig von der Außenhülle 1 umschlossen. Durch Fixierungselemente 23, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch verschwenkbare Metallbügel, ist das Batteriesystem 10 in der Außenhülle 1 in einer definierten Position fixiert, wobei die Fixierung des Batteriesystems 10 in der Außenhülle 1 durch ein Verschwenken der Metallbügel 23 wieder lösbar ist. Hierdurch kann das Batteriesystem 10, insbesondere für Wartungs- oder Reparaturarbeiten, aus der Außenhülle 1 entfernt werden.
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Insbesondere ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel das Batteriesystem 10 derart in die Außenhülle 1 eingebracht, dass die Seitenwandung 4 der Außenhülle 1 und die der Seitenwandung 4 zugewandte Seitenfläche des Batteriesystems 10 in thermischem Kontakt stehen. Zur Reduzierung des Wärmeübergangswiderstandes von dem Batteriesystem 10 zu der Seitenwandung 4 der Außenhülle 1 ist eine Wärmeleitpaste zwischen die Seitenwandung 4 und die die Seitenwandung 4 kontaktierende Fläche des Batteriesystems 10 eingebracht (in 2 nicht explizit dargestellt). Vorteilhafterweise behält das Batteriesystem 10 durch die Ausgestaltung der Außenhülle 1 die kompakten Abmessungen bei und ist durch die Außenhülle 1 nicht nur verbessert vor mechanischen Einwirkungen, wie Stößen, geschützt, sondern wird durch das in der Seitenwandung 4 der Außenhülle 1 integrierte Kühlmittelleitungssystem 8 zudem temperiert, insbesondere gekühlt.
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3 zeigt ein weiteres Batteriesystem 10 und eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante für eine erfindungsgemäße Außenhülle 1. Die Außenhülle 1 weist eine untere Wandung 2, eine obere Wandung 3 und zwei einander gegenüberliegende, die untere Wandung 2 mit der oberen Wandung 3 verbindende Seitenwandungen 4, 5 auf. Die Seitenwandungen 4, 5 der Außenhülle 1 umfassen dabei jeweils einen einlagigen Plattenwärmetauscher mit Turbulenzblech (in 3 nicht explizit dargestellt) als Mittel zur Temperierung eines in die Außenhülle 1 eingebrachten Batteriesystems 10. Die untere Wandung 2, die obere Wandung 3 und die Seitenwandungen 4, 5 der Außenhülle 1 sind fest miteinander verbunden, wobei die Außenhülle 1 derart ausgebildet ist, dass das Batteriesystem 10 über eine offene Seite 6, 7 der Außenhülle 1 in die Außenhülle 1 eingebracht werden kann. Die Seitenwandungen 4, 5 der Außenhülle 1 weisen jeweils eine Führung 24 auf, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Art einer Feder ausgebildet. Mittels dieser Führung 24 kann das Batteriesystem 10 vorteilhafterweise von der Führung 24 geführt in die Außenhülle 1 eingebracht werden. Ein Batteriesystem 10, welches in die Außenhülle 1 eingebracht wird, weist dabei, wie in 3 schematisch dargestellt, entsprechend eine Nut 25 auf, wobei jeweils die Feder 24 der Außenhülle 1 in die Nut 25 des Batteriesystems 10 eingreifen kann und das Batteriesystem 10 somit vorteilhafterweise von der Führung 24 geführt in die Außenhülle 1 eingebracht werden kann. Vorteilhafterweise weist die Außenhülle 1 zudem Kunststoffclips auf (in 3 nicht explizit dargestellt), durch welche ein in die Außenhülle 1 eingebrachtes Batteriesystem 10 in einer definierten Position fixiert wird. Insbesondere können die Kunststoffclips an der Führung 24 angeordnet sein, und eine an dem Batteriesystem vorgesehene Aussparung (in 3 nicht explizit dargestellt) hintergreifen.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Außenhülle 1 eine Entgasungseinrichtung 26. Dazu weist die obere Wandung 3 der Außenhülle 1 eine Innenwandung 19 und eine Außenwandung 20 auf, wobei zwischen der Innenwandung 19 und der Außenwandung 20 ein Volumenraum ausgebildet ist. Dieser Volumenraum kann dabei ein von einem in die Außenhülle 1 eingebrachten Batteriesystem 10 freigesetztes Fluid aufnehmen. Dazu weist die Innenwandung 19 Eintrittsöffnungen 21 zum Einströmen eines von einem in die Außenhülle 1 eingebrachten Batteriesystem 10 freigesetzten Fluids auf. Die Eintrittsöffnungen 21 sind dabei korrespondierend zu entsprechenden Sicherheitsentlüftungsöffnungen 18 des Batteriesystems 10 ausgebildet. Durch die Führung 24 der Außenhülle 1 und die das Batteriesystem 10 fixierenden Kunststoffclips der Außenhülle 1 kann das Batteriesystem 10 vorteilhafterweise in einer definierten Position in der Außenhülle 1 angeordnet werden, in der das Batteriesystem 10 derart in die Außenhülle 1 angeordnet ist, dass die Sicherheitsentlüftungsöffnungen 18 des Batteriesystems 10 direkt an den Eintrittsöffnungen 21 der Innenwandung 19 der Außenhülle 1 angeordnet sind. Im Fall einer Zellentgasung strömt ein von einem in die Außenhülle 1 eingebrachten Batteriesystem 10 freigesetztes Fluid somit über die Sicherheitsentlüftungsöffnung 18 und die Eintrittsöffnung 21 in der Innenwandung 19 der oberen Wandung 3 in den Volumenraum der oberen Wandung 3.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Außenwandung 20 der oberen Wandung 3 der Außenhülle 1 vorteilhafterweise zudem eine Austrittsöffnung 22 auf, an welche eine Abführleitung (in 3 nicht explizit dargestellt) anordbar ist. Über diese kann ein von dem Volumenraum aufgenommenes Fluid abgeführt werden.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 10 umfassend wenigstens eine Batteriezelle und eine erfindungsgemäße Außenhülle 1, wobei das Batteriesystem 10 in die Außenhülle 1 eingebracht ist. Die Außenhülle 1 umgibt dabei die Deckelfläche, die Bodenfläche und die länglichen Seitenflächen des Batteriesystems 10 vollständig. Die Außenhülle 1 weist dabei eine im Zusammenhang mit 3 erläuterte Entgasungseinrichtung 26 auf. Ferner umfassen die Seitenwandungen 4, 5 der Außenhülle 1 ein Kühlmittelleitungssystem 8 mit einer Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 9, durch welche ein Kühlmittel strömt. Vorteilhafterweise sind die Übergänge von der Außenhülle 1 zu dem Batteriesystem 10 an den Stirnseiten 16 mittels wenigstens eines Dichtungselementes (in 4 nicht explizit dargestellt), insbesondere mittels eines Dichtgummis, abgedichtet. Das Batteriesystem 10 weist dabei Sicherheitsentlüftungsöffnungen auf, wie im Zusammenhang mit dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Die Sicherheitsentlüftungsöffnungen des Batteriesystems 10 sind dabei direkt an den Eintrittsöffnungen 21 der Entgasungseinrichtung 26 der Außenhülle 1 angeordnet. Die exakte Anordnung des Batteriesystems 10 in der Außenhülle 1, insbesondere derart, dass die Sicherheitsentlüftungsöffnungen des Batteriesystems passend an den Eintrittsöffnungen 21 der Entgasungseinrichtung angeordnet sind, wird dabei durch Fixierungselemente (in 4 nicht explizit dargestellt) und eine Nut-Feder-Verbindung (Feder 24, Nut 25) zwischen Batteriesystem 10 und Außenhülle 1 erzielt. Bei einem sehr kompakten Design ist somit ein Batteriesystem 10 mit einer das Batteriesystem 10 schützenden Außenhülle 1 realisiert, wobei durch die Außenhülle 1 ein Kühlmittelleitungssystem 8 zur Temperierung des Batteriesystems 10 und eine Entgasungseinrichtung 26 bereitgestellt ist.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059969 A1 [0006, 0006]
- DE 102009000660 A1 [0007]
