DE102014200989A1 - Temperiervorrichtung für Batteriezellen und Verfahren zur Temperierung von Batteriezellen sowie Batteriemodul, Batteriepack, Batterie und Batteriesystem - Google Patents

Temperiervorrichtung für Batteriezellen und Verfahren zur Temperierung von Batteriezellen sowie Batteriemodul, Batteriepack, Batterie und Batteriesystem Download PDF

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Abstract

Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) für eine Batteriezelle (100), gekennzeichnet durch: ein Rohr oder einen Schlauch (300), umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200), jeweils umfassend eine Vielzahl von Kanälen (210), zur Aufnahme des Rohrs oder Schlauchs (300), wobei: die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart platzierbar ist, dass das Rohr oder der Schlauch (300) in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platzierbar ist und das Temperiermittel die Batteriezelle (100) temperieren kann, ein Batteriemodul (10, 20), ein Batteriepack, eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Temperierung einer Vielzahl von Batteriezellen (1001 ... 1003).

Description

  • Stand der Technik
  • Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode), die Lithium-Ionen (Li+) beim Laden reversibel einlagern (Interkalation) oder beim Entladen wieder auslagern (Deinterkalation) können. Dabei nimmt das Volumen der Lithium-Ionen-Akkumulatoren beim Laden aufgrund der Interkalation zu und beim Entladen aufgrund der Deinterkalation ab. Lithium-Ionen-Akkumulatoren haben eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung.
  • Es ist jedoch absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher (EES) vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
  • Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.
  • Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beispielsweise können drei bis zwölf Batteriezellen in einem Batteriemodul zusammengefasst werden. Das Batteriemodul hält die Batteriezellen und nimmt mechanische Beanspruchungen auf, sodass es die Batteriezellen vor Beschädigungen schützt. Weiterhin realisiert das Batteriemodul eine mechanische Verspannung der Batteriezellen und stellt eine elektrische Isolation bereit. Außerdem kann das Batteriemodul zur Temperierung der Batteriezellen dienen. Die Batteriemodule können zu einem Batteriepack zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.
  • Der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt typischer Weise zwischen –30 °C und +70 °C, vorzugsweise zwischen +5 °C und +35 °C. Im unteren Bereich der Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batteriezellen stark an, und die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Batteriezellen nehmen mit weiter fallenden Temperaturen kontinuierlich ab. Dabei kann auch eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Auch wenn die Betriebstemperatur überschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen über ca. 40 °C wird die Lebensdauer der Batteriezellen reduziert. Dabei kann ebenfalls eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Weiterhin liegt der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturunterschied (Temperaturgradient) in einer Batteriezelle und / oder innerhalb eines Batteriemoduls oder einer Batterie typischer Weise zwischen 5 Kelvin und 10 Kelvin. Bei größeren Temperaturunterschieden können verschiedene Bereiche einer Batteriezelle bzw. verschiedene Batteriezellen eines Batteriemoduls oder einer Batterie unterschiedliche Belastungen erfahren oder sogar (partiell) überlastet und / oder geschädigt werden. Weiterhin besteht aufgrund von Temperaturunterschieden und / oder Temperaturänderungen eine Gefahr der Bildung von Kondenswasser in der Batterie. Die Schädigung kann zu einer beschleunigten Alterung der Batteriezellen oder einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellen, das eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt, führen.
  • In einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs werden Li-Ionen-Hochleistungsbatteriezellen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während kurzzeitiger Spitzenbelastungen, die beispielsweise durch Rekuperation von Bremsenergie beim Bremsen oder Boostunterstützung beim Beschleunigen entstehen, müssen die Batteriezellen in einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung (bei Ladung) aufnehmen oder (bei Entladung) abgeben. Aufgrund des Innenwiderstands der Batteriezellen führen diese kurzen Spitzenbelastungen zu einer signifikanten Erwärmung der Batteriezellen. Der Wirkungsgrad der Batteriezellen beim Laden bzw. Entladen ist sehr hoch (ca. 95 %); dennoch ist die dabei entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Bei einer Traktionsleistung von beispielsweise 60 KW ergibt ein Verlust von 5 % eine Verlustleistung von 3 KW. Weiterhin können, beispielsweise in den Sommermonaten oder in wärmeren Regionen, Außentemperaturen, die 40 °C und mehr betragen können, außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegen, so dass die Batteriezellen ohne Kühlung keine Lebensdauer von, beispielsweise, zehn oder 15 Jahren erreichen können.
  • Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. Batteriesystems zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht, wie oben beschrieben, während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über die kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriemodul bzw. Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt, wobei die Kühlung in der Regel häufiger erforderlich ist als die Heizung.
  • Dazu kann das Batteriemodul bzw. Batteriesystem ein Fluid, zum Beispiel eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser, ein Flüssigkeitsgemisch oder ein Kältemittel, als Temperiermittel beispielsweise Kühl- oder Kältemittel in einem Temperiermittelkreislauf umfassen.
  • Beispielsweise kann die Kühlung der Batteriezellen durch Kühlplatten, auf denen die Batteriezellen montiert sind, erreicht werden. In den Kühlplatten nimmt entweder ein Kühlmittel wie Kühlwasser (Luft-Wärme-Kühler) oder ein Kältemittel, das durch die Wärme verdampft, (Verdampfer) die Wärme der Batteriezellen auf und führt sie über einen Kühler oder eine andere Wärmeaustauscheinrichtung an die Umgebung oder eine Klimaanlage (Airconditioning, AC) ab. Ein Kühlsystem umfasst neben den Kühlplatten oder dem Verdampfer und dem Kühler weiterhin Schläuche und / oder Rohre, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall wie Aluminium, zum Verbinden der Kühlplatten, des Verdampfers und / oder des Kühlers.
  • WO 2012/028927 A2 offenbart eine Elektrizitätsspeichervorrichtung mit einen Batteriepack, umfassend eine Vielzahl von Batteriezellen, ein Paar von Endplatten und eine Vielzahl von Spannbändern, wobei die Vielzahl von Batteriezellen zwischen dem Paar von Endplatten angeordnet ist und die Vielzahl von Spannbändern entlang der Vielzahl von Batteriezellen, auf ihrer Oberseite bzw. Unterseite, ausgerichtet ist und jeweils an den Endplatten befestigt ist, sodass die Vielzahl von Batteriezellen zwischen dem Paar von Endplatten verspannt ist.
  • Um die Funktionalität von Batteriemodulen zu verbessern und die Kosten der Batteriemodule zu reduzieren, ist es somit erforderlich, die Temperiervorrichtung und das Verfahren zur Temperierung der Batteriezellen zu verbessern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Batteriezellen, beispielsweise prismatischen Batteriezellen, einfacher temperiert und / oder verspannt werden können. Dabei können die Batteriezellen beispielsweise in einen Batteriemodule, einer Vielzahl von Batteriemodulen, einem Batteriepack oder einer Viezzahl von Batteriepacks, insbesondere wenn der Batteriepack bzw. die Batterpacks flach ausgebildet sind, temperiert und / oder verspannt werden. Dabei kann mittels einer turbulenten Durchströmung die thermische Wirksamkeit erhöht und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht werden. Weiterhin kann auch bei großen Temperiermittelströmen der Druckverlust reduziert bzw. minimiert werden. Weiterhin kann dadurch der Engeriebedarf zur Umwälzung des Temperiermittels beispielsweise mittels einer Pumpe reduziert werden. Somit kann die Energieeffizienz des gesamten Systems erhöht werden. Weiterhin kann das Batteriemodul modularisiert werden. Dadurch können der Aufbau des Batteriemoduls vereinfacht und die Anzahl von Komponenten des Battereimoduls reduziert werden. Somit können das Batteriemodul verkleinert und sein Gewicht reduziert werden. Dabei kann die Efferenz insbesondere thermische Effizienz des Batteriemoduls erhalten bleiben. Weiterhin kann die Variantenvielfalt und / oder Skalierbarkeit des Batteriemoduls erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Systemkosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden. Weiterhin können der Strömungsverlauf und / oder die Strömungsdichte der Temperiermittels an den Bedarf der Batteriezelle angepasst werden. Dadurch können die Höhe der Temperaturunterschiede und die Bildung von Kondenswasser reduziert werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils geschlossen beispielsweise röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet sein, sodass das Rohr oder der Schlauch axial, d. h. jeweils durch eine Öffnung im Querschnitt eines Kanals und entlang des Kanals, in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platzierbar ist. Dadurch kann das Rohr oder der Schlauch vor Beschädigungen geschützt werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils offen beispielsweise grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet sein, sodass das Rohr oder der Schlauch radial, d. h. jeweils durch eine Öffnung entlang eines Kanals, in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platzierbar ist. Dadurch kann die Herstellung der Temperiervorrichtung vereinfacht werden und die Verwendung eines einzigen Schlauches ermöglicht werden. Somit können die Kosten reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen identisch ausgebildet sein. Dadurch können der Aufbau der Temperiervorrichtung vereinfacht und die Anzahl von unterschiedlichen Komponenten der Temperiervorrichtung reduziert werden. Weiterhin kann die Variantenvielfalt, Skalierbarkeit und / oder Flexibilität der Temperiervorrichtung erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen an die Abmessungen der Batteriezelle angepasst sein. Dadurch kann die Skalierbarkeit bezüglich der Anzahl von Batteriezellen weiter erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten weiter reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie die Batteriezelle verspannen. Dadurch können die Materialermüdung verhindet oder zumindest reduziert werden und, unter Umständen, die Lebendauer der Batteriezelle verlängert werden. Weiterhin kann auf eine separate Modulverspannung verzichtet werden. Somit können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungskörper ausgebildet beispielsweise gegossen, gespritzt oder extrudiert sein. Dadurch kann die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungsband ausgebildet beispielsweise geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert sein. Dadurch können die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht und die Variabilität bezüglich Form und Geometrie vergrößert werden. Weiterhin kann der für die Wärmeübertragung maßgebliche Kontakt verbessert werden. Außerdem können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Temperiervorrichtung, weiterhin ein Anschlusselement, das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet ist, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs an ein Temperiersystem umfassen. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Stutzen, Gewindestutzen oder Olive ausgebildet sein. Durch das Anschlusselement kann die Temperiervorrichtung beispielsweise mittels Rohren und / oder Schläuchen mit dem Temperiersystem verbunden werden. Dadurch kann der Aufbau modularisiert sein.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Temperiervorrichtung weiterhin ein Bogenelement, das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet ist, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs mit einem weiteren Rohr oder Schlauch umfassen. Das Bogenelement kann einen Bogenwinkel von beispielsweise 45 °, 90 ° oder 180 ° umfassen und, zum Beispiel bezüglich Durchmessern und / oder Radien, an die Abmessungen der Batteriezelle und / oder des Rohrs bzw. Schlauches angepasst sein. Durch das Bogenelement wird ein Verbinden von einer Vielzahl von Rohren und / Schläuchen ermöglicht. Dadurch kann die Anzahl von Anschlusspunkten an das Temperiersystem und somit die Anzahl von Anschlusselementen reduziert werden. Somit können der Aufbau vereinfacht und die Kosten und / oder das Gewicht reduziert werden.
  • Die Erfindung stellt ein Batteriemodul bereit, das eine Vielzahl von Batteriezellen, die in einer Raumrichtung ausgerichtet sind und die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin einen Batteriepack bereit, der die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder den zuvor beschriebenen Batteriepack umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul, den zuvor beschriebenen Batteriepack oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Temperiervorrichtung, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, den zuvor beschriebenen und mit dem Fahrzeug verbundenen Batteriepack, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils geschlossen beispielsweise röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet werden, sodass das Rohr oder der Schlauch axial in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden kann. Dadurch kann das Rohr oder der Schlauch vor Beschädigungen geschützt werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils offen beispielsweise grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen ausgebildet werden, sodass das Rohr oder der Schlauch radial in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden kann. Dadurch kann die das Verfahren vereinfacht werden und die Verwendung eines einzigen Schlauches ermöglicht werden. Somit können die Kosten reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen identisch ausgebildet werden. Dadurch können das Verfahren vereinfacht und die Anzahl von Komponenten reduziert werden. Weiterhin kann die Variantenvielfalt und / oder Skalierbarkeit erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen an die Abmessungen der Batteriezelle angepasst werden. Dadurch kann die Skalierbarkeit bezüglich der Anzahl von Batteriezellen weiter erhöht werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Lagerhaltungskosten, Wartungskosten oder Instandsetzungskosten weiter reduziert werden. Weiterhin kann durch Zuordnen der Verbindungseinrichtungen zu jeweils einer Batteriezelle, zum Beispiel bei Kondensation von feuchter Luft, die Bildung von Feuchtigkeitsbrücken zwischen den Batteriezellen verhindert werden. Weiterhin können die Abmessungen der Verbindungseinrichtungen derart bestimmt werden, dass zwischen den Batteriezellen jeweils ein Luftspalt zur Isolation verbleibt, so dass Isolationsmittel entfallen können. Zwischen den Verbindungseinrichtungen können Abstandseinrichtungen, die zum Beispiel als Ringe wie O-Ringe ausgebildet sein können, angeordnet sein. Die Abstandseinrichtungen können auf den Rohren bzw. Schläuchen angeordnet sein.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen derart ausgebildet werden, dass sie die Batteriezelle verspannen. Dadurch kann die Lebendauer der Batteriezelle verlängert werden. Weiterhin kann auf eine separate Modulverspannung verzichtet werden. Somit können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungskörper ausgebildet beispielsweise gegossen, gespritzt oder extrudiert werden. Dadurch kann die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht werden.
  • Zweckmäßiger Weise können die Verbindungseinrichtungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen jeweils als Verbindungsband ausgebildet beispielsweise geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert werden. Dadurch können die Herstellung der Verbindungseinrichtungen vereinfacht und die Variabilität bezüglich Form und Geometrie vergrößert werden. Weiterhin kann der für die Wärmeübertragung maßgebliche Kontakt verbessert werden. Außerdem können die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen eines Anschlusselementes, das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet wird, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs an ein Temperiersystem umfassen. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Stutzen, Gewindestutzen oder Olive ausgebildet sein. Durch das Anschlusselement kann die Temperiervorrichtung beispielsweise mittels Rohren und / oder Schläuchen mit dem Temperiersystem verbunden werden. Dadurch kann der Aufbau modularisiert sein.
  • Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen eines Bogenelements, das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs angeordnet wird, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs mit einem weiteren Rohr oder Schlauch umfassen. Das Bogenelement kann einen Bogenwinkel von beispielsweise 45 °, 90 ° oder 180 ° umfassen und, zum Beispiel bezüglich Durchmessern und / oder Radien, an die Abmessungen der Batteriezelle und / oder des Rohrs bzw. Schlauches angepasst sein. Durch das Bogenelement wird ein Verbinden von einer Vielzahl von Rohren und / Schläuchen ermöglicht. Dadurch kann die Anzahl von Anschlusspunkten an das Temperiersystem und somit die Anzahl von Anschlusselementen reduziert werden. Somit können der Aufbau vereinfacht und die Kosten und / oder das Gewicht reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann das Rohr oder der Schlauch beispielsweise mittels Clipsen, Dornen, Kleben, Klemmen, Löten oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschweißen mit der Vielzahl von Verbindungselementen verbunden werden. Dadurch der Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Rohr oder Schlauch und der Vielzahl von Verbindungselementen verbessert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Rohr, Anschlusselement und / oder Bogenelement Metall beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Stahl oder Kunststoff umfassen. Dadurch können das Rohr, Anschlusselement und / oder Bogenelement beispielsweise mittels Kleben, Löten oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschweißen verbunden werden. Die Verbindungsstellen können zur druckfesten Abdichtung Lot beispielsweise Speziallot zum Verlöten von Aluminium bei 605 °C bzw. Lotringe, elastische Dichtungen, zum Beispiel Dichtringe wie O-Ringe, oder selbstdichtende Verbindungselemente umfassen.
  • Zweckmäßiger Weise kann der Schlauch flexibel sein. Dadurch kann der Schlauch einstückig in der Vielzahl von Kanälen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen platziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle mittels des Rohrs oder Schlauches verspannt sein. Dadurch können die Temperierung und Verspannung der Batteriezelle kombiniert sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 20 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 40 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
  • 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 95 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Batteriemodul 10 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 100, d. h. 100 1 ... 100 3 beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Batteriezellen. Die Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 sind, wie in 1 beispielhaft gezeigt, in einer ersten Raumrichtung ausgerichtet, sodass ihre Längsseiten, die in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung senkrechten Raumrichtung ausgerichtet sind, parallel zueinander verlaufen. Eine dritte, zur ersten Raumrichtung und zweiten Raumrichtung senkrechte Raumrichtung bezeichnet die Höhenrichtung der Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch.
  • Entsprechend kann ein Batteriepack, eine Batterie oder ein Batteriesystem eine Vielzahl von Batteriemodulen umfassen.
  • Die Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 können prismatisch beispielsweise quaderförmig sein und jeweils ein Zellengehäuse 110 1 ... 110 3 mit jeweils einem Zellenboden 115 1 ... 115 3 und einen Zellendeckel 120 1 ... 120 3 mit jeweils zwei elektrischen Zellenanschlüssen (Zellenterminals) 150 1, 155 1 ... 150 3, 155 3, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, umfassen. Die Zellenterminals 150 1 ... 150 3 können jeweils einen elektrischen Minuspol bilden, und die Zellenterminals 155 1 ... 155 3 können jeweils, wie in 1 beispielhaft gezeigt, einen elektrischen Pluspol bilden. Zur elektrischen Verbindung können die elektrischen Zellenanschlüsse 150 1, 155 1 ... 150 3, 155 3 beispielsweise jeweils ein Gewindeloch umfassen. Zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 zu einem Batteriemodul können Verbindungsstücke beispielsweise Zellenverbinder 160 12, 160 23, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, dienen, die die Zellenanschlüsse 150 1, 155 1 ... 150 3, 155 3 der Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 gemäß des jeweiligen Erfordernisses miteinander elektrisch verbinden. In 1 ist beispielhaft eine Serienschaltung der Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 gezeigt. Zur Herstellung des Batteriemoduls können die Verbindungstücke, beispielsweise nach räumlicher Ausrichtung der Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3, an den Zellenanschlüssen, zum Beispiel mittels eines Lasers, angeschweißt werden.
  • Die Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 können als Primärzellen bzw. Primärelemente, die nicht wiederaufladbar sind, oder als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein. Die Sekundärzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Li-Ion-Akku, Li-Ionen-Sekundärbatterie) oder Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPoly-Akku, LiPo-Akku) ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 können mit einem Elektrodenwickel (Jelly Roll, JR, Swiss Roll), zum Beispiel als Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem Elektrodenwickel (JR-Li-Ion-Akku), ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100, 100 1 ... 100 3 können als Beutelzelle (Pouch Cell) ausgebildet sein. Dabei kann ein Beutel (Pouch), der zur Aufnahme und Aufbewahrung eines Elektrolyts dient, eine, zwei, drei oder mehr Elektrodenwickel umfassen. Weiterhin kann eine Schutzhülle (Protective Envelop) den oder die Elektrodenwickel und / oder den oder die Beutel umschließen. Die Schutzhülle kann ein widerstandsfähiges (stoßsicheres, kugelsicheres, schusssicheres, beschusssicheres, ballistic, anti-ballistic, bulletproof) Material, zum Beispiel ballistisches Gewebe, wie ballistisches Polyamid-Gewebe (ballistisches Nylon-Gewebe, Ballistic Nylon), umfassen. Somit können die Elektrodenwickel gegen eine Beschädigung von außen, beispielsweise bei einem Unfall, und / oder bei einem thermischen Durchgehen eines Elektrodenwickels, das erhebliche Kräfte auf benachbarte Batteriezellen ausüben kann, geschützt werden.
  • Das Batteriemodul 10 umfasst weiterhin eine Temperiervorrichtung, umfassend ein Rohr oder einen Schlauch bzw. eine Vielzahl von Rohren oder Schläuchen 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32, jeweils umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen bzw. Verbindungselementen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32, jeweils umfassend eine Vielzahl von geschlossenen Kanälen 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32. Die Kanäle 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32 können jeweils gerade und /oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Alternativ können die Kanäle 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 3, zur Erhöhung des Wärmeaustauschs, jeweils kurvenfömig oder wellenförmig beispielsweise sinusfömig ausgebildet sein, insbesondere wenn der Schlauch flexibel ist, sodass die Temperiervorrichtung mittels eines einzigen Schlauchs mit einem durchgängigen Kanal ausgebildet werden kann. Die Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 können, wie in 1 beispielhaft gezeigt, identisch sein und / oder als Verbindungskörper, deren Abmessungen insbesondere Stärken größer sind als der Durchmesser der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32, ausgebildet sein. Die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 ist jeweils in der ersten Raumrichtung derart ausgerichtet, dass ihre Kanäle 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32 fluchten und die Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 durch die Vielzahl von fluchtenden Kanälen 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32 verlaufen. Dadurch werden die Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 miteinander verbunden. Die Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 können zusätzlich jeweils aneinander befestigt beispielsweise geclipst, geklebt, gesteckt oder gerastet sein. Alternativ können die Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 zusammen hergestellt sein und Sollbruchstellen aufweisen. In Abhängigkeit vom Temperierungsbedarf der Batteriezellen 100 1 ... 100 3 kann eine Anzahl von fluchtenden Kanälen 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32 leer bzw. frei von Rohren oder Schläuchen 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 bleiben. Die Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 können beispielsweise mittels Clipsen, Dornen, Kleben, Klemmen, Löten, Nieten, Schrauben oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschweißen jeweils mit den Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 fest verbunden sein. Das Temperiermittel kann die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 über die Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 und Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32, die mit den Zellenwänden und / oder Zellenböden in Kontakt stehen, temperieren.
  • Die Temperiervorrichtung kann weiterhin eine Vielzahl von Anschlusselementen 310 11, 310 21, 310 22 zum Anschließen der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 an ein Temperiersystem umfassen. Die Anschlusselemente 310 11, 310 21, 310 22 sind jeweils an einem Ende der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 angeordnet.
  • Die Temperiervorrichtung kann weiterhin eine Vielzahl von Bogenelementen 320 11, 320 21, 320 12 zum Verbinden der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 untereinander umfassen. Die Bogenelemente 320 11, 320 21, 320 12 umfassen jeweils einen Bogenwinkel von 180 ° und einen Radius, der auf den vertikalen Abstand der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 zueinander angepasst ist. Dadurch kann das Temperiermittel, wie in 1 beispielhaft gezeigt, schlangenförmig oder S-förmig in einer ersten Fließrichtung 500 1 beispielsweise in einer Ebene durch die Temperiervorrichtung fließen und die Anzahl der Anschlusselemente 310 11, 310 21, 310 22 reduziert werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Temperiervorrichtung kann ein Bereitstellen und Ausrichten der Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31, 200 12 ... 200 32 und ein Bereitstellen der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 und ein Platzieren der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 in der Vielzahl von fluchtenden Kanälen 210 11 ... 210 32, 210 12 ... 210 32 umfassen. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen der Anschlusselemente 310 11, 310 21, 310 22 und jeweils das Befestigen an einem Ende der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 umfassen. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen der Bogenelemente und jeweils das Befestigen an einem Ende einem Ende der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32. Dabei können die Schritte gruppiert werden und / oder die Reihenfolge der Schritte angepasst werden.
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 20 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Batteriemodul 20 entspricht im Wesentlichen dem mit Bezug auf 1 beschriebenen Batteriemodul 10, wobei eine Anzahl von Verbindungseinrichtungen 200 13 ... 200 23, 200 14 ... 200 24 jeweils in der zweiten Raumrichtung derart ausgerichtet, dass ihre Kanäle 210 13 ... 210 33 fluchten und die Rohre oder Schläuche 300 13 ... 300 33 durch die Anzahl von fluchtenden Kanälen 210 13 ... 210 33 verlaufen. Da die Anzahl von Verbindungseinrichtungen 200 13 ... 200 23, 200 14 ... 200 24 mit jeweils einer Längsseite der äußeren Batteriezellen 100 1 und 100 3 in Kontakt stehen, wird deren Temperierung verbessert. Die Temperiervorrichtung umfasst Bogenelemente 330 11 ... 330 31, umfassend einen Bogenwinkel von 90 ° und einen Radius, der auf Anordnung der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32 in der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung angepasst ist und (nur) zwei Anschlusselemente 310 11, 310 21 zum Anschließen der Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31, 300 12 ... 300 32, 300 13 ... 300 33 an das Temperiersystem.
  • Zur Verbesserung der Temperierung der mittleren Batteriezelle 100 2 kann eine Anzahl von Verbindungseinrichtungen zwischen der (linken) äußeren Batteriezelle 100 1 und der mittleren Batteriezelle 100 2 und / oder und der mittleren Batteriezelle 100 2 und der (rechten) äußeren Batteriezelle 100 3. angeordnet sein. Dabei kann die Temperierung beispielsweise mittels der jeweiligen Anzahl von Rohren oder Schläuchen in den Verbindungseinrichtungen und / oder deren Querschnittsfläche angepasst werden.
  • 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 30 umfasst eine Vielzahl von Rohren oder Schläuchen 300 1 ... 300 3, jeweils umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3, jeweils umfassend eine Vielzahl von geschlossenen Kanälen 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3. Die Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 sind, wie in 3 beispielhaft gezeigt, als identische prismatische beispielsweise quaderförmige Verbindungskörper, deren Stärke größer ist als der Durchmesser der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3, ausgebildet. Die Wände der Verbindungskörper 200 1 ... 200 3 sind im Wesentlichen eben ausgebildet. Die Verbindungskörper 200 1 ... 200 3 können beispielsweise als Extrusionsteile, Gussteile wie Hohlgussteile oder Spritzteile hergestellt sein und / oder Kunststoff oder Metall wie Aluminium umfassen. Die Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können jeweils durch eine Öffnung im Querschnitt eines Kanals und entlang des Kanals in der Vielzahl von geschlossenen Kanälen 210 11 ... 210 13 platzierbar und ggf., wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, befestigt sein. Die Temperiervorrichtung 30 kann weiterhin, wie bereits oben beschrieben weitere Einrichtungen bzw. Elemente wie Anschlusselemente und / oder Bogenelemente umfassen.
  • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 40 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 40 umfasst eine Vielzahl von Rohren oder Schläuchen 300 1 ... 300 3, jeweils umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3, jeweils umfassend eine Vielzahl von offenen Kanälen oder Gräben 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3. Die Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 sind, wie in 4 beispielhaft gezeigt, wiederum als identische prismatische beispielsweise quaderförmige Verbindungskörper, deren Stärke größer ist als der Durchmesser der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3, ausgebildet. Die Wände der Verbindungskörper 200 1 ... 200 3 sind, abgesehen von den Öffnungen entlang der offenen Kanäle 210 11 ... 210 13, im Wesentlichen eben ausgebildet. Die Verbindungskörper 200 1 ... 200 3 können, wie bereits mit Bezug auf 3 beschrieben, als Extrusionsteile, Gussteile wie Hohlgussteile oder Spritzteile hergestellt sein und / oder Kunststoff oder Metall wie Aluminium umfassen. Die Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können jeweils durch die Öffnung entlang des Kanals in der Vielzahl von offenen Kanälen 210 11 ... 210 13 platzierbar und ggf., wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, befestigt sein. Zum Platzieren der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können die Öffnungen der Kanäle 210 11 ... 210 13 durch (Auf-)Biegen der Verbindungskörper 200 1 ... 200 3 geweitet werden und / oder die Querschnitte der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 durch (Zusammen-)Drücken reduziert werden. Die Temperiervorrichtung 40 kann weiterhin, wie bereits oben beschrieben weitere Einrichtungen bzw. Elemente wie Anschlusselemente und / oder Bogenelemente umfassen.
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 50 umfasst eine Vielzahl von Rohren oder Schläuchen 300 1 ... 300 3, jeweils umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3, jeweils umfassend eine Vielzahl von offenen Kanälen oder Gräben 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3. Die Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 sind, wie in 5 beispielhaft gezeigt, als identische Verbindungsbänder, deren Stärke kleiner ist als der Durchmesser der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3, ausgebildet. Die Verbindungsbänder 200 1 ... 200 3 können, abgesehen von den Bereichen mit den offenen Kanälen 210 11 ... 210 13, im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Die Verbindungsbänder 200 1 ... 200 3 können als Biegeteile, Federteile oder Stanzteile hergestellt sein und / oder Kunststoff oder Metall wie Aluminium umfassen. Die Verbindungsbänder 200 1 ... 200 3 können aus einem Bandmaterial, Blech, gelochten Material oder Gittermaterial hergestellt werden. Die Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können jeweils durch die Öffnung entlang des Kanals in der Vielzahl von offenen Kanälen 210 11 ... 210 13 platzierbar und ggf., wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, befestigt sein. Zum Platzieren der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können die Öffnungen der Kanäle 210 11 ... 210 13 durch (Auf-)Biegen der Verbindungsbänder 200 1 ... 200 3 geweitet werden und / oder die Querschnitte der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 durch (Zusammen-)Drücken reduziert werden. Zur Befestigung an den Verbindungsbändern 200 1 ... 200 3 können die Rohre 300 1 ... 300 3 beispielsweise durch mittels eines Dorns aufgeweitet werden. Die Befestigung bewirkt eine engere Verbindung und verbessert somit die Übertragung von Wärme zwischen den Verbindungsbändern 200 1 ... 200 3 und den Rohren 300 1 ... 300 3. Die Temperiervorrichtung 50 kann weiterhin, wie bereits oben beschrieben weitere Einrichtungen bzw. Elemente wie Anschlusselemente und / oder Bogenelemente umfassen.
  • 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 60 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf 5 beschriebenen Temperiervorrichtung 50. Die Temperiervorrichtung 60 umfasst weiterhin eine Vielzahl von Vorspannelemente 220 111 ... 220 132, die auf den Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 entlang der Ränder der Öffnungen entlang der Kanäle 210 11 ... 210 13 angeordnet ist, zur Erzeugung einer mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 an Kontaktflächen. Die Vorspannelemente 220 111 ... 220 132 können beispielsweise als runde, rechteckige wie quadratische, hexagonale oder streifenförmige Elemente beispielsweise Spaltfüllklötze, Spaltfüllkissen (Gap Pads) wie wärmeleitfähige Gap Pads oder Lötmenisken ausgebildet sein.
  • 7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 70 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf 5 beschriebenen Temperiervorrichtung 50. Die Verbindungsbänder 200 1 ... 200 3 sind, abgesehen von den Bereichen mit den offenen Kanälen 210 11 ... 210 13, zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 an den Kontaktfächen im Wesentlichen gebogen ausgebildet. Dabei verlaufen die Kontaktflächen aufgrund der Biegungen im Wesentlichen in der Richtung der Kanäle 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3. Selbst wenn die Batteriezellen ganz oder, zum Beispiel an Zellenböden, teilweise nicht isoliert sind, kann zwischen benachbarten Batteriezellen kein Kurzschluss aufgrund von Kondenswasser entwicklen.
  • 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Bei der in 8 gezeigten Temperiervorrichtung 80 sind die Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 als Winkelprofil beispielsweise ungleichschenkliges L-Profil ausgebildet und umfassen jeweils zwei im Wesentlichen zueinander senkrecht ausgebildete Schenkel: einen feststehenden Schenkel und einen freien Schenkel. Die Kanäle 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 sind als Löcher in dem feststehenden Schenkel beispielsweise mittels Bohren, Fließformen oder Stanzen ausgebildet. Die Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können, wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, in den Löchern befestigt sein. Die freien Schenkel sind zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 an den Kontaktfächen jeweils im Wesentlichen gebogen ausgebildet. Die Kontaktflächen verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur der Richtung der Kanäle 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3. Der freie Schenkel einer Verbindungseinrichtung kann sich auf bzw. an dem festen Schenkel einer benachbarten Verbindungseinrichtung abstützen.
  • Bei einer anderen Temperiervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Verbindungseinrichtungen als T-Profil ausgebildet sein und jeweils zwei im Wesentlichen gleiche und an einer Grundseite zueinander symmetrisch ausgebildete Schenkel umfassen. Die Schenkel können zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 an den Kontaktfächen jeweils im Wesentlichen gebogen ausgebildet sein.
  • 9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Temperiervorrichtung 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Temperiervorrichtung 90 ähnelt der mit Bezug auf 8 beschriebenen Temperiervorrichtung 80. Bei der in 9 gezeigten Temperiervorrichtung 90 sind die Verbindungseinrichtungen 200 1 ... 200 3 als U-Profil insbesondere gleichschenkliges U-Profil ausgebildet und umfassen jeweils zwei im Wesentlichen gleiche und an einer Grundseite zueinander parallel ausgebildete Schenkel. Die Kanäle 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 sind als Löcher in den Schenkeln beispielsweise mittels Bohren, Fließformen oder Stanzen ausgebildet. Die Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3 können, wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, in den Löchern befestigt sein. Die Grundseiten sind zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung auf die Batteriezellen 100 1 ... 100 3 an den Kontaktfächen jeweils im Wesentlichen gebogen ausgebildet. Die Kontaktflächen verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur der Richtung der Kanäle 210 11 ... 210 13 zur Aufnahme der Rohre oder Schläuche 300 1 ... 300 3.
  • 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 95 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Batteriemodul 95 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 100 1 ... 100 3, die den mit Bezug auf 1 beschriebenen Batteriezellen im Wesentlichen entsprechen, und eine Temperiervorrichtung, die der mit Bezug auf 1 beschriebenen Temperievorrichtung im Wesentlichen entspricht. Die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31 ist in der ersten Raumrichtung derart ausgerichtet, dass ihre Kanäle 210 11 ... 210 32 fluchten und die Rohre oder Schläuche 300 11 ... 300 31 durch die Vielzahl von fluchtenden Kanälen 210 11 ... 210 32 verlaufen, wobei die Temperiereinrichtung, bezogen auf die dritte Raumrichtung, derart unter der Vielzahl von Batteriezellen 100 1 ... 100 3 angeordnet ist, dass jeder Zellenboden 115 1 ... 115 3 mit einer Verbindungseinrichtung 200 11 ... 200 31 verbunden werden kann. Die Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31 können voneinander beabstandet zur Temperiereinrichtung verbunden werden. Dabei können zwischen de Verbindungseinrichtungen 200 11 ... 200 31 Abstandseinrichtungen, die zum Beispiel als Ringe wie O-Ringe ausgebildet sein können, angeordnet beispielsweise geclipst, geklebt, gesteckt oder gerastet sein. Die Abstandseinrichtungen können auf den Rohren bzw. Schläuchen 300 11 ... 300 31 angeordnet beispielsweise aufgesteckt bzw. aufgefädelt sein.
  • Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/028927 A2 [0010]

Claims (13)

  1. Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) für eine Batteriezelle (100), gekennzeichnet durch: – ein Rohr oder einen Schlauch (300), umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und – eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200), jeweils umfassend eine Vielzahl von Kanälen (210), zur Aufnahme des Rohrs oder Schlauchs (300), wobei: – die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart platzierbar ist, dass das Rohr oder der Schlauch (300) in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platzierbar ist und das Temperiermittel die Batteriezelle (100) temperieren kann.
  2. Die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach Anspruch 1, wobei: – die Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils geschlossen oder röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) ausgebildet ist, sodass das Rohr oder der Schlauch (300) axial in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platzierbar ist, oder – die Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils offen oder grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) ausgebildet ist, sodass das Rohr oder der Schlauch (300) radial in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platzierbar ist.
  3. Die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) identisch ausgebildet sind, – die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) an die Abmessungen der Batteriezelle (100) angepasst sind, – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart ausgebildet sind, dass sie die Batteriezelle (100) verspannen, – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils als Verbindungskörper ausgebildet, gegossen, gespritzt oder extrudiert sind, oder – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils als Verbindungsband ausgebildet, geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert sind.
  4. Die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: – ein Anschlusselement (310), das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs (300) angeordnet ist, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs (300) an ein Temperiersystem, oder – ein Bogenelement (320, 330), das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs (300) angeordnet ist, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs (300) mit einem weiteren Rohr oder Schlauch (300).
  5. Batteriemodul (10, 20), umfassend: – eine Vielzahl von Batteriezellen (100), die in einer Raumrichtung ausgerichtet sind, und – die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. Batteriepack, umfassend: – die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, oder – das Batteriemodul (10, 20) nach Anspruch 5.
  7. Batterie, umfassend: – die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – das Batteriemodul (10, 20) nach Anspruch 5, oder – den Batteriepack nach Anspruch 6.
  8. Batteriesystem, umfassend: – die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – das Batteriemodul (10, 20) nach Anspruch 5, – den Batteriepack nach Anspruch 6, oder – die Batterie nach Anspruch 7.
  9. Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Temperiervorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 200, 220, 300, 310, 320, 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verbunden mit dem Fahrzeug, – das Batteriemodul (10, 20) nach Anspruch 5 verbunden mit dem Fahrzeug, – den Batteriepack nach Anspruch 6 verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterie nach Anspruch 7 verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem nach Anspruch 8 verbunden mit dem Fahrzeug.
  10. Verfahren zur Temperierung einer Batteriezelle (100), gekennzeichnet durch: – Bereitstellen eines Rohr oder Schlauchs (300), umfassend einen Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, und – Bereitstellen einer Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200), jeweils umfassend eine Vielzahl von Kanälen (210), zur Aufnahme des Rohrs oder Schlauchs (300), wobei: – die Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart platziert wird, dass das Rohr oder der Schlauch (300) in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platziert wird und das Temperiermittel die Batteriezelle (100) temperiert.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei: – die Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils geschlossen oder röhrenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) ausgebildet wird, sodass das Rohr oder der Schlauch (300) axial in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platziert werden kann, oder – die Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils offen oder grabenförmig in der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) ausgebildet wird, sodass das Rohr oder der Schlauch (300) radial in der Vielzahl von Kanälen (210) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) platziert werden kann.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei: – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) identisch ausgebildet werden, oder – die Abmessungen der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) an die Abmessungen der Batteriezelle (100) angepasst werden, – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) derart ausgebildet werden, dass sie die Batteriezelle (100) verspannen, – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils als Verbindungskörper ausgebildet, gegossen, gespritzt oder extrudiert werden, oder – die Verbindungseinrichtungen (200) der Vielzahl von Verbindungseinrichtungen (200) jeweils als Verbindungsband ausgebildet, geschnitten, gestanzt, gebogen oder extrudiert werden.
  13. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, weiterhin umfassend: – Bereitstellen eines Anschlusselementes (310), das an einem Ende des Rohrs oder Schlauchs (300) angeordnet wird, zum Anschließen des Rohrs oder Schlauchs (300) an ein Temperiersystem, oder – Bereitstellen eines Bogenelements (320, 330), das an einem anderen Ende des Rohrs oder Schlauchs (300) angeordnet wird, zum Verbinden des Rohrs oder Schlauchs (300) mit einem weiteren Rohr oder Schlauch (300).
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