DE102018222404B4 - Arrangement for the electrical connection of electrochemical storage cells and / or cell modules to one another, as well as a battery or vehicle - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird u.a. eine Anordnung (6) zur elektrischen Verbindung elektrochemischer Speicherzellen und/oder Zellmodule (4) untereinander zu einer Batterie (3), insbesondere Hochvoltbatterie, und/oder zur elektrischen Verbindung derselben mit zumindest einem elektrischen Verbraucher mittels wenigstens eines elektrischen Leiters (5), wobei der wenigstens eine elektrische Leiter (5) zumindest abschnittsweise als Wärmerohr (14) ausgebildet ist oder zumindest abschnittsweise ein Wärmerohr (14) aufweist. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der elektrische Leiter (5) als Stromschiene ausgebildet ist und beidenends je einen Kontaktierungs- und Befestigungsabschnitt (9) aufweist oder ausbildet, wobei sich an jeden Kontaktierungs- und Befestigungsabschnitt (9) je ein als Wärmerohr (14) ausgebildeter Temperierungsabschnitt (12) des elektrischen Leiters (5) anschließt, und wobei die besagten Temperierungsabschnitte (12) an einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt (13) des elektrischen Leiters (5) anschließen. Among other things, an arrangement (6) is proposed for electrically connecting electrochemical storage cells and / or cell modules (4) to one another to form a battery (3), in particular a high-voltage battery, and / or for electrically connecting the same to at least one electrical consumer by means of at least one electrical conductor (5) ), the at least one electrical conductor (5) being designed at least in sections as a heat pipe (14) or at least in sections having a heat pipe (14). It is advantageously provided that the electrical conductor (5) is designed as a busbar and has or forms a contacting and fastening section (9) at each end, with a temperature control section designed as a heat pipe (14) being attached to each contacting and fastening section (9) (12) of the electrical conductor (5), and wherein said temperature control sections (12) connect to a common connecting section (13) of the electrical conductor (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Verbindung insbesondere elektrochemischer Speicherzellen und/oder Zellmodule untereinander zu einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, und/oder zur elektrischen Verbindung derselben mit zumindest einem elektrischen Verbraucher mittels wenigstens eines elektrischen Leiters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner eine Batterie mit einer derartigen Anordnung zur elektrischen Verbindung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.The invention relates to an arrangement for electrically connecting in particular electrochemical storage cells and / or cell modules to one another to form a battery, in particular a high-voltage battery, and / or for electrically connecting the same to at least one electrical consumer by means of at least one electrical conductor according to the preamble of
In der jüngeren Vergangenheit werden aufgrund des ständig knapper werdenden Angebotes an Kraftstoffen für den verbrennungsmotorischen Antrieb von Kraftfahrzeugen große Anstrengungen unternommen, alternative Antriebsarten zur Verfügung zu stellen. Zunehmend an Bedeutung gewinnt dabei der elektromotorische Antrieb, der aus einem oder mehreren elektrochemischen Speichern, wie Batterien bzw. Akkumulatoren, mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Kraftfahrzeug kann dabei ausschließlich mittels eines oder mehrerer elektromotorischer Antriebe betrieben werden oder als sogenanntes Hybrid- oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeug zum Antrieb sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Durch die Fachwelt werden in immer stärkerem Maße Li-Ionen-Akkumulatoren als sogenannte Traktionsbatterien respektive Antriebsbatterien favorisiert, die ihrerseits vorteilhaft keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung aufweisen. Ungeachtet dessen ist der Wirkungsgrad derartiger Akkumulatoren bzw. Batterien temperaturabhängig und nimmt bei niedriger Temperatur stark ab. Darüber hinaus ist festzustellen, dass im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs sowie in der Ladephase derartiger Batterien oder Batteriesysteme durch elektrische Verlustleistung in stromführenden Bauteilen Wärme in das Batteriesystem eingetragen wird, die zu einer hohen thermischen Belastung der Batterien führen kann. Durch den Betrieb der Batterie bei hohen Zellentemperaturen ist bekanntermaßen eine beschleunigte Alterung der Batteriezellen zu verzeichnen, welches mit einer verkürzten Lebensdauer des Batteriesystems einhergeht. In extremen Fällen kann eine zu hohe Zelltemperatur zum sogenannten Durchbrennen der elektrochemischen Speicherzellen und somit zu einem Defekt des Batteriesystems führen. Diese Umstände erfordern Temperierungsmaßnahmen des Batteriesystems, um eine hohe Lebensdauer desselben zu erzielen sowie ein mittels Elektromotor angetriebenes Kraftfahrzeug sicher betreiben und als Serienfahrzeuge umsetzen zu können.In the recent past great efforts have been made to make alternative types of drive available due to the constantly decreasing supply of fuels for internal combustion engine propulsion of motor vehicles. The electromotive drive, which is supplied with electrical energy from one or more electrochemical storage devices, such as batteries or accumulators, is becoming increasingly important. The motor vehicle can be operated exclusively by means of one or more electric motor drives or, as a so-called hybrid or plug-in hybrid vehicle, can have both an internal combustion engine and one or more electric motors for driving. The professional world is increasingly favoring Li-ion accumulators as so-called traction batteries or drive batteries, which for their part advantageously have no memory effect and low self-discharge. Regardless of this, the efficiency of such accumulators or batteries is temperature-dependent and decreases sharply at low temperatures. In addition, it should be noted that when the motor vehicle is being driven and during the charging phase of such batteries or battery systems, heat is introduced into the battery system due to electrical power loss in current-carrying components, which can lead to high thermal loads on the batteries. Operating the battery at high cell temperatures is known to result in accelerated aging of the battery cells, which is associated with a shortened service life of the battery system. In extreme cases, a cell temperature that is too high can lead to the so-called burnout of the electrochemical storage cells and thus to a defect in the battery system. These circumstances require temperature control measures for the battery system in order to achieve a long service life of the same and to be able to safely operate a motor vehicle driven by an electric motor and implement it as a series vehicle.
So ist aus der
Darüber hinaus ist aus der
Aus der
Ferner sind aus dem Stand der Technik seit langem elektrische Leiter, auch als Verbinder oder Stromschienen bezeichnet, bekannt, um eine Mehrzahl elektrochemischer Speicherzellen zu einer sogenannten Hochvoltbatterie untereinander zu verbinden bzw. zusammenzuschalten. Besagte Speicherzellen werden dabei parallel und/oder seriell bzw. in Reihe miteinander verbunden, um für einen bestimmten Anwendungsfall eine bestimmte Kapazität, eine höhere Strombelastbarkeit und/oder eine höhere Gesamtspannung zu erreichen. Furthermore, electrical conductors, also referred to as connectors or busbars, have long been known from the prior art in order to connect or interconnect a plurality of electrochemical storage cells to form a so-called high-voltage battery. Said storage cells are connected to one another in parallel and / or in series or in series in order to achieve a certain capacity, a higher current carrying capacity and / or a higher total voltage for a certain application.
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Beibehaltung der Vorteile des Standes der Technik eine alternative Anordnung zur elektrischen Verbindung elektrochemischer Speicherzellen und/oder Zellmodule untereinander zu einer Batterie und/oder zur elektrischen Verbindung derselben mit zumindest einem elektrischen Verbraucher zu schaffen, welche eine im Hinblick auf den Stand der Technik wirkungsvollere Temperierung insbesondere der Speicherzellen, Zellmodule und/oder Batterie bietet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Batterie mit einer derartigen Anordnung zur elektrischen Verbindung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is, while maintaining the advantages of the prior art, to create an alternative arrangement for the electrical connection of electrochemical storage cells and / or cell modules to one another to form a battery and / or for the electrical connection of the same to at least one electrical consumer, which one with regard to the state of the art offers more effective temperature control, in particular of the storage cells, cell modules and / or batteries. A further object of the invention is to provide a battery with such an arrangement for electrical connection and a vehicle with such a battery.
Ausgehend von einer Anordnung zur elektrischen Verbindung elektrochemischer Speicherzellen und/oder Zellmodule untereinander zu einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, und/oder zur elektrischen Verbindung derselben mit zumindest einem elektrischen Verbraucher mittels wenigstens eines elektrischen Leiters, wobei der wenigstens eine elektrische Leiter zumindest abschnittsweise als Wärmerohr ausgebildet ist oder zumindest abschnittsweise ein Wärmerohr aufweist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der elektrische Leiter als Stromschiene ausgebildet ist und beidenends je einen Kontaktierungs- und Befestigungsabschnitt aufweist oder ausbildet, wobei sich an jeden Kontaktierungs- und Befestigungsabschnitt je ein als Wärmerohr ausgebildeter Temperierungsabschnitt des elektrischen Leiters anschließt, und wobei die besagten Temperierungsabschnitte an einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt des elektrischen Leiters anschließen.Starting from an arrangement for the electrical connection of electrochemical storage cells and / or cell modules to one another to form a battery, in particular a high-voltage battery, and / or for the electrical connection of the same to at least one electrical consumer by means of at least one electrical conductor, the at least one electrical conductor being at least partially designed as a heat pipe is or at least has a heat pipe in sections, the object is achieved in that the electrical conductor is designed as a busbar and has or forms a contacting and fastening section at each end, with a temperature control section designed as a heat pipe being attached to each contacting and fastening section electrical conductor connects, and wherein said temperature control sections connect to a common connecting section of the electrical conductor.
Unter einem Wärmerohr, auch als Heatpipe (engl.) bezeichnet, wird ein hocheffektiver Wärmeübertrager verstanden, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Arbeitsmediums, wie beispielsweise Wasser oder Ammoniak, eine hohe Wärmestromdichte erlaubt, indem auf kleiner Querschnittsfläche große Mengen Wärme transportiert werden können. Vorteilhaft ist durch die vorstehend beschriebene Maßnahme die herkömmliche Funktion eines elektrischen Leiters mit einer Temperierungsfunktion kombiniert, indem besagte Temperierungsfunktion in den elektrischen Leiter unmittelbar integriert ist, wobei im Hinblick auf den Stand der Technik durch den zwischen den Temperierungsabschnitten angeordneten gemeinsamen Verbindungsabschnitt die Temperierung weiter verbessert und demnach wirkungsvoller gestaltet ist.A heat pipe, also known as a heat pipe, is understood to be a highly effective heat exchanger which, using the evaporation heat of a working medium such as water or ammonia, allows a high heat flow density by allowing large amounts of heat to be transported over a small cross-sectional area. The measure described above advantageously combines the conventional function of an electrical conductor with a temperature control function, in that the said temperature control function is directly integrated into the electrical conductor, with the temperature control being further improved and improved with regard to the prior art by the common connecting section arranged between the temperature control sections is therefore designed more effectively.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or embodiments of the invention.
Um die Temperierung noch weiter zu verbessern und noch wirkungsvoller zu gestalten, ist dem Verbindungsabschnitt zumindest ein Temperierungselement unmittelbar zugeordnet oder zuordenbar.In order to improve the temperature control even further and make it even more effective, at least one temperature control element is directly assigned or can be assigned to the connecting section.
Bevorzugt ist hierbei das zumindest eine Temperierungselement zur aktiven Temperierung des elektrischen Leiters und damit auch der an demselben elektrisch und thermisch angeschlossenen elektrochemischen Speicherzellen und/oder Zellmodule ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft eine definierte Temperierung in Abhängigkeit beispielsweise aktuell gemessener Temperaturen der elektrochemischen Speicherzellen und/oder Zellmodule ermöglicht.In this case, the at least one temperature control element is preferably designed for active temperature control of the electrical conductor and thus also of the electrochemical storage cells and / or cell modules that are electrically and thermally connected to it. This measure advantageously ensures a defined temperature control in Dependence, for example, of currently measured temperatures of the electrochemical storage cells and / or cell modules enables.
Um besagte aktive Temperierung bewerkstelligen zu können, ist das Temperierungselement bevorzugt rohrförmig ausgebildet und von einem Temperierungsfluid durchströmt. Das Temperierungsfluid kann beispielsweise aus einem sowieso vorhandenen Kühlkreislauf, wie er insbesondere in Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, zu verzeichnen ist, resultieren.In order to be able to achieve said active temperature control, the temperature control element is preferably tubular and a temperature control fluid flows through it. The temperature control fluid can, for example, result from a cooling circuit that is already present, as is particularly evident in vehicles, such as motor vehicles.
Gemäß einer praxisnahen Ausführung der Erfindung ist der elektrische Leiter zumindest im Bereich der Temperierungsabschnitte zweilagig ausgebildet, wobei je Temperierungsabschnitt die beiden Lagen mit Abstand untereinander fluiddicht zu besagtem Wärmerohr gefügt sind.According to a practical embodiment of the invention, the electrical conductor is designed in two layers, at least in the area of the temperature control sections, the two layers for each temperature control section being joined together in a fluid-tight manner to form said heat pipe.
Demgegenüber sind die Kontaktierungs- und Befestigungsabschnitte und der Verbindungsabschnitt bauraumminimiert als Flachprofil ausgebildet, wobei das bertreffende Flachprofil jedoch ebenfalls zweilagig ausgebildet sein kann.In contrast, the contacting and fastening sections and the connecting section are designed as a flat profile with minimal installation space, but the corresponding flat profile can also be designed in two layers.
Um eine sichere Leitung elektrischen Stroms zu gewährleisten, sind der elektrische Leiter und das Temperierungselement in einem thermisch leitenden Verbund zueinander elektrisch isoliert.In order to ensure reliable conduction of electrical current, the electrical conductor and the temperature control element are electrically insulated from one another in a thermally conductive composite.
Um eine wirkungsvolle Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Temperierungselement zu gewährleisten, weist die elektrische Isolierung bevorzugt einen hohen Wärmeleitwert auf. So kann besagte Isolierung beispielsweise aus einer gut wärmeleitenden Keramik oder aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff gebildet sein.In order to ensure effective heat transfer between the electrical conductor and the temperature control element, the electrical insulation preferably has a high thermal conductivity. For example, said insulation can be formed from a highly thermally conductive ceramic or from a highly thermally conductive plastic.
Die Erfindung betrifft auch eine Batterie mit zumindest einer derartigen Anordnung zur elektrischen Verbindung sowie ein Fahrzeug, mit einer solchen Batterie.The invention also relates to a battery with at least one such arrangement for electrical connection and a vehicle with such a battery.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
-
1 äußerst schematisch ein Fahrzeug mit einer Batterie, welche die erfindungsgemäße Anordnung zur elektrischen Verbindung aufweist, -
2 die Anordnung zur elektrischen Verbindung in einer perspektivischen Darstellung, mit zwei Batteriemodulen der Batterie, welche mittels eines erfindungswesentlichen elektrischen Leiters untereinander elektrisch verbunden sind, -
3 die Anordnung zur elektrischen Verbindung nach2 in einer Schnittdarstellung, ergänzt um ein Temperierungselement, -
4 eine Einzeldarstellung des besagten elektrischen Leiters nach2 und3 , -
5 den Schnitt „I-I“ nach4 , -
6 eine äußerst schematische Schnittdarstellung des elektrischen Leiters in Kombination mit einer Darstellung der Stromrichtung des elektrischen Stroms „I“ sowie der Flussrichtung eines Wärmestroms „Φ“ im besagten elektrischen Leiter, und -
7 die Einzelheit „Z“ nach6 .
-
1 extremely schematically a vehicle with a battery, which has the inventive arrangement for electrical connection, -
2 the arrangement for electrical connection in a perspective view, with two battery modules of the battery, which are electrically connected to one another by means of an electrical conductor that is essential to the invention, -
3 the arrangement for the electrical connection according to2 in a sectional view, supplemented by a temperature control element, -
4th an individual representation of said electrical conductor according to2 and3 , -
5 the section "II" after4th , -
6 an extremely schematic sectional view of the electrical conductor in combination with a representation of the direction of flow of the electrical current “I” and the flow direction of a heat flow “Φ” in said electrical conductor, and -
7th the detail "Z" after6 .
Die Batterie
Die Erfindung wird nachfolgend beispielgebend anhand einer Anordnung
Wie den
Ein jeder Temperierungsabschnitt
Wie bereits oben dargetan, wird unter einem Wärmerohr
Danach ist in
Der Bereich der Wärmeenergieabgabe bzw. Wärmesenke (
Das Temperierungselement
Um die Temperierung noch wirkungsvoller zu gestalten, kann die der Kontaktfläche gegenüberliegende Fläche des Verbindungsabschnitts
Der elektrische Leiter
Um die Spannungsfreiheit aller zugänglichen Teile der Batterie
Um den Wärmeaustausch zwischen dem elektrischen Leiter
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen auf eine Anordnung
Ungeachtet dessen besteht auch die Möglichkeit, diese Anordnung
Des Weiteren erfasst die Erfindung auch eine Anordnung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- ElektromotorElectric motor
- 33
- Batteriebattery
- 44th
- ZellmodulCell module
- 55
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 66
- Anordnung zur elektrischen VerbindungArrangement for electrical connection
- 77th
- PolterminalPole terminal
- 88th
- PolterminalPole terminal
- 99
- Kontaktierungs- und BefestigungsabschnittContacting and fastening section
- 1010
- BefestigungsschraubeFastening screw
- 1111
- DurchgangsbohrungThrough hole
- 1212th
- TemperierungsabschnittTempering section
- 1313th
- VerbindungsabschnittConnection section
- 1414th
- WärmerohrHeat pipe
- 1515th
- Lagelocation
- 1616
- ArbeitsmediumWorking medium
- 16a16a
- kondensiertes Arbeitsmediumcondensed working medium
- 16b16b
- verdampfendes/verdampftes Arbeitsmediumevaporating / evaporated working medium
- 1717th
- RohrmantelPipe jacket
- 1818th
- TemperierungselementTemperature control element
- 1919th
- Kanalchannel
- 2020th
- Isolierunginsulation
- 2121st
- WärmeleitfolieHeat conducting foil
- „T1“-„T3“"T1" - "T3"
- Temperaturtemperature
- „I“"I"
- elektrischer Stromelectrical current
- „Φ“"Φ"
- WärmestromHeat flow
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DE102022108336A1 (en) | 2022-04-06 | 2023-10-12 | Lisa Dräxlmaier GmbH | CONDUCT RAIL WITH PASSIVE COOLING |
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