DE102019101259A1

DE102019101259A1 - Battery cell with temperature control, high-voltage battery and motor vehicle

Info

Publication number: DE102019101259A1
Application number: DE102019101259.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Lichtenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie (2), mit einem galvanischen Element (8), einer einen Aufnahmeraum (7) zum Aufnehmen des galvanischen Elements (8) umschließenden Umhüllung (3), und einer Temperiereinrichtung (12) zum Temperieren des galvanischen Elementes (8) aufweisend zumindest einen Temperierkörper (13), welcher gemeinsam mit dem galvanischen Element (8) in dem Aufnahmeraum (7) der Umhüllung (3) angeordnet ist, wobei die Temperiereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, eine aktive Temperierung des galvanischen Elements (8) bereitzustellen, und dazu der zumindest eine Temperierkörper (13) einen Kanal (14) zum Leiten eines Temperiermittels sowie einen durch die Umhüllung (3) aus dem Aufnahmeraum (7) herausgeführten Temperieranschluss (16) aufweist, welcher mit dem Kanal (14) fluidisch gekoppelt ist und mit einer batteriezellexternen Pumpeinrichtung (24) zum Fördern des Temperiermittels koppelbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie (2) sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery cell (1) for a high-voltage battery (2), having a galvanic element (8), a casing (3) surrounding a receiving space (7) for receiving the galvanic element (8), and a temperature control device (12) Temperature control of the galvanic element (8) comprising at least one temperature control body (13), which is arranged together with the galvanic element (8) in the receiving space (7) of the casing (3), the temperature control device (12) being designed to be an active one To provide temperature control of the galvanic element (8), and for this purpose the at least one temperature control body (13) has a channel (14) for guiding a temperature control medium and a temperature control connection (16) which is led out of the receiving space (7) through the casing (3) and which the channel (14) is fluidly coupled and can be coupled to a pump device (24) external to the battery cell for conveying the temperature control means. The invention also relates to a high-voltage battery (2) and a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie, mit einem galvanischen Element, einer einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des galvanischen Elements umschließenden Umhüllung und einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des galvanischen Elementes, wobei die Temperiereinrichtung zumindest einen Temperierkörper aufweist, welcher gemeinsam mit dem galvanischen Element in dem Aufnahmeraum der Umhüllung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery cell for a high-voltage battery, with a galvanic element, a casing enclosing a receiving space for receiving the galvanic element and a temperature control device for temperature control of the galvanic element, wherein the temperature control device has at least one temperature control body, which together with the galvanic element in the receiving space the envelope is arranged. The invention also relates to a high-voltage battery and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren, welche beispielsweise im Antriebsstrang von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Solche Hochvoltbatterien weisen eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche beispielsweise zu Batteriemodulen verschaltet sein können. Die Batteriezellen weisen dabei üblicherweise eine Umhüllung, beispielsweise in Form von einem starren Zellgehäuse bei einer prismatischen Batteriezelle oder bei einer Rundzelle oder in Form von einer Folie bei einer Pouch-Zelle, auf, welche einen Aufnahmeraum für ein galvanisches Element der Batteriezelle umschließt. Die Umhüllung dient hautsächlich dazu, ein Eindringen von Luft oder Wasser in den Aufnahmeraum zum Verhindern einer Reaktion eines Elektrolyten des galvanischen Elementes mit der Luft zu verhindern. Auch dient die Umhüllung dazu, das Austreten des zumeist flüssigen Elektrolyten in die Umgebung zu verhindern.In the present case, interest is directed to high-voltage batteries or high-voltage accumulators, which can be used, for example, in the drive train of electrically drivable motor vehicles. Such high-voltage batteries have a large number of battery cells, which can be connected to form battery modules, for example. The battery cells usually have a covering, for example in the form of a rigid cell housing in a prismatic battery cell or in the case of a round cell or in the form of a film in the case of a pouch cell, which encloses a receiving space for a galvanic element of the battery cell. The covering mainly serves to prevent air or water from penetrating into the receiving space in order to prevent a reaction of an electrolyte of the galvanic element with the air. The casing also serves to prevent the mostly liquid electrolyte from escaping into the environment.

Zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen der Batteriezellen, ist es aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2011 077 295 A1 und der DE 10 2010 021 908 A1 , bekannt, passive Kühlelemente in Form von Wärmeleitelementen bzw. Wärmetransportelementen in dem Aufnahmeraum der Umhüllung anzuordnen, um die von dem galvanischen Element abgegebene Wärme aufzunehmen und aus dem Aufnahmeraum abzuleiten. Die Temperierleistung einer solchen passiven Temperierung ist jedoch gering.For temperature control, in particular for cooling the battery cells, it is from the prior art, for example the DE 10 2011 077 295 A1 and the DE 10 2010 021 908 A1 , known to arrange passive cooling elements in the form of heat-conducting elements or heat transport elements in the receiving space of the casing in order to absorb the heat emitted by the galvanic element and to dissipate it from the receiving space. However, the temperature control performance of such a passive temperature control is low.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine Batteriezelle einer Hochvoltbatterie besonders effizient und mit hoher Temperierleistung temperiert werden kann.It is an object of the present invention to provide a solution for how a battery cell of a high-voltage battery can be temperature-controlled particularly efficiently and with a high temperature control output.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batteriezelle, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved according to the invention by a battery cell, a high-voltage battery and a motor vehicle with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie weist ein galvanisches Element, eine einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des galvanischen Elements umschließende Umhüllung und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des galvanischen Elementes auf. Die Temperiereinrichtung weist zumindest einen Temperierkörper auf, welcher gemeinsam mit dem galvanischen Element in dem Aufnahmeraum der Umhüllung angeordnet ist. Die Temperiereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine aktive Temperierung des galvanischen Elements bereitzustellen. Dazu weist der zumindest eine Temperierkörper einen Kanal zum Leiten eines Temperiermittels sowie einen durch die Umhüllung aus dem Aufnahmeraum herausgeführten Temperieranschluss auf, welcher mit dem Kanal fluidisch gekoppelt ist und mit einer batteriezellexternen Pumpeinrichtung zum Fördern des Temperiermittels koppelbar ist.A battery cell according to the invention for a high-voltage battery has a galvanic element, a sheath enclosing a receiving space for receiving the galvanic element and a temperature control device for tempering the galvanic element. The temperature control device has at least one temperature control body, which is arranged together with the galvanic element in the receiving space of the casing. The temperature control device is designed to provide active temperature control of the galvanic element. For this purpose, the at least one temperature control body has a channel for guiding a temperature control agent as well as a temperature control connection, which is fluidically coupled to the channel and which can be coupled to a pump device external to the battery cell for conveying the temperature control agent.

Die Batteriezelle ist insbesondere eine Batteriezelle einer Hochvoltbatterie, welche beispielsweise als eine Traktionsbatterie für ein als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Die Batteriezelle weist das galvanische Element auf, welches zwei Elektroden sowie einen Elektrolyten aufweist. Die Batteriezelle kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle mit einem flüssigen Elektrolyten oder auch eine Festkörperzelle bzw. All-Solid-State-Zelle mit einem festen Elektrolyten sein. Die Umhüllung umschließt das galvanische Element und verhindert somit beispielsweise ein Auslaufen des flüssigen Elektrolyten aus dem Aufnahmeraum sowie ein Eindringen von Schmutz und Wasser in den Aufnahmeraum. Die Umhüllung weist außerdem Zellterminals zum Kontaktieren der Batteriezellen auf, welche mit den Elektroden in dem Aufnahmeraum elektrisch verbunden sind. Die Batteriezelle kann beispielsweise als eine prismatische Batteriezelle mit einer Umhüllung in Form von einem starren, flachquaderförmigen Zellgehäuse ausgebildet sein. Auch kann die Batteriezelle eine Rundzelle mit einer Umhüllung in Form von einem starren, zylindrischen Zellgehäuse sein. Darüber hinaus kann die Batteriezelle als eine Pouch-Zelle bzw. Coffee-Bag-Zelle mit einer Umhüllung in Form von einer Folie ausgebildet sein.The battery cell is in particular a battery cell of a high-voltage battery, which can be used, for example, as a traction battery for a motor vehicle designed as an electric or hybrid vehicle. The battery cell has the galvanic element, which has two electrodes and an electrolyte. The battery cell can be, for example, a lithium-ion battery cell with a liquid electrolyte or also a solid-state cell or all-solid-state cell with a solid electrolyte. The covering surrounds the galvanic element and thus prevents, for example, the liquid electrolyte from escaping from the receiving space and the ingress of dirt and water into the receiving space. The sheath also has cell terminals for contacting the battery cells, which are electrically connected to the electrodes in the receiving space. The battery cell can be designed, for example, as a prismatic battery cell with an envelope in the form of a rigid, flat, cuboid-shaped cell housing. The battery cell can also be a round cell with an envelope in the form of a rigid, cylindrical cell housing. In addition, the battery cell can be designed as a pouch cell or coffee bag cell with an envelope in the form of a film.

Im Betrieb der Hochvoltbatterie, beispielsweise beim Entladen oder Laden der Batteriezelle, oder bei einem thermischen Ereignis der Batteriezelle, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, kann sich das galvanische Element der Batteriezelle erhitzen. Um zu verhindern, dass die Batteriezelle überhitzt, soll die von dem galvanischen Element abgegebene Wärme abtransportiert werden. Es soll also eine Temperierung in Form von einer Kühlung erfolgen. Auch kann es sein, dass dem galvanischen Element, beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, Wärme zugeführt werden soll. Es soll also eine Temperierung in Form von einer Heizung erfolgen. Zum Temperieren der Batteriezelle wird die Batteriezelle mit der Temperiereinrichtung ausgestattet, welche bereichsweise in dem Aufnahmeraum der Umhüllung angeordnet ist. Die Temperiereinrichtung weist den zumindest einen Temperierkörper auf, welcher einen integrierten Kanal aufweist. Der Kanal kann beispielsweise als ein Hohlraum mit beliebiger Form bzw. Geometrie in dem Temperierkörper ausgebildet sein. Durch diesen Kanal kann das Temperiermittel geleitet werden. Das Temperiermittel kann beispielsweise eine Flüssigkeit in Form von Wasserglykol oder ein Dielektrikum sein.During operation of the high-voltage battery, for example when the battery cell is discharged or charging, or in the event of a thermal event in the battery cell, for example in the event of a short circuit inside the cell, the galvanic element of the battery cell can heat up. In order to prevent the battery cell from overheating, the heat given off by the galvanic element should be removed. Temperature control in the form of cooling should therefore take place. It may also be the case that heat is to be supplied to the galvanic element, for example at low outside temperatures in the vicinity of the motor vehicle. So there is supposed to be a tempering in Form done by a heater. For temperature control of the battery cell, the battery cell is equipped with the temperature control device, which is arranged in regions in the receiving space of the casing. The temperature control device has the at least one temperature control body, which has an integrated channel. The channel can be formed, for example, as a cavity with any shape or geometry in the temperature control body. The temperature control medium can be passed through this channel. The temperature control agent can be, for example, a liquid in the form of water glycol or a dielectric.

Der Temperierkörper ist dabei in dem Aufnahmeraum des Zellgehäuses angeordnet und leitet das Temperiermittel durch den Aufnahmeraum. Je nach Betriebszustand der Temperiereinrichtung, also je nachdem, ob das galvanische Element gekühlt oder geheizt werden soll, kann das Temperiermittel zum Kühlen eine von dem galvanischen Element abgegebene Wärme aufnehmen oder dem galvanischen Elemente zum Heizen Wärme zuführen. Um dem Kanal das Temperiermittel zuzuführen und zu entnehmen, weist die Temperiereinrichtung den Temperieranschluss auf. Der Temperieranschluss, welcher mit dem Kanal fluidisch gekoppelt wird, ist durch die Umhüllung hindurch aus dem Aufnahmeraum herausgeführt, um mit der zellexternen Pumpeinrichtung gekoppelt zu werden. Die Umhüllung ist dabei, bis auf den Temperieranschluss fluiddicht abgeschlossen. Die Pumpeinrichtung kann Teil eines Temperierkreislaufs der Hochvoltbatterie sein. Dieser Temperierkreislauf weist insbesondere außerdem einen Wärmetauscher auf.The temperature control body is arranged in the receiving space of the cell housing and guides the temperature control medium through the receiving space. Depending on the operating state of the temperature control device, ie depending on whether the galvanic element is to be cooled or heated, the temperature control means for cooling can absorb heat given off by the galvanic element or supply heat to the galvanic element for heating. In order to supply and remove the temperature control medium from the channel, the temperature control device has the temperature control connection. The temperature control connection, which is fluidly coupled to the channel, is led out of the receiving space through the covering in order to be coupled to the pump device external to the cell. The casing is sealed fluid tight except for the temperature control connection. The pump device can be part of a temperature control circuit of the high-voltage battery. This temperature control circuit also has, in particular, a heat exchanger.

Die Integration einer aktiven, ein Temperiermittel leitenden Temperiereinrichtung in den Aufnahmeraum der Umhüllung weist den Vorteil auf, dass ein Wärmeleitpfad zwischen dem galvanischen Element, an welchem die Wärme entsteht oder gebraucht wird, und dem Temperierkörper klein ist. Außerdem kann durch die aktive Temperierung eine hohe Temperierleistung bereitgestellt werden. Über eine einstellbare Temperatur des Temperiermittels kann das galvanische Element auf einfache Weise wahlweise gekühlt oder geheizt werden. Darüber hinaus kann durch eine solche Temperiereinrichtung in vorteilhafter Weise eine Temperatur der Batteriezelle homogenisiert werden.The integration of an active temperature control device that conducts a temperature control medium into the receiving space of the casing has the advantage that a heat conduction path between the galvanic element, on which the heat is generated or used, and the temperature control body is small. In addition, a high temperature control performance can be provided by the active temperature control. The galvanic element can be optionally cooled or heated in a simple manner via an adjustable temperature of the temperature control medium. In addition, a temperature of the battery cell can advantageously be homogenized by such a temperature control device.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Temperieranschluss einen Temperiermittelzulauf zum Einführen von Temperiermittel in den Kanal und einen Temperiermittelablauf zum Abführen von Temperiermittel aus dem Kanal aufweist, wobei der Temperiermittelzulauf und der Temperiermittelablauf als Stutzen ausgebildet sind, welche durch zumindest eine Seite der Umhüllung aus dem Aufnahmeraum herausgeführt sind. Dazu weist die Umhüllung an der zumindest einen Seite beispielsweise Durchgangsöffnungen auf, durch welche die Stutzen durchgeführt sind. Im Falle einer Umhüllung in Form von einem prismatischen Zellgehäuse können die Stutzen beispielsweise durch den Zelldeckel, den Zellboden und/oder die Zellseitenwänden hindurchgeführt sein. Im Falle einer Umhüllung in Form von dem zylindrischen Zellgehäuse sind die Stutzen insbesondere durch runden Zelldeckel und/oder den runden Zellboden hindurchgeführt. Solche Stutzen sind besonders einfach, beispielsweise durch Anstecken an eine das Temperiermittel führende Schiene bzw. an ein das Temperiermittel führendes Rail, kontaktierbar.It can be provided that the temperature control connection has a temperature control inlet for introducing temperature control into the channel and a temperature control outlet for removing temperature control from the channel, the temperature control supply and the temperature control outlet being designed as connecting pieces which pass through at least one side of the casing from the receiving space are brought out. For this purpose, the covering has, for example, through openings on at least one side through which the connecting pieces are passed. In the case of an envelope in the form of a prismatic cell housing, the connecting pieces can be guided, for example, through the cell cover, the cell bottom and / or the cell side walls. In the case of an envelope in the form of the cylindrical cell housing, the connections are in particular passed through a round cell cover and / or the round cell bottom. Such connections are particularly easy to contact, for example by plugging them onto a rail carrying the temperature control means or onto a rail carrying the temperature control means.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Temperierkörper als eine Temperierplatte ausgebildet. Beispielweise kann die Temperierplatte eine dünne, doppelwandige Aluminiumplatte sein. Diese Aluminiumplatte kann beispielsweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht beschichtet sein, um Kurzschlüsse der Elektroden zu vermeiden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Temperierkörper als eine biegbare Folie ausgebildet. Eine solche Folie, in welche der Kanal integriert ist, kann besonders platzsparend und flexibel gemeinsam mit dem galvanischen Element in dem Aufnahmeraum der Umhüllung angeordnet werden.In one embodiment of the invention, the at least one temperature control body is designed as a temperature control plate. For example, the temperature control plate can be a thin, double-walled aluminum plate. This aluminum plate can, for example, be coated with an electrically insulating layer in order to avoid short-circuits of the electrodes. In a further embodiment of the invention, the at least one temperature control body is designed as a bendable film. Such a film, in which the channel is integrated, can be arranged in a particularly space-saving and flexible manner together with the galvanic element in the receiving space of the casing.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Temperierkörper an zumindest einer dem Aufnahmeraum des galvanischen Elementes zugewandten Innenoberfläche der Umhüllung angeordnet. Beispielsweise kann die Innenoberfläche der Umhüllung zumindest bereichsweise mit dem Temperierkörper ausgekleidet werden. An dieser Innenoberfläche kann der Temperierkörper, beispielsweise die Temperierplatte, befestigt werden. Auch kann vorgesehen sein, dass das galvanische Element als ein Zellwickel ausgebildet ist und der zumindest eine Temperierkörper in den Zellwickel eingewickelt ist. Bei einem solchen Zellwickel sind die Elektroden sowie ein elektrolytgetränkter Separator als Folien ausgebildet, welche gewickelt bzw. gefaltet sind. Hier erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Temperierkörper als die flexible, biegbare Folie ausgebildet ist oder durch den Separator selbst ausgebildet wird. Beispielsweise kann der Kanal in den Separator integriert sein. Während eines Herstellungsprozesses des Zellwickels kann dabei der Temperierkörper gemeinsam mit den Elektroden und dem Separator gewickelt bzw. gefaltet werden. So ist der Temperierkörper unmittelbar an dem galvanischen Element, welches die Wärme abgibt oder benötigt, angeordnet. Außerdem ist eine solches Einwickeln des Temperierkörpers in den Zellwickel besonders vorteilhaft, da das Integrieren des galvanischen Elements in das Zellgehäuse sowie das Integrieren des Temperierkörpers in das Zellgehäuse in einem Arbeitsschritt erfolgen können. Durch das Auskleiden der Innenoberflächen mit dem Temperierkörper und/oder das Integrieren des Temperierkörpers in den Zellwickel kann die Zelltemperatur auf einfache Weise homogenisiert werden.In one embodiment of the invention, the at least one temperature control body is arranged on at least one inner surface of the casing facing the receiving space of the galvanic element. For example, the inner surface of the casing can be lined with the temperature control body at least in some areas. The temperature control body, for example the temperature control plate, can be attached to this inner surface. It can also be provided that the galvanic element is designed as a cell coil and the at least one temperature control body is wrapped in the cell coil. In such a cell coil, the electrodes and an electrolyte-impregnated separator are designed as foils which are wound or folded. It proves advantageous here if the temperature control body is designed as the flexible, bendable film or is formed by the separator itself. For example, the channel can be integrated in the separator. During a manufacturing process of the cell coil, the temperature control body can be wound or folded together with the electrodes and the separator. The temperature control body is thus arranged directly on the galvanic element which emits or requires the heat. In addition, such a wrapping of the temperature control body in the cell coil is particularly advantageous since the integration of the galvanic element into the cell housing and the integration of the temperature control body into the cell housing can be carried out in one work step. By lining the inner surfaces with the temperature control body and / or that Integrating the temperature control body into the cell coil allows the cell temperature to be homogenized in a simple manner.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie mit zumindest einer erfindungsgemäßen Batteriezelle oder einer vorteilhaften Ausführungsform davon. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung der zumindest einen Batteriezelle über den Temperieranschluss an einen die Pumpeinrichtung aufweisenden Temperierkreislauf der Hochvoltbatterie angeschlossen ist. Die Temperiereinrichtung wird also in den Temperierkreislauf der Hochvoltbatterie integriert. Somit müssen keine zusätzlichen Pumpeinrichtungen vorgesehen sein. Der Temperierkreislauf kann beispielsweise außerdem eine mit Temperiermittel durchströmte Platte aufweisen, welche an einer Außenseite der Umhüllung der Batteriezellen angeordnet ist. Beispielsweise können mehrere prismatische Batteriezellen zu einem Zellstapel gestapelt werden, wobei die Platte an einer Seite des Zellstapels angeordnet ist. So können die Batteriezellen mittels der Temperiereinrichtung von innen und mittels der Platte des Temperierkreislaufs von außen temperiert werden.The invention also relates to a high-voltage battery with at least one battery cell according to the invention or an advantageous embodiment thereof. It can be provided that the temperature control device of the at least one battery cell is connected via the temperature control connection to a temperature control circuit of the high-voltage battery that has the pump device. The temperature control device is therefore integrated in the temperature control circuit of the high-voltage battery. Thus, no additional pumping devices have to be provided. The temperature control circuit can, for example, also have a plate through which temperature control means flow, which is arranged on an outside of the casing of the battery cells. For example, several prismatic battery cells can be stacked to form a cell stack, the plate being arranged on one side of the cell stack. The battery cells can thus be temperature-controlled from the inside by means of the temperature control device and from the outside by means of the plate of the temperature control circuit.

Beispielsweise kann die Hochvoltbatterie mehrere Batteriezellen mit integrierter Temperiereinrichtung aufweisen, wobei die Temperiermittelzuläufe der Batteriezellen über einer Verteilerschiene bzw. ein Verteilerrail gekoppelt sind und die Temperiermittelabläufe der Batteriezellen über eine Sammelschien bzw. ein Sammelrail gekoppelt sind. Dem Verteilerrail wird das Temperiermittel über die Pumpeinrichtung zugeführt. Das Verteilerrail verteilt das Temperiermittel auf die angekoppelten Temperiermittelzuläufe und damit auf die Kanäle der Temperiereinrichtungen. Nach dem Durchströmen der Kanäle wird das Temperiermittel über die Temperiermittelabläufe dem angekoppelten Sammelrail zugeführt, welches das Temperiermittel einem Wärmetauscher und der Pumpeinrichtung des Temperierkreislaufs zuführt. Auch kann vorgesehen sein, dass die Stutzen in die an dem Zellstapel angeordnete Platte des Temperierkreislaufs eingesteckt werden und so mit dem Temperierkreislauf gekoppelt werden.For example, the high-voltage battery can have a plurality of battery cells with an integrated temperature control device, the temperature control agent inlets of the battery cells being coupled via a distributor rail or a distributor rail and the temperature control agent outlets of the battery cells being coupled via a busbar or a collector rail. The temperature control medium is fed to the distribution rail via the pump device. The distributor rail distributes the temperature control agent to the coupled temperature control agent inlets and thus to the channels of the temperature control devices. After flowing through the channels, the temperature control medium is fed via the temperature control medium drains to the coupled collecting rail, which feeds the temperature control medium to a heat exchanger and the pumping device of the temperature control circuit. Provision can also be made for the nozzles to be inserted into the plate of the temperature control circuit arranged on the cell stack and thus to be coupled to the temperature control circuit.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug und umfasst die Hochvoltbatterie als Traktionsbatterie.A motor vehicle according to the invention comprises a high-voltage battery according to the invention. The motor vehicle is in particular an electrically drivable motor vehicle in the form of an electric or hybrid vehicle and comprises the high-voltage battery as a traction battery.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batteriezelle vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the battery cell according to the invention and their advantages apply accordingly to the high-voltage battery according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings.

Es zeigen:

1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle, und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie in einer Draufsicht.

Show it:

1 is a schematic exploded view of an embodiment of a battery cell according to the invention, and
2nd a schematic representation of an embodiment of a high-voltage battery according to the invention in a plan view.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Batteriezelle 1, welche beispielsweise mit gleichartigen Batteriezellen 1 zu einer Hochvoltbatterie 2, wie sind in einer Draufsicht in 2 gezeigt ist, verschaltet werden kann. Die Batteriezelle 1 ist im vorliegenden Fall als eine prismatische Batteriezelle 1 ausgebildet, welche eine Umhüllung 3 in Form von einem starren, flachquaderförmigen Zellgehäuse 4 aufweist. Das Zellgehäuse 4 kann beispielsweise aus Aluminium gebildet sein. Das Zellgehäuse 4 ist hier zweiteilig ausgebildet und weist ein Unterteil 5 sowie eine Deckelbaugruppe 6 auf. Das Unterteil 5 sowie die Deckelbaugruppe 6 begrenzen einen Aufnahmeraum 7 für ein galvanisches Element 8 der Batteriezelle 1. Das galvanische Element 8 ist hier als ein Zellwickel 9 ausgebildet, bei welchem zwei Elektroden in Form von einer Anode A und einer Kathode K sowie ein elektrolytgetränkter Separator S als gewickelte bzw. gestapelte Folien ausgebildet sind. Die Anode A und die Kathode K sind über Ableiter 10 mit jeweiligen, in die Deckelbaugruppe 6 integrierten Zellterminals 11 elektrisch verbunden. Über ein hier nicht gezeigtes Zellkontaktiersystem können diese Zellterminals 11 zum Verschalten der Batteriezellen 1 zu der Hochvoltbatterie 2 elektrisch verbunden werden. 1 shows a schematic exploded view of a battery cell 1 which, for example, with similar battery cells 1 to a high-voltage battery 2nd how are in a top view in 2nd is shown, can be connected. The battery cell 1 is in the present case as a prismatic battery cell 1 trained which is a wrapping 3rd in the form of a rigid, flat cuboid cell housing 4th having. The cell housing 4th can be made of aluminum, for example. The cell housing 4th is formed here in two parts and has a lower part 5 as well as a cover assembly 6 on. The bottom part 5 as well as the cover assembly 6 delimit a recording space 7 for a galvanic element 8th the battery cell 1 . The galvanic element 8th is here as a cell wrap 9 formed, in which two electrodes in the form of an anode A and a cathode K as well as an electrolyte-soaked separator S are designed as wound or stacked foils. The anode A and the cathode K are about arresters 10th with respective, in the cover assembly 6 integrated cell terminals 11 electrically connected. These cell terminals can be connected via a cell contacting system, not shown here 11 to connect the battery cells 1 to the high-voltage battery 2nd be electrically connected.

Zum Temperieren, also zum Heizen und Kühlen, des galvanischen Elementes 8, weist die Batteriezelle 1 eine Temperiereinrichtung 12 auf, welche bereichsweise in dem Aufnahmeraum 7 der Umhüllung 3 angeordnet ist. Die Temperiereinrichtung 12 weist zumindest einen Temperierkörper 13 auf, welcher hier plattenförmig ausgebildet ist. Der Temperierkörper 13 kann aber auch als eine biegbare, flexible Folie ausgebildet sein. Der Temperierkörper 13 umfasst einen Kanal 14, welcher dazu ausgelegt ist, ein Temperiermittel innerhalb des Temperierkörpers 13 durch den Aufnahmeraum 7 zu leiten. Somit kann das Temperiermittel wahlweise zum Kühlen eine von dem galvanischen Element 8 abgegebene Wärme aufnehmen und zum Heizen dem galvanischen Element 8 Wärme zuführen. Der zumindest eine Temperierkörper 13 kann dabei an einer dem Aufnahmeraum 7 zugewandten Innenoberfläche 15 der Umhüllung 3 angeordnet sein. Auch kann vorgesehen sein, dass der insbesondere folienartige Temperierkörper 13 in den Zellwickel 9 integriert ist. So können die als Folien ausgebildeten Elektroden A, K, der als Folie ausgebildete Separator S und der folienartige Temperierkörper 13 zu dem Zellwickel 9 gewickelt werden. Auch kann vorgesehen sein, dass die Folie des Separators S gleichzeitig den Temperierkörper 13 ausbildet, indem der Kanal 14 in die Folie des Separators S integriert ist.For tempering, i.e. for heating and cooling, the galvanic element 8th , shows the battery cell 1 a tempering device 12th on which areas in the recording room 7 the wrapping 3rd is arranged. The temperature control device 12th has at least one temperature control body 13 on which is plate-shaped here. The temperature control body 13 can also be designed as a bendable, flexible film. The temperature control body 13 includes a channel 14 , which is designed to contain a temperature control agent within the temperature control body 13 through the recording room 7 to lead. Thus, the temperature control agent can optionally be one of the galvanic element for cooling 8th absorb heat given off and for heating the galvanic element 8th Apply heat. The at least one temperature control body 13 can at one of the recording room 7 facing inner surface 15 the wrapping 3rd be arranged. It can also be provided that the, in particular, film-like temperature control body 13 in the cell wrap 9 is integrated. So the electrodes designed as foils A , K , the separator designed as a film S and the foil-like temperature control body 13 to the cell wrap 9 be wrapped. It can also be provided that the film of the separator S at the same time the temperature control body 13 trains by the channel 14 into the film of the separator S is integrated.

Die Temperiereinrichtung 13 weist einen Temperieranschluss 16 auf, welcher einen Temperiermittelzulauf 17 und einen Temperiermittelablauf 18 aufweist. Der Temperieranschluss 16 ist fluidisch mit dem Kanal 14 verbunden und dazu ausgelegt, das Temperiermittel in den Kanal 15 einzuleiten und aus dem Kanal 14 abzuleiten. Der Temperiermittelzulauf 17 und der Temperiermittelablauf 18 können beispielsweise einstückig mit dem Temperierkörper 13 ausgebildet sein. Der Temperiermittelzulauf 17 und der Temperiermittelablauf 18 sind hier als Stutzen ausgebildet, welche durch die Umhüllung 3 aus dem Aufnahmeraum 7 herausgeführt sind. Hier ist der Temperiermittelzulauf 17 durch eine erste Seite19 der Umhüllung 3 hindurch und der Temperiermittelablauf 18 durch eine zweite Seite 20 der Umhüllung 3 hindurch aus dem Aufnahmeraum 7 herausgeführt. Dazu weisen die beiden Seiten 19, 20 jeweilige Durchgangslöcher 21 auf, durch welche die Stutzen durchgesteckt sind. Zum Vermeiden von Undichtigkeiten können Dichtungselemente zwischen Rändern der Durchgangslöcher 21 und den Stutzen angeordnet sein.The temperature control device 13 has a temperature control connection 16 on which a temperature control supply 17th and a temperature control outlet 18th having. The temperature control connection 16 is fluid with the channel 14 connected and designed to place the temperature control agent in the channel 15 initiate and out of the channel 14 to derive. The temperature control supply 17th and the temperature control outlet 18th can, for example, in one piece with the temperature control body 13 be trained. The temperature control supply 17th and the temperature control outlet 18th are formed here as a nozzle, which through the wrapping 3rd from the recording room 7 are brought out. Here is the temperature control supply 17th through a first side 19 of the wrapper 3rd through and the tempering agent drain 18th through a second page 20 the wrapping 3rd through from the recording room 7 led out. The two sides point to this 19th , 20 respective through holes 21 through which the sockets are inserted. To avoid leaks, sealing elements can be placed between the edges of the through holes 21 and the nozzle can be arranged.

Die Temperieranschlüsse 16 der Batteriezellen 1 der Hochvoltbatterie 2 können fluidisch miteinander verbunden sein. Hier sind die Temperiermittelzuläufe 17 über eine Verteilerschiene bzw. ein Verteilerrail 22 und die Tempermiermittelabläufe 18 über eine Sammelschiene bzw. ein Sammelrail 23 fluidisch miteinander gekoppelt. Das Verteilerrail 22 führt den Tempermittelzuläufen 17 Temperiermittel zu. Das Temperiermittel fließt dann über die Kanäle 14 der Temperiereinrichtungen 12 durch die Aufnahmeräume 7 der Batteriezellen 1 zu den Temperiermitteabläufen 18 und wird dem Sammelrail 23 zugeführt. Das Verteilerrail 22 und das Sammelrail 23 sind mit einer Pumpeinrichtung 24 sowie mit einem Wärmetauscher 25 der Hochvoltbatterie 2 gekoppelt. Die Temperiereinrichtungen 12 der Batteriezellen 1, die Rails 22, 23, die Pumpeinrichtung 24 und der Wärmetauscher 25 bilden einen Temperierkreislauf 26 der Hochvoltbatterie 2.The temperature connections 16 the battery cells 1 the high-voltage battery 2nd can be fluidly connected to one another. Here are the temperature control feeds 17th via a distribution rail or a distribution rail 22 and the temper lubricant drains 18th via a busbar or a rail 23 fluidly coupled together. The distribution rail 22 leads the temp mean inflows 17th Tempering agent too. The temperature control medium then flows through the channels 14 of the temperature control devices 12th through the recording rooms 7 the battery cells 1 to the tempering agent drains 18th and becomes the collecting rail 23 fed. The distribution rail 22 and the collecting rail 23 are with a pumping device 24th as well as with a heat exchanger 25th the high-voltage battery 2nd coupled. The temperature control devices 12th the battery cells 1 who have favourited Rails 22 , 23 , the pumping device 24th and the heat exchanger 25th form a temperature control circuit 26 the high-voltage battery 2nd .

BezugszeichenlisteReference list

11: BatteriezelleBattery cell
22nd: HochvoltbatterieHigh-voltage battery
33rd: UmhüllungWrapping
44th: ZellgehäuseCell housing
55: UnterteilLower part
66: DeckelbaugruppeLid assembly
77: AufnahmeraumRecording room
88th: Galvanisches ElementGalvanic element
99: ZellwickelCell wrap
1010th: AbleiterArrester
1111: ZellterminalsCell terminals
1212th: TemperiereinrichtungTemperature control device
1313: TemperierkörperTemperature control body
1414: Kanalchannel
1515: InnenoberflächeInner surface
1616: TemperieranschlussTemperature control connection
1717th: TemperiermittelzulaufTempering agent feed
1818th: TemperiermittelablaufTempering agent drain
1919th: erste Seitefirst page
2020: zweite Seitesecond page
2121: DurchgangslochThrough hole
2222: VerteilerrailDistribution rail
2323: SammelrailCollective rail
2424th: PumpeinrichtungPumping device
2525th: WärmetauscherHeat exchanger
2626: TemperierkreislaufTemperature control circuit
AA: Anodeanode
KK: Kathodecathode
SS: Separatorseparator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011077295 A1 [0003]DE 102011077295 A1 [0003]
DE 102010021908 A1 [0003]DE 102010021908 A1 [0003]

Claims

Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie (2), mit - einem galvanischen Element (8), - einer einen Aufnahmeraum (7) zum Aufnehmen des galvanischen Elements (8) umschließenden Umhüllung (3), und - einer Temperiereinrichtung (12) zum Temperieren des galvanischen Elementes (8) aufweisend zumindest einen Temperierkörper (13), welcher gemeinsam mit dem galvanischen Element (8) in dem Aufnahmeraum (7) der Umhüllung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, eine aktive Temperierung des galvanischen Elements (8) bereitzustellen, und dazu der zumindest eine Temperierkörper (13) einen Kanal (14) zum Leiten eines Temperiermittels sowie einen durch die Umhüllung (3) aus dem Aufnahmeraum (7) herausgeführten Temperieranschluss (16) aufweist, welcher mit dem Kanal (14) fluidisch gekoppelt ist und mit einer batteriezellexternen Pumpeinrichtung (24) zum Fördern des Temperiermittels koppelbar ist.Battery cell (1) for a high-voltage battery (2), with - a galvanic element (8), - a casing (3) enclosing a receiving space (7) for receiving the galvanic element (8), and - a temperature control device (12) for tempering of the galvanic element (8) having at least one temperature control body (13), which is arranged together with the galvanic element (8) in the receiving space (7) of the casing (3), characterized in that the temperature control device (12) is designed to to provide an active temperature control of the galvanic element (8), and for this purpose the at least one temperature control body (13) has a channel (14) for guiding a temperature control medium as well as a temperature control connection (16) led out of the receiving space (7) through the casing (3), which is fluidly coupled to the channel (14) and can be coupled to a pump device (24) external to the battery cell for conveying the temperature control means.

Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperieranschluss (16) einen Temperiermittelzulauf (17) zum Einführen von Temperiermittel in den Kanal (14) und einen Temperiermittelablauf (18) zum Abführen von Temperiermittel aus dem Kanal (14) aufweist, wobei der Temperiermittelzulauf (17) und der Temperiermittelablauf (18) als Stutzen ausgebildet sind, welche durch zumindest eine Seite (19, 20) der Umhüllung (3) aus dem Aufnahmeraum (7) herausgeführt sind.Battery cell (1) after Claim 1 , characterized in that the temperature control connection (16) has a temperature control inlet (17) for introducing temperature control into the channel (14) and a temperature control outlet (18) for removing temperature control from the channel (14), the temperature control supply (17) and the temperature control outlet (18) is designed as a socket which is led out of the receiving space (7) through at least one side (19, 20) of the casing (3).

Batteriezelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperierkörper (13) an zumindest einer dem Aufnahmeraum (7) zugewandten Innenoberfläche (15) der Umhüllung (3) angeordnet ist.Battery cell (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the at least one temperature control body (13) is arranged on at least one inner surface (15) of the casing (3) facing the receiving space (7).

Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Element (8) als ein Zellwickel (9) ausgebildet ist und der zumindest eine Temperierkörper (13) in den Zellwickel (9) eingewickelt ist.Battery cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the galvanic element (8) is designed as a cell coil (9) and the at least one temperature control body (13) is wrapped in the cell coil (9).

Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperierkörper (13) als eine Temperierplatte ausgebildet ist.Battery cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one temperature control body (13) is designed as a temperature control plate.

Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperierkörper (13) als eine biegbare Folie ausgebildet ist.Battery cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one temperature control body (13) is designed as a bendable film.

Hochvoltbatterie (2) mit zumindest einer Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.High-voltage battery (2) with at least one battery cell (1) according to one of the preceding claims.

Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (12) der zumindest einen Batteriezelle (1) über den Temperieranschluss (16) an einen die Pumpeinrichtung (24) aufweisenden Temperierkreislauf (26) der Hochvoltbatterie (2) angeschlossen ist.High-voltage battery (2) after Claim 7 , characterized in that the temperature control device (12) of the at least one battery cell (1) is connected via the temperature control connection (16) to a temperature control circuit (26) of the high-voltage battery (2) having the pump device (24).

Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 7 oder 8.Motor vehicle with a high-voltage battery (2) Claim 7 or 8th .