DE102020001662A1 - Zellblock für einen eleketrischen Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zellblock (1) für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter und elektrisch verschalteter Einzelzellen (2), wobei zwischen zwei Einzelzellen (2) jeweils eine gewellte plattenförmige Temperiervorrichtung (3) angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst die jeweilige Temperiervorrichtung (3) eine Kanalstruktur, durch die ein Temperiermedium strömt, und die Temperiervorrichtung (3) weist aufgrund ihrer gewellten plattenförmigen Ausbildung eine Federfunktion in Richtung einer Längsachse (x) des Zellblockes (1) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zellblock für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter und elektrisch verschalteter Einzelzellen, wobei zwischen zwei Einzelzellen jeweils eine gewellte plattenförmige Temperiervorrichtung angeordnet ist.
  • Aus der JP 2016152081 A ist eine Hochvoltbatterie für Elektrofahrzeuge bekannt. Die Hochvoltbatterie umfasst mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen, zwischen denen gewellte Kühlplatten angeordnet sind. Durch Vertiefungen der Kühlplatten und angrenzende Komponenten sind Kühlkanäle gebildet, die von einem Kühlmittel durchströmbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellblock für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter und elektrisch verschalteter Einzelzellen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zellblock gelöst, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Zellblock für einen elektrischen Energiespeicher umfasst eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter und elektrisch verschalteter Einzelzellen, wobei zwischen zwei Einzelzellen jeweils eine gewellte plattenförmige Temperiervorrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst die jeweilige Temperiervorrichtung eine Kanalstruktur, durch die ein Temperiermedium strömt, und die Temperiervorrichtung weist aufgrund ihrer gewellten plattenförmigen Ausbildung eine Federfunktion in Richtung einer Längsachse eines aus einer Anzahl von Einzelzellen gebildeten Zellblockes auf.
  • Eine derart ausgebildete Temperiervorrichtung weist also sowohl eine Temperierfunktion als auch eine Federfunktion, d. h. Verspannfunktion, für den Zellblock auf, um Änderungen der Abmessungen in Richtung der Längsachse x des Zellblockes zu kompensieren, die z.B. auf temperatur-, toleranz- oder alterungsbedingte Änderungen von Abmessungen der Einzelzellen im Betrieb des elektrischen Energiespeichers zurückgeführt werden können. Mittels der Temperiervorrichtung kann ein dem Zellblock zur Verfügung stehender Bauraum optimiert genutzt werden, da dieser bei gleicher Abmessung eine höhere Aufnahmekapazität aufweist, da die Anordnung sogenannter Spannmatten zur Verspannung des Zellblockes entfallen können. Dadurch kann zudem ein Kostenvorteil erzielt werden.
  • Mittels der Temperiervorrichtung, d. h. mittels der Temperiervorrichtungen, ist eine Temperierung, insbesondere Kühlung, und eine mechanische Stabilität des Zellblockes verbessert, so dass eine Lebensdauer des Zellblockes und somit des elektrischen Energiespeichers erhöht werden kann bzw. können.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch einen Ausschnitt eines Zellblockes mit Einzelzellen, Spannmatten und Temperiervorrichtungen nach dem Stand der Technik und
    • 2 schematisch einen Ausschnitt eines Zellblockes mit Einzelzellen und Temperiervorrichtungen.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines Zellblockes 1 eines nicht näher dargestellten elektrischen Energiespeichers nach dem Stand der Technik für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
  • Der Zellblock 1 umfasst eine Anzahl von nebeneinander angeordneten, elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 2 zwischen denen jeweils eine Temperiervorrichtung 3 und eine Spannmatte 4 angeordnet ist.
  • Die Temperiervorrichtung 3 und die Spannmatte 4 bilden jeweils ein Bauteil, wobei unter Umständen, insbesondere zur Optimierung einer Temperierung der Einzelzellen 2, eine Anordnung von einer Spannmatte 4 zwischen Temperiervorrichtung 3 und Einzelzelle 2 nicht vorgesehen ist.
  • Ist eine Spannmatte 4 zwischen einer jeweiligen Einzelzelle 2 und Temperiervorrichtung 3 angeordnet, ist ein Bauraumbedarf des Zellblockes 1 vergleichsweise hoch, wobei dieser für die Spannmatten 4 verwendete Bauraum somit einem Aktivmaterial des elektrischen Energiespeichers nicht zur Verfügung steht. Zudem sind Kosten eines derart ausgebildeten elektrischen Energiespeichers verhältnismäßig hoch.
  • Ist die Anordnung von Spannmatten 4 nicht vorgesehen, ist es erforderlich einen relativ großen Spielraum zwischen den Einzelzellen 2 vorzuhalten, um temperaturbedingte Ausdehnungen der Einzelzellen 2 kompensieren zu können. Ein derart vorhandener Spielraum ist insbesondere für Einzelzellen 2 in Form von sogenannten Pouchzellen problematisch oder es besteht die Gefahr mechanischer Schäden im Zellblock 1 aufgrund vergleichsweise hoher, mittels Pfeile in 2 gezeigter, wirkender Kräfte K, die durch die sich ausdehnenden Einzelzellen 2 entstehen können.
  • Des Weiteren bestehen die Möglichkeiten, die Temperiervorrichtung 3 nicht in direktem Kontakt an der Einzelzelle 2 anzuordnen oder auf eine aktive Temperierung, insbesondere Kühlung, der Einzelzellen 2 zu verzichten. Beide Möglichkeiten wirken sich negativ auf die Lebensdauer und einen Wirkungsgrad des elektrischen Energiespeichers aus.
  • Um eine Verspannung der Einzelzellen 2 in dem Zellblock 1 sowie eine Temperierung der Einzelzellen 2 mittels der Temperiervorrichtungen 3 optimieren zu können, ist der Zellblock 1, wie im Folgenden anhand 2 beschrieben, ausgebildet.
  • In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Temperiervorrichtung 3 gewellt und plattenförmig ausgebildet, wobei eine Temperiervorrichtung 3 zwischen zwei Einzelzellen 2 angeordnet ist und mit beiden in thermischen Kontakt steht. D. h., dass zwischen der jeweiligen Einzelzelle 2 und der Temperiervorrichtung 3 kein weiteres Bauteil, insbesondere keine Spannmatte 4, angeordnet ist.
  • Durch die Wellenform der Temperiervorrichtung 3 und eine vorgegebene Federsteifigkeit der Temperiervorrichtung 3 ist es möglich, Ausdehnungen in Richtung der Längsachse x des Zellblockes 1 bzw. der jeweiligen Einzelzelle 2 zu kompensieren.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in 2 wirkt auf die Einzelzellen 2 und auf die Temperiervorrichtung 3 eine Kraft K, wobei ein Abstand x1 zweier Einzelzellen 2 zwischen denen eine Temperiervorrichtung 3 angeordnet ist, größer ist als ein weiterer Abstand x2 zweier weiterer Einzelzellen 2 des Zellblockes 1 mit zwischen diesen angeordneter Temperiervorrichtung 3.
  • Eine Differenz der beiden Abstände x1 , x2 multipliziert mit der Federsteifigkeit der Temperiervorrichtung 3 in Richtung der Längsachse x des Zellblockes 1 definiert eine Verspannkraft zwischen den Einzelzellen 2.
  • Die Federsteifigkeit der Temperiervorrichtung 3 ist dabei abhängig von einem Werkstoff und vorgegebenen Grundabmessungen, wie einer Wellenanzahl, einer Wellenhöhe und Wellenbreite, wobei die Federsteifigkeit insbesondere eine Funktion einer geometrischen Ausgestaltung der Temperiervorrichtung 3 ähnlich einer Plattfeder ist.
  • Insbesondere ist die Temperiervorrichtung 3 derart elastisch ausgebildet, dass diese die auf sie wirkenden Kräfte K durch die sich temperaturbedingt ausdehnenden Einzelzellen 2 durch Verformung aufnehmen kann.
  • Zur verbesserten Anbindung der Temperiervorrichtung 3 an die entsprechenden Einzelzellen 2 kann ein Freiraum im Bereich zwischen Vertiefungen der Temperiervorrichtung 3 und der jeweiligen Einzelzelle 2 mit einem wärmeleitenden Schaum ausgefüllt sein.
  • Dadurch, dass die Temperiervorrichtung 3 zusätzlich zu ihrer Temperierfunktion eine Verspannfunktion für den Zellblock 1 aufweist, kann die Anordnung einer Spannmatte 4 entfallen und ein somit zusätzlich zur Verfügung stehender Bauraum kann zugunsten der Einzelzellen 2 optimiert genutzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zellblock
    2
    Einzelzelle
    3
    Temperiervorrichtung
    4
    Spannmatte
    K
    Kraft
    x
    Längsachse
    x1
    Abstand
    x2
    weiterer Abstand
  • 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
    • JP 2016152081 A [0002]

Claims (2)

  1. Zellblock (1) für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter und elektrisch verschalteter Einzelzellen (2), wobei zwischen zwei Einzelzellen (2) jeweils eine gewellte plattenförmige Temperiervorrichtung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Temperiervorrichtung (3) eine Kanalstruktur umfasst, durch die ein Temperiermedium strömt, und die Temperiervorrichtung (3) aufgrund ihrer gewellten plattenförmigen Ausbildung eine Federfunktion in Richtung einer Längsachse (x) des Zellblockes (1) aufweist.
  2. Zellblock (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Freiräume zwischen Vertiefungen einer Temperiervorrichtung (3) und einer Einzelzelle (2) mit einem wärmeleitenden Schaum ausgefüllt sind.
DE102020001662.6A 2020-03-13 2020-03-13 Zellblock für einen eleketrischen Energiespeicher Pending DE102020001662A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022131840B3 (de) 2022-12-01 2024-03-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit Temperierelementen
DE102022133082A1 (de) 2022-12-13 2024-06-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul für ein Kraftfahrzeug

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022131840B3 (de) 2022-12-01 2024-03-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit Temperierelementen
DE102022133082A1 (de) 2022-12-13 2024-06-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul für ein Kraftfahrzeug

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