DE102020001662A1 - Cell block for an electrical energy storage device - 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.The invention relates to a cell block (1) for an electrical energy store with a plurality of adjacent and electrically interconnected individual cells (2), a corrugated plate-shaped temperature control device (3) being arranged between two individual cells (2). According to the invention, the respective temperature control device (3) comprises a channel structure through which a temperature control medium flows, and the temperature control device (3) has a spring function in the direction of a longitudinal axis (x) of the cell block (1) due to its corrugated plate-shaped design.

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.The invention relates to a cell block for an electrical energy store with a plurality of individual cells arranged next to one another and electrically interconnected, with a corrugated plate-shaped temperature control device being arranged between two individual cells.

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.From the JP 2016152081 A is a known high-voltage battery for electric vehicles. The high-voltage battery comprises several lithium-ion battery cells, between which corrugated cooling plates are arranged. Cooling channels through which a coolant can flow are formed by recesses in the cooling plates and adjacent components. The invention is based on the object of specifying a cell block for an electrical energy store with a plurality of individual cells arranged next to one another and electrically interconnected.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zellblock gelöst, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a cell block which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

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.A cell block for an electrical energy storage device comprises a plurality of individual cells arranged next to one another and electrically interconnected, with a corrugated plate-shaped temperature control device being arranged between two individual cells. According to the invention, the respective temperature control device comprises a channel structure through which a temperature control medium flows, and due to its corrugated plate-shaped design, the temperature control device has a spring function in the direction of a longitudinal axis of a cell block formed from a number of individual cells.

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.A temperature control device embodied in this way therefore has both a temperature control function and a spring function, that is to say a tensioning function, for the cell block to allow changes in the dimensions in the direction of the longitudinal axis x of the cell block, which can be attributed, for example, to temperature, tolerance or age-related changes in the dimensions of the individual cells during operation of the electrical energy store. By means of the temperature control device, an installation space available to the cell block can be used in an optimized way, since it has a higher capacity with the same dimensions, since the arrangement of so-called tension mats for bracing the cell block can be dispensed with. In this way, a cost advantage can also be achieved.

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.By means of the temperature control device, d. H. By means of the temperature control devices, temperature control, in particular cooling, and mechanical stability of the cell block are improved, so that a service life of the cell block and thus of the electrical energy store can or can be increased.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

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.
Show:
  • 1 schematically a section of a cell block with individual cells, tension mats and temperature control devices according to the prior art and
  • 2 schematically a section of a cell block with individual cells and temperature control devices.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

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. 1 shows a section of a cell block 1 an electrical energy store, not shown in detail, according to the prior art for an electric vehicle, a hybrid vehicle or a vehicle operated with fuel cells.

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.The cell block 1 comprises a number of adjacent, electrically interconnected individual cells 2 between each a temperature control device 3 and a tension mat 4th is arranged.

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.The temperature control device 3 and the tension mat 4th each form a component, and under certain circumstances, in particular to optimize the temperature control of the individual cells 2 , an arrangement of a tension mat 4th between temperature control device 3 and single cell 2 is not provided.

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.Is a tension mat 4th between a respective single cell 2 and temperature control device 3 arranged, is a space requirement of the cell block 1 comparatively high, this being for the tension mats 4th The installation space used is therefore not available to an active material of the electrical energy store. In addition, the costs of an electrical energy store designed in this way are relatively high.

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.Is the arrangement of tension mats 4th not provided, a relatively large margin is required between the individual cells 2 to be kept in order to avoid temperature-related expansion of the individual cells 2 to be able to compensate. Such a margin is in particular for single cells 2 problematic in the form of so-called pouch cells or there is a risk of mechanical damage in the cell block 1 due to the comparatively high, using arrows in 2 shown, acting forces K , caused by the expanding single cells 2 can arise.

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.There are also the options to use the temperature control device 3 not in direct contact with the single cell 2 to arrange or to an active temperature control, in particular cooling, of the individual cells 2 to renounce. Both possibilities have a negative effect on the service life and the efficiency of the electrical energy store.

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.About tensioning the individual cells 2 in the cell block 1 and temperature control of the individual cells 2 by means of the temperature control devices 3 To be able to optimize is the cell block 1 as shown below 2 described, trained.

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.In the in 2 The embodiment shown is the respective temperature control device 3 corrugated and plate-shaped, with a temperature control device 3 between two single cells 2 is arranged and is in thermal contact with both. That means that between the respective single cell 2 and the temperature control device 3 no further component, especially no tensioning mat 4th , is arranged.

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.By the wave shape of the temperature control device 3 and a predetermined spring stiffness of the temperature control device 3 it is possible to have extensions in the direction of the longitudinal axis x of the cell block 1 or the respective single cell 2 to compensate.

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.According to the present embodiment in 2 acts on the single cells 2 and on the temperature control device 3 a force K , being a distance x 1 two single cells 2 between which a temperature control device 3 is arranged, is greater than another distance x 2 two more single cells 2 of the cell block 1 with a temperature control device arranged between them 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.A difference between the two distances x 1 , x 2 multiplied by the spring stiffness of the temperature control device 3 in the direction of the longitudinal axis x of the cell block 1 defines a tension force between the individual cells 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.The spring stiffness of the temperature control device 3 is dependent on a material and predetermined basic dimensions, such as the number of waves, a wave height and wave width, the spring stiffness in particular being a function of a geometric configuration of the temperature control device 3 is similar to a flat spring.

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.In particular, the temperature control device 3 designed to be elastic in such a way that they absorb the forces acting on them K due to the temperature-related expanding individual cells 2 can absorb through deformation.

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.For improved connection of the temperature control device 3 to the corresponding single cells 2 can be a free space in the area between depressions of the temperature control device 3 and the respective single cell 2 be filled with a thermally conductive foam.

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.Because the temperature control device 3 In addition to its temperature control function, a bracing function for the cell block 1 has, the arrangement of a tension mat 4th can be omitted and an additional installation space thus available can be used in favor of the individual cells 2 can be used optimally.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ZellblockCell block
22
EinzelzelleSingle cell
33
TemperiervorrichtungTemperature control device
44th
Spannmatte Tension mat
KK
Kraftforce
xx
LängsachseLongitudinal axis
x1 x 1
Abstanddistance
x2 x 2
weiterer Abstandfurther distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • JP 2016152081 A [0002]JP 2016152081 A [0002]

Claims (2)

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.Cell block (1) for an electrical energy store with a plurality of individual cells (2) arranged next to one another and electrically connected, with a corrugated plate-shaped temperature control device (3) being arranged between two individual cells (2), characterized in that the respective temperature control device (3) has a Includes channel structure through which a temperature control medium flows, and the temperature control device (3) has a spring function in the direction of a longitudinal axis (x) of the cell block (1) due to its corrugated plate-shaped design. Zellblock (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Freiräume zwischen Vertiefungen einer Temperiervorrichtung (3) und einer Einzelzelle (2) mit einem wärmeleitenden Schaum ausgefüllt sind.Cell block (1) Claim 1 , characterized in that spaces between depressions of a temperature control device (3) and an individual cell (2) are filled with a thermally conductive foam.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022131840B3 (en) 2022-12-01 2024-03-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery device for an at least partially electrically driven motor vehicle with temperature control elements
DE102022133082A1 (en) 2022-12-13 2024-06-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery cell module for a motor vehicle

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DE102022131840B3 (en) 2022-12-01 2024-03-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery device for an at least partially electrically driven motor vehicle with temperature control elements
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