DE102009000673A1

DE102009000673A1 - Batteriepack und Handwerkzeugmaschine mit einem Batteriepack

Info

Publication number: DE102009000673A1
Application number: DE200910000673
Authority: DE
Inventors: Heiko Pape; Thomas Heinrich; Stephan Leuthner; Philipp Kohlrausch; Joerg Poehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141348A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Batteriepack (10, 10a, 10b, 10c) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) und mit einem Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) zur Aufnahme der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c). Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) auf einer Mehrzahl von Gehäuseelementen (16, 16a, 16b, 16c) besteht, welche derart angeordnet sind, dass diese mindestens einen Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) umschließen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriepack und einer Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Batteriepack nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Es ist bekannt, dass mehrere Batteriezellen zu einem sogenannten Batteriepack verschaltet werden können, wobei unter einer „Batterie” in diesem Zusammenhang sowohl eine nicht wiederaufladbare als insbesondere eine wiederaufladbare Speichereinheit verstanden werden soll. Gewöhnlich weisen die Batteriepacks ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse mit Aussparungen auf, in welche zumeist zylindrische Batteriezellen eingesetzt sind. Die Querschnittsabmessungen der Aussparungen sind gewöhnlich so gewählt, dass sich die Batteriezellen bequem einsetzen lassen. Häufig werden solche Batteriepacks zur Stromversorgung eines Verbrauchers, wie beispielsweise eines Elektrofahrzeugs oder eines Elektrogerätes, insbesondere eines Elektrowerkzeugs verwendet. Kann dieser Batteriepack über eine mechanische Schnittstelle und einen elektrischen Stecker vom Gerät getrennt werden, so spricht man von einem Wechselpack. Im Betrieb erwärmen sich die Batteriepacks auf Grund hoher Nutzströme, indem sich infolge der Leistungsumsetzung in den Batteriezellen Verlustwärme ergibt. Es kann zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Batteriepack kommen, wenn ein Teil der Batteriezellen, wie beispielsweise die innenliegenden Batteriezellen des Batteriepacks keinen direkten Kontakt zu einer Außenwand des Gehäuses des Batteriepacks hat. Die Kühlung der Batteriezellen erfolgt durch Abgabe von Verlustwärme in Form von Wärmestrahlung und/oder Konvektion durch die Gehäusewand an die Umgebung. Hierdurch ist die Kühlung der innenliegenden Batteriezellen schlechter als die Kühlung der außenliegenden Batteriezellen. Durch diese ungleiche Kühlung können zwischen den Wirkungsgraden der innenliegenden Batteriezellen und den Wirkungsgraden der außenliegenden Batteriezellen Unterschiede bestehen, was wiederum zu ungleichen Ladezuständen der Batteriezellen und damit zu einer möglichen Überhitzung einzelner Batteriezellen führen kann.
Als Maßnahme zur Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung zwischen den Batteriezellen eines Batteriepacks ist es bereits bekannt, die Batteriezellen im Gehäuse von einem Füllmaterial zu umgeben, das so beschaffen ist, dass es die Wärme, die beim Laden und Entladen der Batteriezellen entsteht, schnell abführen bzw. speichern kann. Ebenfalls sind Luftkanäle zwischen den Batteriezellen bekannt, in denen die Wärme durch einen erzwungenen Luftstrom abgeführt werden kann.
In der DE 10 2005 017 057 A1 sind derartige Luftkanäle zwischen Batteriezellen eines Batteriepacks für eine Handwerkzeugmaschine beschrieben. Im Betrieb der Handwerkzeugmaschine wird von einer Pumpe Frischluft aus der Umgebung als Kühlmedium angesaugt und diese in die Luftkanäle zwischen den Batteriezellen gefördert bzw. gedrückt. Nach einer Wärmeaufnahme in dem Batteriepack wird die Frischluft wieder nach außen an die Umgebung abgegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Batteriepack mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und einem Gehäuse zur Aufnahme der Batteriezellen.
Es wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass zwischen den Batteriezellen wenigstens eine Wärmeleitungseinheit angeordnet ist, die sich bereichsweise parallel zu einer Längsachse der Batteriezellen erstreckt. Vorteilhaft können so Temperaturunterschiede entlang der Längserstreckung und entlang der Stapelrichtung sehr gering gehalten werden, z. B. höchstens 4, vorzugsweise höchstens 3 Kelvin. Auch bei geringer Erwärmung ist damit bereits ein sehr guter Temperaturausgleich möglich. Die Wärmeleitungseinheit kann insbesondere eine konvektive Wärmeleitungseinheit sein wie ein Wärmerohr, eine so genannte „Hegt Pipe”.
Sind Batteriezellen und Wärmeleitungseinheit alternierend entlang einer Stapelrichtung der Batteriezellen angeordnet, können günstigerweise Temperaturunterschiede besonders effektiv ausgeglichen werden und entstehende Wärme sehr schnell zu einem zur Kühlung vorgesehenen Bereich abgeführt werden. Ein solcher Bereich kann z. B. durch Kühlrippen gebildet sein, der am Gehäuse des Batteriepacks angeordnet sind, und/oder durch einen luftdurchströmten Kanal im Gehäuse gebildet sein. Bei geeigneter Größe des Batteriepacks kann auch ein separater Lüfter zur Kühlung der Wärmeleitungseinheit vorgesehen sein.
Es wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus einer Mehrzahl von Gehäuseelementen besteht, welche derart angeordnet sind, dass diese mindestens einen Freiraum umschließen. In der Regel befindet sich der Batteriepack während der Entladung in einem Verbraucher, wobei die größte Verlustwärme entsteht. In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein zweistufiges Abkühlungs- bzw. Entwärmungskonzept, indem der Freiraum zur Speicherung der Verlustwärme der Batteriezellen und/oder zur Kühlung des Batteriepacks bzw. der Batteriezellen eingesetzt werden kann. Hierdurch wird sowohl eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Batteriepack beim Laden und Entladen als auch eine schnelle Abkühlung des Batteriepacks nach der Entladung ermöglicht, so dass der Batteriepack schnell wieder geladen werden kann.
Vorteilhaft kann zwischen den Batteriezellen wenigstens eine Wärmeleitungseinheit angeordnet sein, die sich bereichsweise parallel zu einer Längsachse der Batteriezellen erstreckt. Günstigerweise können damit Temperaturunterschiede entlang der Längserstreckung und entlang der Stapelrichtung sehr gering gehalten werden, z. B. höchstens 4, vorzugsweise höchstens 3 Kelvin. Auch bei geringer Erwärmung ist bereits ein sehr guter Temperaturausgleich innerhalb und zwischen den Batteriezellen möglich. Die Wärmeleitungseinheit kann insbesondere eine konvektive Wärmeleitungseinheit sein wie ein Wärmerohr, eine so genannte „Heat Pipe”.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei der das Gehäuse aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen hexaedrischen Gehäuseelementen besteht, welche jeweils in einem Sechseck bzw. welche in einem Oval angeordnet sind. Die Gehäuseelemente sind dadurch so angeordnet, dass ein Element maximal an drei Nachbarelemente grenzt, wobei in den ersten beiden Ausführungsbeispielen ein Großteil der Elemente nur an zwei Nachbarelemente und lediglich zwei Elemente an drei Nachbarelemente grenzen und im dritten Ausführungsbeispiel alle Elemente nur an zwei Nachbarelemente grenzen. Insbesondere grenzt jedes Gehäuseelement an mindestens einen Freiraum. Durch diese besondere Ausgestaltung wird eine homogene Temperaturverteilung im Batteriepack erreicht, da die Batteriezellen in einer gleichmäßigen Weise ihre Verlustwärme an die Umgebung abgeben können.
Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuseelement mindestens eine Batteriezelle aufnimmt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Abgabe der Verlustwärme der Batteriezellen innerhalb des Batteriepacks ermöglicht.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen weist der mindestens eine Freiraum eine Füllung mit einer guten thermischen Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität, eine aus mindestens einem Material bestehende Füllung, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen einen Phasenübergang durchführt, oder eine poröse Füllung, in deren Poren ein Material vorgesehen ist, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen einen Phasenübergang durchführt, auf. Ein Großteil der beim Laden oder Entladen der Batteriezellen entstehenden Verlustwärme wird in dem Phasenwechsel gespeichert. In vorteilhafter Weise kann hierdurch der Freiraum zur Speicherung und/oder aktiven Kühlung des Batteriepacks bzw. der Batteriezellen verwendet werden. Die Füllungen sind jeweils derart beschaffen, dass sie die Verlustwärme, die beim Laden oder Entladen der Batteriezellen entsteht, schnell abführen bzw. speichern können. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Batteriepack sowohl beim Laden als auch beim Entladen der Batteriezellen.
Bevorzugt ist die mindestens eine Füllung in mindestens einem Aufnahmegehäuse aufgenommen, welches in dem mindestens einen Freiraum angeordnet ist. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise die beim Laden oder Entladen der Batteriezellen entstehende Verlustwärme gespeichert werden. Das Aufnahmegehäuse ermöglicht beispielsweise eine große Freiheit bei der Auswahl der Füllungen oder der Gestaltung der Oberfläche der Füllung.
Die mindestens eine Füllung und/oder das mindestens eine Aufnahmegehäuse kann dabei entnehmbar in dem mindestens einen Freiraum vorgesehen sein. Die Füllung bzw. das Aufnahmegehäuse mit der Füllung ist somit nicht fest mit dem restlichen Batteriepack verbunden, so dass sich diese in vorteilhafter Weise entnehmen lässt. Hierdurch kann beispielsweise vor dem Laden eines heißen Batteriepacks ein Großteil der Wärme bzw. Verlustwärme durch Herausnehmen der Füllung bzw. dem Aufnahmegehäuse mit der Füllung dem Batteriepack entzogen werden. Sowohl die entnommene Füllung bzw. das entnommene Aufnahmegehäuse als auch der Batteriepack mit leeren Freiräumen haben nun eine größere Oberfläche als der gefüllte Batteriepack, so dass über eine z. B. konvektive Kühlung der Batteriepack schnell abgekühlt werden kann.
Bevorzugt weist das Aufnahmegehäuse eine Mehrzahl von Kammern auf, so dass ein Einbringen unterschiedlicher, auf den Anwendungsfall abgestimmter Füllungen in das Ausnahmegehäuse möglich ist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Batteriepack mindestens eine Wärmeleitungseinheit aufweist, welche den Freiraum mit einer Ladeeinheit für den Batteriepack verbindet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise nach Entnahme der Füllung bzw. des Aufnahmegehäuses über eine z. B. konvektive Wärmeabfuhr eine schnelle Abkühlung der Batteriezellen herbeigeführt werden. Besonders vorteilhaft kann als Wärmeleitungseinheit ein Wärmerohr (Heat Pipe) eingesetzt werden. Das Wärmerohr ist ein Wärmeübertrager, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Stoffes eine hohe Wärmestromdichte erlaubt, so dass auf kleiner Querschnittsfläche große Mengen Wärme transportiert werden können. So kann die Verlustleistung eines Batteriepacks effektiv auf kleinsten Bauraum abgeführt werden. Zur Umwälzung des Transportmediums benötigen Wärmerohre keine zusätzliche Hilfsenergie wie z. B. eine Umwälzpumpe, dadurch minimieren sich Wartungsaufwand und Betriebskosten Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen weist der mindestens eine Freiraum mindestens eine Kühlrippe und/oder mindestens einen Kanal zum Durchfluss eines Kühlmittels auf, so dass der Freiraum in vorteilhafter Weise zum aktiven Kühlen des Batteriepacks bzw. der Batteriezellen verwendet werden kann.
Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse einstückig ausgeführt ist. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine kostengünstige und zur Serienfertigung geeignete Herstellung des Gehäuses möglich, da beispielsweise ein Gussverfahren oder ein Strangziehverfahren vorgesehen werden kann.
Denkbar ist jedoch auch, das Gehäuse mehrteilig, insbesondere mehrlagig auszubilden. Die Teile oder Lagen können aus preiswerten Stanzteilen, etwa Blechteilen, gebildet werden. Diese können aus gleichartigen oder auch unterschiedlichen Materialien bestehen. So ist z. B. eine vorteilhafte Kombination von thermisch gut leitenden und/oder thermisch gut speicherfähigen Materialien möglich.
Bevorzugt ist das Gehäuse aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität ausgeführt. Hierdurch ermöglicht das Gehäuse eine Aufnahme der Verlustwärme der Batteriezellen und ein schnelles Abführen derselben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriepacks in einer ersten Ausführungsform mit hexaedrischen Batteriezellen in sechseckförmiger Anordnung und Freiräumen in hexaedrischer Form; und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriepacks in einer zweiten Ausführungsform mit hexaedrischen Batteriezellen in sechseckförmiger Anordnung und Freiräumen in zylindrischer Form; und
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriepacks in einer dritten Ausführungsform mit hexaedrischen Batteriezellen in ovaler Anordnung und einem Freiraum in rechteckiger Form; und
4 eine schematische Darstellung eines Aufnahmegehäuses zur Aufnahme einer Füllung, welches in einem Freiraum vorgesehen ist;
5 eine schematische Darstellung eines Batteriepacks, dessen Freiraum über eine Wärmeleitungseinheit mit einer Ladeeinheit für den Batteriepack verbunden ist, und
6a, 6b eine schematische Darstellung eines beispielhaften Batteriepacks gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung als Vorderansicht (6a) und als Seitenansicht (6b).
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Der in den Figuren dargestellte Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c dient als Stromversorgung für ein hier nicht dargestelltes, insbesondere schnurloses Elektrogerät, wie beispielsweise eine als handgeführtes Elektrowerkzeug ausgeführte Handwerkzeugmaschine. Der Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c besteht im Wesentlichen aus mehreren Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c und einem Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c zur Aufnahme der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c. Bevorzugt weisen die Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c eine zylindrische Form auf, wobei ein Fachmann selbstverständlich auch andere sinnvolle Formen vorsehen kann. Zur Aufnahme der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c weist das Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c korrespondierende Aussparungen 22, 22a, 22b, 22c auf, welche den Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c entsprechende Formen aufweisen. Demgemäß sind die Aussparungen 22, 22a, 22b, 22c in den vorliegenden Ausführungsbeispielen ebenfalls zylindrisch ausgeführt.
Der dargestellte Batteriepack 10, 10a, 10b gemäß den drei Ausführungsbeispielen enthält insgesamt zehn zylindrische Batteriezellen 12, 12a, 12b und 12c, die gemäß erstem und zweiten Ausführungsbeispiel in zwei Sechsecken und gemäß drittem Ausführungsbeispiel in einem Oval angeordnet sind, wobei selbstverständlich die Anzahl der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c nicht auf die Zahl zehn begrenzt ist.
Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c sowohl beim Laden als auch beim Entladen zu erhalten, sowie eine schnelle Abkühlung eines heißen Batteriepacks 10, 10a, 10b, 10c nach einer Entladung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c aus einer Mehrzahl von Gehäuseelementen 16, 16a, 16b, 16c besteht, welche derart angeordnet sind, dass diese mindestens einen Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c umschließen. Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die vorliegende Anordnung und/oder Anzahl der Gehäuseelemente 16, 16a, 16b, 16c beschränkt. Bevorzugt weist der mindestens eine Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c eine hexaedrische Form gemäß 1 oder eine zylindrische Form gemäß 2 oder eine rechteckige Form gemäß 3 auf. Die Gehäuseelemente 16, 16a, 16b, 16c sind derart angeordnet, dass ein Element maximal an drei Nachbarelemente grenzt. Bei den in den ersten beiden Ausführungsbeispielen vorgesehenen zehn Gehäuseelementen grenzen acht Elemente nur an zwei Nachbarelemente und nur zwei Gehäuseelemente grenzen an drei Nachbarelemente. Jedes Gehäuseelement 16, 16a, 16b grenzt an mindestens einen Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, wobei zwei Gehäuseelemente 16, 16a, 16b an zwei Freiräume 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b grenzen. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel grenzt jedes Gehäuseelement 16, 16c nur an zwei Nachbarelemente und an den Freiraum 24, 24c.
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen nimmt jedes Gehäuseelement 16, 16a, 16b, 16c mindestens eine Batteriezelle 12, 12a, 12b, 12c auf, wobei selbstverständlich auch die Aufnahme weiterer Batteriezellen je Gehäuseelement und/oder eine unterschiedliche Bestückung von Gehäuseelementen mit Batteriezellen möglich ist. Bevorzugt ist die für die Aufnahme der Batteriezelle 12, 12a, 12b, 12c vorgesehene Aussparung 22, 22a, 22b, 22c mittig in dem Gehäuseelement 16, 16a, 16b, 16c ausgeführt.
Gemäß erstem und zweitem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 14, 14a, 14b aus einer Mehrzahl von im Wesentlicher hexaedrischen Gehäuseelementen 16, 16a und 16b, welche jeweils wabenförmig in einem Sechseck angeordnet sind. Gemäß drittem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 14, 14c aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen hexaedrischen Gehäuseelementen 16 und 16c, welche in einem Oval angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gehäuseelemente 16, 16a, 16b, 16c entstehen Freiräume 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c, die entweder zur Speicherung von Verlustwärme der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c und/oder zur Kühlung der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c verwendet werden können.
Hierbei sind mehrere Ausführungsformen der Freiräume denkbar, wobei selbstverständlich auch weitere hier nicht aufgeführte, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Alternativen denkbar sind. Im übrigen sind auch Kombination der oben aufgeführten Ausführungsformen des mindestens einen Freiraums 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c möglich. In einer ersten Ausführungsform weist der mindestens eine Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c eine Füllung mit einer guten thermischen Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität auf. Hierzu eignen sich insbesondere Metalle wie Aluminium oder auch Kunststoffe wie Polyethylen hoher Dichte. Alternativ hierzu weist der mindestens eine Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c eine aus mindestens einem Material bestehende Füllung auf, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c einen Phasenübergang durchführt. Hierzu eignet sich insbesondere Paraffin. Ebenfalls kann eine Mischung aus zwei Materialien vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Mischung aus Kohlenstoff in Form eines Graphits und einem weiteren Material. Alternativ hierzu weist der mindestens eine Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c eine poröse Füllung aufweist, in deren Poren ein Material vorgesehen ist, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c einen Phasenübergang durchführt. Ferner kann als Füllung beispielsweise Wasser oder ein Kältemittel vorgesehen sein.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die mindestens eine Füllung in mindestens einem Aufnahmegehäuse 26, 26c aufgenommen ist, welches in dem mindestens einen Freiraum 24, 24c aufnehmbar ist. Das Aufnahmegehäuse 26, 26c kann bevorzugt als Tiefziehteil oder Spritzgussteil ausgeführt werden und besteht vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der mindestens eine Freiraum dazu genutzt werden, den Batteriepack bzw. die Batteriezellen aktiv zu kühlen, indem der mindestens eine Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c mindestens eine Kühlrippe insbesondere für eine Luftkühlung und/oder mindestens einen Kanal zum Durchfluss bzw. Durchleiten eines Kühlmediums aufweist.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die in den mindestens einen Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b eingebrachte Füllung bzw. das in den mindestens einen Freiraum 24, 24c eingebrachte und mit der Füllung versehene Aufnahmegehäuse 26, 26c nicht fest mit dem Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c verbunden. Bevorzugt ist die Füllung bzw. das Aufnahmegehäuse 26, 26c nur lose in dem mindestens einen Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c aufgenommen, so dass sich die Füllung bzw. das Aufnahmegehäuse 26, 26c leicht entnehmen lässt.
Gemäß 4 weist das Aufnahmegehäuse 26, 26c eine Mehrzahl von Kammern 28, 28c, 28d auf. Die Kammern 28, 28c, 28d können beispielsweise mit Paraffin gefüllt werden. Des Weiteren können die Kammern 28, 28c, 28d mindestens teilweise untereinander verbunden sein.
Gemäß 5 weist der Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c mindestens eine Wärmeleitungseinheit 30 auf, welche vorzugsweise bei entnommener Füllung bzw. bei entnommenem Aufnahmegehäuse 26, 26c den Freiraum 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c mit einer Ladeeinheit 32 für den Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c verbindet.
Bevorzugt ist das Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c einstückig ausgeführt, indem die Gehäuseelemente 16, 16a, 16b, 16c einstückig ausgeführt und/oder fest miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind das Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c bzw. die Gehäuseelemente 16, 16a, 16b, 16c aus einem vorzugsweise festen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität ausgeführt. Hierzu eignen sich insbesondere Metalle wie Aluminium oder auch Kunststoffe wie Polyethylen mit hoher Dichte. Das Gehäuse 14, 14a, 14b, 14c ist bevorzugt durch ein Gießverfahren oder ein Strangziehverfahren herstellbar.
Ein Batteriepack 10, 10d gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in 6a und 6b dargestellt. Eine Anzahl von n Batteriezellen 12, 12d mit einer Längserstreckung L ist in einer Stapelrichtung S aufeinander angeordnet. Ein Gehäuse ist nicht explizit dargestellt, kann jedoch vorhanden sein.
Zwischen den Batteriezellen 12, 12d sind Wärmeleitungseinheiten 30, 30b angeordnet, wobei die Wärmeleitungseinheiten 30, 30b mit einem Abschnitt 34 jeweils zwischen benachbarten Batteriezellen 12, 12d angeordnet sind und mit einem anderen, dazu abgewinkelten Abschnitt 36 mit einer Kühleinrichtung 40 in Kontakt stehen. Vorteilhaft können so Temperaturunterschiede entlang der Längserstreckung L und entlang der Stapelrichtung S sehr gering gehalten werden, z. B. höchstens 4, vorzugsweise höchstens 3 Kelvin. Auch bei geringer Erwärmung ist damit bereits ein sehr guter Temperaturausgleich möglich.
Die Wärmeleitungseinheit 30, 30b kann insbesondere eine konvektive Wärmeleitungseinheit sein, z. B. ein Wärmerohr, eine so genannte „Heat Pipe”.
Die Wärmeleitungseinheiten 30, 30b sind direkt mit den Batteriezellen 12, 12d thermisch verbunden und leiten so die Wärme direkt an die für die Entwärmung vorgesehene Stelle (Kühleinrichtung 40) ab. Die Kühleinrichtung 40 kann z. B. durch am Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnete Kühlrippen und/oder oder ein luftdurchströmter Kanal im Batteriepack 10, 10d sein. Bei größeren Batteriepacks, etwa für Elektrofahrräder oder dergleichen, kann ein separater Lüfter an den Batteriepack montiert sein.
Selbstverständlich ist das hier dargestellte Prinzip mit einem vorstehend beschriebenen Batteriepack 10, 10a, 10b, 10c kombinierbar. So können außerhalb der Freiräume 18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c zwischen den jeweiligen Batteriezellen 12, 12a, 12b, 12c jeweils Wärmeleitungseinheiten 30, 30b angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005017057 A1 [0004]

Claims

Batteriepack (10, 10a, 10b, 10c) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12, 12d) und mit einem Gehäuse (14, 14d) zur Aufnahme der Batteriezellen (12, 12d), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Batteriezellen (12, 12d) wenigstens eine Wärmeleitungseinheit (30, 30b) angeordnet ist, die sich bereichsweise parallel zu einer Längsachse (L) der Batteriezellen (12, 12d) erstreckt.
Batteriepack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Batteriezellen (12, 12d) und Wärmeleitungseinheit (30, 30b) alternierend entlang einer Stapelrichtung (S) der Batteriezellen (12, 12d) angeordnet sind.
Batteriepack (10, 10a, 10b, 10c) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) und mit einem Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) zur Aufnahme der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) aus einer Mehrzahl von Gehäuseelementen (16, 16a, 16b, 16c) besteht, welche derart angeordnet sind, dass diese mindestens einen Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) umschließen.
Batteriepack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Batteriezellen (12, 12d) wenigstens eine Wärmeleitungseinheit (30, 30b) angeordnet ist, die sich bereichsweise parallel zu einer Längsachse (1) der Batteriezellen (12, 12d) erstreckt.
Batteriepack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b) aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen hexaedrischen Gehäuseelementen (16, 16a, 16b) besteht, welche jeweils in einem Sechseck angeordnet sind.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14c) aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen hexaedrischen Gehäuseelementen (16, 16c) besteht, welche in einem Oval angeordnet sind.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (16, 16a, 16b, 16c) mindestens eine Batteriezelle (12, 12a, 12b, 12c) aufnimmt.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) zur Speicherung von Verlustwärme der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) und/oder zur Kühlung der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) vorgesehen ist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) eine Füllung mit einer guten thermischen Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität aufweist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) eine aus mindestens einem Material bestehende Füllung aufweist, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) einen Phasenübergang durchführt.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) eine poröse Füllung aufweist, in deren Poren ein Material vorgesehen ist, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen (12, 12a, 12b, 12c) einen Phasenübergang durchführt.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Füllung in mindestens einem Aufnahmegehäuse (26, 26c) aufgenommen ist, welches in dem mindestens einen Freiraum (24, 24c) angeordnet ist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Füllung und/oder das mindestens eine Aufnahmegehäuse (26, 26c) entnehmbar in dem mindestens einen Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) vorgesehen ist.
Batteriepack nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmegehäuse (26, 26c) eine Mehrzahl von Kammern (28, 28c, 28d) aufweist.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eine Wärmeleitungseinheit (30, 30a), welche den Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) mit einer Ladeeinheit (32) für den Batteriepack (10, 10a, 10b, 10c) verbindet.
Batteriepack nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freiraum (18, 18a, 18b, 20, 20a, 20b, 24, 24c) mindestens eine Kühlrippe und/oder mindestens einen Kanal zum Durchfluss eines Kühlmittels aufweist.
Batteriepack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) einstückig ausgeführt ist.
Batteriepack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) mehrteilig, insbesondere mehrlagig, ausgeführt ist.
Batteriepack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 14a, 14b, 14c) aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität ausgeführt ist.
Handwerkzeugmaschine mit einem Batteriepack (10, 10a, 10b, 10c, 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.