DE102018133004A1 - ELECTRIC STORAGE AND VEHICLE WITH SUCH A - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Elektrospeicher (2) angegeben, welcher ein Gehäuse (6) aufweist sowie wenigstens eine Zelle (8), welche innerhalb des Gehäuses (6) angeordnet ist, wobei ein Distanzstück (10) angeordnet ist, welches an einer Zellwand (12) der Zelle (8) anliegt, wobei das Gehäuse (6) ausgebildet ist, von einem dielektrischen Wärmemedium durchströmt zu werden, zur Temperierung der Zelle (8), wobei das Distanzstück (10) gemeinsam mit der Zellwand (12) einen Strömungskanal (16) für das Wärmemedium ausbildet, sodass das Wärmemedium im Kontakt mit der Zelle (8) in einer Strömungsrichtung (R) durch den Strömungskanal (16) hindurchführbar ist, zum Wärmetausch mit der Zelle (8). Weiter wird ein Fahrzeug (4) mit einem solchen Elektrospeicher (2) angegeben. An electrical storage device (2) is specified which has a housing (6) and at least one cell (8) which is arranged inside the housing (6), a spacer (10) being arranged on a cell wall (12) the cell (8) abuts, the housing (6) being designed to be flowed through by a dielectric heating medium, for temperature control of the cell (8), the spacer (10) together with the cell wall (12) having a flow channel (16) for the heat medium so that the heat medium in contact with the cell (8) can be passed through the flow channel (16) in a flow direction (R) for heat exchange with the cell (8). A vehicle (4) with such an electrical store (2) is also specified.
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektrospeicher sowie ein Fahrzeug mit einem solchen.The invention relates to an electrical storage device and a vehicle with such a device.
Ein Elektrospeicher wird auch als Batterie bezeichnet und dient der Speicherung elektrischer Energie zwecks späterer Abgabe an einen Verbraucher. Zur Speicherung von Energie weist ein Elektrospeicher ein oder mehrere Zellen auf, welche jeweils zwei Pole aufweisen, über welche die Zellen zunächst untereinander und letztendlich über Anschlüsse am Elektrospeicher auch mit einem außerhalb des Elektrospeichers angeordneten Verbraucher elektrisch verbunden werden können. Häufig sind mehrere Zellen in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst, um eine bestimmte Spannung, Stromstärke oder Leistungskapazität zu realisieren.An electrical storage device is also referred to as a battery and is used to store electrical energy for later delivery to a consumer. To store energy, an electrical store has one or more cells, each of which has two poles, via which the cells can first be electrically connected to one another and ultimately via connections on the electrical store to a consumer arranged outside the electrical store. Often several cells are combined in a common housing in order to realize a certain voltage, current strength or power capacity.
Allgemein sind Elektrospeicher von besonderer Bedeutung für mobile Anwendungen, d.h. solche Anwendungen, bei welchen eine bewegliche Energiequelle gefordert ist. Beispielsweise finden Elektrospeicher eine Anwendung im automotiven Bereich, nämlich als Energiequelle für Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb, z.B. Elektro- oder Hybridfahrzeuge.In general, electrical storage devices are of particular importance for mobile applications, i.e. applications where a mobile energy source is required. For example, electrical storage devices are used in the automotive field, namely as an energy source for vehicles with an electric drive, e.g. Electric or hybrid vehicles.
Vorliegend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Temperierung eines Elektrospeichers zu verbessern. Die Temperierung des Elektrospeichers soll möglichst homogen und möglichst energieeffizient erfolgen. Der Elektrospeicher soll insbesondere für eine automotive Verwendung geeignet sein und speziell insbesondere zur Verwendung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug dienen. Entsprechend sollen ein verbesserter Elektrospeicher und ein verbessertes Fahrzeug angegeben werden.In the present case, it is an object of the invention to improve the temperature control of an electrical store. The temperature of the electrical storage should be as homogeneous and energy-efficient as possible. The electrical storage device is intended to be particularly suitable for automotive use and in particular to be used in particular in an electrically driven vehicle. Accordingly, an improved electrical storage device and an improved vehicle are to be specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektrospeicher mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 33. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Elektrospeicher gelten sinngemäß auch für das Fahrzeug und umgekehrt.The object is achieved according to the invention by an electrical storage device with the features according to
Der Elektrospeicher kann grundsätzlich jede Form von Batterie sein, z.B. auch ein Elektrospeicher für Anlagen, Maschinen oder Werkzeuge. Besonders bevorzugt im Rahmen dieser Anmeldung sind jedoch Elektrospeicher für mobile Anwendungen und speziell für automotive Anwendung. Der Elektrospeicher ist vorzugsweise ein Elektrospeicher für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, und dient in einem solchen zur Versorgung eines Antriebs des Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Der Elektrospeicher wird auch als Hochvoltspeicher bezeichnet. Ein lediglich beispielhafter, geeigneter Elektrospeicher weist 100 bis 1000 Zellen auf und eine Speicherkapazität von 40 kWh bis 120 kWh. Der Elektrospeicher stellt beispielsweise eine Spannung im Bereich von 100 V bis 400 V bereit. In einem Schnellladebetrieb wird der Elektrospeicher beispielsweise mit einer elektrischen Leistung zwischen 200 kW und 500 kW geladen.The electrical storage can basically be any form of battery, e.g. also an electrical storage for systems, machines or tools. In the context of this application, however, electrical storage devices for mobile applications and especially for automotive applications are particularly preferred. The electrical storage device is preferably an electrical storage device for a vehicle, in particular for an electric or hybrid vehicle, and serves to supply a drive of the vehicle with electrical energy. The electrical storage is also called high-voltage storage. An example of a suitable electrical storage has 100 to 1000 cells and a storage capacity of 40 kWh to 120 kWh. The electrical storage device provides, for example, a voltage in the range from 100 V to 400 V. In a fast charging mode, for example, the electrical storage is charged with an electrical output between 200 kW and 500 kW.
Der Elektrospeicher weist ein Gehäuse auf sowie wenigstens eine Zelle. Die Zelle ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der Elektrospeicher weist ein Distanzstück auf, welches in dem Gehäuse angeordnet ist und welches an einer Zellwand der Zelle anliegt, d.h. diese berührt. Das Distanzstück wird auch als Trennstück, Abstandshalter oder Spacer bezeichnet. Das Gehäuse ist ausgebildet, von einem dielektrischen Wärmemedium durchströmt zu werden, zur Temperierung der Zelle. Das Gehäuse weist somit insbesondere einen Innenraum auf, welcher ein Teil eines Kreislaufs für das Wärmemedium ist oder welcher einen Kreislauf für das Wärmemedium beinhaltet. Das Distanzstück bildet gemeinsam mit der Zellwand und ggf. noch mit weiteren Teilen des Elektrospeichers einen Strömungskanal für das Wärmemedium aus, sodass das Wärmemedium im Kontakt mit der Zelle in einer Strömungsrichtung durch den Strömungskanal hindurchführbar ist, zum Wärmetausch mit der Zelle.The electrical storage device has a housing and at least one cell. The cell is located within the housing. The electrical storage device has a spacer which is arranged in the housing and which bears against a cell wall of the cell, i.e. this touches. The spacer is also referred to as a separator, spacer or spacer. The housing is designed to be flowed through by a dielectric heat medium for temperature control of the cell. The housing thus has in particular an interior which is part of a circuit for the heat medium or which contains a circuit for the heat medium. The spacer forms, together with the cell wall and possibly also with other parts of the electrical storage, a flow channel for the heat medium, so that the heat medium can be passed through the flow channel in a flow direction in contact with the cell, for heat exchange with the cell.
In einer ersten Variante weist der Elektrospeicher mehrere Zellen auf, in einer zweiten Variante weist der Elektrospeicher genau eine Zelle auf. In der ersten Variante ist der Strömungskanal zwischen zwei Zellen ausgebildet oder zwischen einer jeweiligen Zelle und dem Gehäuse oder eine Kombination hiervon, in der zweiten Variante ist der Strömungskanal zwischen der Zelle und dem Gehäuse ausgebildet.In a first variant, the electrical store has several cells, in a second variant the electrical store has exactly one cell. In the first variant, the flow channel is formed between two cells or between a respective cell and the housing or a combination thereof, in the second variant the flow channel is formed between the cell and the housing.
Nachfolgend wird zunächst auf die erste Variante mit mehreren Zellen eingegangen und anschließend auf die zweite Variante mit lediglich einer Zelle. Die Ausführungen jeweils speziell zu einer der beiden Varianten lassen sich grundsätzlich sinngemäß auch auf die jeweils andere Variante übertragen. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung allgemein auf „die Zellen“ des Elektrospeichers verwiesen wird, ist mit dieser Formulierung bei einer Ausgestaltung mit nur einer Zelle entsprechend nur diese eine Zelle gemeint Umgekehrt gelten bei einem Elektrospeicher mit mehreren Zellen die Ausführungen zu einer einzelnen dieser Zellen regelmäßig entsprechend auch für die anderen Zellen.In the following, the first variant with several cells is discussed and then the second variant with only one cell. The explanations in each case specifically for one of the two variants can basically also be applied to the other variant. Insofar as reference is generally made to “the cells” of the electrical store in the context of this application, this formulation means that in the case of an embodiment with only one cell, only this one cell is meant. Conversely, in the case of an electrical store with several cells, the statements relating to a single one of these cells apply regularly also for the other cells.
In einer geeigneten Ausgestaltung der ersten Variante weist der Elektrospeicher ein Gehäuse auf sowie mehrere Zellen. Die Zellen sind innerhalb des Gehäuses angeordnet und zu einem Stapel zusammengefasst, indem die Zellen in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. In einer Variante sind mehrere Stapel ausgebildet. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einem einzelnen Stapel ausgegangen. Zwischen zwei Zellen, welche in Stapelrichtung benachbart sind, ist ein Distanzstück angeordnet, welches an einer jeweiligen Zellwand der beiden Zellen anliegt. Darunter wird insbesondere verstanden, dass jeweils zwischen zwei Zellen ein jeweiliges Distanzstück angeordnet ist, sodass also der Stapel in Stapelrichtung betrachtet abwechselnd aus Zellen und Distanzstücken zusammengesetzt ist. Nachfolgend wird zuweilen der Einfachheit halber, jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit, lediglich auf ein einzelnes Distanzstück eingegangen. Die Ausführungen gelten jedoch sinngemäß für Anordnungen mit mehr als zwei Zellen und entsprechend mehreren Distanzstücken, welche vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise gleichartig ausgebildet sind.In a suitable embodiment of the first variant, the electrical store has a housing and a plurality of cells. The cells are arranged within the housing and combined into a stack in that the cells are arranged in succession in a stacking direction. In a Variant, several stacks are formed. In the following, a single stack is assumed without restricting the generality. Between two cells, which are adjacent in the stacking direction, a spacer is arranged, which lies against a respective cell wall of the two cells. This is understood in particular to mean that a respective spacer is arranged between two cells, so that the stack, viewed in the stacking direction, is alternately composed of cells and spacers. For the sake of simplicity, but without restricting generality, only a single spacer will be discussed below. However, the explanations apply mutatis mutandis to arrangements with more than two cells and correspondingly a plurality of spacers, which are preferably, but not necessarily, of the same design.
Zwei benachbarte Zellen sind über das entsprechende Distanzstück insbesondere mechanisch miteinander gekoppelt. Die Zellen sind zweckmäßigerweise in Stapelrichtung miteinander verspannt, vorzugsweise zwischen zwei Wänden des Gehäuses. Die Distanzstücke sind entsprechend zwischen den Zellen verspannt. Ein jeweiliges Distanzstück schafft in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen Freiraum zwischen zwei benachbarten Zellen, sodass diese insbesondere betriebsbedingt anschwellen können und dabei in den Freiraum ausweichen können, ohne eine zu große mechanische Spannung zu erzeugen. Der Freiraum dient somit als Quellraum, ist durch das Distanzstück aber zugleich vorteilhaft derart dimensioniert, dass zugleich noch das Wärmemedium hindurchströmen kann.Two adjacent cells are mechanically coupled to one another via the corresponding spacer. The cells are expediently clamped together in the stacking direction, preferably between two walls of the housing. The spacers are clamped between the cells accordingly. In an advantageous embodiment, a respective spacer creates a free space between two neighboring cells, so that they can swell, in particular due to operation, and can thereby escape into the free space without generating excessive mechanical tension. The free space thus serves as a swelling space, but at the same time is advantageously dimensioned by the spacer in such a way that the heating medium can still flow through at the same time.
Das Distanzstück bildet zwischen zwei Zellen, d.h. den beiden Zellen, an welchen das Distanzstück anliegt, und gemeinsam mit der Zellwand wenigstens einer der beiden Zellen, vorzugsweise mit den Zellwänden beider Zellen, wenigstens einen Strömungskanal für das Wärmemedium aus, sodass das Wärmemedium im Kontakt mit der wenigstens einen Zelle, vorzugsweise beiden Zellen, in einer Strömungsrichtung zwischen den beiden Zellen hindurchführbar ist, zum Wärmetausch mit der wenigstens einen Zelle, vorzugsweise mit beiden Zellen. Der Strömungskanal wird somit durch das Distanzstück und wenigstens einer Zellwand insbesondere im Freiraum zwischen den Zellen aufgespannt. Im Betrieb strömt durch den Strömungskanal in Strömungsrichtung das Wärmemedium zwischen den Zellen hindurch und gerät hierbei in Kontakt mit wenigstens einer Zellwand, sodass Wärme ausgetauscht wird.The spacer forms between two cells, i.e. the two cells to which the spacer rests and together with the cell wall of at least one of the two cells, preferably with the cell walls of both cells, from at least one flow channel for the heat medium, so that the heat medium in contact with the at least one cell, preferably both cells , can be passed in a flow direction between the two cells, for heat exchange with the at least one cell, preferably with both cells. The flow channel is thus spanned by the spacer and at least one cell wall, in particular in the free space between the cells. In operation, the heat medium flows through the flow channel in the flow direction between the cells and comes into contact with at least one cell wall, so that heat is exchanged.
Alternativ oder zusätzlich zur Ausgestaltung mit einem Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Zellen, bildet das Distanzstück mit dem Gehäuse und einer jeweiligen Zellwand einen Strömungskanal, welcher seitlich der Zellen angeordnet ist, also nicht dazwischen, sondern entlang einer Seitenfläche oder eines Randbereichs der Zelle. Diese Ausgestaltung mit einem seitlichen Strömungskanal, d.h. mit einem Seitenkanal, wird weiter unten näher beschrieben und eignet sich ganz besonders für Pouch-Zellen, aber grundsätzlich auch für andere Bauformen.As an alternative or in addition to the configuration with a flow channel between two adjacent cells, the spacer with the housing and a respective cell wall forms a flow channel which is arranged to the side of the cells, that is to say not in between, but along a side face or an edge region of the cell. This configuration with a lateral flow channel, i.e. with a side channel, is described in more detail below and is particularly suitable for pouch cells, but in principle also for other designs.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher das Distanzstück zwischen den beiden Zellen und gemeinsam mit den Zellwänden der beiden Zellen wenigstens einen Strömungskanal für das Wärmemedium ausbildet, sodass das Wärmemedium im Kontakt mit beiden Zellen in einer Strömungsrichtung zwischen den beiden Zellen hindurchführbar ist, zum Wärmetausch mit beiden Zellen. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, für einen Elektrospeicher, bei welchem die Zellen quadratisch sind und z.B. jeweils als prismatische Zelle oder als Pouch-Zelle ausgebildet sind. Geeignet ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher der Strömungskanal lediglich durch eine einzelne Zellwand in Verbindung mit dem Distanzstück ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, für einen Elektrospeicher, bei welchem die Zellen zylindrisch und z.B. jeweils als Rundzelle ausgebildet sind. A particularly preferred embodiment is one in which the spacer between the two cells and together with the cell walls of the two cells forms at least one flow channel for the heat medium, so that the heat medium can be passed in contact with both cells in a flow direction between the two cells for heat exchange with both cells. This configuration is particularly, but not exclusively, suitable for an electrical store in which the cells are square and e.g. are each designed as a prismatic cell or as a pouch cell. However, an embodiment is also suitable in which the flow channel is formed only by a single cell wall in connection with the spacer. This configuration is particularly, but not exclusively, suitable for an electrical store in which the cells are cylindrical and e.g. are each designed as a round cell.
Der Erfindung liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass grundsätzlich eine Kühlung eines Elektrospeichers mittels eines separaten Kühlelements möglich ist. Dieses ist beispielsweise ein Bodenplattenkühler, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird und auf welchem der Elektrospeicher montiert ist. Die thermische Anbindung eines solchen separaten Kühlelements an den Elektrospeicher bestimmt das Maß der maximal möglichen Wärmeabfuhr. Eine unvollständige Anbindung begrenzt die Wärmeabfuhr in nachteiliger Weise und führt regelmäßig auch zu einer ungleichmäßigen Temperierung des Elektrospeichers, d.h. die Temperatur ist je nach Position im Elektrospeicher mitunter stark unterschiedlich. Daraus ergibt sich eine nachteilige Temperaturspreizung innerhalb des Elektrospeichers, mit entsprechenden Nachteilen im Betrieb des Elektrospeichers, z.B. begrenzter Nutzungsdauer oder Leistung, vorzeitiger Leistungsdegradation oder erhöhtem Energiebedarf. Bei dem genannten Bodenplattenkühler wird effektiv nur die Unterseite des Elektrospeichers gekühlt, es ergibt sich ein nachteiliger Temperaturgradient in vertikaler Richtung.The invention is based in particular on the observation that it is fundamentally possible to cool an electrical store by means of a separate cooling element. This is, for example, a base plate cooler through which a coolant flows and on which the electrical storage is mounted. The thermal connection of such a separate cooling element to the electrical store determines the extent of the maximum possible heat dissipation. An incomplete connection disadvantageously limits the heat dissipation and regularly leads to an uneven temperature control of the electrical storage, i.e. the temperature can vary considerably depending on the position in the electrical storage. This results in a disadvantageous temperature spread within the electrical store, with corresponding disadvantages in the operation of the electrical store, e.g. limited useful life or performance, premature performance degradation or increased energy requirements. In the case of the base plate cooler mentioned, only the underside of the electrical store is effectively cooled, and there is a disadvantageous temperature gradient in the vertical direction.
Eine inhomogene und unter Umständen zusätzlich unzureichende Kühlung kann in gewissem Grade durch eine entsprechend niedrige Temperatur des Kühlmittels teilweise ausgeglichen werden. Dies ist jedoch entsprechend energieaufwendig und führt regelmäßig dazu, dass das Kühlmittel unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden muss, was eine künstliche Wärmesenke erforderlich macht, beispielsweise in Form eines zusätzlichen Kältekreislaufs. Dadurch entsteht ein entsprechender Kosten-, Energie-, Teile- und Bauraumaufwand, was speziell bei einer automotiven Anwendung problematisch ist. Vor allem der erhöhte Energiebedarf führt bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug direkt zu einer reduzierten Reichweite, da die Energie üblicherweise dem Elektrospeicher entnommen wird.An inhomogeneous and possibly inadequate cooling can be compensated to a certain extent by a correspondingly low temperature of the coolant. However, this is correspondingly energy-intensive and regularly leads to the coolant having to be cooled below the ambient temperature, which requires an artificial heat sink, for example in the form of an additional refrigeration cycle. This creates a corresponding cost, energy, parts and installation space, which is particularly problematic in an automotive application. Above all, the increased energy requirement leads directly to a reduced range in an electrically powered vehicle, since the energy is usually taken from the electrical store.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nun insbesondere darin, zur Temperierung die eine Zelle oder die mehreren Zellen eines Elektrospeichers im Betrieb mit einem Wärmemedium in spezieller Weise zu umspülen. Das Wärmemedium ist hierzu ein dielektrisches Wärmemedium und steht unmittelbar mit der Zelle oder den Zellen in Kontakt, wodurch eine besonders gute thermische Anbindung realisiert ist und somit ein besonders guter Wärmetausch gewährleistet ist.A core idea of the invention now consists in particular of rinsing the one or more cells of an electrical store in operation with a heating medium in a special manner for the purpose of temperature control. For this purpose, the heating medium is a dielectric heating medium and is in direct contact with the cell or the cells, as a result of which a particularly good thermal connection is achieved and thus a particularly good heat exchange is ensured.
Das Wärmemedium wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Kühlmittel bezeichnet. Die Temperierung der Zellen erfolgt durch Führung des Wärmemediums in einem Kreislauf, sodass die Zellen fortlaufend aktiv umspült und gekühlt werden. Geeigneterweise weist das Gehäuse einen Vorlauf und einen Rücklauf auf, über welche der Elektrospeicher in einen Kreislauf integriert ist, oder ein Kreislauf ist vollständig in das Gehäuse integriert. Das Wärmemedium wird zu den Zellen gefördert, tauscht dort mit diesen Wärme aus und wird dann weitergefördert, um an anderer Stelle in entsprechend anderer Richtung Wärme zu tauschen. Allgemein erfolgt eine Temperierung, wobei unter dem Begriff „Temperierung“ die Begriffe „Kühlung“ und „Beheizung“ zusammengefasst sind. Zur Kühlung wird Wärme von den Zellen in das Wärmemedium aufgenommen und an einem geeigneten Wärmetauscher wieder abgegeben. Beispielsweise wir die Wärme über einen Umgebungswärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben. Zur Beheizung wird entsprechend umgekehrt an einem Heizelement Wärme aufgenommen und an den Zellen an diese abgegeben. Das Heizelement ist beispielsweise ebenfalls ein Wärmetauscher oder ein elektrisches Heizelement, z.B. ein Durchlauferhitzer.The heating medium is also referred to as a coolant without restricting generality. The temperature of the cells is controlled by circulating the heat medium so that the cells are continuously actively washed and cooled. The housing suitably has a flow and a return, via which the electrical store is integrated into a circuit, or a circuit is completely integrated into the housing. The heat medium is conveyed to the cells, exchanges heat with it there and is then conveyed on in order to exchange heat elsewhere in a correspondingly different direction. In general, temperature control takes place, whereby the terms “cooling” and “heating” are combined under the term “temperature control”. For cooling, heat is absorbed by the cells in the heat medium and released again in a suitable heat exchanger. For example, the heat is released into the ambient air via an ambient heat exchanger. Conversely, for heating, heat is absorbed on a heating element and given off to the cells. The heating element is, for example, also a heat exchanger or an electrical heating element, e.g. a water heater.
Der Kontakt des Wärmemediums mit den Zellen ist insbesondere derart, dass ein wesentlicher Teil der jeweiligen Zellwand, d.h. der Außenfläche einer Zelle, mit dem Wärmemedium direkt in Kontakt kommt. Unter einem „wesentlichen Teil“ werden insbesondere wenigstens 50 % verstanden, bevorzugt wenigstens 80 %. Alternativ oder zusätzlich wird unter einem „wesentlichen Teil“ derjenige Teil der Zellwand verstanden, über welchen wenigstens 50 % der Abwärme der Zelle abgegeben werden, was besonders bei einer räumlich inhomogenen Wärmeerzeugung einer Zelle vorteilhaft ist und insgesamt von der Bauform der Zelle abhängt. Beispielsweise weist eine Pouch-Zelle einen inneren Zellwickel auf, mit einer Wickelachse, und ein wesentlicher Teil der Zellwand entspricht dann z.B. lediglich 10 % oder weniger der Oberfläche der Pouch-Zelle entlang der Wickelachse. Vorteilhafterweise werden auch die Anschlüsse der einzelnen Zellen, d.h. die sogenannten Terminals, von dem Wärmemedium umspült und stehen mit diesem direkt in Kontakt.The contact of the heat medium with the cells is in particular such that an essential part of the respective cell wall, i.e. the outer surface of a cell with which the heat medium comes into direct contact. An “essential part” means in particular at least 50%, preferably at least 80%. As an alternative or in addition, an “essential part” is understood to mean that part of the cell wall via which at least 50% of the waste heat of the cell is released, which is particularly advantageous in the case of spatially inhomogeneous heat generation in a cell and depends overall on the design of the cell. For example, a pouch cell has an inner cell coil, with a winding axis, and a substantial part of the cell wall then corresponds e.g. only 10% or less of the surface of the pouch cell along the winding axis. The connections of the individual cells, i.e. the so-called terminals, washed by the heat medium and are in direct contact with it.
Ein Kernaspekt der Erfindung ist insbesondere, dass mittels des Distanzstücks zwischen zwei Zellen oder zwischen einer Zelle und dem Gehäuse ein Strömungskanal geschaffen ist, durch welchen im Betrieb das Wärmemedium in einer bestimmten und definierten Strömungsrichtung fließt. Hierzu ist das Distanzstück entsprechend geformt und positioniert, wobei die konkrete Ausgestaltung und Positionierung des Distanzstücks insbesondere von der Bauform der Zellen abhängig ist, speziell ob diese grundsätzlich quaderförmig sind, wie z.B. bei prismatischen Zellen oder Pouch-Zellen, oder eher zylinderförmig, wie z.B. bei Rundzellen, wodurch sich regelmäßig unterschiedliche Geometrien der Anordnung ergeben. In jedem Fall ist das Distanzstück mit der Maßgabe ausgeformt, dass ein möglichst großer Bereich einer jeweiligen Zelle möglichst gleichmäßig mit Wärmemedium umströmt wird. Das Distanzstück erlaubt hier einen vorteilhaft großen Gestaltungsspielraum.A key aspect of the invention is in particular that a flow channel is created by means of the spacer between two cells or between a cell and the housing, through which the heat medium flows in operation in a specific and defined flow direction. For this purpose, the spacer is shaped and positioned accordingly, the specific design and positioning of the spacer depending in particular on the design of the cells, especially whether they are basically cuboid, such as for prismatic cells or pouch cells, or more cylindrical, e.g. with round cells, which regularly results in different geometries of the arrangement. In any case, the spacer is shaped with the proviso that the largest possible area of each cell is flowed around as evenly as possible with heat medium. The spacer allows an advantageously large scope for design.
Bei einem Elektrospeicher mit mehreren Zellen ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher mehrere Strömungskanäle ausgebildet sind und fluidisch parallel geschaltet sind, indem entlang des Stapels ein Vorlaufkanal ausgebildet ist, zur Aufteilung des Wärmemediums auf die Strömungskanäle je zwischen zwei Zellen, und indem entlang des Stapels ein Rücklaufkanal ausgebildet ist, zur Zusammenführung des Wärmemediums aus den Strömungskanälen. Die diversen Strömungskanäle zwischen je zwei Zellen im Stapel sind demnach fluidisch, d.h. hydraulisch miteinander gekoppelt, vorliegend sogar parallel, sodass das Wärmemedium ausgehend von dem Vorlaufkanal auf die Strömungskanäle aufgeteilt wird. Die hier gemeinten mehreren Strömungskanäle sind hierbei nicht lediglich nebeneinander zwischen lediglich zwei Zellen ausgebildet, je ein Strömungskanal ist zwischen zwei Zellen ausgebildet und die mehreren Strömungskanäle sind dann in Stapelrichtung hintereinander angeordnet, abwechselnd mit den Zellen.In the case of an electrical storage device with a plurality of cells, an embodiment is advantageous in which a plurality of flow channels are formed and are connected fluidically in parallel, in that a flow channel is formed along the stack, for dividing the heat medium between the flow channels between two cells, and in that along the stack Return channel is designed to bring the heat medium from the flow channels. The various flow channels between two cells in the stack are therefore fluid, i.e. hydraulically coupled with each other, in this case even parallel, so that the heat medium is divided from the flow channel to the flow channels. The multiple flow channels referred to here are not only formed side by side between only two cells, one flow channel is formed between two cells and the multiple flow channels are then arranged one behind the other in the stacking direction, alternating with the cells.
Der Vorlaufkanal ist entsprechend größer dimensioniert als ein einzelner Strömungskanal und weist regelmäßig einen größeren Strömungsquerschnitt auf als ein einzelner Strömungskanal. Analoges gilt für den Rücklaufkanal. Der Vorlaufkanal oder der Rücklaufkanal oder beide sind vorzugsweise als ein Spalt zwischen den Zellen und dem Gehäuse ausgebildet. Der Spalt erstreckt sich entsprechend in Stapelrichtung. Sind mehrere Stapel an Zellen vorhanden, dann sind die Stapel untereinander hinsichtlich des Wärmemediums entweder ebenfalls parallel zueinander geschaltet oder seriell oder eine Kombination hiervon.The flow channel is dimensioned correspondingly larger than a single flow channel and regularly has a larger flow cross section than a single flow channel. The same applies to the return channel. The flow channel or the return channel or both are preferably designed as a gap between the cells and the housing. The gap extends accordingly in the stacking direction. If there are several stacks of cells, the stacks are one below the other with regard to the heat medium either also connected in parallel to one another or in series or a combination thereof.
Gegenüber einer seriellen Temperierung hat die parallele Temperierung der Zellen innerhalb eines Stapels den Vorteil, dass hierdurch eine deutlich homogenere Temperaturverteilung innerhalb des Elektrospeichers erzielt wird, mit entsprechenden Vorteilen. Dies ergibt sich insbesondere vor dem Hintergrund, dass ein Stapel typischerweise 5 bis 50 Zellen aufweist und mit steigender Anzahl bei einem seriellen Durchlaufen der Strömungskanäle das Wärmemedium entlang des Stapels immer weniger Wärme aufnehmen kann. Bei der parallelen Temperierung erfolgt dagegen eine Verzweigung des Strömungspfads ausgehend von dem Vorlaufkanal, sodass das Wärmemedium in jeden der Strömungskanäle mit zumindest näherungsweise derselben Temperatur einströmt. Die parallele Temperierung ist zudem auch einfacher skalierbar und eignet sich besser zur Realisierung eines vorteilhaften Bauteilkonzepts für die Herstellung unterschiedlich großer Elektrospeicher oder auch für unterschiedliche Zelltypen.Compared to serial temperature control, the parallel temperature control of the cells within a stack has the advantage that a significantly more homogeneous temperature distribution within the electrical store is achieved, with corresponding advantages. This is particularly evident in view of the fact that a stack typically has 5 to 50 cells and, as the number increases as the flow channels pass through in series, the heat medium along the stack can absorb less and less heat. In the case of parallel temperature control, on the other hand, the flow path branches out from the flow channel, so that the heat medium flows into each of the flow channels at at least approximately the same temperature. The parallel temperature control is also easier to scale and is more suitable for realizing an advantageous component concept for the manufacture of electrical storage devices of different sizes or for different cell types.
Der direkte Kontakt des Wärmemediums und einer oder mehrerer Zellen wird dadurch ermöglicht, dass das Wärmemedium ein dielektrisches Wärmemedium ist, also elektrisch nicht-leitend oder isolierend ist. Bevorzugte dielektrische Wärmemedien sind Hydrofluorether, kurz HFE. Ebenfalls geeignet sind auch Isoparaffin, Kraftstoffe, z.B. Diesel, Wasserstoff, Luft oder demineralisiertes Wasser. Besonders zweckmäßig als Wärmemedium ist ein Betriebsmittel des Fahrzeugs, in welchem der Elektrospeicher verbaut ist, da dann kein zusätzliches Wärmemedium mitgeführt werden muss, sondern das Wärmemedium insbesondere einem Reservoir für das Betriebsmittel entnommen wird, z.B. einem Kraftstofftank. Im Falle von Luft wird z.B. Umgebungsluft verwendet und der Kreislauf für das Wärmemedium ist ein offener Kreislauf. Alternativ und zweckmäßigerweise bei einem flüssigen Wärmemedium ist der Kreislauf ein geschlossener Kreislauf und dann nicht fluidisch mit der Umgebung verbunden.The direct contact of the heat medium and one or more cells is made possible by the fact that the heat medium is a dielectric heat medium, that is to say is electrically non-conductive or insulating. Preferred dielectric heating media are hydrofluoroethers, or HFE for short. Isoparaffin, fuels, e.g. Diesel, hydrogen, air or demineralized water. An operating medium of the vehicle in which the electrical store is installed is particularly expedient as the heating medium, since then no additional heating medium has to be carried along, but rather the heating medium is taken in particular from a reservoir for the operating medium, e.g. a fuel tank. In the case of air e.g. Ambient air is used and the circuit for the heating medium is an open circuit. Alternatively and expediently in the case of a liquid heating medium, the circuit is a closed circuit and is then not fluidly connected to the surroundings.
Für die Zufuhr, Verteilung und Förderung also allgemein die Darreichung des Wärmemediums sind diverse Konzepte geeignet. Bei einer Immersionstemperierung wird möglichst das gesamte zur Verfügung stehende Volumen mit dem Wärmemedium aufgefüllt. Bei einer Sprüh- oder Strahltemperierung wird das Wärmemedium hingegen mittels geeigneter Düsen auf oder zwischen die Zellen gesprüht oder getropft oder dergleichen. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Düsen jeweils einfach eine Öffnung. Bei einer Sprühtemperierung entsteht insbesondere in Verbindung mit zusätzlich vorhandener Luft ein Aerosol. Bei einer Strahltemperierung werden die Zellen oder die Terminals oder beide insbesondere beregnet oder gezielt angeströmt. In einer Variante der Sprüh- oder Strahltemperierung sammelt sich das Wärmemedium zwischen den Zellen bis zu einer bestimmten Füllhöhe an, sodass zumindest teilweise eine Art Immersionstemperierung realisiert ist. Alternativ oder zusätzlich wird in einer Variante insbesondere bei der Sprüh- oder Strahltemperierung ein Phasenübergang, z.B. eine Verdampfung oder eine Kondensation, des Wärmemediums zur Temperierung genutzt.Various concepts are suitable for supplying, distributing and promoting the heating medium in general. In the case of immersion temperature control, the entire available volume is filled with the heating medium if possible. In the case of spray or jet temperature control, on the other hand, the heat medium is sprayed or dripped onto or between the cells or the like by means of suitable nozzles. In a suitable embodiment, the nozzles are each simply an opening. In the case of spray temperature control, an aerosol is formed in particular in connection with additional air. In the case of beam temperature control, the cells or the terminals or both are irrigated in particular or the flow is targeted. In a variant of the spray or jet temperature control, the heat medium accumulates between the cells up to a certain filling level, so that a type of immersion temperature control is at least partially realized. As an alternative or in addition, in a variant, in particular in the case of spray or jet temperature control, a phase transition, e.g. evaporation or condensation, the heat medium used for temperature control.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Elektrospeicher zur Immersionstemperierung insbesondere mit einem flüssigen Wärmemedium ausgebildet, indem der Vorlaufkanal auf einer Unterseite des Stapels ausgebildet ist und der Rücklaufkanal auf einer Oberseite des Stapels, sodass das Wärmemedium bei bestimmungsgemäßer Verwendung entgegen der Schwerkraft durch den Strömungskanal strömt. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Rücklaufkanal zugleich als ein Ausgleichsvolumen ausgebildet. Im Betrieb wird demnach unterhalb der Zellen das Wärmemedium bereitgestellt und aus dem Vorlaufkanal nach oben und entgegen der Schwerkraft durch die Strömungskanäle zwischen den Zellen gefördert. Oberhalb der Zellen verbleibt im Rücklaufkanal ein Restvolumen, welches nicht vom Wärmemedium gefüllt wird und zweckmäßigerweise als Ausgleichsvolumen dient. Zweckmäßigerweise ist am Ausgleichsvolumen ein Entgasungsventil zur Entgasung des Elektrospeichers angeordnet.In a suitable embodiment, the electrical store for immersion temperature control is designed in particular with a liquid heat medium, in that the flow channel is formed on an underside of the stack and the return channel on an upper side of the stack, so that the heat medium flows through the flow channel against gravity when used as intended. In an expedient development, the return channel is also designed as a compensation volume. In operation, the heat medium is accordingly provided underneath the cells and is conveyed upward from the flow channel and counter to gravity through the flow channels between the cells. Above the cells, there remains a residual volume in the return channel, which is not filled by the heating medium and is expediently used as a compensation volume. A degassing valve for degassing the electrical store is expediently arranged on the compensation volume.
Alternativ ist in einer geeigneten Ausgestaltung der Elektrospeicher zur Sprüh- oder Strahltemperierung ausgebildet, indem der Vorlaufkanal auf einer Oberseite des Stapels ausgebildet ist und dort wenigstens eine Düse angeordnet ist, zur Zufuhr des Wärmemediums, und indem der Rücklaufkanal auf einer Unterseite des Stapels ausgebildet ist, sodass der Rücklaufkanal zugleich ein Sammelbehälter für das Wärmemedium bildet. Das Wärmemedium wird hier dann im Betrieb von oberhalb der Zellen zugeführt und sickert dann von der Oberseite in die Strömungskanäle ein. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, dass das Wärmemedium gravimetrisch oder durch Kapillarkraft durch die Strömungskanäle förderbar ist und gefördert wird. Die Zufuhr des Wärmemediums erfolgt insbesondere mittels einer oder mehrerer geeigneter Düsen, welche für eine Sprühtemperierung zweckmäßigerweise speziell jeweils als Zerstäuber ausgebildet sind.Alternatively, in a suitable embodiment, the electrical store is designed for spray or jet temperature control, in that the flow channel is formed on an upper side of the stack and at least one nozzle is arranged there for supplying the heat medium, and in that the return channel is formed on a lower side of the stack, so that the return duct also forms a collection container for the heat medium. During operation, the heat medium is then supplied from above the cells and then seeps into the flow channels from the top. In this case, particular use is made of the fact that the heat medium can be conveyed and conveyed gravimetrically or by capillary force through the flow channels. The heat medium is supplied in particular by means of one or more suitable nozzles, which are expediently designed as atomizers for spray temperature control.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Gehäuse eine plattenförmige Wand auf, welche hohl ausgebildet ist und hierzu eine Gewölbestruktur aufweist, sodass mehrere Vorlaufkanäle ausgebildet sind, welche sich parallel und in Stapelrichtung erstrecken. Die Vorlaufkanäle sind jeweils über eine Anzahl an Öffnungen mit den Strömungskanälen fluidisch verbunden. Die mehreren Vorlaufkanäle sind zweckmäßigerweise auch bereits innerhalb der Gewölbestruktur durch zusätzliche Durchlässe fluidisch miteinander verbunden. Die Wand ist vorzugsweise ein Boden oder ein Deckel des Elektrospeichers, je nachdem, ob die Vorlaufkanäle ober- oder unterhalb der Zellen angeordnet sein sollen. Die Wand ist insgesamt doppelwandig ausgebildet, mit einer Innenseite, welche zu den Zellen gewandt ist, und einer Außenseite, welche von den Zellen weg weist. Die Öffnungen sind dann auf der Innenseite angeordnet.In a suitable embodiment, the housing has a plate-shaped wall which is hollow and, for this purpose, has a vaulted structure, so that a plurality of flow channels are formed which extend parallel and in the stacking direction. The flow channels are each fluidically connected to the flow channels via a number of openings. The multiple flow channels are Expediently fluidly connected to one another already within the vault structure by additional passages. The wall is preferably a floor or a lid of the electrical storage device, depending on whether the flow channels are to be arranged above or below the cells. The wall is generally double-walled, with an inside that faces the cells and an outside that faces away from the cells. The openings are then arranged on the inside.
Vorzugsweise sind die Vorlaufkanäle in Richtung der Öffnungen verjüngt ausgebildet. Auf diese Weise wirkt die Gewölbestruktur vorteilhaft als Druckminderer. In einer geeigneten Ausgestaltung weisen die Vorlaufkanäle im Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung betrachtet einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Der halbkreisförmige Querschnitt weist einen Durchmesser und einen Bogen auf und ist vorzugsweise derart angeordnet, dass der Durchmesser zur Außenseite gewandt ist und der Bogen zur Innenseite, wobei am Scheitelpunkt des Bogens dann die Öffnungen positioniert sind, sodass die Vorlaufkanäle entsprechend zu den Öffnungen hin verjüngt sind.Preferably, the flow channels are tapered in the direction of the openings. In this way, the vault structure advantageously acts as a pressure reducer. In a suitable embodiment, the flow channels have a semicircular cross section when viewed in cross section perpendicular to the stacking direction. The semicircular cross section has a diameter and an arc and is preferably arranged in such a way that the diameter faces towards the outside and the arc towards the inside, the openings then being positioned at the apex of the arc, so that the supply channels are correspondingly tapered towards the openings .
Die Vorlaufkanäle verlaufen insbesondere senkrecht zu den Strömungskanälen. Die Ausgestaltung mit der Gewölbestruktur eignet sich grundsätzlich für Zellen jeglicher Bauform, jedoch ganz besonders für zylinderförmige Zellen, speziell Rundzellen, welche in mehreren nebeneinanderliegenden und nach Art einer Kugelpackung ineinander verzahnten Stapeln angeordnet sind. Mit anderen Worten: die zylinderförmigen Zellen erstrecken sich aufrecht von der Wand und sind in mehreren Stapeln angeordnet, welche versetzt zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise verläuft dann unter jedem Stapel ein Vorlaufkanal, welcher in regelmäßigen Abständen eine Öffnung aufweist, die in einen Strömungskanal zwischen zwei Zellen führt.The flow channels run in particular perpendicular to the flow channels. The configuration with the vaulted structure is suitable in principle for cells of any design, but very particularly for cylindrical cells, especially round cells, which are arranged in a plurality of stacks lying next to one another and interlocking in the manner of a spherical packing. In other words: the cylindrical cells extend upright from the wall and are arranged in several stacks which are arranged offset from one another. Preferably, a flow channel then runs under each stack, which has an opening at regular intervals that leads into a flow channel between two cells.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück zwei vorzugsweise zueinander parallele Seitenstege auf, welche sich in Strömungsrichtung erstrecken. Die Seitenstege liegen weiterhin an wenigstens einer Zelle, vorzugsweise an beiden zueinander benachbarten Zellen an und beranden den Strömungskanal seitlich. Die konkrete Ausgestaltung und Anordnung der Seitenstege ist insbesondere von der Bauform und Anordnung der Zellen abhängig.In a suitable embodiment, the spacer has two side webs, preferably parallel to one another, which extend in the direction of flow. The side webs are also in contact with at least one cell, preferably with two adjacent cells, and laterally border the flow channel. The specific design and arrangement of the side webs depends in particular on the design and arrangement of the cells.
Bei quaderförmigen, speziell bei prismatischen Zellen sind die Seitenstege vorzugsweise in einem Randbereich zweier in Stapelrichtung benachbarter Zellen angeordnet und beabstanden die beiden Zellen entsprechend in einem Zellenabstand, welcher senkrecht zur Stapelrichtung insbesondere konstant ist. Zwischen den Zellen ist dann der Strömungskanal ausgebildet. Die beiden Seitenstege sind gemeinsam in einer Ebene angeordnet, welche parallel zu den Zellen und zwischen diesen angeordnet ist. Beide Seitenstege liegen jeweils an beiden Zellen an.In the case of cuboid cells, especially prismatic cells, the side webs are preferably arranged in an edge region of two cells adjacent in the stacking direction and accordingly space the two cells at a cell spacing which is particularly constant perpendicular to the stacking direction. The flow channel is then formed between the cells. The two side webs are arranged together in a plane which is arranged parallel to and between the cells. Both side bars are in contact with both cells.
Dagegen ist bei zylinderförmigen Zellen, speziell bei Rundzellen, der Strömungskanal zwischen den beiden Seitenstegen lediglich an einer der Zellen ausgebildet, das Distanzstück überspannt brückenartig die Zellwand und erzeugt dadurch den Strömungskanal. Beide Seitenstege liegen zumindest an einer Zelle gemeinsam an. Gleichwohl liegt auch bei zylinderförmigen Zellen ein einzelner Seitensteg regelmäßig an mehreren Zellen an, nämlich indem der Seitensteg entlang eines Zwickels verläuft, welcher zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten zylinderförmigen Zellen ausgebildet ist. Lediglich am Ende des Stapels oder in einer Randlage können sich Seitenstege ergeben, welche lediglich an einer Zelle anliegen. Bei Rundzellen weist ein Distanzstück entsprechend vorzugsweise drei Seitenstege auf und ist in den Zwickeln angeordnet, welche sich zwischen drei zylinderförmigen Zellen in zwei benachbarten und versetzt angeordneten Stapeln ergeben. In jedem Fall sind die Seitenstege entlang einer Gesamthöhe der Zellen insbesondere durchgängig, d.h. ununterbrochen ausgebildet.In contrast, in the case of cylindrical cells, especially round cells, the flow channel between the two side webs is formed only on one of the cells, the spacer spans the cell wall in a bridge-like manner and thereby creates the flow channel. Both side webs lie together at least on one cell. Nevertheless, even in the case of cylindrical cells, a single side web is regularly in contact with a plurality of cells, namely in that the side web runs along a gusset which is formed between two cylindrical cells which are adjacent in the stacking direction. Only at the end of the stack or in an edge position can there be side webs which only abut a cell. In the case of round cells, a spacer preferably has three side webs and is arranged in the gussets which result between three cylindrical cells in two adjacent and staggered stacks. In any case, the side webs are particularly continuous along a total height of the cells, i.e. continuously trained.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Mittelsteg auf, welcher den Strömungskanal in zwei Teilkanäle unterteilt. Der Mittelsteg ist somit ein Teiler für den Strömungskanal. Jeder der Teilkanäle ist entsprechend seitlich von dem Mittelsteg und einem der Seitenstege begrenzt, zwischen welchen das Wärmemedium im Betrieb hindurchströmt. Der Mittelsteg ist beispielsweise mittig zwischen den Seitenstegen positioniert. Auch eine seitlich versetze Anordnung ist grundsätzlich geeignet, sodass die Teilkanäle dann unterschiedlich groß sind. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind mehrere Mittelstege ausgebildet, welche insbesondere parallel und zueinander verlaufen und den Strömungskanal in eine entsprechende Mehrzahl an Teilkanälen teilen. Der Mittelsteg weist je nach Bauform der Zellen mitunter verschiedene Vorteile auf.In a suitable embodiment, the spacer has a central web which divides the flow channel into two sub-channels. The central web is therefore a divider for the flow channel. Each of the sub-channels is correspondingly delimited laterally by the central web and one of the side webs between which the heat medium flows during operation. The center bar is positioned, for example, in the middle between the side bars. A laterally offset arrangement is also generally suitable, so that the subchannels are then of different sizes. In an expedient embodiment, a plurality of central webs are formed, which in particular run parallel and to one another and divide the flow channel into a corresponding plurality of subchannels. Depending on the design of the cells, the center bar sometimes has various advantages.
Bei quaderförmigen und speziell prismatischen Zellen sind die Teilkanäle fluidisch vorzugsweise seriell verschaltet, sodass die Strömungsrichtung des Wärmemediums in den beiden Teilkanälen entgegensetzt ist. Das Wärmemedium wird zunächst aus einem Vorlaufkanal durch einen ersten Teilkanal in einen Zwischenkanal gefördert, welcher für diesen ersten Teilkanal ein Rücklaufkanal ist und zugleich für den zweiten Teilkanal ein Vorlaufkanal. Von dem Zwischenkanal wird das Wärmemedium durch den zweiten Teilkanal dann in umgekehrter Richtung in einen Rücklaufkanal gefördert, welcher prinzipbedingt auf derselben Seite der Zellen liegt, wie der Vorlaufkanal. Um den Vorlaufkanal und den Rücklaufkanal voneinander zu trennen, ist der Mittelsteg zweckmäßigerweise über die Zelle hinaus verlängert ausgebildet und weist eine Trennwand auf, welche dann einen Spalt zwischen den Zellen und dem Gehäuse in zwei Kanäle teilt, nämlich den Vorlaufkanal und den Rücklaufkanal. Die Anordnung des Vorlaufkanals und des Rücklaufkanals auf derselben Seite der Zellen, ist insbesondere in konstruktiver Hinsicht vorteilhaft, da dann ein Vorlauf und ein Rücklauf, d.h. Anschlüsse zur Zu- und Abfuhr des Wärmemediums, aus dem Gehäuse auf gleicher Höhe anbringbar sind und entsprechend zweckmäßig auch angebracht sind.In cuboidal and especially prismatic cells, the subchannels are preferably fluidly connected in series, so that the flow direction of the heat medium in the two subchannels is opposed. The heat medium is first conveyed from a flow channel through a first subchannel into an intermediate channel, which is a return channel for this first subchannel and at the same time a flow channel for the second subchannel. From the intermediate channel, the heat medium is then conveyed through the second subchannel in the opposite direction into a return channel, which is principally on the same side of the cells as the supply channel. In order to separate the flow channel and the return channel from each other, the middle bar is Expediently extended beyond the cell and has a partition which then divides a gap between the cells and the housing into two channels, namely the flow channel and the return channel. The arrangement of the flow channel and the return channel on the same side of the cells is particularly advantageous in terms of design, since then a flow and a return, ie connections for supplying and removing the heat medium, can be attached from the housing at the same height and, accordingly, appropriately are attached.
Bei zylinderförmigen Zellen, speziell bei Rundzellen, sind die Teilkanäle fluidisch vorzugsweise parallel verschaltet, sodass die Strömungsrichtung des Wärmemediums in den beiden Teilkanälen dieselbe ist. Der Mittelsteg dient vorzugsweise als Abstandhalter, um zu verhindern, dass die Zelle in den Strömungskanal eindringt, dabei das Distanzstück sozusagen aufbiegt, und dann den Strömungskanal verschließt. Die Zelle ist also am Mittelsteg abgestützt.In the case of cylindrical cells, especially round cells, the subchannels are preferably fluidically connected in parallel, so that the direction of flow of the heat medium in the two subchannels is the same. The central web preferably serves as a spacer in order to prevent the cell from penetrating into the flow channel, thereby bending the spacer, so to speak, and then closing the flow channel. The cell is therefore supported on the central web.
Die oben beschriebenen Konzepte bezüglich des Mittelstegs und der Teilkanäle sind nicht auf die explizit genannten Bauformen der Zellen beschränkt, sondern grundsätzlich auch auf andere Bauformen anwendbar.The concepts described above with regard to the central web and the subchannels are not limited to the explicitly mentioned types of cells, but can basically also be applied to other types.
Der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals ergibt sich aus einer Kanaldicke, welche in Stapelrichtung gemessen ist, und einer Kanalbreite, welche senkrecht zur Kanaldicke gemessen ist. Die Kanalbreite ist typischerweise geringer als eine Zellbreite der Zellen. In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Distanzstück als Strömungsverenger ausgebildet, indem das Distanzstück einen Teil des Freiraums zwischen den Zellen blockiert und dadurch die Kanalbreite reduziert. Dadurch wird wiederum die Strömungsgeschwindigkeit im nunmehr verengten Strömungskanal erhöht und der Wärmeaustausch verbessert. In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Distanzstück derart ausgebildet, dass die Kanalbreite zwischen 20 % und 80 % der Zellbreite beträgt. Hierzu sind zweckmäßigerweise die oben beschriebenen Seitenstege oder Mittelstege oder beide entsprechend breit ausgestaltet.The flow cross section of the flow channel results from a channel thickness, which is measured in the stacking direction, and a channel width, which is measured perpendicular to the channel thickness. The channel width is typically less than a cell width of the cells. In a suitable embodiment, the spacer is designed as a flow constrictor by blocking part of the free space between the cells and thereby reducing the channel width. This in turn increases the flow velocity in the now narrowed flow channel and improves the heat exchange. In a suitable embodiment, the spacer is designed such that the channel width is between 20% and 80% of the cell width. For this purpose, the side webs or center webs described above or both are expediently designed to be correspondingly wide.
Allgemein beträgt die Strömungsgeschwindigkeit in einem einzelnen Strömungskanal insbesondere zwischen 2 cm/s und 10 cm/s.In general, the flow velocity in a single flow channel is in particular between 2 cm / s and 10 cm / s.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Distanzstück rahmenartig ausgebildet und weist wenigstens einen Quersteg auf, mittels welchem die beiden Seitenstege miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist das Distanzstück zwei insbesondere parallele Querstege auf, mittels welchen die beiden Seitenstege miteinander verbunden sind, und ist dann insgesamt fensterartig ausgebildet. Die Querstege sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass diese den Strömungskanal gerade nicht verschließen, obwohl sie sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken. Der Strömungskanal weist einen Strömungsquerschnitt auf und der Quersteg oder die Querstege sind relativ zu dem Strömungsquerschnitt in Stapelrichtung versetzt angeordnet, sodass das Wärmemedium am jeweiligen Quersteg vorbeiführbar ist. Durch den zusätzlichen Quersteg wird eine mechanisch besonders robuste Anordnung erzielt. Zugleich fixiert der Quersteg vorteilhafterweise das Distanzstück an zumindest einer Zelle, sodass deren relative Position zueinander festgelegt ist. Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher ein Distanzstück an zwei benachbarten Zellen fixiert ist, sodass eine Scherbewegung der Zellen relativ zueinander verhindert ist. Das Distanzstück ist zweckmäßigerweise formschlüssig mit den Zellen verbunden, insbesondere mittels des Querstegs oder mittels der Seitenstege oder einer Kombination hiervon.In a suitable embodiment, the spacer is designed like a frame and has at least one transverse web, by means of which the two side webs are connected to one another. The spacer preferably has two, in particular parallel, transverse webs, by means of which the two side webs are connected to one another, and is then formed in a window-like manner overall. The crosspieces are designed and arranged in such a way that they do not just close the flow channel, although they extend transversely to the direction of flow. The flow channel has a flow cross section and the cross bar or the cross bars are arranged offset in relation to the flow cross section in the stacking direction, so that the heat medium can be guided past the respective cross bar. The additional crossbar creates a mechanically particularly robust arrangement. At the same time, the crosspiece advantageously fixes the spacer to at least one cell, so that its relative position to one another is fixed. An embodiment in which a spacer is fixed to two adjacent cells is also advantageous, so that a shear movement of the cells relative to one another is prevented. The spacer is expediently connected to the cells in a form-fitting manner, in particular by means of the transverse web or by means of the side webs or a combination thereof.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück eine Haltekontur auf und ist mittels dieser an wenigstens einer der beiden Zellen formschlüssig gehaltert ist. Das Distanzstück ist beispielsweise an einer Zelle festgesteckt, geclipst oder geklemmt. Besonders geeignet ist eine Ausgestaltung, bei welcher das Distanzstück klammerartig ausgebildet ist und zumindest eine Zelle auf zwei gegenüberliegenden Seiten, z.B. auf der Oberseite und der Unterseite, umgreift oder umklammert, sodass das Distanzstück verrutschsicher an der Zelle gehaltert ist. Zweckmäßigerweise bilden zwei Querstege wie oben beschrieben die Haltekontur und umklammern die Zelle. Alternativ oder zusätzlich weist die Haltekontur einen Seitenrahmen auf, erstreckt sich in Stapelrichtung und ausgehend von einem der Seitenstege und umklammert die Zelle seitlich. Ein solcher Seitenrahmen ist zweckmäßigerweise auf beiden Seiten der Zelle ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Seitenrahmen mit einem Klebstoff ausgefüllt, sodass das Distanzstück mit der Zelle verklebt ist.In a suitable embodiment, the spacer has a holding contour and is held by means of this in a form-fitting manner on at least one of the two cells. The spacer is, for example, pinned to a cell, clipped or clamped. An embodiment is particularly suitable in which the spacer is designed like a clamp and at least one cell on two opposite sides, e.g. on the top and the bottom, gripped or clasped, so that the spacer is held against slipping on the cell. Appropriately, two crosspieces form the holding contour as described above and clasp the cell. Alternatively or additionally, the holding contour has a side frame, extends in the stacking direction and starting from one of the side webs and clasps the cell laterally. Such a side frame is expediently formed on both sides of the cell. In an advantageous embodiment, the side frame is filled with an adhesive, so that the spacer is glued to the cell.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Fixierung mittels Klammerung wie beschrieben ist das Distanzstück zur Fixierung mit einer oder mehreren Zellen verklebt.As an alternative or in addition to a fixation by means of clamping as described, the spacer for fixation is glued to one or more cells.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind mehrere Distanzstücke einstückig mit der oben beschriebenen plattenförmigen Wand mit Gewölbestruktur ausgebildet und erstrecken sich dann säulenartig von dieser ausgehen nach oben und bilden entsprechende Halterungen, in welche die Zellen dann eingesetzt sind.In an expedient embodiment, a plurality of spacers are formed in one piece with the above-described plate-shaped wall with a vaulted structure and then extend upwards in a column-like manner and form corresponding holders in which the cells are then inserted.
Hinsichtlich des Distanzstücks ragt dieses in einer geeigneten ersten Ausgestaltung quer, d.h. senkrecht zur Stapelrichtung betrachtet nicht über die Zellen hinaus. Dabei ist die Stapelbreite dann insbesondere durch die Zellbreite bestimmt und entspricht dieser. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich für Zellen mit einer steifen oder robusten Bauform, z.B. prismatische Zellen oder Rundzellen. In einer geeigneten Ausgestaltung liegen die Zellen direkt am Gehäuse an und das jeweilige Distanzstück zwischen zwei Zellen berührt lediglich diese beiden Zellen. In einer ebenfalls geeigneten zweiten Ausgestaltung, ragt demgegenüber das Distanzstück quer zur Stapelrichtung über die Zellen hinaus und liegt an dem Gehäuse an, sodass seitlich der Zelle ein Seitenkanal für das Wärmemedium ausgebildet ist. Das Distanzstück weist also einen Rand auf, welcher über die Zelle übersteht und am Gehäuse anliegt. Dabei berühren die Zellen umgekehrt das Gehäuse insbesondere nicht, sondern sind mit diesem lediglich mittelbar über die Distanzstücke verbunden. Die Stapelbreite ist dann insbesondere durch die Abmessungen des Distanzstücks quer zur Stapelrichtung bestimmt. Im Gegensatz zur ersten Variante dient in der zweiten Variante das Distanzstück zur mechanischen Anbindung der Zellen an das Gehäuse. Vorzugsweise weist das Distanzstück eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm auf. Diese zweite Ausgestaltung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, für Zellen mit einer flexiblen, elastischen oder nicht-steifen Bauform, z.B. Pouch-Zellen, welche dann durch die Distanzstücke fixiert und festgehalten werden. Auf einen zusätzlichen Halterahmen für die Zellen wird hierbei zweckmäßigerweise verzichtet, dessen Funktion wird von den Distanzstücken übernommen, welche am Gehäuse anliegen. Zweckmäßigerweise sind mehrere Zellen und Distanzstücke zu einem Stapel zusammengefasst und insbesondere miteinander verklebt, sodass der Stapel eine Baugruppe bildet, welche bei der Herstellung des Elektrospeichers einfach in das Gehäuse eingesetzt und insbesondere formschlüssig mit diesem verbunden wird sowie ggf. mit diesem zusätzlich fest verbunden wird, z.B. verklebt wird.With regard to the spacer, in a suitable first embodiment this does not protrude transversely, ie viewed perpendicular to the stacking direction Cells out. The stack width is then determined in particular by the cell width and corresponds to this. This configuration is particularly suitable, but not exclusively, for cells with a rigid or robust design, for example prismatic cells or round cells. In a suitable embodiment, the cells lie directly on the housing and the respective spacer between two cells only touches these two cells. In a second embodiment which is also suitable, on the other hand, the spacer projects beyond the cells transversely to the stacking direction and bears against the housing, so that a side channel for the heat medium is formed on the side of the cell. The spacer thus has an edge which projects beyond the cell and lies against the housing. Conversely, the cells in particular do not touch the housing, but are only connected to it indirectly via the spacers. The stack width is then determined in particular by the dimensions of the spacer transverse to the stacking direction. In contrast to the first variant, in the second variant the spacer is used to mechanically connect the cells to the housing. The spacer preferably has a thickness in the range from 0.1 mm to 1.5 mm. This second embodiment is particularly, but not exclusively, suitable for cells with a flexible, elastic or non-rigid design, for example pouch cells, which are then fixed and held in place by the spacers. An additional holding frame for the cells is expediently dispensed with here, the function of which is taken over by the spacers which abut the housing. Advantageously, several cells and spacers are combined to form a stack and in particular glued to one another, so that the stack forms an assembly which is simply inserted into the housing during the manufacture of the electrical store and in particular is positively connected to it and, if appropriate, is additionally connected to it, eg glued.
Allgemein zeichnet sich eine Pouch-Zelle insbesondere dadurch aus, dass diese einen Mittenbereich aufweist, welcher die Dicke der Zelle definiert, und einen Randbereich, welcher den Mittenbereich in einer Umfangsrichtung umgibt und flacher ist als der Mittenbereich. Am Übergang vom Mittenbereich zum Randbereich ist eine sogenannte Schulter ausgebildet. Der Randbereich ist nicht zwingend vollständig umlaufend ausgebildet, geeignet ist beispielsweise eine Ausgestaltung, bei welcher der Randbereich lediglich auf drei Seiten der Zelle ausgebildet ist. Der Randbereich ist allgemein flach und vorzugsweise als ein Falz ausgebildet, zum Verschließen der Pouch-Zelle. Der Randbereich ist in einer Variante zusätzlich umgefaltet oder gebördelt oder ähnliches. Im Randbereich ist insbesondere auch das Terminal der Zelle angeordnet, vorzugsweise sind die beiden Pole des Terminals als Metallfahnen ausgebildet, welche vom Mittenbereich aus durch den Randbereich nach außen geführt sind, zur elektrischen Anbindung der Zelle. Der Mittenbereich weist typischerweise eine Dicke im Bereich von 5 mm bis 30 mm auf, wohingegen der Randbereich deutlich flacher ist und typischerweise eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 2 mm aufweist.In general, a pouch cell is characterized in particular by the fact that it has a central region which defines the thickness of the cell and an edge region which surrounds the central region in a circumferential direction and is flatter than the central region. A shoulder is formed at the transition from the central area to the edge area. The edge area is not necessarily formed all the way round, for example a configuration is suitable in which the edge area is formed only on three sides of the cell. The edge area is generally flat and is preferably designed as a fold for closing the pouch cell. In one variant, the edge area is additionally folded or flanged or the like. In particular, the terminal of the cell is arranged in the edge region, the two poles of the terminal are preferably designed as metal flags, which are led outwards from the central region through the edge region, for the electrical connection of the cell. The central region typically has a thickness in the range from 5 mm to 30 mm, whereas the edge region is significantly flatter and typically has a thickness in the range from 0.3 mm to 2 mm.
Bei einer geeigneten Ausführungsform der zweiten Ausgestaltung weist der Elektrospeicher mehrere Zellen auf, welche innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und zu einem Stapel zusammengefasst sind, indem die Zellen in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Das Distanzstück ist zwischen zwei Zellen angeordnet, welche in Stapelrichtung benachbart sind und das Distanzstück liegt an einer jeweiligen Zellwand der beiden Zellen an. Insoweit stimmt die zweite Ausgestaltung mit der ersten Ausgestaltung überein. Im Unterschied zur ersten Ausgestaltung ragt nun das Distanzstück quer zur Stapelrichtung über die Zellen hinaus, nämlich mit einem Rand, und liegt an dem Gehäuse an, sodass der Strömungskanal für das Wärmemedium seitlich der Zellen ausgebildet ist. Ein solcher Strömungskanal wird auch als Seitenkanal bezeichnet, da dieser seitlich der Zelle verläuft. Entlang des Stapels wird der Strömungskanal regelmäßig durch das Gehäuse und die Zellwand einer Zelle einerseits sowie andererseits durch zwei in Stapelrichtung aufeinanderfolgende Distanzstücke berandet und auf diese Weise der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals definiert. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Strömungskanal seitlich der Zellen mit einem Strömungskanal zwischen den beiden benachbarten Zellen kombiniert, sodass insgesamt mehrere Strömungskanäle ausgebildet sind und das Wärmemedium teilweise zwischen den Zellen und teilweise seitlich der Zellen geführt wird.In a suitable embodiment of the second embodiment, the electrical store has a plurality of cells which are arranged within the housing and are combined to form a stack by the cells being arranged in succession in a stacking direction. The spacer is arranged between two cells, which are adjacent in the stacking direction, and the spacer lies against a respective cell wall of the two cells. In this respect, the second embodiment is the same as the first embodiment. In contrast to the first embodiment, the spacer now projects beyond the cells, namely with an edge, transversely to the stacking direction and lies against the housing, so that the flow channel for the heat medium is formed on the side of the cells. Such a flow channel is also referred to as a side channel since it runs to the side of the cell. Along the stack, the flow channel is regularly bordered by the housing and the cell wall of a cell on the one hand and on the other hand by two spacers which follow one another in the stacking direction and in this way the flow cross section of the flow channel is defined. In an expedient development, the flow channel on the side of the cells is combined with a flow channel between the two adjacent cells, so that a total of several flow channels are formed and the heat medium is guided partly between the cells and partly to the side of the cells.
Auch in dem seitlichen Strömungskanal strömt das Wärmemedium im Betrieb senkrecht zur Stapelrichtung an einer jeweiligen Zelle vorbei und tauscht mit dieser Wärme aus. Zudem sind mehrere seitliche Strömungskanäle insbesondere parallel zueinander geschaltet, die obigen Ausführungen zu parallelen Strömungskanälen zwischen den Zellen eines Stapels gelten analog auch für fluidisch parallel geschaltete Seitenkanäle. Speziell das Konzept mit einem Vorlaufkanal oder einem Rücklaufkanal oder beidem für mehrere parallel geschaltete Strömungskanäle ist analog auch auf eine Ausgestaltung mit Seitenkanälen vorteilhaft anwendbar und in einer entsprechenden Variante auch realisiert.During operation, the heat medium also flows past a respective cell perpendicular to the stacking direction in the side flow channel and exchanges heat with it. In addition, a plurality of lateral flow channels are connected in parallel to one another in particular, the above statements regarding parallel flow channels between the cells of a stack also apply analogously to side channels connected in parallel in a fluidic manner. In particular, the concept with a flow channel or a return channel or both for a plurality of flow channels connected in parallel can advantageously also be applied analogously to an embodiment with side channels and also implemented in a corresponding variant.
Wie oben bereits angedeutet wurde, eignet sich die Ausgestaltung mit seitlich überstehendem Distanzstück unter Ausbildung eines Seitenkanals besonders für Pouch-Zellen, ist aber grundsätzlich auch auf andere Bauformen anwendbar. Speziell bei Pouch-Zellen wird jedoch vorteilhaft ausgenutzt, dass durch das Überstehen des Distanzstücks für die an sich nicht formstabilen Pouch-Zellen eine mechanisch robuste Halterung am Gehäuse und eine mechanische Anbindung an das Gehäuse realisiert ist. Eine Pouch-Zelle ist allgemein als ein Flachwickel ausgebildet und regelmäßig in einer flexiblen Tüte als eine Außenhülle verpackt und wird durch mechanische Belastungen regelmäßig verformt, kann also mechanische Belastungen gar nicht oder nur schlecht verformungsfrei aufnehmen. Eine jeweilige Zelle ist nun zwischen zwei Distanzstücken oder endseitig zwischen einem Distanzstück und dem Gehäuse eingeklemmt und dadurch insbesondere kraftschlüssig gehalten. In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Distanzstück mit der Zelle verklebt. Der Stapel aus Zellen und Distanzstücken ist in das Gehäuse derart eingesetzt, dass die Distanzstücke an einer Innenwand des Gehäuses anliegen, die Zellen jedoch nicht, wodurch letztendlich die Seitenkanäle ausgebildet werden. Vorzugsweise sind ein, mehrere oder alle Distanzstücke an dem Gehäuse befestigt, z.B. angeklebt, angeschweißt oder angeschraubt. Insgesamt sind somit die Zellen mittelbar strukturell fest an das Gehäuse angebunden, da die Zellen zwischen den Distanzstücken fixiert sind und diese wiederum am Gehäuse wenigstens anliegen und vorzugsweise befestigt sind. Dabei ist es grundsätzlich möglich und unschädlich, wenn einige der Distanzstücke mit Spiel bezüglich des Gehäuses angeordnet sind.As has already been indicated above, the configuration with a spacer projecting from the side, with the formation of a side channel, is particularly suitable for pouch cells, but is in principle also applicable to other designs. Especially in the case of pouch cells, however, use is advantageously made of the fact that the spacer for the pouch cells, which are not inherently stable, have a mechanically robust mounting on the housing and a mechanical connection to the housing. A pouch cell is generally designed as a flat wrap and is regularly packaged in a flexible bag as an outer shell and is regularly deformed by mechanical loads, so it cannot absorb mechanical loads at all or only with little deformation. A respective cell is now clamped between two spacers or at the end between a spacer and the housing and is thereby held in a force-locking manner in particular. In a suitable embodiment, the spacer is glued to the cell. The stack of cells and spacers is inserted into the housing in such a way that the spacers abut an inner wall of the housing, but the cells do not, which ultimately forms the side channels. One, several or all spacers are preferably attached to the housing, for example glued, welded or screwed on. Overall, the cells are thus indirectly structurally firmly attached to the housing, since the cells are fixed between the spacers and these, in turn, are at least in contact with the housing and are preferably attached. It is basically possible and harmless if some of the spacers are arranged with play in relation to the housing.
Ein weiterer Vorteil des überstehenden Distanzstücks ist insbesondere, dass dieses zusätzlich als Kühlrippe verwendbar ist. Dies ergibt sich durch die Anbindung des Distanzstücks an das Gehäuse, sodass also das Distanzstück in einer geeigneten Ausgestaltung zugleich eine Kühlrippe im Innenraum des Gehäuses ist. Das Gehäuse selbst dient hierbei insbesondere als Wärmesenke und ist zweckmäßigerweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Beispielweise ist das Gehäuse doppelwandig ausgebildet und weist eine Innenwand und eine Außenwand auf, zwischen welchen ein Wärmemedium zirkuliert, z.B. ein Wasser/Glykol-Gemisch. Die Distanzstücke erstrecken sich dann ausgehend von der Innenwand in den Innenraum des Gehäuses hinein und stehen in Kontakt mit den Zellen, sodass eine besonders effektive thermische Anbindung der Zellen realisiert ist. In diesem Zusammenhang ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher das Distanzstück aus Metall besteht oder allgemein aus einem thermisch möglichst gut leitfähigen Werkstoff.Another advantage of the protruding spacer is in particular that it can also be used as a cooling fin. This results from the connection of the spacer to the housing, so that the spacer in a suitable embodiment is also a cooling fin in the interior of the housing. The housing itself serves in particular as a heat sink and is expediently designed as a plate heat exchanger. For example, the housing is double-walled and has an inner wall and an outer wall, between which a heat medium circulates, e.g. a water / glycol mixture. The spacers then extend from the inner wall into the interior of the housing and are in contact with the cells, so that a particularly effective thermal connection of the cells is realized. In this context, an embodiment is advantageous in which the spacer consists of metal or generally of a thermally highly conductive material.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Rand auf, welcher eine Ausnehmung aufweist, welche derart angeordnet ist, dass der Seitenkanal mit wenigstens einem weiteren Seitenkanal fluidisch verbunden ist. Demnach sind wenigstens zwei Seitenkanäle ausgebildet, welche zunächst durch das Distanzstück voneinander getrennt sind, jedoch über die Ausnehmung fluidisch miteinander verbunden sind, zum Austausch von Wärmemedium. Vorzugsweise ist die Ausnehmung im Bereich eines Terminals der Zelle angeordnet, sodass eine besonders effektive Temperierung des Terminals realisiert ist. Speziell bei Pouch-Zellen sind die Terminals regelmäßig seitlich und somit im Seitenkanal angeordnet, sodass eine Verbindung der Seitenkanäle an dieser Stelle besonders sinnvoll ist.In a suitable embodiment, the spacer has an edge which has a recess which is arranged in such a way that the side channel is fluidly connected to at least one further side channel. Accordingly, at least two side channels are formed, which are initially separated from one another by the spacer, but are fluidly connected to one another via the recess, for exchanging heat medium. The recess is preferably arranged in the area of a terminal of the cell, so that a particularly effective temperature control of the terminal is achieved. Especially with pouch cells, the terminals are regularly arranged on the side and thus in the side channel, so that connecting the side channels at this point is particularly useful.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück eine Senke auf, d.h. insbesondere eine Ausformung nach Art einer Senke, in welche eine der beiden Zellen formschlüssig und vorzugsweise auch kraftschlüssig eingesetzt ist. Die Senke ist hierzu zweckmäßigerweise komplementär zur Zelle geformt, sodass diese in die Senke einsetzbar ist. Die Senke wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass das Distanzstück als Tiefziehteil gefertigt wird. Die Senke ist eine Vertiefung des Distanzstücks in Stapelrichtung. Bei einer Pouch-Zelle wird insbesondere deren Mittenbereich in die Senke eingesetzt, während der Randbereich bezüglich der Senke übersteht.In a suitable embodiment, the spacer has a depression, i.e. in particular a recess in the manner of a depression, in which one of the two cells is inserted in a form-fitting and preferably also force-fitting manner. For this purpose, the depression is expediently shaped to complement the cell, so that it can be inserted into the depression. The depression is produced, for example, in that the spacer is manufactured as a deep-drawn part. The depression is a depression of the spacer in the stacking direction. In the case of a pouch cell, in particular the central region thereof is inserted into the depression, while the edge region protrudes with respect to the depression.
Das Distanzstück weist aufgrund des Überstehens prinzipbedingt einen Rand auf. Der Rand ist derjenige Teil, welcher nicht mit einer Zelle in Berührung steht und welcher am Gehäuse anliegt, also insbesondere derjenige Teil, welcher seitlich der Zelle übersteht. Nachfolgend werden im Hinblick auf den Rand einige Weiterbildungen des Distanzstücks angegeben, welche sich auch untereinander kombinieren lassen.Due to the protrusion, the spacer has an edge due to the principle. The edge is the part which is not in contact with a cell and which lies against the housing, that is to say in particular the part which projects beyond the side of the cell. Some further developments of the spacer are given below with regard to the edge, which can also be combined with one another.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Rand auf, welcher zumindest abschnittsweise abgekantet ist und flächig am Gehäuse anliegt. Der Rand des Distanzstücks ist demnach teilweise oder vollständig in Stapelrichtung abgekantet, vorzugsweise um 90°, und verläuft dann parallel zur Innenwand des Gehäuses, sodass sich eine besonders große Kontaktfläche ergibt. Dadurch wird einerseits die thermische Anbindung an das Gehäuse verbessert, andererseits ergibt sich auch eine mechanisch robustere Anordnung. Beispielsweise ist das Distanzstück über die Kontaktfläche mit dem Gehäuse verklebt.In a suitable embodiment, the spacer has an edge which is bent at least in sections and lies flat against the housing. The edge of the spacer is accordingly partially or completely folded in the stacking direction, preferably by 90 °, and then runs parallel to the inner wall of the housing, so that there is a particularly large contact area. On the one hand, this improves the thermal connection to the housing, and on the other hand results in a mechanically more robust arrangement. For example, the spacer is glued to the housing via the contact surface.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Rand auf, welcher zumindest abschnittsweise als ein Federelement ausgebildet ist, zur federnden Abstützung am Gehäuse. Der Rand ist hierzu senkrecht zur Stapelrichtung gestaucht ausgebildet, beispielsweise gewellt oder gefaltet, sodass bei einer Kraft in dieser Richtung, also senkrecht zur Stapelrichtung und zur Innenwand des Gehäuses und seitlich auf die Zellen, der Rand elastisch verformbar ist. Der Rand als Federelement nimmt entsprechende Kräfte auf und schützt auf diese Weise die Zellen vor einer entsprechenden mechanischen Belastung. In a suitable embodiment, the spacer has an edge, which at least in sections is designed as a spring element, for resilient support on the housing. For this purpose, the edge is compressed, for example corrugated or folded, perpendicular to the stacking direction, so that when a force is applied in this direction, that is to say perpendicular to the stacking direction and to the inner wall of the housing and laterally onto the cells, the edge is elastically deformable. The edge as a spring element absorbs corresponding forces and in this way protects the cells from a corresponding mechanical load.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Rand auf, welcher in Umlaufrichtung zumindest abschnittsweise gewellt ausgebildet ist und dadurch knicksteif am Gehäuse anliegt. Entlang des Randes ergibt sich somit ein auf- und abgehender Verlauf, sodass das Distanzstück am Gehäuse entlang einer entsprechenden Wellenlinie anliegt. Der Rand ist somit vorteilhaft knicksteif ausgebildet. Insbesondere weist der gewellte Rand eine Wellung auf, welche im Vergleich zu einer Wellung zwecks Ausbildung eines Federelements um 90° gedreht verläuft. Die gewellte Ausgestaltung des Randes lässt sich durch Herstellung als ein Tiefziehteil realisieren.In a suitable embodiment, the spacer has an edge which is corrugated at least in sections in the circumferential direction and thereby rests against the housing in a kink-resistant manner. This results in a rising and falling course along the edge, so that the spacer lies against the housing along a corresponding wavy line. The edge is thus advantageously designed to be kink-resistant. In particular, the corrugated edge has a corrugation which is rotated by 90 ° in comparison to a corrugation for the purpose of forming a spring element. The corrugated design of the edge can be realized by manufacturing it as a deep-drawn part.
Die knicksteife Ausgestaltung des Randes sowie die Ausgestaltung als Federelement weisen weiterhin den Vorteil auf, dass der Rand in beiden Ausgestaltungen speziell im Crashfall verformbar ist und daher entsprechende Kräfte aufnehmen und vernichten kann, ohne dass die Zellen beeinträchtigt werden.The kink-resistant configuration of the edge and the configuration as a spring element also have the advantage that the edge in both configurations can be deformed especially in the event of a crash and can therefore absorb and destroy corresponding forces without the cells being adversely affected.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist das Distanzstück mehrlagig ausgebildet, weist nämlich zwei Außenlagen auf, zwischen welchen eine Strömungslage angeordnet ist, welche von dem Wärmemedium durchströmbar ist. In der mehrlagigen Ausgestaltung weist das Distanzstück vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm auf. Die Außenlagen weisen jeweils vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm auf, also wie ein einfaches Distanzstück. Die Außenlagen sind beispielsweise jeweils als Blech ausgebildet. Die Außenlagen sind in einer geeigneten Ausgestaltung jeweils flächig und ohne Ausnehmungen ausgebildet, in einer geeigneten Alternative ist zumindest eine der Außenlagen wie ein einfaches Distanzstück mit Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Zellen ausgebildet. Die Strömungslage ist zwischen den beiden Außenlagen insbesondere eingeschlossen, wobei das mehrlagige Distanzstück seitlich offen sein kann, sodass die Strömungslage seitlich zugänglich ist, oder geschlossen, z.B. indem eine der Außenlagen seitlich um die Strömungslage herumgeführt ist und dann an der anderen Außenlage anliegt. Die Strömungslage bildet insbesondere einen Strömungskanal, entlang welchem das Wärmemedium im Betrieb zwischen den beiden Außenlagen und somit auch zwischen den beiden Zellen hindurchströmt, zum Wärmetausch mit den Zellen. Insofern gelten die Ausführungen bezüglich eines Strömungskanals zwischen zwei Zellen sinngemäß auch für die Strömungslage als Strömungskanal und umgekehrt.In a suitable embodiment, the spacer is constructed in multiple layers, namely has two outer layers, between which a flow layer is arranged, through which the heat medium can flow. In the multi-layer configuration, the spacer preferably has a thickness in the range from 0.5 mm to 2 mm. The outer layers each preferably have a thickness in the range from 0.1 mm to 1.5 mm, that is to say like a simple spacer. The outer layers are each formed, for example, as sheet metal. In a suitable embodiment, the outer layers are each flat and without recesses; in a suitable alternative, at least one of the outer layers is designed like a simple spacer with a flow channel between two adjacent cells. The flow position is particularly enclosed between the two outer layers, whereby the multilayer spacer can be open on the side, so that the flow position is accessible from the side, or closed, e.g. in that one of the outer layers is guided laterally around the flow layer and then lies against the other outer layer. The flow position forms in particular a flow channel, along which the heat medium flows during operation between the two outer layers and thus also between the two cells, for heat exchange with the cells. In this respect, the explanations regarding a flow channel between two cells apply analogously to the flow position as a flow channel and vice versa.
In einer geeigneten Ausgestaltung besteht die Strömungslage aus einem Faserverbund, welcher eine Vielzahl von Fasern aufweist, welche in einer Vorzugsrichtung orientiert sind, sodass die Strömungslage in der Vorzugsrichtung von dem Wärmemedium durchströmbar ist. Die Fasern bilden eine insbesondere dichte Packung und liegen somit aneinander an, sodass eine Vielzahl von Kanälen zwischen den Fasern gebildet ist, durch welche das Wärmemedium im Betrieb hindurchströmt. Eine jeweilige Faser weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,05 mm bis 1,5 mm auf. Die Fasern müssen nicht notwendigerweise alle denselben Durchmesser aufweisen. Eine jeweilige Faser besteht geeigneterweise aus Kunststoff oder einem Textil. Die Außenlagen sind vorzugsweise nach außen wie nach innen hin plan ausgebildet, in einer ebenfalls geeigneten Alternative sind die Außenlagen jedoch nach innen, also zur Strömungslage hin, profiliert ausgebildet und weisen dementsprechend eine Profilierung auf, welche sich insbesondere dadurch ergibt, dass einige Fasern des Faserverbunds in die jeweilige Außenlage hineingedrückt sind und diese dadurch verformen. Die Außenlage besteht entsprechend aus einem gegenüber den Fasern weicheren Werkstoff, zumindest bei der Herstellung des Distanzstücks. Dadurch wird insbesondere eine teilweise Fixierung des Faserverbunds erzielt. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Außenlagen dadurch hergestellt, dass die Strömungslage beidseitig mit einer Beschichtung versehen wird, z.B. einer plastischen Masse, welche beidseitig auf die Strömungslage aufgebracht, z.B. aufgestrichen oder aufgespritzt wird und dann aushärtet.In a suitable embodiment, the flow layer consists of a fiber composite which has a large number of fibers which are oriented in a preferred direction, so that the heat medium can flow through the flow layer in the preferred direction. The fibers form a particularly tight packing and thus lie against one another, so that a multiplicity of channels are formed between the fibers, through which the heat medium flows during operation. Each fiber preferably has a diameter in the range from 0.05 mm to 1.5 mm. The fibers do not necessarily all have the same diameter. A respective fiber suitably consists of plastic or a textile. The outer layers are preferably planar on the outside and on the inside, but in a suitable alternative, the outer layers are profiled on the inside, i.e. towards the flow position, and accordingly have a profiling, which results in particular from the fact that some fibers of the fiber composite are pressed into the respective outer layer and thereby deform it. The outer layer accordingly consists of a material that is softer than the fibers, at least during the manufacture of the spacer. A partial fixation of the fiber composite is thereby achieved in particular. In a suitable embodiment, the outer layers are produced by coating the flow layer on both sides, e.g. a plastic mass, which is applied to the flow layer on both sides, e.g. is spread or sprayed on and then hardens.
Die Außenlagen müssen nicht zwangsweise beide dieselben Abmessungen haben, vielmehr ist es bereits vorteilhaft, wenn lediglich eine der beiden Au-ßenlagen über die Zelle übersteht und an dem Gehäuse anliegt, wohingegen die andere Außenlage geringere Abmessungen derart aufweist, dass diese vollständig in Kontakt mit einer Zellwand steht und gerade nicht über die Zelle übersteht. Auch die Strömungslage steht vorzugsweise nicht über die Zellen über.The outer layers do not necessarily have to have the same dimensions, rather it is already advantageous if only one of the two outer layers protrudes beyond the cell and lies against the housing, whereas the other outer layer has smaller dimensions such that it is completely in contact with one Cell wall stands and just does not protrude over the cell. The flow position also preferably does not protrude beyond the cells.
Die mehrlagige Ausgestaltung des Distanzstücks ist auch im Falle eines nicht überstehenden Distanzstücks möglich und vorteilhaft.The multilayer design of the spacer is also possible and advantageous in the case of a spacer that does not protrude.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück zusätzlich ein elastisches Material auf, welches derart ausgebildet ist, dass dieses flächig zwischen zwei Zellen angeordnet ist. Das elastische Material ermöglicht vorteilhaft eine gewisse Verformung, sodass Unebenheiten der Zellen beim Verspannen in Stapelrichtung ausgeglichen werden und eine besonders homogene Verteilung der Spannkraft über die Fläche quer zur Stapelrichtung realisiert ist. Das elastische Material wirkt insbesondere als Feder in Stapelrichtung. Ein Distanzstück mit zusätzlichem, elastischem Material wird alternativ auch als zweilagiges Distanzstück bezeichnet, wobei das elastische Material dann eine erste Lage ist und der übrige Teil eine zweite Lage.In a suitable embodiment, the spacer additionally has an elastic material which is designed such that it is arranged flat between two cells. The elastic material advantageously enables a certain amount of deformation, so that unevenness in the cells during the tensioning in the stacking direction is compensated for and a particularly homogeneous distribution of the tensioning force over the surface across the stacking direction is realized. The elastic material acts in particular as a spring in the stacking direction. A spacer with additional, elastic material is alternatively referred to as a two-layer spacer, the elastic material then being a first layer and the remaining part being a second layer.
Das Distanzstück ist vorzugsweise deutlich dünner als das elastische Material. Das elastische Material weist in Stapelrichtung gemessen vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 3 mm auf und ist vorteilhafterweise derart elastisch, dass sich die Dicke um einen Faktor
Das elastische Material ist flächig ausgebildet, füllt also den Raum zwischen der Zellwand und dem Distanzstück überwiegend oder sogar vollständig aus. Das elastische Material ist nicht zwingend durchlässig für das Wärmemedium und entsprechend in einer geeigneten Ausgestaltung undurchlässig für das Wärmemedium. In einer geeigneten Ausgestaltung ist das elastische Material ein Schaum oder allgemein ein poröses Material. Zur Führung von Wärmemedium ist in einer Ausgestaltung in das elastische Material eine Anzahl an Strömungskanälen eingebracht. Alternativ oder zusätzlich weist das Distanzstück Strömungskanäle wie bereits zuvor beschrieben auf, welche dann gerade nicht in dem elastischen Material ausgebildet sind, sondern in dem übrigen Teil, welcher vorteilhafterweise gerade nicht verformbar ist, sodass der Strömungsquerschnitt für das Wärmemedium unabhängig von der Verformung des elastischen Materials erhalten bleibt.The elastic material is flat, so it fills the space between the cell wall and the spacer predominantly or even completely. The elastic material is not necessarily permeable to the heat medium and, accordingly, in a suitable embodiment is impermeable to the heat medium. In a suitable embodiment, the elastic material is a foam or generally a porous material. In one embodiment, a number of flow channels are introduced into the elastic material for guiding the heat medium. Alternatively or additionally, the spacer has flow channels as already described above, which are then not formed in the elastic material, but in the remaining part, which is advantageously not deformable, so that the flow cross section for the heat medium is independent of the deformation of the elastic material preserved.
Das überstehende Distanzstück liegt nicht zwingend vollständig umlaufend, d.h. insbesondere an allen vier Seiten an dem Gehäuse an, geeignet sind vielmehr auch solche Ausgestaltungen, bei welchen das Distanzstück mit lediglich einer Seite am Gehäuse anliegt, zweckmäßigerweise befestigt ist, oder bei welchen das Distanzstück mit zwei insbesondere gegenüberliegenden Seiten oder mit drei Seiten am Gehäuse anliegt oder sogar befestigt ist.The protruding spacer does not necessarily lie all the way round, i.e. In particular on all four sides of the housing, such configurations are also suitable in which the spacer abuts the housing with only one side, is expediently fastened, or in which the spacer abuts the housing with two particularly opposite sides or with three sides or even attached.
Insgesamt stellt speziell das überstehende Distanzstück vorteilhaft ein funktionsintegriertes Bauteil mit einer oder mehreren Funktionen dar. Eine erste Funktion ist insbesondere, dass das Distanzstück als eine Zellauflage für die Zellen dient und diese vorzugsweise formschlüssig oder kraftschlüssig hält oder beides. Eine zweite Funktion ist insbesondere, dass das Distanzstück als Verspannungselement in Stapelrichtung dient. Eine dritte Funktion ist insbesondere die Ausbildung des Strömungskanals oder mehrerer Strömungskanäle. Eine vierte Funktion ist insbesondere die Ausbildung eines gemeinsamen Vorlaufkanals oder eines gemeinsamen Rücklaufkanals für mehrere Strömungskanäle oder beides. Eine fünfte Funktion ist insbesondere eine federnde Kopplung der Zellen mit dem Gehäuse, zur Reduzierung des Übertrags von Kräften, welche auf das Gehäuse wirken, auf die Zellen. Eine sechste Funktion ist insbesondere eine mechanische Anbindung der Zellen an das Gehäuse, zur Realisierung zumindest eines gewissen Maßes an Fixierung. Eine siebte Funktion ist insbesondere eine Wirkung als Wärmeleitblech und in diesem Rahmen die thermische Anbindung der Zellen an das Gehäuse. Eine achte Funktion ist insbesondere ein Schutz einer Seite der Zellen, insbesondere eines Falzes einer Pouch-Zelle. Eine neunte Funktion ist insbesondere eine weiche und positionierende Lagerung der Zellen zur Flüssigkeitsdämpfung mittels des Wärmemediums. Eine zehnte Funktion ist insbesondere eine Aufnahme von Verformungsarbeit, z.B. im Crashfall oder allgemein bei einer Krafteinwirkung von außen. Eine elfte Funktion ist insbesondere, dass das Distanzstück als ein Versteifungselement wirkt, wodurch das Gehäuse insgesamt besonders robust ist. Eine zwölfte Funktion ist insbesondere, dass das Distanzstück als eine thermische Barriere wirkt, d.h. als Durchbrennschutz, zur Vermeidung eines thermal runaway. Die vorgenannten Funktionen sind insbesondere in beliebiger Kombination verwendbar und hängen teilweise insbesondere von der Materialwahl und der konkreten Zusammensetzung des Distanzstücks ab. Einige der genannten Funktionen gelten auch allgemein für ein Distanzstück, unabhängig davon, ob dieses übersteht oder nicht.Overall, the protruding spacer in particular advantageously represents a function-integrated component with one or more functions. A first function is, in particular, that the spacer serves as a cell support for the cells and preferably holds them positively or non-positively, or both. A second function is in particular that the spacer serves as a tensioning element in the stacking direction. A third function is in particular the formation of the flow channel or a plurality of flow channels. A fourth function is in particular the formation of a common flow channel or a common return channel for a plurality of flow channels or both. A fifth function is, in particular, a resilient coupling of the cells to the housing, in order to reduce the transmission of forces which act on the housing to the cells. A sixth function is in particular a mechanical connection of the cells to the housing, for realizing at least a certain degree of fixation. A seventh function is in particular an effect as a heat-conducting sheet and in this context the thermal connection of the cells to the housing. An eighth function is in particular to protect one side of the cells, in particular a fold of a pouch cell. A ninth function is in particular a soft and positioning of the cells for fluid damping by means of the heat medium. A tenth function is in particular an absorption of deformation work, e.g. in the event of a crash or in general with external forces. An eleventh function is in particular that the spacer acts as a stiffening element, as a result of which the housing as a whole is particularly robust. A twelfth function is in particular that the spacer acts as a thermal barrier, i.e. as a burn protection, to avoid thermal runaway. The aforementioned functions can be used in particular in any combination and in part depend in particular on the choice of material and the specific composition of the spacer. Some of the functions mentioned also apply generally to a spacer, regardless of whether it survives or not.
Vorzugsweise wird das Wärmemedium beim Einströmen in den Strömungskanal gedrosselt. Hierzu weist der Strömungskanal in einer geeigneten Ausgestaltung einen Vorlaufbereich auf, zum Einströmen des Wärmemediums und das Distanzstück weist einen Druckminderer auf, welcher sich im Vorlaufbereich quer zur Strömungsrichtung durch den Strömungskanal erstreckt. Der Vorlaufbereich liegt insbesondere in einer stromauf liegenden Hälfte des Strömungskanals. Durch den Druckminderer wird ein Druckabfall zwischen dem Vorlaufkanal und dem Strömungskanal erzeugt, sodass das Wärmemedium entsprechend dosiert in den Strömungskanal eingeströmt wird. Der Druckabfall wird insbesondere dadurch erzielt, dass der Druckminderer einen gegenüber dem Strömungskanal verringerten Strömungsquerschnitt aufweist. Der Druckminderer ist speziell in Ausgestaltungen mit mehreren parallelen Strömungskanälen ein Stromteiler für den Gesamtstrom des Wärmemediums und führt so im Betrieb zu einer gleichmäßigen Verteilung des Wärmemediums auf die diversen Strömungskanäle. Dadurch wird eine besonders homogene Temperierung der Zellen erzielt. Der Druckminderer ist je nach Ausgestaltung des Distanzstücks entweder im Strömungskanal zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Zellen angeordnet oder in einem seitlichen Strömungskanal oder eine Kombination hiervon.The heat medium is preferably throttled when it flows into the flow channel. For this purpose, in a suitable embodiment, the flow channel has a flow area, for the inflow of the heat medium and the spacer has a pressure reducer which extends through the flow channel in the flow area transversely to the direction of flow. The flow area lies in particular in an upstream half of the flow channel. A pressure drop between the flow channel and the flow channel is generated by the pressure reducer, so that the heat medium flows into the flow channel in a correspondingly dosed manner. The pressure drop is achieved in particular in that the pressure reducer has a flow cross section which is reduced in comparison with the flow channel. Especially in designs with several parallel flow channels, the pressure reducer is a flow divider for the total flow of the heat medium and thus leads to an even distribution of the heat medium to the various flow channels during operation. A particularly homogeneous temperature control of the cells is thereby achieved. Depending on the design of the spacer, the pressure reducer is either in the flow channel between two cells adjacent in the stacking direction arranged or in a side flow channel or a combination thereof.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Druckminderer zaunartig ausgebildet und weist hierzu mehrere Stege auf, welche zueinander parallel angeordnet sind, wobei zwischen je zwei benachbarten Stegen ein Einströmkanal für das Wärmemedium ausgebildet ist und wobei ein jeweiliger Einströmkanal zur Druckminderung in Strömungsrichtung verjüngt ausgebildet ist. Quer zum Strömungskanal ergibt sich somit eine abwechselnde Anordnung von Stegen und Einströmkanälen. Ein jeweiliger Einströmkanal bildet mit den beiden benachbarten Stegen insbesondere eine Drossel, durch welche das Wärmemedium in den Strömungskanal eingeströmt wird. Die Stege sind vorzugsweise an einem Quersteg wie oben beschrieben angebracht und dadurch im Vorlaufbereich geeignet positioniert. Der Quersteg und die Stege, welche sich dann senkrecht vom Quersteg aus erstrecken bilden insgesamt eine Kammstruktur. Die Stege sind typischerweise breiter als die Einströmkanäle. Ein jeweiliger Einströmkanal ist vorzugsweise trichterförmig ausgebildet.In a suitable embodiment, the pressure reducer is designed like a fence and for this purpose has a plurality of webs which are arranged parallel to one another, an inflow channel for the heat medium being formed between two adjacent webs and a respective inflow channel being tapered in the direction of flow to reduce pressure. This results in an alternating arrangement of webs and inflow channels transverse to the flow channel. A respective inflow channel forms, in particular, a throttle with the two adjacent webs, through which the heat medium flows into the flow channel. The webs are preferably attached to a crossbar as described above and thus suitably positioned in the lead area. The crossbar and the webs, which then extend perpendicularly from the crossbar, form a comb structure overall. The webs are typically wider than the inflow channels. A respective inflow channel is preferably funnel-shaped.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Druckminderer aus einem gitterartigen oder porösen Material gefertigt. Mit anderen Worten: der Druckminderer ist insbesondere aus einem löchrigen Material gefertigt. Das Material ist vorzugsweise ein Flächenmaterial. Alternativ ist das Material eine Schüttung aus einer Vielzahl an Kugeln, Körnern, Fasern oder dergleichen. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Material eine Vielzahl an Maschen, Poren, Löchern oder dergleichen aufweist und dadurch ein Durchströmen des Wärmemediums ermöglicht, zugleich jedoch ein Teilvolumen des Vorlaufbereichs blockiert und dadurch zu einer Reduzierung des Strömungsquerschnitts führt. Dadurch wird auf einfache Weise eine Druckminderung erzielt. Das Material ist insbesondere ein Gitter, ein Geflecht, ein Gewebe, ein Faserverbund, ein Textil, ein Schaumstoff, ein Schwamm oder dergleichen. In a suitable embodiment, the pressure reducer is made from a grid-like or porous material. In other words: the pressure reducer is made in particular from a holey material. The material is preferably a sheet material. Alternatively, the material is a bed of a plurality of balls, grains, fibers or the like. This takes advantage of the fact that the material has a large number of meshes, pores, holes or the like and thereby enables the heat medium to flow through, but at the same time blocks a partial volume of the flow area and thus leads to a reduction in the flow cross section. In this way, pressure reduction is achieved in a simple manner. The material is in particular a grid, a braid, a fabric, a fiber composite, a textile, a foam, a sponge or the like.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist ein Streifen aus dem Material im Vorlaufbereich auf eine Zelle aufgeklebt oder alternativ oder zusätzlich zwischen zwei Seitenstegen des Distanzstücks aufgespannt.In a suitable embodiment, a strip of the material is glued to a cell in the leading area or alternatively or additionally stretched between two side webs of the spacer.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück einen Turbulator auf, welcher in dem Strömungskanal angeordnet ist, zur Verwirbelung des Wärmemediums beim Durchströmen des Strömungskanals. Der Turbulator erstreckt sich hierzu vorzugsweise wenigstens über 50 %, besonders bevorzugt wenigstens über 90 % einer Länge des Strömungskanals, wobei die Länge in Strömungsrichtung gemessen ist. Der Turbulator reduziert im Betrieb die Laminarität des Wärmemediums im Strömungskanal, erhöht also die Turbulenz, wodurch sich eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Wärmemedium und der Zelle ergibt. Der Turbulator ist vorzugsweise aus einem gitterartigen oder porösen Material wie oben bereits im Zusammenhang mit dem Druckminderer beschrieben, sodass der Turbulator dann zugleich insbesondere auch druckmindernd wirkt, also ein Druckminderer ist.In a suitable embodiment, the spacer has a turbulator, which is arranged in the flow channel, for swirling the heat medium when flowing through the flow channel. For this purpose, the turbulator preferably extends over at least 50%, particularly preferably at least over 90%, of a length of the flow channel, the length being measured in the direction of flow. During operation, the turbulator reduces the laminarity of the heat medium in the flow channel, ie increases the turbulence, which results in improved heat transfer between the heat medium and the cell. The turbulator is preferably made of a lattice-like or porous material, as already described above in connection with the pressure reducer, so that the turbulator then at the same time also has a pressure-reducing effect, that is to say is a pressure reducer.
In einer geeigneten Ausgestaltung besteht das Distanzstück vollständig aus einem gitterartigen oder porösen Material und erstreckt sich über mehr als 50 % einer Länge des Strömungskanals, besonders bevorzugt wenigstens über 90 % der Länge. Das Distanzstück ist insgesamt flächig ausgebildet. Der Strömungskanal ist überwiegend mit dem Distanzstück ausgefüllt. Bezüglich des Materials gelten die obigen Ausführungen zum Material im Zusammenhang mit dem Druckminderer und dem Turbulator entsprechend. Das Distanzstück ist dann insgesamt auf besonders einfache Weise sowohl als Druckminderer als auch als Turbulator ausgebildet.In a suitable embodiment, the spacer consists entirely of a grid-like or porous material and extends over more than 50% of a length of the flow channel, particularly preferably at least over 90% of the length. The spacer is flat overall. The flow channel is mostly filled with the spacer. With regard to the material, the above explanations regarding the material in connection with the pressure reducer and the turbulator apply accordingly. The spacer is then designed in a particularly simple manner both as a pressure reducer and as a turbulator.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist eine Zelle innerhalb des Gehäuses einzelweise mit dem Material umhüllt, sodass das Distanzstück um die gesamte Zelle herumführt ist. Die Umhüllung ist nicht zwingend vollständig. In a suitable embodiment, a cell is individually encased with the material within the housing, so that the spacer is guided around the entire cell. The wrapping is not necessarily complete.
Unter „umhüllt“ wird auch „umgeben“ verstanden. Bei einem Flächenmaterial ist die Zelle von dem Material umwickelt, bei einer Schüttung dann umschüttet. Dies ist grundsätzlich für jede Bauform der Zelle geeignet, besonders zweckmäßig jedoch bei zylinderförmigen Zellen. Speziell bei quaderförmigen Zellen, jedoch auch allgemein, ist auch eine Ausgestaltung geeignet, bei welcher lediglich jede zweite Zelle in einem Stapel mit dem Material umhüllt ist.“Enveloped” is also understood to mean “surrounded”. In the case of a sheet material, the cell is wrapped in the material, and then in the case of a fill it is poured over. This is fundamentally suitable for every type of cell, but is particularly useful for cylindrical cells. Particularly in the case of cuboid cells, but also in general, an embodiment is also suitable in which only every second cell in a stack is coated with the material.
Bei einem Distanzstück aus einem gitterartigen oder porösen Material wird eine Beabstandung der Zellen und insbesondere eine Ausbildung eines Quellraums vorzugsweise dadurch erzielt, dass das Distanzstück bereichsweise mehrlagig ausgebildet ist und dadurch in Stapelrichtung gemessen lokal dicker ist. In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Distanzstück zwei Randbereiche auf, welche an den Zellwänden anliegen, und einen Mittenbereich, welcher im Strömungskanal angeordnet ist, zur Führung des Wärmemediums. Die Randbereiche sind dann verstärkt und insbesondere als Seitenstege wie weiter oben bereits beschrieben ausgebildet und hierzu in mehreren Lagen übereinandergelegt. Wesentlich ist hierbei insbesondere, dass die Randbereiche mehr Lagen aufweisen als der Mittenbereich. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Material zur Ausbildung der Randbereiche seitlich umgefaltet oder umgelegt, sodass sich mehrere Lagen ergeben, welche aufeinander aufliegen.In the case of a spacer made of a lattice-like or porous material, a spacing of the cells and, in particular, the formation of a swelling space is preferably achieved in that the spacer is made in several layers in some areas and is therefore locally thicker in the stacking direction. In a suitable embodiment, the spacer has two edge regions, which abut the cell walls, and a central region, which is arranged in the flow channel, for guiding the heat medium. The edge regions are then reinforced and in particular designed as side webs as already described above and, for this purpose, superimposed in several layers. It is particularly important here that the edge areas have more layers than the central area. In a particularly expedient embodiment, the material for forming the edge regions is folded over or folded over laterally, so that there are several layers which lie on one another.
Das Distanzstück ist in einer geeigneten Ausgestaltung als eine Folie ausgebildet. Die Folie weist eine geeignet ausgewählte Dicke auf, um den Strömungskanal aufzuspannen. Die Folie ist beispielsweise eine Klebefolie, welche bei der Herstellung des Elektrospeichers dann besonders einfach z.B. zunächst von einem Träger abgezogen wird und dann auf eine Zelle transferiert wird. Auch ein 3d-Druckverfahren oder ein Spritzgussverfahren sind zur Herstellung des Distanzstücks geeignet. In a suitable embodiment, the spacer is designed as a film. The film has a suitably selected thickness in order to span the flow channel. The film is, for example, an adhesive film which is then particularly easily removed, for example, first of all from a carrier during the manufacture of the electrical storage device and then transferred to a cell. A 3D printing process or an injection molding process are also suitable for producing the spacer.
Vorzugsweise ist das Distanzstück insbesondere vollständig aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung der Zellwände und ggf. des Gehäuses vermieden und somit auch ein unter Umständen vollumfänglicher Kurzschluss.The spacer is preferably made completely of an electrically insulating material. This avoids electrical contacting of the cell walls and, if applicable, the housing, and thus a short circuit, which may be complete in some circumstances.
Vorzugsweise ist das Distanzstück insbesondere vollständig aus einem thermisch leitenden Material hergestellt. Hierdurch wird eine besonders homogene Temperierung erzielt, da die Zellen über die Distanzstücke dann thermisch gekoppelt sind und sich jegliche Wärme optimal über den gesamten Stapel verteilt. Vorteilhaft wird auch das Risiko eines sogenannte erweiterten thermal runaway reduziert, bei welchem eine Überhitzung einer einzelnen Zelle zu einer Überhitzung auch der benachbarten Zelle führt, mit der Folge einer entsprechenden Kettenreaktion. Durch ein thermisch leitendes Distanzstück wird jedoch jegliche Wärme aus einer Überhitzung einer einzelnen Zelle auf mehrere Zellen des Stapels verteilt und dadurch eine Kettenreaktion verhindert.The spacer is preferably made completely of a thermally conductive material. In this way, a particularly homogeneous temperature control is achieved, since the cells are then thermally coupled via the spacers and any heat is optimally distributed over the entire stack. The risk of a so-called extended thermal runaway is also advantageously reduced, in which overheating of a single cell also leads to overheating of the neighboring cell, with the result of a corresponding chain reaction. Using a thermally conductive spacer, however, any heat from overheating a single cell is distributed to several cells in the stack, thereby preventing a chain reaction.
Vorzugsweise ist das Distanzstück insbesondere vollständig aus einem elastischen Material hergestellt. Unter „elastisch“ wird insbesondere „elastisch verformbar“ verstanden. Dies ist speziell unter mechanischen Gesichtspunkten vorteilhaft, beispielsweise bei mechanischen Belastungen von außen, welche dann vom gesamten Stapel aufgenommen werden können. Die Gefahr von Beschädigungen wird entsprechend reduziert.The spacer is preferably made completely of an elastic material. “Elastic” means in particular “elastically deformable”. This is particularly advantageous from a mechanical point of view, for example with mechanical loads from the outside, which can then be absorbed by the entire stack. The risk of damage is reduced accordingly.
Allgemein stellt das Distanzstück auch aufgrund der Ausbildung des Strömungskanals und der daraus resultierenden Beabstandung zweier Zellen auch eine Temperatur- und Flammbarriere dar, was z.B. im Fall eines thermal runaway vorteilhaft ist und ein Übersprechen auf andere Zellen verhindert.In general, the spacer also represents a temperature and flame barrier due to the formation of the flow channel and the resulting spacing of two cells, which e.g. is advantageous in the case of a thermal runaway and prevents crosstalk to other cells.
Vorzugsweise ist das Distanzstück insbesondere vollständig aus einem Material hergestellt, welches gegenüber dem Wärmemedium chemisch beständig ist, also durch Kontakt mit dem Wärmemedium möglichst wenig degradiert.The spacer is preferably made in particular completely from a material which is chemically resistant to the heat medium, that is to say degraded as little as possible through contact with the heat medium.
Vorzugsweise ist das Distanzstück insbesondere vollständig aus einem Kunststoff hergestellt. Kunststoffe eignen sich besonders zur Realisierung der zuvor aufgezählten Eigenschaften besonders in Kombination miteinander. Geeignete Kunststoffe, welche zugleich elektrisch isolierend, thermisch leitend, elastisch und chemisch beständig sind, sind beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP).The spacer is preferably made completely of plastic. Plastics are particularly suitable for realizing the properties listed above, particularly in combination with one another. Suitable plastics, which are also electrically insulating, thermally conductive, elastic and chemically resistant, are for example polyethylene (PE) or polypropylene (PP).
Alternativ oder zusätzlich ist das Distanzstück in einer geeigneten Ausgestaltung aus einem Metall hergestellt. Die Herstellung aus Metall ist besonders vorteilhaft bei einem Distanzstück, welches am Gehäuse anliegt, da das Metall eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und somit über das Distanzstück eine insbesondere mittelbare thermische Anbindung der Zellen an das Gehäuse realisiert. Das Distanzstück dient hierbei als eine Kühlrippe oder als ein Wärmeleitblech oder eine Kombination hiervon. Vorzugsweise besteht das Distanzstück vollständig aus Metall und ist z.B. als Metallblech ausgebildet. Alternativ ist das Distanzstück aus mehreren verschiedenen Materialien zusammengesetzt, z.B. ist zur Ausbildung des Distanzstücks ein elastisches Material an einem Metallblech angebracht.Alternatively or additionally, the spacer is made from a metal in a suitable embodiment. The production from metal is particularly advantageous in the case of a spacer which rests on the housing, since the metal has a particularly good thermal conductivity and thus realizes an especially indirect thermal connection of the cells to the housing via the spacer. The spacer serves as a cooling fin or as a heat conducting plate or a combination thereof. Preferably the spacer is made entirely of metal and is e.g. formed as a sheet metal. Alternatively, the spacer is composed of several different materials, e.g. an elastic material is attached to a metal sheet to form the spacer.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist in das Distanzstück eine Heizung integriert, z.B. ein Heizdraht, welcher in das Material des Distanzstücks eingelegt oder eingearbeitet ist. Auf diese Weise ist eine direkte Beheizung der Zellen und auch des Wärmemediums realisiert. Dies ist beispielsweise beim Starten des Fahrzeugs bei niedrigen Umgebungstemperaturen vorteilhaft, um die Zellen möglichst schnell auf ihre optimale Betriebstemperatur zu erwärmen.In a suitable embodiment, a heater is integrated in the spacer, e.g. a heating wire, which is inserted or incorporated into the material of the spacer. In this way, the cells and also the heating medium are heated directly. This is advantageous, for example, when starting the vehicle at low ambient temperatures in order to heat the cells to their optimal operating temperature as quickly as possible.
Das Konzept eines Strömungskanals, welcher durch ein Distanzstück gebildet ist, ist auch bei der eingangs genannten zweiten Variante eines Elektrospeichers mit lediglich einer Zelle vorteilhaft anwendbar. In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Gehäuse hierbei eine Innenseite auf und das Distanzstück liegt an der Zellwand und an der Innenseite an, sodass die Innenseite, die Zellwand und das Distanzstück den Strömungskanal aufspannen. Der Strömungskanal wird also nicht zwischen zwei Zellen aufgespannt, sondern zwischen der einzigen Zelle und dem Gehäuse. Die speziell im Zusammenhang mit dem Distanzstück beschriebenen Konzepte sind auf diese zweite Variante des Elektrospeichers entsprechend anwendbar. Ganz besonders vorteilhaft ist die oben bereits genannte Umhüllung der Zelle mit einem gitterartigen oder porösen Material. Auf diese Weise wird ein geeigneter Abstand zwischen der Zelle und dem Gehäuse ausgebildet, durch welchen das Wärmemedium hindurchströmt. Durch das spezielle Material wird insbesondere vollumfänglich um die Zelle herum eine vorteilhafte Druckminderung und Verwirbelung erzielt, welche zu einem besonders homogenen und großen Wärmetausch zwischen der Zelle und dem Wärmemedium führt.The concept of a flow channel, which is formed by a spacer, can also be advantageously used in the aforementioned second variant of an electrical store with only one cell. In a suitable embodiment, the housing has an inside and the spacer lies on the cell wall and on the inside, so that the inside, the cell wall and the spacer span the flow channel. The flow channel is therefore not spanned between two cells, but between the single cell and the housing. The concepts described specifically in connection with the spacer can be applied accordingly to this second variant of the electrical store. The above-mentioned covering of the cell with a grid-like or porous material is particularly advantageous. In this way, a suitable distance is formed between the cell and the housing through which the heat medium flows. Due to the special material, an advantageous pressure reduction and turbulence is achieved in particular around the cell, which leads to a particularly homogeneous and large heat exchange between the cell and the heat medium.
In einer geeigneten Ausgestaltung mit lediglich einer Zelle weist das Gehäuse einen Vorlauf und einen Rücklauf für das Wärmemedium auf und der Vorlauf und der Rücklauf sind auf gegenüberliegenden Seiten der Zelle angeordnet, sodass die Zelle sozusagen im Strömungspfad des Wärmemediums liegt. In einer geeigneten Alternative liegen der Vorlauf und der Rücklauf auf derselben Seite der Zelle und im Innenraum ist ein Dichtelement angeordnet, welches die Zelle teilumfänglich umläuft und dadurch den Innenraum in zwei Teilräume teilt, welche über eine Ausnehmung in dem Dichtelement fluidisch miteinander verbunden sind. Die Ausnehmung ist insbesondere auf der dem Vorlauf und dem Rücklauf gegenüberliegenden Seite der Zelle angeordnet. Der Vorlauf ist an den einen Teilraum angeschlossen und der Rücklauf an den anderen Teilraum. Das Wärmemedium wird dann über den Vorlauf in den einen Teilraum eingeleitet, umströmt dort die Zelle, gelangt durch die Ausnehmung in den anderen Teilraum, umströmt dort die übrige Zelle und wird über den Rücklauf wieder abgeführt. Dabei wird in einem gegebenen Teilraum lediglich derjenige Teil der Zelle umströmt, welcher in dem entsprechenden Teilraum liegt. Die Strömungsrichtung des Wärmemediums ist in den beiden Teilräumen insbesondere entgegengesetzt zueinander. Insgesamt ähnelt diese Ausgestaltung der Ausgestaltung eines Elektrospeichers mit mehreren Zellen und mit einem Distanzstück mit einem Mittelsteg. In a suitable embodiment with only one cell, the housing has a flow and a return for the heat medium, and the flow and return are arranged on opposite sides of the cell, so that the cell lies, so to speak, in the flow path of the heat medium. In a suitable alternative, the flow and the return are on the same side of the cell and a sealing element is arranged in the interior, which runs around the circumference of the cell and thereby divides the interior into two sub-spaces which are fluidly connected to one another via a recess in the sealing element. The recess is arranged, in particular, on the side of the cell opposite the flow and the return. The flow is connected to one section and the return to the other section. The heat medium is then introduced into one sub-space via the flow, flows around the cell there, passes through the recess into the other sub-space, flows around the other cell there and is discharged again via the return. In a given subspace, only that part of the cell which is in the corresponding subspace is flowed around. The direction of flow of the heat medium in the two subspaces is in particular opposite to each other. Overall, this configuration is similar to the configuration of an electrical store with several cells and with a spacer with a central web.
Der Elektrospeicher weist unabhängig von der Anzahl an Zellen insbesondere zwei Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung der Zellen mit einem Verbraucher abseits des Elektrospeichers auf. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Anschlüsse jeweils als Hohlleiter ausgebildet und dienen zugleich als ein Vorlauf und ein Rücklauf für das Wärmemedium in das Gehäuse. Die Anschlüsse dienen also sowohl der elektrischen als auch der fluidischen Anbindung des Elektrospeichers.Regardless of the number of cells, the electrical store has in particular two connections for electrically contacting the cells with a consumer apart from the electrical store. In a suitable embodiment, the connections are each designed as a waveguide and at the same time serve as a flow and a return for the heat medium into the housing. The connections therefore serve both the electrical and the fluidic connection of the electrical storage.
Das Gehäuse des Elektrospeichers ist unabhängig von der Anzahl an Zellen vorzugsweise aus einem steifen und mechanisch robusten Material gefertigt, z.B. Aluminium, Stahl oder einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff, kurz CFK. Alternativ ist das Gehäuse aus einem flexiblen Material gefertigt und als Tüte oder Tasche ausgebildet, z.B. aus PE oder PP.The housing of the electrical storage device, regardless of the number of cells, is preferably made of a rigid and mechanically robust material, e.g. Aluminum, steel or a carbon fiber reinforced plastic, CFRP for short. Alternatively, the housing is made of a flexible material and is designed as a bag or bag, e.g. made of PE or PP.
Ein Elektrospeicher mit lediglich einer Zelle entspricht einer Zelle mit einer doppelwandigen Zellwand, in welcher das Wärmemedium geführt wird. Eine solche Zelle mit einer doppelwandigen Zellwand wird auch als Modul bezeichnet und ist zweckmäßigerweise mit mehrere weiteren solcher Module zusammengesetzt und bildet dann einen entsprechend großen Elektrospeicher. Ein einzelnes Modul weist geeignete elektrische und fluidische Anschlüsse auf, um mit weiteren insbesondere gleichartigen Modulen verbunden zu werden.An electrical storage with only one cell corresponds to a cell with a double-walled cell wall, in which the heat medium is guided. Such a cell with a double-walled cell wall is also referred to as a module and is expediently put together with a number of further such modules and then forms a correspondingly large electrical store. A single module has suitable electrical and fluidic connections in order to be connected to other modules of the same type.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch ein Distanzstück für einen Elektrospeicher wie oben beschrieben.In particular, the object is also achieved by a spacer for an electrical store as described above.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrospeichers wie oben beschrieben. Bei dem Verfahren werden eine oder mehrere Zellen temperiert, indem ein Wärmemedium durch einen Strömungskanal wie beschrieben strömt und dabei in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren Zellen steht, sodass Wärme ausgetauscht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten ergeben sich sinngemäß aus den Ausführungen zum Elektrospeicher, dem Distanzstück und dem Fahrzeug.In particular, the object is also achieved by a method for tempering an electrical store as described above. In the method, one or more cells are tempered in that a heat medium flows through a flow channel as described and is in direct contact with the one or more cells, so that heat is exchanged. Advantageous refinements, developments and variants result from the explanations of the electrical storage device, the spacer and the vehicle.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
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1 ein Fahrzeug mit einem Elektrospeicher, -
2 einen Elektrospeicher, -
3 den Elektrospeicher aus 2 in einer Explosionsdarstellung, -
4 den Elektrospeicher aus 2 in einer Schnittansicht, -
5 eine Variante des Elektrospeichers, -
6 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
7 den Elektrospeicher aus 6 in einer Schnittansicht, -
8 ein Distanzstück für einen Elektrospeicher, -
9 eine Variante des Distanzstückes, -
10 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
11 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
12 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
13 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
14 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
15 eine weitere Variante des Distanzstückes, -
16 das Distanzstück aus15 in einer Seitenansicht, -
17 eine weitere Variante des Distanzstückes aus14 , -
18 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
19 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
20 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
21 den Elektrospeicher aus 20 in einer anderen Ansicht, -
22 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
23 den Elektrospeicher aus 22 in einer anderen Ansicht, -
24 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
25 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
26 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
27 den Elektrospeicher aus 26 in einer anderen Ansicht, -
28 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
29 den Elektrospeicher aus 28 in einer anderen Ansicht, -
30 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
31 den Elektrospeicher aus 30 in einer anderen Ansicht, -
32 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
33 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
34 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
35 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
36 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
37 den Elektrospeicher aus 36 in einer anderen Ansicht, -
38 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
39 ausschnittsweise ein Distanzstück des Elektrospeichers aus38 , -
40 eine weitere Variante des Elektrospeichers, -
41 den Elektrospeicher aus 40 in einer anderen Ansicht, -
42 eine weitere Variante des Elektrospeichers.
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1 a vehicle with an electrical storage, -
2nd an electrical storage, -
3rd the electrical storage2nd in an exploded view, -
4th the electrical storage2nd in a sectional view, -
5 a variant of the electrical storage, -
6 another variant of the electrical storage, -
7 theelectrical storage 6 in a sectional view, -
8th a spacer for an electrical storage, -
9 a variant of the spacer, -
10 another variant of the spacer, -
11 another variant of the spacer, -
12th another variant of the spacer, -
13 another variant of the spacer, -
14 another variant of the spacer, -
15 another variant of the spacer, -
16 the spacer15 in a side view, -
17th another variant of thespacer 14 , -
18th another variant of the electrical storage, -
19th another variant of the electrical storage, -
20 another variant of the electrical storage, -
21st theelectrical storage 20 in another view -
22 another variant of the electrical storage, -
23 theelectrical storage 22 in another view -
24th another variant of the electrical storage, -
25th another variant of the electrical storage, -
26 another variant of the electrical storage, -
27 theelectrical storage 26 in another view -
28 another variant of the electrical storage, -
29 theelectrical storage 28 in another view -
30th another variant of the electrical storage, -
31 the electrical storage30th in another view -
32 another variant of the electrical storage, -
33 another variant of the electrical storage, -
34 another variant of the electrical storage, -
35 another variant of the electrical storage, -
36 another variant of the electrical storage, -
37 theelectrical storage 36 in another view -
38 another variant of the electrical storage, -
39 excerpts from a spacer of theelectrical storage 38 , -
40 another variant of the electrical storage, -
41 theelectrical storage 40 in another view -
42 another variant of the electrical storage.
Die nachfolgend jeweils im Zusammenhang mit einer jeweiligen Figur erläuterten Konzepte sind auch unabhängig voneinander realisierbar und grundsätzlich auch einzelweise oder insgesamt mit den Konzepten aus anderen Figuren kombinierbar.The concepts explained below in connection with a respective figure can also be implemented independently of one another and in principle can also be combined individually or overall with the concepts from other figures.
In den Figuren sind diverse Varianten eines Elektrospeicher
Ein Ausführungsbeispiel des Elektrospeichers
Zwei benachbarte Zellen
Im Ausführungsbeispiel der
Vorliegend werden somit zur Temperierung die Zellen
Das Distanzstück
Bei der Ausgestaltung der
Der in den
In
Im Ausführungsbeispiel der
In den
In den
Bei quaderförmigen Zellen
Die
Bei dem Distanzstück der
Bei zylinderförmigen Zellen
Speziell in der Ausgestaltung nach
In den
Das Distanzstück ist speziell in den
Der Strömungskanal
In den Ausführungsbeispielen der
In den Ausführungsbeispielen der
In
In
Bei einem Distanzstück
Das Distanzstück
Das Distanzstück
In
Das Konzept eines Strömungskanals
In den
Der Elektrospeicher
Weiter ist die jeweilige Zelle
Die
Ähnlich wie in den
Wie bereits weiter oben erwähnt, weist das Gehäuse
Unabhängig von der Anzahl an Zellen
Das Gehäuse
Alternativ oder zusätzlich zur Ausgestaltung mit einem Strömungskanal
In
Allgemein zeichnet sich eine Pouch-Zelle
Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ragt im Ausführungsbeispiel der
Im Randbereich
Aus
In den
In den
In
In
Das Distanzstück
Die
In den
Vorliegend besteht die Strömungslage
Die Außenlagen
In
BezugszeichenlisteReference list
- 22nd
- ElektrospeicherElectrical storage
- 44th
- Fahrzeugvehicle
- 66
- Gehäusecasing
- 88th
- Zellecell
- 1010th
- DistanzstückSpacer
- 1212th
- ZellwandCell wall
- 1414
- Wand (des Gehäuses)Wall (of the housing)
- 1616
- StrömungskanalFlow channel
- 1818th
- Vorlaufleader
- 2020
- RücklaufRewind
- 2222
- Terminalterminal
- 2424th
- VorlaufkanalFlow channel
- 2626
- RücklaufkanalReturn channel
- 2828
- Düsejet
- 3030th
- Wandwall
- 3232
- GewölbestrukturVaulted structure
- 3434
- Öffnungopening
- 3636
- Durchlasspassage
- 3838
- Innenseiteinside
- 4040
- AußenseiteOutside
- 4242
- Durchmesserdiameter
- 4444
- Bogenarc
- 4646
- ScheitelpunktVertex
- 4848
- Seitensteg (des Distanzstücks)Side bar (of the spacer)
- 5050
- Zwickelgore
- 5252
- MittelstegMittelsteg
- 5454
- TeilkanalSubchannel
- 5656
- ZwischenkanalIntermediate channel
- 5858
- Trennwandpartition wall
- 6060
- KanalbreiteChannel width
- 6262
- ZellbreiteCell width
- 6464
- QuerstegCrossbar
- 6666
- HaltekonturHolding contour
- 6868
- SeitenrahmenSide frame
- 7070
- VorlaufbereichLead area
- 7272
- DruckmindererPressure reducer
- 7474
- Stegweb
- 7676
- EinströmkanalInflow channel
- 7878
- TurbulatorTurbulator
- 8080
- Länge (des Strömungskanals)Length (of the flow channel)
- 8282
- RandbereichEdge area
- 8484
- MittenbereichMiddle area
- 8686
- Heizungheater
- 8888
- Innenseiteinside
- 9090
- DichtelementSealing element
- 9292
- TeilraumSubspace
- 9494
- AusnehmungRecess
- 9696
- Anschlussconnection
- 9898
- SeitenkanalSide channel
- 100100
- MittenbereichMiddle area
- 102102
- RandbereichEdge area
- 104104
- Schultershoulder
- 106106
- AusnehmungRecess
- 108108
- SenkeSink
- 110110
- Randedge
- 112112
- AußenlageOutside location
- 114114
- StrömungslageCurrent situation
- 116116
- Faserfiber
- 118118
- Kanalchannel
- 120120
- elastisches Material elastic material
- FF
- Freiraumfree space
- OO
- OberseiteTop
- RR
- StrömungsrichtungFlow direction
- SS
- StapelrichtungStacking direction
- UU
- Unterseitebottom
- VV
- VorzugsrichtungPreferred direction
Claims (33)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102018133004.9A DE102018133004A1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | ELECTRIC STORAGE AND VEHICLE WITH SUCH A |
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Family Applications (1)
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| DE102018133004.9A Pending DE102018133004A1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | ELECTRIC STORAGE AND VEHICLE WITH SUCH A |
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