DE102011001921A1

DE102011001921A1 - Batterie mit einer Kühlung für die Pole der Zellen der Batterie

Info

Publication number: DE102011001921A1
Application number: DE201110001921
Authority: DE
Inventors: Steffen Maurer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-04-09
Also published as: DE102011001921B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (4) mit einem Batteriegehäuse (5) und einzelnen elektrischen Batteriezellen (1), wobei die Batteriezellen (1) im Batteriegehäuse (5) angeordnet sind und Pole (3) der Batteriezellen (1) elektrisch miteinander verschaltet sind, sowie mit einer Kühlung für die Pole (3) der Batteriezellen (1).
Bei einer solchen Batterie ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Batteriegehäuse (5) in einem unteren Bereich eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit (8) aufnimmt und die Batteriezellen (1) unten mit den Polen (3) versehen sind, die in die Flüssigkeit (8) eintauchen.
Eine solche Batterie gewährleistet eine besonders effiziente Abführung der Wärme von den Polen. Diese Wärme wird beim Laden bzw. Entladen der Batteriezellen freigesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Batteriegehäuse und einzelnen elektrischen Batteriezellen, wobei die Batteriezellen im Batteriegehäuse angeordnet sind und Pole der Batteriezellen elektrisch miteinander verschaltet sind, sowie mit einer Kühlung für die Pole der Batteriezellen.
Eine derartige Batterie ist aus der US 2009/0286141 A1 bekannt. Diese weist eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die im Batteriegehäuse angeordnet sind. Jede Batteriezelle weist einen positiven und einen negativen Pol auf, wobei die positiven Pole der Batteriezellen mittels einer gemeinsamen Leitung und die negativen Pole der Batteriezellen mittels einer gemeinsamen, anderen Leitung leitend miteinander verbunden sind.
Beim Laden bzw. Entladen der Batteriezellen wird Wärme freigesetzt. Um eine hohe Lebensdauer der einzelnen Batteriezellen sicherzustellen, muss diese Wärme abgeführt werden. Es ist deshalb bei dieser bekannten Batterie vorgesehen, die Pole der Batteriezellen einem Luftstrom zum Kühlen der Pole auszusetzen. Hierzu ragen die Pole in einen freien Abschnitt des Batteriegehäuses, der mit einer Zuführöffnung für Luft sowie einer Abführöffnung für diese versehen ist. Mittels eines Gebläses wird Luft durch diesen Bereich des Batteriegehäuses, an den Polen vorbei, gefördert.
Diese Batterie findet beispielsweise Verwendung als Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
Eine Batterie, bei der gleichfalls die Pole der Batteriezellen mittels eines Fluids gekühlt werden, ist ferner aus der JP 2001060465 A bekannt. Bei dem Kühlmedium handelt es sich insbesondere um ein isolierendes Öl. Dieses wird durch eine abgeteilte Kammer des Batteriegehäuses hindurchgeleitet, wobei die Pole diese Kammer durchsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterie zu schaffen, bei der eine besonders effiziente Abführung der Wärme von den Polen, die beim Laden bzw. Entladen der Batteriezellen freigesetzt wird, sichergestellt ist. Es soll somit eine effiziente Kühlung der Pole gewährleistet sein.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das Batteriegehäuse in einem unteren Bereich eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit aufnimmt und die Batteriezellen unten mit den Polen versehen sind, die in die Flüssigkeit eintauchen.
Da die meiste Wärme an den elektrischen Polen der Batteriezellen freigesetzt wird, ergibt sich eine sehr effiziente Kühlung im Bereich der Pole. Es reicht aus, lediglich denjenigen Bereich des Batteriegehäuses mit der die Kühlung bewirkenden Flüssigkeit zu füllen, in dem sich die elektrischen Pole der Batteriezellen befinden. Dadurch wird nur eine geringe Menge Kühlflüssigkeit benötigt, mit der Folge einer Gewichts- und Kostenersparnis.
Wesentlich ist somit bei der erfindungsgemäßen Batterie, dass die Batteriezellen unten mit den Polen versehen sind. Dies ermöglicht es, nur einen solchen Flüssigkeitsstand im Batteriegehäuse vorzusehen, der erforderlich ist, dass die Pole in die Flüssigkeit eintauchen. Vorzugsweise tauchen die Pole vollständig in die Flüssigkeit ein. Es ist durchaus im Rahmen der Erfindung, wenn der Flüssigkeitsstand geringfügig über die Pole ragt, somit der untere Teil des Zellengehäuses, aus dem die Pole hervorstehen, auch von der Flüssigkeit benetzt ist. Bei diesem erhöhten Flüssigkeitsstand ist gewährleistet, dass selbst dann, wenn die Batterie ausgehend von deren Normalposition, geneigt angeordnet ist, die Pole in die Flüssigkeit eintauchen, insbesondere vollständig in die Flüssigkeit eintauchen.
Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
Die Batterie besteht insbesondere aus einer Vielzahl einzelner elektrischer Batteriezellen, die in dem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind. Die Pole der einzelnen Batteriezellen sind jeweils elektrisch miteinander verschaltet, um eine gewünschte Ausgangsspannung/Strom zum Betrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Die einzelnen Batteriezellen sind hintereinander oder parallel miteinander elektrisch verbunden. Diese Verbindung erfolgt insbesondere mittels Stromschienen.
Eine besonders gute Raumausnutzung der Batteriezellen im Batteriegehäuse ergibt sich, wenn die jeweilige Batteriezelle beutelförmig gestaltet ist. Bei identischer Gestaltung der Batteriezellen lassen sich diese somit dicht an dicht packen und eine Vielzahl von Batteriezellen im Batteriegehäuse unterbringen.
Unter dem Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung der Pole der Batteriezellen wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die beiden Pole der jeweiligen Batteriezelle auf einer Seite der Batteriezelle angeordnet sind. Es handelt sich insbesondere um die Seite der Batteriezelle, die einem Boden des Batteriegehäuses zugewandt ist. Die Pole ragen somit in einen Zwischenraum zwischen den Zellengehäusen und dem Boden. In diesem Zwischenraum befindet sich die Kühlflüssigkeit, in die die Pole insbesondere vollständig eintauchen.
Die erfindungsgemäße Kühlung der Pole der Batterie wird bereits dadurch erreicht, dass die Kühlflüssigkeit ein Speichermedium für die von den Polen abgegebene Wärme bildet. Die Wärme, die beim Be- bzw. Entladen der Batteriezellen freigesetzt wird, kann somit unmittelbar in der Kühlflüssigkeit gespeichert werden.
Andererseits ist es durchaus denkbar, die Temperatur der Kühlflüssigkeit durch eine Kühlfläche der Batterie zu regulieren. Hierzu ist das Batteriegehäuse, insbesondere in dessen Bodenbereich, mit einer Kühlfläche versehen. Die Kühlfläche ist insbesondere Bestandteil eines aus wärmeleitendem Material bestehenden Bodens des Batteriegehäuses.
Die Erfindung schlägt somit eine Batterie mit hoher Lebensdauer der einzelnen Batteriezellen vor, bei der beim Laden bzw. Entladen der Batteriezellen die freigesetzte Wärme mit hohem Wirkungsgrad abgeführt wird. Es werden somit bestimmte Temperaturen im Betrieb der Batterie nicht überschritten. Da die größte Hitze an den elektrischen Polen der jeweiligen Zelle entsteht, ist die direkte Wärmeabfuhr mittels der nichtleitenden Flüssigkeit an den Polen sehr effizient. Die Zellen stehen mit dem elektrischen Polen in einem „Kühlsumpf”. Somit wird nur eine geringe Kühlflüssigkeit benötigt. Dies führt zu Gewichts- und Kostenersparnissen.
Die Temperatur kann in der Kühlflüssigkeit gespeichert werden, oder auch durch eine vorhandene Kühlfläche reguliert werden. Damit ist die Temperaturregulierung ohne Wärmeleitbleche, die am Batteriegehäuse oder dergleichen vorgesehen sein müssten, möglich.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnungen wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 in räumlicher Ansicht eine Batteriezelle zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Batterie,
2 die erfindungsgemäße Batterie in einem Vertikalschnitt.
Die in 1 veranschaulichte Batteriezelle 1 ist bezüglich ihres Zellenkörpers 2 und der aus diesem herausragenden beiden Pole 3 veranschaulicht. Bei der jeweiligen Batteriezelle 1 handelt es sich bei dem einen Pol 3 um den Pluspol bei dem anderen Pol 3 um den Minuspol. Der Zellenkörper 2, somit im weitesten Sinne auch die Batteriezelle 1 ist beutelförmig gestaltet. Hierbei weist der Zellenkörper 2 im Wesentlichen die Form eines flachen Quaders auf. Nicht veranschaulicht sind Einzelheiten des Zylinderkörpers 2, somit die elektrischen Einzelteile des Zellenkörpers 2.
Die in 2 veranschaulichte Batterie 4 weist ein Batteriegehäuse 5 und eine Vielzahl von im Batteriegehäuse 5 aufgenommenen, identischen Batteriezellen 1 auf. Die Batteriezellen 1 sind dicht an dicht im Bereich deren Hauptflächen gepackt und nehmen fast vollständig den Innenraum des Batteriegehäuses 5 ein. Die jeweilige Batteriezelle 1 ist, mit deren Polen 3 nach unten gerichtet, im Batteriegehäuse 5 angeordnet. Die Pole 3 der jeweiligen Batteriezelle 1 sind auf deren Unterseite 6 angeordnet und stehen nach unten über diese hervor. Der Innenraum des Batteriegehäuses 5 ist quaderförmig gestaltet. Der Boden 7 des Batteriegehäuses 5 beinhaltet eine Kühlfläche.
Das Batteriegehäuse 5 nimmt in einem unteren Bereich eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit 8 auf. Deren Füllstand 9 im Batteriegehäuse 5 ist derart, dass die Pole 3 der diversen Batteriezellen 1 vollständig in die Flüssigkeit 9 eintauchen und auch die Zellenkörper 2 im Bereich deren unteren Enden in die Flüssigkeit 8 eintauchen, somit geringfügig in die Flüssigkeit 8 eintauchen. Oberhalb der Flüssigkeit 9 befindet sich Luft 11 im Batteriegehäuse 5.
In bekannter Art und Weise sind die Pole 3 der Batterie 4 elektrisch verbunden, z. B. mittels Stromschienen, von denen eine Stromschiene 10 schematisch veranschaulicht ist.
Bei der Batterie 4 handelt es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
Beim Laden bzw. Entladen der Batteriezellen 1 wird Wärme freigesetzt. Da die meiste Wärme an den elektrischen Polen 3 der Batteriezellen 1 freigesetzt wird, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Batterie 4 eine sehr effiziente Kühlung, ohne den Einsatz von Wärmeleitblechen oder ähnlichen. Es ist ausreichend, lediglich denjenigen Bereich des Batteriegehäuses 5 mit Kühlflüssigkeit 8 zu füllen, in dem sich die elektrischen Pole 3 der Batteriezellen 1 befinden. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit 8 wird durch die vorhandene Kühlfläche des Bodens 7 reguliert. Diese Kühlfläche ist Bestandteil des aus wärmeleitendem Material bestehenden Bodens 7. Die Wärmeabfuhr direkt an den Polen 3 ist sehr effizient. Die Batteriezellen 1 stehen mit den elektrischen Polen 3 in einem „Kühlsumpf”.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0286141 A1 [0002]
JP 2001060465 A [0005]

Claims

Batterie (4) mit einem Batteriegehäuse (5) und einzelnen elektrischen Batteriezellen (1), wobei die Batteriezellen (1) im Batteriegehäuse (5) angeordnet sind und Pole (3) der Batteriezellen (1) elektrisch miteinander verschaltet sind, sowie mit einer Kühlung für die Pole (3) der Batteriezellen (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (5) in einem unteren Bereich eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit (8) aufnimmt und die Batteriezellen (1) unten mit den Polen (3) versehen sind, die in die Flüssigkeit (8) eintauchen.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ist.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Batteriezelle (1) beutelförmig gestaltet ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pole (3) der jeweiligen Batteriezelle (1) auf einer Seite (6) der Batteriezelle (1) angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pole (3) der jeweiligen Batteriezelle (1) auf der Seite (6) der Batteriezelle (1) angeordnet sind, die einem Boden (7) des Batteriegehäuses (5) zugewandt ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (3) vollständig in die Flüssigkeit (8) eintauchen.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (8) ein Speichermedium für die von den Polen (3) abgegebene Wärme bildet.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (5), insbesondere im Bereich dessen Boden (7), mit einer Kühlfläche versehen ist.
Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche Bestandteil des aus wärmeleitendem Material bestehenden Bodens (7) des Batteriegehäuses (5) ist.