DE102009058955A1 - Volume compensation arrangement for cooling- or heating medium of battery, has flexible housing on which prestressed elastic element acts or has rigid housing which is arranged to another flexible housing - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium eines Akkumulators.The invention relates to a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium of a rechargeable battery.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In der heutigen Zeit werden vermehrt elektrische und elektronische Geräte verwendet, die unabhängig von einem Stromnetz betrieben werden können. Dabei bedingen immer leistungsstärkere Geräte sowie der Wunsch nach möglichst langer Betriebszeit immer leistungsfähigere Akkumulatoren. In aller Regel sollen diese möglichst klein und leicht sein aber dennoch hohen Energieinhalt aufweisen. Um diese sich widersprechenden Forderungen, die insbesondere beim Bau von Elektrokraftfahrzeugen zum Tragen kommen, zu erfüllen, wurden in letzter Zeit große Anstrengungen unternommen. Nichts desto Trotz existiert auf dem Gebiet der Akkumulatortechnik noch Verbesserungspotential.Today, more and more electrical and electronic devices are used, which can be operated independently of a power grid. More and more powerful devices and the desire for the longest possible operating time require more and more powerful accumulators. As a rule, these should be as small and light as possible, yet have high energy content. In order to meet these contradictory demands, which are particularly important in the construction of electric vehicles, great efforts have recently been made. Nevertheless, there is still room for improvement in the field of accumulator technology.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Akkumulator beziehungsweise eine Volumenausgleichsanordnung dafür anzugeben, insbesondere für einen Akkumulator für ein Elektrokraftfahrzeug.The object of the present invention is therefore to specify an improved accumulator or a volume compensation arrangement therefor, in particular for an accumulator for an electric motor vehicle.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Volumenausgleichsanordnung nach dem Patentanspruch 1 gelöst, nämlich durch eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium (beziehungsweise für den Verbund an Kühl-/Heizelementen) eines Akkumulators, umfassend ein flexibles Gehäuse, auf welches vorgespannte Tellerfedern wirken oder durch eine Volumenausgleichsanordnung für ein Kühl-/Heizmedium eines Akkumulators, umfassend ein starres Gehäuse, in dem ein flexibles Gehäuse angeordnet ist, auf welches vorgespannte elastische Elemente, insbesondere Tellerfedern, wirken.The object of the invention is achieved with a volume compensation arrangement according to claim 1, namely by a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium (or for the composite of cooling / heating elements) of an accumulator, comprising a flexible housing, act on which prestressed disc springs or through a volume compensation arrangement for a cooling / heating medium of a rechargeable battery, comprising a rigid housing in which a flexible housing is arranged, act on which prestressed elastic elements, in particular disc springs.
Wie schon erwähnt, variiert das Volumen der Zellen von Akkumulatoren je nach Ladezustand und Temperatur. Damit geht in der Regel auch eine Volumsänderung der an die Zellen angrenzenden Kühl-/Heizelemente einher. Eine erfindungsgemäße Volumenausgleichsanordnung ermöglicht nun die genannten Volumsänderungen, da als Kühlmedium üblicherweise eine Flüssigkeit dient, welche ja nicht wie beispielsweise Gase komprimierbar ist. Als elastische Elemente kommen natürlich alle Arten von Federn, insbesondere auch Spiralfedern, sowie beispielsweise auch elastische Kunststoffschäume in Betracht.As already mentioned, the volume of the cells of accumulators varies according to state of charge and temperature. This is usually accompanied by a change in volume of the cells adjacent to the cooling / heating elements. A volume compensation arrangement according to the invention now makes possible the volume changes mentioned, since a liquid which is not compressible, such as, for example, gases, is usually used as the cooling medium. As elastic elements, of course, all types of springs, especially coil springs, as well as, for example, elastic plastic foams into consideration.
Vorteilhaft ist es bei einer Volumenausgleichsanordnung, wenn die elastischen Elemente, insbesondere Tellerfedern, in einem Bereich betrieben werden, in dem die Kraft im Wesentlichen unabhängig vom Federweg ist. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen konstanter Druck im Akkumulator unabhängig von der Ausdehnung der Zellen erreicht werden.It is advantageous in a volume compensation arrangement when the elastic elements, in particular disc springs, are operated in a region in which the force is essentially independent of the spring travel. In this way, a substantially constant pressure in the accumulator can be achieved independently of the extent of the cells.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures of the drawing.
Die Erfindung wird auch durch ein Kühl-/Heizelement gelöst, nämlich durch ein Kühl-/Heizelement für einen Akkumulator, umfassend eine Kühlfläche mit einer ersten Begrenzung, welche zum Körperkontakt zu einer ersten Zelle des Akkumulators vorgesehen ist, und einer zweiten Begrenzung, welche zum Körperkontakt zu einer zweiten Zelle des Akkumulators vorgesehen ist, wobei die beiden Begrenzungen elastisch miteinander verbunden sind.The invention is also achieved by a cooling / heating element, namely by a cooling / heating element for an accumulator, comprising a cooling surface with a first boundary, which is provided for body contact to a first cell of the accumulator, and a second boundary, which Body contact is provided to a second cell of the accumulator, wherein the two boundaries are elastically connected to each other.
Die Zellen eines Akkumulators erzeugen beim Betrieb Verlustwärme, die im Regelfall über die große thermische Masse der Zellen selbst aufgefangen wird. Eine aktive Kühlung ist daher meist nur bei sehr hohen Außentemperaturen erforderlich oder bei einer sehr langen Betriebszeit eines Akkumulators beziehungsweise wenn „Leistungszellen” wie z. B. in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, die mehrfach innerhalb einiger Minuten aufgeladen bzw. entladen werden (die thermische Masse reicht dann sehr schnell nicht mehr aus). Hingegen ist eine Heizung schon bei mäßig tiefen Temperaturen vorteilhaft, da die chemische Reaktionsfreude der meisten Zelltypen zum Erliegen kommt.The cells of a rechargeable battery generate waste heat during operation, which is usually absorbed by the large thermal mass of the cells themselves. An active cooling is therefore usually required only at very high outside temperatures or at a very long operating time of a battery or when "power cells" such. B. are used in a hybrid vehicle that are charged or discharged several times within a few minutes (the thermal mass is then no longer very fast). By contrast, heating is advantageous even at moderately low temperatures because the chemical reaction of most cell types comes to a standstill.
Darüber hinaus variiert das Volumen einer Zelle je nach Ladezustand. Erfindungsgemäß kann das Kühl-/Heizelement die Zellen je nach Bedarf heizen oder kühlen sowie Volumsschwankungen der Zellen ausgleichen und Druckkräfte auf die Zellen ausüben. Diese Druckkräfte dienen unter anderem zur Fixierung der Zellen, welche sich in aller Regel in einem Kunststoffsack befinden. Insgesamt bilden die einzelnen Kühl-/Heizelemente im Stapel ein sehr stabiles Akkumulatorgehäuse.In addition, the volume of a cell varies depending on the state of charge. According to the invention, the cooling / heating element can heat or cool the cells as needed, and compensate for volume fluctuations of the cells and exert pressure forces on the cells. Among other things, these pressure forces serve to fix the cells, which are usually located in a plastic bag. Overall, the individual cooling / heating elements in the stack form a very stable accumulator housing.
Darüber hinaus können die Kühl-/Heizelemente neben der Verwendung für die Zellen natürlich auch für die Temperierung anderer Komponenten im Akkumulator verwendet werden, beispielsweise für die Heizung/Kühlung von elektronischen Baugruppen.In addition, the cooling / heating elements can of course be used in addition to the use of the cells for the temperature control of other components in the accumulator, for example for the heating / cooling of electronic assemblies.
Schließlich bilden die Kühl-/Heizelemente gleichsam „Feuerwände” zwischen den einzelnen Zellen. Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es zu einem sogenannten „Thermal Runaway” kommen. Dabei wird die gesamte in einer Zelle gespeicherte chemische und elektrische Energie innerhalb von 5 bis 25 Sekunden umgesetzt. Dadurch entstehen lokal sehr hohe Temperaturen von über 700°C, die wegen der hohen Packungsdichte der Zellen die benachbarten Zellen entzünden können. Die Kühl-/Heizelemente verhindern dabei ein Übergreifen von Hitze und Feuer auf benachbarte, noch nicht vom Thermal Runaway betroffene Zellen.Finally, the cooling / heating elements form as it were "fire walls" between the individual cells. Overheating, overcharging or other improper use can lead to a so-called "thermal runaway". In this case, the entire stored in a cell chemical and electrical energy is implemented within 5 to 25 seconds. This creates locally very high temperatures of over 700 ° C, which can ignite the adjacent cells because of the high packing density of the cells. The cooling / heating elements prevent heat and fire from spreading to neighboring cells that have not yet been affected by the thermal runaway.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn im Inneren des Kühl-/Heizelements im Bereich der Kühlfläche elastische Stege zur Verbindung der ersten und zweiten Begrenzung vorgesehen sind. Auf diese Weise kann sowohl ein guter Zusammenhalt des Kühl-/Heizelements als auch eine Möglichkeit zur Votumsänderung des Kühl-/Heizelements erreicht werden.It is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if elastic webs for connecting the first and second boundaries are provided in the interior of the cooling / heating element in the region of the cooling surface. In this way, both a good cohesion of the cooling / heating element as well as a possibility for Votumsänderung of the cooling / heating element can be achieved.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn die Stege mäanderförmig ausgestaltet sind. Durch die Mäanderform können die Stege leicht verformt werden, sodass der Widerstand gegen eine Volumsänderung nur gering ist. Darüber hinaus bewirkt die Mäanderform, dass bei Kompression des Kühl-/Heizelements ein bestimmter Mindestabstand zwischen den Begrenzungen eingehalten wird, da bei übermäßiger Kompression die Schenkel eines Mäanderbogens aufeinander zu liegen kommen und nicht oder nur unter erheblichem Kraftaufwand weiter zusammen gepresst werden können.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the webs are configured meandering. Due to the meander shape, the webs can be easily deformed, so that the resistance to a change in volume is only slight. In addition, the meandering shape causes a certain minimum distance between the boundaries to be maintained when the cooling / heating element is compressed, since with excessive compression the legs of a meandering arc come to lie on top of each other and can not be compressed further or only under considerable force.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn die Stege schräg von der ersten Begrenzung zur zweiten Begrenzung verlaufen. Auch hier ist der Widerstand gegen eine Votumsänderung nur gering. Desgleichen wird bei übermäßiger Kompression des Kühl-/Heizelements ebenfalls ein Mindestabstand zwischen dessen Begrenzungen eingehalten, der in diesem Fall in etwa der Dicke des Stegs entspricht.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the webs extend obliquely from the first boundary to the second boundary. Again, the resistance to a vote change is low. Similarly, with excessive compression of the cooling / heating element also a minimum distance between its limits is maintained, which in this case corresponds approximately to the thickness of the web.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn Abstandsnoppen im Bereich der Kühlfläche vorgesehen sind, insbesondere ohne die erste Begrenzungsfläche mit der zweiten zu verbinden. Auf diese Weise kann ebenfalls ein Mindestabstand zwischen den Begrenzungen des Kühl-/Heizelements eingehalten werden, insbesondere wenn auf elastische Stege der einfacheren Herstellbarkeit halber verzichtet wird. Die Noppen können dabei einseitig oder zweiseitig angeordnet werden.It is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if spacer knobs are provided in the region of the cooling surface, in particular without connecting the first limiting surface to the second. In this way, a minimum distance between the boundaries of the cooling / heating element can also be maintained, in particular if it is dispensed with elastic webs simpler manufacturability. The nubs can be arranged on one side or two sides.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn ein starrer Rand vorgesehen ist, welcher elastisch mit den Begrenzungen des Kühl-/Heizelements verbunden ist. Der starre Rand ermöglicht eine gute Stapelbarkeit der Kühl-/Heizelemente. Weiterhin kann er Zulauf- und Ablaufkanäle für das Kühlmedium aufnehmen. Schließlich gewährleistet der starre Rand während der Montage des Akkumulators die sichere Positionierung der Zellen. Ist der Akkumulator fertiggestellt, so bilden die Kühl-/Heizelemente im Verbund ein Gehäuse für alle Zellen und fixieren jede Zelle für sich.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a rigid edge is provided, which is elastically connected to the boundaries of the cooling / heating element. The rigid edge allows good stackability of the cooling / heating elements. Furthermore, it can accommodate inlet and outlet channels for the cooling medium. Finally, the rigid edge ensures the safe positioning of the cells during assembly of the accumulator. Once the accumulator has been completed, the cooling / heating elements in a composite form a housing for all cells and fix each cell separately.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn der starre Rand mindestens so hoch ist wie eine Zelle, die Dicke der Begrenzungen und ein Mindestabstand zwischen den Begrenzungen. In diesem Fall gewährleistet der starre Rand auch, dass ein gewisser Mindestabstand zwischen den einzelnen Kühl-/Heizelementen eingehalten wird. Auf diese Weise kann gesichert werden, dass die einzelnen Kühl-/Heizelemente eines Stapels mehr oder minder gleich zusammengedrückt oder aufgeweitet werden. Starke lokale Unterschiede in der Kühl-/Heizleistung können somit vermieden werden.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when the rigid edge is at least as high as a cell, the thickness of the boundaries and a minimum distance between the boundaries. In this case, the rigid edge also ensures that a certain minimum distance between the individual cooling / heating elements is maintained. In this way it can be ensured that the individual cooling / heating elements of a stack are compressed or expanded more or less the same. Strong local differences in the cooling / heating power can thus be avoided.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen im Wesentlichen konstanten Zu- oder Ablauf eines Kühl-/Heizmediums unabhängig vom Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung gewährleistet. Ein konstanter Zu- und/oder Ablauf trägt ebenfalls dazu bei, dass die Kühl-/Heizleistung innerhalb des Akkumulators nicht zu stark variiert.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a flow aperture is provided at the edge of the cooling surface, which ensures a substantially constant inflow or outflow of a cooling / heating medium regardless of the distance between the first and second boundary. A constant inflow and / or outflow also contributes to the cooling / heating power within the accumulator not varying too much.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen Zulauf eines Kühl-/Heizmediums bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung drosselt. Bei dieser Variante wird der Zulauf bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung gedrosselt und bei sinkendem Abstand erhöht. Auf diese Weise wird der Druck in der Kühlfläche dahingehend geregelt, dass sinkender Druck einer weiteren Vergrößerung des Abstands zwischen den Begrenzungen entgegenwirkt und umgekehrt.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, when a flow aperture is provided at the edge of the cooling surface, which throttles an inlet of a cooling / heating medium with increasing distance between the first and second boundary. In this variant, the inlet is throttled with increasing distance between the first and second boundary and increased with decreasing distance. In this way, the pressure in the cooling surface is controlled so that decreasing pressure counteracts a further increase in the distance between the boundaries and vice versa.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn eine Strömungsblende am Rand der Kühlfläche vorgesehen ist, welche einen Ablauf eines Kühl-/Heizmediums bei sinkendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung drosselt. Bei dieser Variante wird der Ablauf bei steigendem Abstand zwischen erster und zweiter Begrenzung erhöht und bei sinkendem Abstand gedrosselt. Auf diese Weise wird der Druck in der Kühlfläche dahingehend geregelt, dass sinkender Druck einer weiteren Vergrößerung des Abstands zwischen den Begrenzungen entgegenwirkt und umgekehrt. Selbstverständlich ist diese Variante auch mit der oben genannten Variante eines geregelten Zulaufs kombinierbar.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if a flow diaphragm is provided at the edge of the cooling surface, which throttles a flow of a cooling / heating medium with decreasing distance between the first and second boundary. In this variant, the process is increased with increasing distance between the first and second boundary and throttled with decreasing distance. In this way, the pressure in the cooling surface is controlled so that decreasing pressure counteracts a further increase in the distance between the boundaries and vice versa. Of course, this variant is also with the above variant of a controlled feed can be combined.
Vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes Kühl-/Heizelement, wenn es stapelbar ist. Auf diese Weise kann ein Akkumulator besonders einfach aufgebaut werden.Advantageously, an inventive cooling / heating element, if it is stackable. In this way, an accumulator can be built particularly simple.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn es eine Verzahnung an dessen zum Stapeln vorgesehenen Grenzflächen aufweist. Die Verzahnung hilft, Schubkräfte innerhalb des Stapels, d. h. quer zum Stapel beziehungsweise zu dessen Rand, zu übertragen und diesen somit zu stabilisieren. Wenn die Verzahnung unsymmetrisch aufgebaut ist, kann diese überdies verhindern, dass die Kühl-/Heizelemente verkehrt oder verdreht gestapelt werden.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if it has a toothing at its intended for stacking interfaces. The gearing helps to reduce shear forces within the stack, d. H. transverse to the stack or to its edge, to transfer and thus stabilize it. If the toothing is asymmetrical, this can also prevent the cooling / heating elements are stacked upside down or twisted.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement, wenn ein Zulauf oder Ablauf vorgesehen ist, welcher in einem Stapel mit einem Zulauf oder Ablauf eines benachbarten Kühl-/Heizelements zusammenwirkt. Auf diese Weise bilden die Zu- und Abläufe der einzelnen Elemente einen Zu- und Ablauf, welcher über den gesamten Stapel reichen kann, ohne dass dazu eine gesonderte Verrohrung nötig wäre. Der Zusammenbau des Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach, insbesondere wenn eine Dichtung direkt am Kühl-/Heizelement angespritzt ist. Die Dichtung kann aber auch als gesondertes Teil ausgeführt sein. In beiden Fällen sind sowohl Dichtungen aus demselben Material möglich, aus dem auch das Kühl-/Heizelement besteht, als auch Dichtungen aus einem anderen Material.It is advantageous in a cooling / heating element according to the invention, if an inlet or outlet is provided, which cooperates in a stack with an inlet or outlet of an adjacent cooling / heating element. In this way, the inflows and outflows of the individual elements form an inlet and outlet, which can extend over the entire stack, without the need for a separate piping would be necessary. The assembly of the accumulator is thus particularly simple, especially when a seal is molded directly on the cooling / heating element. The seal can also be designed as a separate part. In both cases, both seals of the same material are possible from which also the cooling / heating element consists, as well as seals made of a different material.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Kühl-/Heizelement überdies, wenn dieses zumindest einen mit einem Kühlmedium gekühlten Kanal zur Abfuhr heißer Brenngase aus einer Zelle umfasst. Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es wie bereits erwähnt zu einem „Thermal Runaway” kommen. Um ein Übergreifen auf andere Zellen zu verhindern, wird vorteilhaft der mit einem Kühlmedium gekühlte Kanal zur Abfuhr heißer Brenngase vorgesehen. Um die Wärmeabfuhr zu verbessern, können auch mehrere Kanäle vorgesehen werden.Moreover, it is advantageous in the case of a cooling / heating element according to the invention if it comprises at least one channel cooled with a cooling medium for removing hot combustion gases from a cell. Overheating, overcharging or other improper use may lead to a "thermal runaway" as already mentioned. In order to prevent it from spreading to other cells, the channel cooled with a cooling medium is advantageously provided for removing hot combustion gases. In order to improve the heat dissipation, several channels can be provided.
Weiterhin wird die Erfindung durch ein Kühlmedium gelöst, nämlich einem Kühlmedium für ein Kühl-/Heizelement, der ein Frostschutzmittel und/oder ein Tensid und/oder ein Korrosionsschutzmittel zugesetzt ist.Furthermore, the invention is achieved by a cooling medium, namely a cooling medium for a cooling / heating element, which is added to an antifreeze and / or a surfactant and / or a corrosion inhibitor.
Insbesondere durch Zusatz von Tensiden bekommt das Kühlmedium eine Schmutz und Luftblasen lösende Wirkung. Dadurch werden Schmutz und Luftblasen in dem Kühlmedium gelöst und aus den Kapillaren der Kühl-/Heizelemente entfernt. Diese Luftblasen und Schmutz lösende Wirkung ermöglicht weiterhin, dass der Zu- und Abfluss bei einem liegend eingebauten Akkumulator auch auf der Unterseite angeordnet werden kann. Die Luftblasen können sich dann nicht in den höher liegenden Bereichen der Kühlelemente sammeln bzw. festsetzen – diese werden bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit ausgewaschen. Die Kühlwirkung bleibt damit über die gesamte Kühlfläche gleichmäßig erhalten.In particular, by adding surfactants, the cooling medium gets a dirt and air bubbles releasing effect. As a result, dirt and air bubbles are dissolved in the cooling medium and removed from the capillaries of the cooling / heating elements. This air bubbles and dirt dissolving effect also allows the inflow and outflow can be arranged in a lying built-in accumulator on the bottom. The air bubbles can then not accumulate or settle in the higher areas of the cooling elements - these are washed out at a sufficient flow rate. The cooling effect thus remains uniform over the entire cooling surface.
Darüber hinaus wird die Erfindung durch eine Zelle für einen Akkumulator gelöst, nämlich einer Zelle für einen Akkumulator, deren Anschlussfahne derart gekröpft ist, dass sie bei Stapeln mit einer anderen Zelle auf deren Anschlussfahne zu liegen kommt.In addition, the invention is achieved by a cell for a rechargeable battery, namely a cell for a rechargeable battery whose terminal lug is cranked so that it comes to rest on their terminal lug when stacked with another cell.
Erfindungsgemäß werden jeweils „linke” und „rechte” Zellen übereinandergestapelt, um eine gewünschte Gesamtkapazität beziehungsweise Spannung zu erhalten. Dabei kommen die Anschlussfahnen übereinander zu liegen, so dass die Verbindung der Zellen ohne weitere Verbindungsdrähte oder Verbindungsstege erfolgen kann. Die Anschlussfahnen können also direkt miteinander verlötet, verschweißt (z. B. durch Ultraschallschweißen beziehungsweise Ultraschallkompaktieren) oder chemisch reaktiv verbunden werden. Die Aneinanderreihung von Zellen, insbesondere bei Serienschaltung, ist somit besonders einfach. Bei Parallelschaltung der Zellen sind gegebenenfalls (in geringer Zahl) zusätzliche Verbindungsbügel vorzusehen. Eine aufwändige Ausführung in Bimetall kann dabei üblicherweise entfallen.According to the invention, "left" and "right" cells are stacked on top of each other to obtain a desired total capacitance or voltage. The terminal lugs come to lie one above the other, so that the connection of the cells can be made without further connecting wires or connecting webs. The terminal lugs can therefore be directly soldered together, welded (eg by ultrasonic welding or ultrasonic compacting) or chemically reactive connected. The juxtaposition of cells, especially when connected in series, is thus particularly simple. If the cells are connected in parallel, additional connecting brackets may have to be provided (in small numbers). A complex design in bimetal can usually be omitted.
Vorteilhaft ist es bei einer Zelle, wenn diese zusätzlich eine Anschlussfahne zum Anschluss eines Temperatur- und/oder Spannungssensors umfasst. Auf diese Weise kann ein Temperatur- und/oder Spannungssensor besonders einfach angeschlossen werden.It is advantageous in a cell if it additionally comprises a connection lug for connecting a temperature and / or voltage sensor. In this way, a temperature and / or voltage sensor can be connected very easily.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch einen Akkumulator gelöst, nämlich durch einen Akkumulator, umfassend ein in einem Stapel angeordnetes Grundelement, ein Deckelelement und zumindest ein Kühl-/Heizelement zwischen dem Grundelement und dem Deckelelement sowie zumindest eine erste und eine zweite Zelle, welche an das Kühl/-Heizelement angrenzen im Inneren des Stapels.Finally, the object of the invention is achieved by an accumulator, namely by an accumulator comprising a base element arranged in a stack, a cover element and at least one cooling / heating element between the base element and the cover element and at least a first and a second cell, which the cooling / heating element adjoin the interior of the stack.
Ein typischer Batterieaufbau benötigt zumeist mehrere in Serie geschaltete Zellen, um eine gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten. Häufig werden 100 und mehr Zellen benötigt. Nach dem Stand der Technik können beispielsweise 12 Zellen zu einem Modul zusammengebaut werden und anschließend 8 Module aneinandergereiht werden, um eine gewünschte Spannung zu erhalten. Für die Realisierung verschiedener Kapazitäten und/oder Spannungen eines Akkumulators wird erfindungsgemäß nun vorgeschlagen, einen Stapel von Zellen (z. B. 50 bis 70 Zellen) mit dazwischen liegenden Kühl-/Heizelementen vorzusehen. Die Herstellung eines Akkumulators wird somit besonders flexibel, da man nicht auf Module mit 12 Zellen und deren Vielfache angewiesen ist, sondern auch einzelne Zellen hinzufügen oder weglassen kann. Eine zur Überwachung der Zellen vorgesehene elektronische Schaltung kann natürlich auch kleinere Gruppen aus den 50 bis 70 Zellen überwachen, diese Schaltungen sind aber vorzugsweise in einer elektronischen Baugruppe zusammengefasst.A typical battery assembly usually requires multiple series connected cells to obtain a desired output voltage. Often, 100 and more cells are needed. For example, in the prior art, 12 cells can be assembled into one module and then 8 modules strung together to obtain a desired voltage. For the realization of different capacities and / or voltages of a rechargeable battery is according to the invention now proposed to provide a stack of cells (eg, 50 to 70 cells) with intervening cooling / heating elements. The production of an accumulator is thus particularly flexible, since one does not rely on modules with 12 cells and their multiples, but can also add or omit individual cells. Of course, an electronic circuit provided for monitoring the cells can also monitor smaller groups from the 50 to 70 cells, but these circuits are preferably combined in an electronic module.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Medium im Kühl-/Heizelement unter Druck steht. Die Zellen des Akkumulators weisen nicht notwendigerweise ein starres Außengehäuse auf sondern sind teilweise nur in relativ weichen Kunststoffhüllen eingebettet. Aus diesem Grund benötigen die Zellen für eine korrekte Funktion in der Regel einen äußeren Druck, typischerweise bis zu 2 bar.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the medium is under pressure in the cooling / heating element. The cells of the accumulator do not necessarily have a rigid outer housing but are partially embedded only in relatively soft plastic sheaths. For this reason, the cells usually require an external pressure, typically up to 2 bar, for proper function.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn zwischen einer Begrenzung eines Kühl-/Heizelements und einer Zelle ein brandhemmendes Material angeordnet ist, insbesondere ein feuerfestes Flies, ein feuerfestes Gewebe oder feuerfestes Papier. Bei einem Defekt oder einer missbräuchlichen Verwendung des Akkumulators kann es zu einem „Abbrennen” einzelner Zellen kommen, welche durch die große Hitzeentwicklung auch die Nachbarzellen entzünden und so eine Zerstörung des gesamten Akkumulators verursachen können. Um dieser Kettenreaktion entgegenzuwirken, wird vorteilhaft eine brandhemmende Schicht zwischen einer Zelle und einem Kühl-/Heizelement derart angeordnet, dass das brandhemmende Material einen großen Anteil des Temperaturgefälles bis zur Oberfläche des Kühlelements abbaut. Damit kann eine thermische Schädigung eines Kühl-/Heizelements, welches an eine vom Thermal Runaway betroffene Zelle angrenzt, verhindert werden.It is advantageous in the case of an accumulator according to the invention if a fire-retardant material is arranged between a boundary of a cooling / heating element and a cell, in particular a refractory fleece, a refractory fabric or refractory paper. In the event of a defect or improper use of the accumulator, individual cells may "burn off", which, as a result of the great heat development, may also ignite the neighboring cells and thus cause destruction of the entire accumulator. To counteract this chain reaction, a fire-retarding layer is advantageously arranged between a cell and a cooling / heating element in such a way that the fire-retardant material degrades a large proportion of the temperature gradient up to the surface of the cooling element. This can prevent thermal damage to a cooling / heating element adjacent to a cell affected by the thermal runaway.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn die Oberfläche des Grundelements und/oder Deckelelements nach außen gewölbt ist, insbesondere mit einer mittigen Einbuchtung. Auf diese Weise können Kräfte, die beispielsweise durch ein um den Akkumulator gewickeltes Spannband aufgebracht werden, besonders gut in den Akkumulator eingeleitet werden. Die Einbuchtung kann vorteilhaft dazu dienen, ein Spannschloss aufzunehmen.It is advantageous in the case of an accumulator according to the invention if the surface of the base element and / or cover element is curved outwardly, in particular with a central indentation. In this way, forces that are applied, for example, by a wound around the accumulator strap, are particularly well introduced into the accumulator. The indentation can advantageously serve to accommodate a turnbuckle.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn im Stapel ein Steuerelement mit einem elektronischen Steuermodul angeordnet ist, welches zur Steuerung von Schalt- und/oder Messvorgängen im Akkumulator vorgesehen ist. Moderne Akkumulatoren umfassen häufig elektronische Schaltungen, die der Überwachung und Steuerung desselben dienen. Erfindungsgemäß werden diese Steuermodule in einem oder mehreren Steuerelementen integriert, welche beispielsweise innerhalb eines Stapels von Kühl-/Heizelementen angeordnet werden können. Der Aufbau eines Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if in the stack a control with an electronic control module is arranged, which is provided for controlling switching and / or measuring operations in the accumulator. Modern accumulators often include electronic circuits that serve to monitor and control the same. According to the invention, these control modules are integrated in one or more control elements, which can be arranged, for example, within a stack of cooling / heating elements. The construction of a rechargeable battery is therefore particularly simple.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Steuerelement an ein Kühl-/Heizelement angrenzt. Auf diese Weise kann das Steuerelement beziehungsweise das darin enthaltene Steuermodul gekühlt werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Steuermodul Elemente der Leistungselektronik beinhaltet, die mitunter sehr hohe Leistungen schalten. Dieses Steuermodul kann zum Beispiel ein Ladegerät für den Akkumulator umfassen.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the control is adjacent to a cooling / heating element. In this way, the control or the control module contained therein can be cooled, which is particularly advantageous if the control module includes elements of the power electronics, which sometimes switch very high powers. This control module may include, for example, a recharger for the rechargeable battery.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator auch, wenn als Steuerelement eine Akkumulator-Trenn-Einheit beziehungsweise Battery Disconnect Unit und/oder eine Akkumulator-Verwaltungs-Einheit beziehungsweise Battery Management Unit vorgesehen ist. Auf diese Weise können die beiden bei einem Akkumulator häufig eingesetzten Einheiten leicht in den Akkumulator integriert beziehungsweise auch gekühlt werden.It is also advantageous in the case of an accumulator according to the invention if a battery disconnect unit or battery disconnect unit and / or an accumulator management unit or battery management unit is provided as the control element. In this way, the two units frequently used in a rechargeable battery can easily be integrated into the rechargeable battery or also be cooled.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn die elektrischen Anschlüsse der Einzelelemente des Akkumulators im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Auf diese Weise ist die Verdrahtung des Akkumulators beziehungsweise die Überprüfung derselben – beispielsweise wenn der Akkumulator defekt ist – besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the electrical connections of the individual elements of the accumulator lie substantially in one plane. In this way, the wiring of the accumulator or the review of the same - for example, when the accumulator is defective - particularly simple.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn alle Temperatur- und/oder Spannungssensoren zur Überwachung der Zellen und/oder Schaltungsteile für das Balancing der Zellen auf einer Platine angeordnet sind. Der Aufbau der Schaltung zur Überprüfung der Zellen des Akkumulators gestaltet sich somit besonders einfach.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when all temperature and / or voltage sensors for monitoring the cells and / or circuit parts for balancing the cells are arranged on a circuit board. The structure of the circuit for checking the cells of the accumulator is thus particularly simple.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Temperatur- und/oder Spannungssensoren zur Überwachung der Zellen und/oder Schaltungsteile für das Balancing der Zellen auf verschiedenen Platinen angeordnet sind und zwischen den Platinen eine potentialfreie Kommunikationsverbindung vorgesehen ist. Hier werden einzelne Platinen für die Überwachung einer Zelle oder einer Gruppe von Zellen eingesetzt, was dem modularen Aufbau des Akkumulators entgegenkommt. Zwischen den Platinen besteht eine Spannungspotential-überbrückende Kommunikationsverbindung, sodass die mitunter hohen Potentialunterschiede innerhalb eines Zellenstapels nicht zur Beeinträchtigung oder gar Zerstörung der Bauteile auf den einzelnen Platinen führen kann. Die Kommunikation kann seriell von Platine zu Platine aber auch von jeder Platine zu jeder anderen beliebigen Platine erfolgen. Denkbar ist auch eine sternförmige Kommunikation zu einem zentralen Steuergerät. Selbstverständlich sind auch Mischformen denkbar.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if temperature and / or voltage sensors for monitoring the cells and / or circuit parts for balancing the cells are arranged on different boards and between the boards a potential-free communication connection is provided. Here, individual boards are used to monitor a cell or group of cells, which accommodates the modular design of the battery. There is a voltage-potential-bridging communication link between the boards, so that the sometimes high potential differences within a cell stack are not detrimental or even destruction of the components on the individual boards can lead. Communication can be serial from board to board but also from any board to any other board. Also conceivable is a star-shaped communication to a central control unit. Of course, hybrids are also conceivable.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator weiterhin, wenn als potentialfreie Kommunikationsverbindung eine optische Datenverbindung oder eine Funkverbindung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein Spannungspotential zwischen den einzelnen Platinen besonders gut überbrückt werden. Diese Technik kann auch unabhängig von weiteren in der Anmeldung genannten Merkmalen, somit für jede Art von Akkumulator, genutzt werden.It is also advantageous in the case of an accumulator according to the invention if an optical data connection or a radio connection is provided as the potential-free communication connection. In this way, a voltage potential between the individual boards can be bridged particularly well. This technique can also be used independently of other features mentioned in the application, thus for each type of accumulator.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator auch, wenn die elektrischen Anschlüsse der Einzelelemente des Akkumulators mit einer Zellüberwachungs-Einheit beziehungsweise einem Cell Supervisory Cuircuit verbunden sind. Auf diese Weise kann diese bei einem Akkumulator häufig eingesetzte Einheit leicht in den Akkumulator integriert werden.It is also advantageous in an accumulator according to the invention if the electrical connections of the individual elements of the accumulator are connected to a cell monitoring unit or a Cell Supervisory Cuircuit. In this way, this often used in a battery unit can be easily integrated into the accumulator.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn um den Stapel ein Spannband angeordnet ist. Da der Stapel ohne weitere Maßnahmen relativ instabil ist und in der Regel innerhalb des Akkumulators kein Druck aufgebaut werden kann, wird erfindungsgemäß ein Spannband um den Akkumulator gelegt, welches diesen zusammenhält und überdies die inneren Druckkräfte aufnimmt. Selbstverständlich können auch mehrere Spannbänder um den Akkumulator gelegt werden. Spannbänder, um Zellen eines Akkumulators zusammenzuhalten, sind an sich bekannt. Beispielsweise offenbart die
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Spannband aus einem der Materialien: Gummi, Metall, Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff besteht. Beispielsweise bietet Gummi den Vorteil, dass das Band ohne weitere Maßnahmen um den Akkumulator gelegt werden kann und dort eine Kraft aufbaut. Metalle sind dagegen nicht so elastisch und werden vorteilhaft mit einer Vorrichtung gespannt und fixiert. Dafür können sie wesentlich höhere Kräfte aushalten als Gummi. Kunststoffe bieten einen guten Mittelweg an.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the clamping band consists of one of the materials: rubber, metal, plastic, fiber-reinforced plastic. For example, rubber offers the advantage that the band can be placed around the accumulator without further measures and builds up a force there. In contrast, metals are not so elastic and are advantageously tensioned and fixed with a device. But they can withstand much higher forces than rubber. Plastics offer a good middle ground.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn das Spannband ein Spannschloss aufweist. Auf diese Weise können die Bänder gut gespannt werden, insbesondere jene aus Materialien mit relativ hohem Elastizitätsmodul.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when the clamping band has a turnbuckle. In this way, the bands can be well tensioned, especially those made of relatively high modulus materials.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Haltelaschen vorgesehen sind, welche zwischen einem Spannband und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt sind. Um den Akkumulator in einem Fahrzeug oder einem mit Energie zu versorgenden Gerät fixieren zu können, werden bei dieser Variante vorteilhaft Haltelaschen zwischen Spannband und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt. Auf diese Weise können die Laschen besonders leicht an verschiedene Positionen angeordnet werden beziehungsweise können verschiedene Haltelaschen für ansonsten baugleiche Akkumulatoren verwendet werden. Der Akkumulator kann somit besonders gut an verschiedene Einbausituationen angepasst werden.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if retaining tabs are provided, which are clamped between a clamping band and a base element or cover element. In order to be able to fix the accumulator in a vehicle or a device to be supplied with energy, holding tabs between clamping band and a basic element or cover element are advantageously clamped in this variant. In this way, the tabs can be particularly easily arranged at different positions or different retaining tabs for otherwise identical accumulators can be used. The accumulator can thus be adapted particularly well to different installation situations.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn über den Stapel vertikal reichende Zugelemente, insbesondere Gewindestangen, vorgesehen sind, welche für den Zusammenhalt des Stapels bestimmt sind. Gewindestangen, welche vertikal (das heißt quer zur Trennebene der einzelnen Module) angeordnet sind, sind ebenfalls sehr gut geeignet, um den Stapel zu stabilisieren beziehungsweise um innere Drücke des Akkumulators aufzunehmen. Durch einfaches Ablängen können sie noch dazu sehr einfach an verschieden hohe Stapel angepasst werden. Am unteren und am oberen Ende wird der Stapel dann mit einer Mutter zusammengespannt.It is advantageous in an accumulator according to the invention, when over the stack vertically extending tension elements, in particular threaded rods, are provided, which are intended for the cohesion of the stack. Threaded rods which are arranged vertically (that is to say transversely to the parting plane of the individual modules) are likewise very well suited for stabilizing the stack or for absorbing internal pressures of the accumulator. By simply cutting to length, they can also be easily adapted to different levels of stacking. At the bottom and at the top of the stack is then clamped together with a nut.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn eine horizontal über den Stapel reichende Brücke vorgesehen ist, insbesondere aus Flachmaterial, einem U-Profil oder einem Rohrprofil, welches an den Enden Elemente zur Aufnahme der Zugelemente aufweist, insbesondere Löcher zur Aufnahme einer Gewindestange. Wenn der Akkumulator keine Löcher zur Aufnahme einer Gewindestange aufweist beziehungsweise auch zur besseren Kraftverteilung kann eine Brücke horizontal (das heißt in Richtung der Trennebene der einzelnen Module) über den Stapel vorgesehen werden. Eine obere und eine untere Brücke werden dann wiederum mit Hilfe von Gewindestangen und Mutter gegeneinander gespannt und halten so den Stapel sicher zusammen. It is advantageous in an accumulator according to the invention, when a horizontally extending over the stack bridge is provided, in particular of flat material, a U-profile or a tubular profile, which has at the ends elements for receiving the tension elements, in particular holes for receiving a threaded rod. If the accumulator has no holes for receiving a threaded rod or for better force distribution, a bridge can be provided horizontally (that is, in the direction of the separation plane of the individual modules) over the stack. An upper and a lower bridge are then in turn stretched by means of threaded rods and nut against each other and thus keep the stack together safely.
Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Akkumulator, wenn Haltelaschen vorgesehen sind, welche zwischen einer Brücke und einem Grundelement oder Deckelelement eingeklemmt sind. Auch bei dieser Variante sind Haltelaschen einsetzbar. Auf diese Weise können die Laschen wiederum leicht an verschiedene Positionen angeordnet werden beziehungsweise können verschiedene Haltelaschen für ansonsten baugleiche Akkumulatoren verwendet werden. Der Akkumulator kann somit besonders gut an verschiedene Einbausituationen angepasst werden.It is advantageous in an accumulator according to the invention, if retaining tabs are provided, which are clamped between a bridge and a base element or cover element. Also in this variant retaining tabs can be used. In this way, the tabs in turn can be easily arranged at different positions or different retaining tabs for otherwise identical accumulators can be used. The accumulator can thus be adapted particularly well to different installation situations.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.The above embodiments and developments of the invention can be combined in any manner.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows:
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Kühlung:Cooling:
Für eine optimale Funktion des Akkumulators werden die Zellen desselben gekühlt oder beheizt, um eine optimale Betriebstemperatur einzuhalten. Wenn die Zellen eines Akkumulators flächig ausgebildet sind, kann deren Temperierung über die vergleichsweise großen ebenen Flächen des Akkumulators erfolgen. Das kann beispielsweise durch Aluminium Platten erreicht werden, welche die Wärme zum Rand der Zelle führen. Eine weitere Möglichkeit sind Platten oder Beutel, die von einem Kühlmedium durchflossen werden.
Damit die Kühl-/Heizplatte
Die Zellen
Aus der
Feuerfeste Isolation:Fireproof insulation:
Bei Überhitzung, Überladung oder sonstigem unsachgemäßem Gebrauch kann es zu einem sogenannten „Thermal Runaway” kommen. Dabei wird die gesamte in einer Zelle
Im Fall eines Thermal Runaways sollte die Ausbreitung des Brandherdes auf benachbarte Zellen
Die hitzebeständige, flammhemmende oder feuerfeste Schicht kann dabei umso dünner dimensioniert werden, je geringer deren thermische Leitfähigkeit ist. Unter normalen Bedingungen ist die von der Zelle
Die Abfuhr der heißen Brenngase kann über mit einem Kühlmedium gekühlte Kanäle erfolgen die seitlich in den Kühl-/Heizelementen
Strömung in der Kühlfläche:Flow in the cooling surface:
Wenn sich der Spalt in der Kühlfläche vergrößert, so fliest mehr Kühlmedium durch diesen Spalt oder diese Kapillare als durch eng gebliebene Kapillaren. Dies führt zu einer an sich unerwünschten ungleichmäßigen Wärmeab- oder -zufuhr. Diesem Effekt kann man entgegensteuern indem man eine Strömungsblende mit gleichbleibendem, von der Bewegung der Begrenzungen der Kühl-/Heizfläche unabhängigem, Querschnitt vorsieht. Diese wird vorzugsweise auf der Zulaufseite integriert.
Verzahnung:gearing:
In einer konkreten Ausführungsform wurden die Kühl-/Heizelemente
Kühlmedium:Cooling medium:
Vorteilhaft weist das Kühlmedium eine hohe spezifische Wärmekapazität auf, ist frostgeschützt, ist für die eingesetzten Materialien nicht korrosiv, weist eine geringe Oberflächenspannung auf und ist schmutzlösend (unter Schmutz sind in diesem Zusammenhang auch gelöste Gase oder Gasblasen zu verstehen). Diese Eigenschaften können auch durch Zusatz von geeigneten Stoffen (z. B. Frostschutzmittel, Tensid, Antikorrosionsmittel, etc.) zu einer oder mehreren Grundsubstanzen erreicht werden. Da der Zellstapel in den gezeigten Anordnungen schwimmend gelagert ist, das heißt quasi in dem Kühlmedium „schwimmt”, sind die Zellen vor Erschütterungen und hohen Beschleunigungen geschützt. Bevorzugt weist das Kühlmedium dazu eine hohe Dichte auf beziehungsweise wird unter entsprechend hohen Druck gesetzt. Das Kühlmedium ist vorteilhaft flüssig, kann natürlich aber auch gasförmig sein.Advantageously, the cooling medium has a high specific heat capacity, is frost-protected, is not corrosive to the materials used, has a low surface tension and is soil-releasing (dirt in this context also means dissolved gases or gas bubbles). These properties can also be achieved by adding suitable substances (eg antifreeze, surfactant, anticorrosion agents, etc.) to one or more basic substances. Since the cell stack is floatingly mounted in the arrangements shown, that is to say "floating" in the cooling medium, the cells are protected against shocks and high accelerations. For this purpose, the cooling medium preferably has a high density or is placed under a correspondingly high pressure. The cooling medium is advantageously liquid, but may of course also be gaseous.
Volumenausgleich:Volume compensation:
Da die Dicke einer Zelle Toleranzen aufweist und sich diese beim Laden oder Entladen noch dazu periodisch ändert, ist ein Behälter für den Volumenausgleich vorteilhaft. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn auch ein Behälter zum Auffangen der in dem Kühlmedium enthaltenen Gasblasen vorgesehen ist. Das können zwei verschiedene Behälter oder ein und derselbe Behälter sein. Damit die Zellen unter einem gleichmäßigen Druck stehen, wird das gesamte Kühlsystem unter Druck gesetzt. Dieser kann vor jedem Betrieb der Zellen über eine kleine Pumpe erfolgen, welche das Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter in die Kühl-/Heizelemente drückt, oder das gesamte System wird nach dem Zusammenbau fabrikmäßig unter Druck gesetzt. Damit sich der Druck bei Temperaturschwankungen oder Ladungsänderung der Zellen (dadurch ändert sich ja die Dicke der Zellen) möglichst nicht ändert, steht der Volumenausgleichsbehälter vorteilhaft unter mechanischem Druck, der vorzugsweise mit Hilfe von Tellerfedern realisiert wird. Tellerfedern lassen eine geeignete Wahl der Federkennlinie zu, die über einen größeren Hub eine annähernd konstante Kraft erzeugt.
Grundelement: Basic Element:
Die
Anschlüsse der Zellen:Connections of the cells:
Damit die Zellen
Im gezeigten Beispiel sind die Abzweigungen
Die Verbindung der Zellen
Aufbau eines PaketakkusConstruction of a package battery
Ausgehend vom Grundelement
Akkumulator-Trenn-Einheit (Battery Disconnect Unit)Battery Disconnect Unit
Zellüberwachungs-Einheit (Cell Supervisor Circuit)Cell supervision unit (Cell Supervisor Circuit)
Akkumulator-Verwaltungs-Einheit (Battery Management Unit)Accumulator Management Unit (Battery Management Unit)
Die Akkumulator-Verwaltungs-Einheit
Modul mit Stromsensor, Sicherung und Hochvolt-SteckerModule with current sensor, fuse and high-voltage plug
Spannbänder:Straps:
Die Spannbänder können aus Gummi, Stahl, Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Die Wahl des Materials ist von den zu übertragenden Kräften und von den thermischen Dehnungseigenschaften der Bänder und des Modulverbunds abhängig, das heißt die Spannbänder
Die äußeren Ränder der einzelnen Bauteile bilden ein starkes, vorgespanntes, festes Gehäuse für den Akkumulator. Die Begrenzungen oder Wände der Kühlflächen der Kühl-/Heizelemente
Die Spannbänder
Die Länge der Spannbänder
Befestigungspunkte des Paketakkumulators:Attachment points of the package accumulator:
Um den Paketakkumulators in einem Fahrzeug oder einem anderen, mit Energie zu versorgenden Gerät montieren zu können, sind geeignete Befestigungspunkte am Paketakkumulator erforderlich.
Abfuhr heißer Brenngase:Removal of hot fuel gases:
Abschließend wird festgehalten dass die Darstellungen in den Figuren teilweise unmaßstäblich sind. Weiterhin können die einzelnen in den Figuren dargestellten Varianten auch den Gegenstand einer unabhängigen Erfindung bilden.Finally, it is noted that the representations in the figures are sometimes not true to scale. Furthermore, the individual variants shown in the figures can also form the subject of an independent invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 2003323874 A [0044] JP 2003323874A [0044]
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