DE-102025120217-A1 - Batterie

Abstract

Batterie mit einem Batterieunterbringungsabschnitt (100), der einen Elektrodenstapel (1) mit einer Elektrode und einem Separator beherbergt, und einem Kühlabschnitt (200) mit ausgesparten Nuten (210), welche in einer Plattenfläche des Kühlabschnitts (200) ausgebildet sind, wobei der Kühlabschnitt (200) so angeordnet ist, dass er fest an einer Außenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist und Strömungswege (220) in einem Raum zwischen den ausgesparten Nuten (210) und der Außenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) definiert, so dass ein Kältemittel entlang der Strömungswege (220) strömt, so dass die Leistungsfähigkeit bei der Abfuhr von Wärme von einer Batteriezelle verbessert werden kann, eine Schnellladezeit verkürzt wird, eine hohe Leistungsausgabe der Batteriezelle sichergestellt wird und Kosten und Gewicht reduziert werden.

Inventors

• Gun Goo LEE
• Jeong Won Cho

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250523

Priority Date

20241105

Claims (15)

1. Batterie, aufweisend: einen Batterieunterbringungsabschnitt (100), welcher einen Elektrodenstapel (1) mit einer Elektrode und einem Separator unterbringt, und einen Kühlabschnitt (200) mit ausgesparten Nuten (210), welche in einer Plattenfläche des Kühlabschnitts (200) ausgebildet sind, wobei der Kühlabschnitt (200) an einer Außenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist und Strömungswege (202) in einem Raum zwischen den ausgesparten Nuten (210) und der Außenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) definiert, so dass ein Kältemittel entlang der Strömungswege (220) strömt.
2. Batterie nach Anspruch 1 , wobei Bereiche der Strömungswege (220), welche an Endabschnitten der Plattenfläche des Kühlabschnitts (200) angeordnet sind, wiederholt gebogen sind, so dass die Strömungswege (220) kontinuierlich in einer Richtung der Plattenfläche des Kühlabschnitts (200) ausgebildet sind, und ein erster und ein zweiter entgegengesetzter Endabschnitt des Strömungswegs miteinander fluidverbunden sind, um einen geschlossenen Kreislauf zu definieren.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Kühlabschnitt (200) aufweist: einen Verdampfungsabschnitt (201), welcher an mindestens einer Seitenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist, so dass das Kältemittel in den Strömungswegen (220) verdampft, und einen Kondensationsabschnitt (202), welcher an einer unteren Fläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist, um das Kältemittel im Kondensationsabschnitt (202) kondensiert.
4. Batterie nach Anspruch 3 , wobei ein Kühlmittelstrom den Kondensationsabschnitt (202) passiert, so dass das Kältemittel in den Strömungswegen (220) kondensiert
5. Batterie nach Anspruch 3 oder 4 , wobei der Kühlabschnitt (200) durch eine einzelne Kühlplatte, welche eine Plattenform aufweist, ausgestaltet ist, und die Kühlplatte so gebogen ist, dass ein erster Abschnitt der Kühlplatte den Verdampfungsabschnitt (201), welcher an einer Seitenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist, definiert und ein zweiter Abschnitt der Kühlplatte den Kondensationsabschnitt (201), welcher an einer unteren Fläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist, definiert, so dass insgesamt ein Längsschnitt, welcher eine „L“-Form aufweist, des Kühlabschnitts (200) ausgebildet ist.
6. Batterie nach Anspruch 3 oder 4 , wobei der Kühlabschnitt (200) durch eine Mehrzahl von Kühlplatten, von denen jede eine Plattenform aufweist, ausgestaltet ist, und die Kühlplatten durch Löten, insbesondere Hartlöten, miteinander verbunden sind, so dass einige der Kühlplatten den Verdampfungsabschnitt (201), welcher an einer Seitenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts angebracht ist, definieren und einige der übrigen Kühlplatten den Kondensationsabschnitt (202) definieren, so dass insgesamt ein Längsschnitt, welcher eine „L“-Form aufweist, des Kühlabschnitts (200) ausgebildet ist.
7. Batterie nach Anspruch 6 , wobei der Kühlabschnitt (200) als zwei Kühlabschnitte (200) vorgesehen ist, welche symmetrisch bezogen auf den Batterieunterbringungsabschnitt (100) angeordnet sind, so dass die Verdampfungsabschnitte (201) der zwei Kühlabschnitte (200) jeweils an zwei gegenüberliegenden Flächen des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht sind und die Kondensationsabschnitte (202) der zwei Kühlabschnitte (200) an der unteren Fläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht sind.
8. Batterie nach Anspruch 3 oder 4 , wobei der Kühlabschnitt (200) durch eine einzelne Kühlplatte, welche eine Plattenform aufweist, ausgestaltet ist, und eine Mehrzahl von Abschnitten der Kühlplatte so gebogen ist, dass einige der Mehrzahl von Abschnitten die Verdampfungsabschnitte (201), welche an zwei gegenüberliegenden Flächen des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht sind, definieren und einige der übrigen der Mehrzahl von Abschnitten den Kondensationsabschnitt (202), welcher an der unteren Fläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) angebracht ist, definieren.
9. Batterie nach Anspruch 8 , wobei die Verdampfungsabschnitte (201) an zwei gegenüberliegenden Seiten basierend auf einem gebogenen Bereich der Kühlplatte ausgebildet sind, und der Kondensationsabschnitt (202), welcher in thermischem Kontakt mit Kühlmittel steht, zwischen den Verdampfungsabschnitten (201) ausgebildet ist.
10. Batterie nach einem der Ansprüche 3 bis 9 , wobei der Verdampfungsabschnitt (201) an einer Seitenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) mit einer relativ größeren Fläche als eine Fläche des Kondensationsabschnitts (202) angeordnet ist.
11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei der Kühlabschnitt (200) mit dem Batterieunterbringungsabschnitt (100) durch Löten, insbesondere Hartlöten, verbunden ist.
12. Batterie nach Anspruch 11 , wobei der Kühlabschnitt (200) integral, insbesondere einstückig und/oder als eine Einheit, mit dem Batterieunterbringungsabschnitt (100) ausgebildet ist.
13. Batterie nach Anspruch 11 oder 12 , wobei der Batterieunterbringungsabschnitt (100) als eine eckige Zelle ausgestaltet ist.
14. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , ferner aufweisend einen Kühlmittelkanal (2), welcher an dem Kühlabschnitt (200) angeordnet ist.
15. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , wobei die ausgesparten Nuten (210) so ausgebildet sind, dass sie in der Plattenfläche des Kühlabschnitts (200) eingeprägt sind, so dass die Strömungswege (220) zwischen der Außenfläche des Batterieunterbringungsabschnitts (100) und dem Kühlabschnitt (200) ausgebildet sind.

Description

Hintergrund der vorliegenden Offenbarung Gebiet der vorliegenden Offenbarung Die vorliegende Offenbarung und Erfindung betrifft eine Batterie, und insbesondere eine Batterie, bei welcher die Wärmeabfuhrleistung einer Batteriezelle verbessert werden kann, wodurch eine Schnellladezeit verkürzt wird, eine hohe Leistungsausgabe der Batteriezelle sichergestellt wird und Kosten und Gewicht reduziert werden. Beschreibung der bezogenen Technik Mit der zunehmenden technologischen Entwicklung und den Anforderungen an mobile Geräte, wie zum Beispiel Mobiltelefone, Laptops, Camcorder und Digitalkameras, werden Forschungen an Technologien im Zusammenhang mit Sekundärbatterien, welche geladen und entladen werden können, aktiv durchgeführt. Zudem wird die Sekundärbatterie als eine alternative Energiequelle zu fossilen Brennstoffen, die Luftschadstoffe verursachen, in einem Elektrofahrzeug (EV), einem Hybridelektrofahrzeug (HEV), einem Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen eingesetzt. Daher steigt der Bedarf an der Entwicklung von Sekundärbatterien. Zu den derzeit kommerziell erhältlichen Sekundärbatterien gehören eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, eine Nickel-Zink-Batterie, eine Lithium-Sekundärbatterie und dergleichen. Unter diesen Batterien weist die Lithium-Sekundärbatterie im Vergleich zur Nickelbasierte Sekundärbatterie nahezu keinen Memory-Effekt auf und zeichnet sich durch ihre freie Ladung bzw. Entladung aus. Außerdem hat die Lithium-Sekundärbatterie eine sehr geringe Selbstentladung und eine hohe Energiedichte, so dass die Lithium-Sekundärbatterie im Fokus steht. Wenn die oben genannte Sekundärbatterie für ein Gerät, das eine große Kapazität und eine hohe Spannung erfordert, wie z.B. ein Elektrofahrzeug, verwendet wird, wird die Sekundärbatterie in Form einer Batteriezellenanordnung oder eines Batteriepacks mit einer Struktur, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist, verwendet. Die Batteriezellenanordnung, das Batteriepack oder dergleichen kann durch zahlreiche Betriebsumgebungen der Vorrichtung beeinflusst werden, und zum Beispiel können die Lademenge und die Leistungsausgabe des Batteriepacks oder dergleichen in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen erheblich variieren. Daher ist auch eine Kühleinrichtung oder eine Heizeinrichtung vorgesehen, um die Temperatur des Batteriepacks unter einer vorbestimmten Bedingung zu halten. Da die Batteriezellen auf kleinem Raum dicht gepackt sind, ist es sehr wichtig, die von jeder der Batteriezellen erzeugte Wärme auf einfache Weise abzuführen. Ein Vorgang des Ladens oder Entladens der Batteriezellen wird durch eine elektrochemische Reaktion durchgeführt. Wenn aus diesem Grund die Wärme, welche während des Lade- oder Entladevorgangs vom Batteriemodul erzeugt wird, nicht wirksam abgeführt wird, staut sich die Wärme, was zu einer beschleunigten Verschlechterung des Batteriemoduls führen kann und in einigen Fällen zu einer Entzündung oder Explosion führen kann. Beispiele für gängige Kühlmaßnahmen können wassergekühlte und luftgekühlte Kühleinrichtungen sein. Die wassergekühlte Kühleinrichtung ist mit einem Strömungsweg versehen, welcher außerhalb oder innerhalb des Batteriepacks vorgesehen ist, so dass ein Kältemittel entlang des Strömungswegs strömen kann, und die wassergekühlte Kühleinrichtung weist einen Anschluss, welcher nach außen ragt, auf, um das Kältemittel zirkulieren zu lassen. Falls jedoch der Anschluss durch einen äußeren Stoß oder dergleichen beschädigt wird, besteht die Gefahr, dass das Kältemittel in das Innere des Batteriepacks gelangt, was zu einem schweren Unfall führt. Um diesem Risiko vorzubeugen, ist ein Kühlmittelkanal an der Außenseite eines Batteriesystems angebracht, um das Risiko eines Kurzschlusses in der Batterie aufgrund eines austretenden Kühlmittels zu verhindern. Im vorliegenden Fall besteht jedoch bei einseitiger Kühlung eine Einschränkung bei der Übertragung der von der Batteriezelle erzeugten Wärme an den Kühlmittelkanal aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Batteriezelle. Im Falle einer doppelseitigen Kühlung besteht das Problem, dass durch die Hinzufügung des Kühlmittelkanals hohe Kosten entstehen und zahlreiche Einschränkungen auftreten, da ein Vorgang des Ausweichens einer Entlüftungsöffnung erforderlich ist. Die in diesem Hintergrund der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und dürfen nicht als Anerkennung oder als irgendeine Form der Andeutung verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik, wie er dem Fachmann bereits bekannt ist, bilden. Kurze Erläuterung Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung (nachfolgend auch nur noch: Offenbarung) sind darauf gerichtet, eine Batterie bereitzustellen, bei welcher die die Leistungsfähigkeit bei der Abfuhr von Wärme aus einer Batteriezelle verbessert sein kann, was die Schn