DE102006010063A1

DE102006010063A1 - Kühleinrichtung für Batterien

Info

Publication number: DE102006010063A1
Application number: DE200610010063
Authority: DE
Inventors: Rainer Beiermeister; Volker Bamberger; Thomas Soczka-Guth
Original assignee: BBP KUNSTSTOFFWERK; BBP KUNSTSTOFFWERK MARBACH BAIER GmbH
Current assignee: BBP KUNSTSTOFFWERK; BBP KUNSTSTOFFWERK MARBACH BAIER GmbH
Priority date: 2006-03-04
Filing date: 2006-03-04
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-03-05
Also published as: DE102006010063B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Batterien, insbesondere solche für Hybridantriebe von Fahrzeugen, und ist gekennzeichnet durch ein Basisgehäuse zur aufrechtstehenden Halterung und bodenseitigen Flüssigkeitskühlung einer Mehrzahl einzelner etwa stabförmiger Batteriezellen. Das Basisgehäuse hat einen abgeschlossenen und flüssigkeitsdichten Kühlmittelraum mit einem Einlass und einem Auslass für eine Kühlflüssigkeit, z. B. Kühlwasser, und ist druckdicht und explosionsgeschützt ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für Batterien, insbesondere solche für Hybridantriebe von Fahrzeugen.

Es sind Hochenergiebatterien bekannt, die z.B. auch im Bereich der Fahrzeugtechnik Verwendung finden. Die Batterien sind hohen spezifischen Belastungen ausgesetzt. Dadurch bewirkte höhere innere Verluste machen eine Kühlung notwendig, wozu z.B. bei Hybrid-Elektrobussen im Bereich des Daches Aggregate zur Batteriekühlung vorgesehen sind. Es wurden bereits Kühleinrichtungen für derartige Batterien vorgeschlagen, die mit Flüssigkeitskühlung arbeiten, bei der die einzelnen Batteriezellen je Batterie eine Mantelkühlung erfahren. Die hierbei verwendete Kühlflüssigkeit wird von der Klimaeinrichtung des Fahrzeugs gekühlt. Derartige Kühleinrichtungen sind aufwendig, schwer und haben einen großen Platzbedarf. Auch sind diese kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung für Batterien zu schaffen, die kostengünstig, kompakt und geringen Gewichts ist.

Die Aufgabe ist bei einer Kühleinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen dazu ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Kühleinrichtung gemäß der Erfindung baut klein und leicht und erfordert einen relativ geringen Materialeinsatz. Sie ist kostengünstig und kompakt und schafft die Voraussetzungen auch dafür, mehrere Kühleinrichtungen dieser Art in platzsparender Weise zusammenzusetzen. Von besonderem Vorteil ist ferner, dass die Kühleinrichtung einschließlich eingesetzter Batteriezellen zu einem druckdichten und explosionsgeschützten Gebilde z. B. durch Laserschweißen zusammensetzbar ist, wobei selbst im Explosionsfall einzelner Batteriezellen Bestandteile dieser innerhalb des Basisgehäuses verbleiben und nicht nach außen gelangen und die Umgebung beaufschlagen können. Mittels der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung werden in diese eingebrachte, aufrecht stehende Batteriezellen lediglich bodenseitig gekühlt. Aufgrund der strömungsoptimierten Gestaltung des Kühlmittelraumes ist eine gute und gleichmäßige Kühlung der Batteriezellen mit gleichmäßiger Temperaturverteilung möglich, so dass eine bodenseitige Flüssigkeitskühlung der Batteriezellen genügt. Die Kühleinrichtung mitsamt eingesetzten Batteriezellen stellt ein komplettes Batteriemodul dar, das anschlussfertig bereitsgestellt werden kann.

Weiter Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühleinrichtung für Batterien,
2 eine schematische Draufsicht der Kühleinrichtung in 1 in größerem Maßstab,
3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
4. einen schematischen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2,
5. einen schematischen Schnitt entlang der Linie V-V in 2,
6 eine schematische Draufsicht eines Bauteils der Kühleinrichtung in Form einer Bodenplatte.
In den Zeichnungen ist eine Kühleinrichtung 10 für Batterien gezeigt, wobei derartige Batterien z. B. bei Hybridantrieben von Fahrzeugen Verwendung finden. Hierbei sind diese Batterien hohen spezifischen Belastungen ausgesetzt. Die dadurch bewirkten höheren inneren Verluste erfordern Kühlmaßnahmen, um die auf Grund der Verlustleistung entstehende Wärme abzuführen, damit sich die Batterietemperatur nicht über Gebühr und nicht beliebig erhöht. Die Kühleinrichtung 10 dient demgemäß zur Kühlung einer Batterie, die, wie vereinfacht und nur in 3 und 5 angedeutet, einzelne aufrechtstehende, etwa stabförmige Batteriezellen 11 aufweist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind z. B. je fünf Batteriezellen 11 in zwei nebeneinander liegenden Reihen zu einer Gruppe von insgesamt zehn Batteriezellen 11 angeordnet. Die Kühleinrichtung 10 weist ein Basisgehäuse 12 zur aufrechtstehenden Halterung dieser Mehrzahl etwa stabförmiger Batteriezellen 11 auf und ist insbesondere zur bodenseitigen Flüssigkeitskühlung dieser Batteriezellen 11 ausgebildet. Das Basisgehäuse 12 weist hierzu einen abgeschlossenen und flüssigkeitsdichten Kühlmittelraum 13 mit einem Einlass 14 und einen Auslass 15 für eine Kühlflüssigkeit auf, die z. B. aus Kühlwasser besteht. Die Kühleinrichtung 10 kann bei Einbau in einem Fahrzeug z. B. an den Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen werden, so dass als Kühlflüssigkeit das im Kühlreislauf geführte Kühlwasser dient.
Das Basisgehäuse 12 weist eine Mehrzahl gleichartiger Aufnahmen 16 auf, in denen die einzelnen Batteriezellen 11 jeweils aufrecht stehend mit ihrem unteren Fußbereich 17 so aufnehmbar sind, dass der Boden 18 der Batteriezellen 11 zur Kühlung von dem Kühlmittel beaufschlagt wird, das im Kühlmittelraum 13 geführt wird.
Auch wenn beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Kühleinrichtung 10 zwei Reihen von je fünf Aufnahmen 16 zur Aufnahme von insgesamt zehn Batteriezellen 11 aufweist, versteht es sich gleichwohl, dass je Reihe auch mehr oder weniger Aufnahmen 16 vorgesehen sein können. Die Kühleinrichtung 10 ist als Modul konzipiert, von dem mehrere gleicher Art z. B. nebeneinander und/oder hintereinander und/oder übereinander platziert werden können bei möglichst geringem Platzbedarf, so dass eine kompakte Baugruppe entsteht.
Auf Grund der bodenseitigen Kühlung der einzelnen Batteriezellen 11 mittels des Kühlmittels im Kühlmittelraum 13 erfolgt an der Unterseite der Batteriezellen 11 eine besonders starke Kühlung. Bestehen die Batteriezellen 11 hinsichtlich des Gehäusemantels aus wärmeleitfähigem Material, z. B. Aluminium, erfolgt darüber ein guter Temperaturausgleich, wodurch eine Kühlung auch in den Bereichen oberhalb des Bodens 18 geschieht.
Das Basisgehäuse 12, insbesondere der Kühlmittelraum 13, ist druckdicht und explosionsgeschützt ausgebildet. Dadurch ist eine Gewähr dagegen gegeben, dass bei etwaiger Explosion einer Batteriezelle 11 auf Grund Überlastung Bestandteile dieser explodierenden Batteriezelle 11 nach außen dringen, insbesondere auch darin enthaltene, hochaggressive und umweltschädliche Medien. Diese werden im Falle einer Explosion einer überlasteten Batteriezelle 11 im Basisgehäuse 12, insbesondere Kühlmittelraum 13, gefangen und können nicht in die Umgebung gelangen. Wenn als Kühlmittel auf Grund einer Einbindung der Kühleinrichtung 10 in den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine Kühlwasser des Kühlkreislaufs verwendet wird, sollte dann die Kühleinrichtung 10 z.B. durch ein entsprechend angesteuertes Ventil vom Kühlkreislauf getrennt werden, um Schäden in diesem bei einem Explosionsfall zu verhindern.
Das Basisgehäuse 12 ist als Flachgehäuse 19 ausgebildet. Es bedingt dadurch einen nur geringen Materialaufwand und baut deswegen klein, leicht und kompakt. Das Basisgehäuse 12 weist zumindest zwei nebeneinander und vorzugsweise mit Längsversatz zueinander verlaufende Reihen 20, 21 von Aufnahmen 16 auf, wobei die Aufnahmen 16 je Reihe entlang dieser aneinander gereiht sind. Dadurch und auf Grund des Längsversatzes der beiden Reihen 20, 21 zueinander ergibt sich ebenfalls eine platzsparende und kompakte Bauweise.
Das Basisgehäuse 12 ist aus zwei Bauteilen gebildet, die zusammengesetzt und zu einer festen Einheit miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann vielfältig erfolgen. Besonders vorteilhaft ist eine Verbindung durch Laserschweißen. Ein Bauteil des Basisgehäuses 12 ist als untere Bodenplatte 22 ausgebildet, die im Detail insbesondere in 6 dargestellt ist. Das andere Bauteil ist als Rahmenteil 23 ausgebildet, der passgenau auf die Bodenplatte 22 aufgesetzt und fest mit dieser verbunden ist. Die Aufnahmen 16 für die einzelnen Batteriezellen 11 sind dabei Bestandteil des Rahmenteils 23. Zur Bildung dieser Aufnahmen 16 weist der Rahmenteil 23 eine Mehrzahl aneinander anschließender Zylinderringe 24 auf, die zum Einsetzen und Befestigen, z. B. durch Klebebefestigung, jeweiliger Batteriezellen 11 dienen. Die Aufnahmen 16 in Form der Zylinderringe 24 sind mit Vorzug einstückig miteinander. Das Basisgehäuse 12, insbesondere der Rahmenteil 23, weist ferner einen ringsum laufenden, über die Zylinderringe 24 hinaus nach unten zur Bodenplatte 22 hin überstehenden Randteil 25 auf, der bis zur Bodenplatte 22 reicht und mit dieser verbunden ist.
Die Bodenplatte 22 weist eine zumindest geringfügig hochragende Umlaufrippe 26 auf. Diese wird beim Aufsetzen des Rahmenteils 23 von diesem, insbesondere von dessen Randteil 25, übergriffen, wodurch der Rahmenteil 23 auf der Bodenplatte 22 passgenau zentriert ist. Die Umlaufrippe 26 verläuft zumindest auf beiden Längsseiten der Bodenplatte 22 etwa wellenförmig, wobei den Wellenbergen auf einer Längsseite ein Wellental auf der anderen Längsseite gegenüberliegt. Auf diese Weise lassen sich an die Längsseiten des Basisgehäuses 12 in kompakter und platzsparender Bauweise weitere, entsprechend gestaltete Basisgehäuse 12 etwa formschlüssig anschließen.
Der Umlaufrippe 26 der Bodenplatte 22 ist ein umlaufender Rand 27 benachbart, auf den der Rahmenteil 23 beim Aufsetzen auf die Bodenplatte 22 mit seinem Randteil 25 aufstößt. In diesem Bereich erfolgt die feste Verbindung des Rahmenteils 23 mit der Bodenplatte 22 insbesondere durch Laserschweißen. Zu diesem Zweck kann die Bodenplatte 22 aus einem für Laserstrahlen zur Schweißverbindung durchlässigen, z. B. durchsichtigen, Kunststoffmaterial gebildet sein. Generell ist das Basisgehäuse 12, insbesondere deren Bodenplatte 22 und/oder Rahmenteil 23, aus einem hochfesten und vorzugsweise säurebeständigen Kunststoffmaterial gebildet. Die Elemente des Basisgehäuses 12 sind vorzugsweise als Kunststoffformteile einstückig und damit kostengünstig hergestellt.
Der Kühlmittelraum 13 ist generell so gestaltet, dass eine möglichst gleichmäßige und gute Temperaturverteilung der hindurchgeleiteten Kühlflüssigkeit und dabei eine strömungsgünstige Durchströmung erzielt wird. Der Kühlmittelraum 13 ist im Wesentlichen innerhalb der Bodenplatte 22 ausgebildet und weist dort eine etwa wellenförmig verlaufende mittlere Trennwand 28 auf, die sich vom in 6 linken Ende, wo sowohl der Einlass 14 als auch der Auslass 15 vorgesehen sind, bis nahe an das in 6 rechte Ende der Bodenplatte erstreckt. Am rechten Ende endet die mittlere Trennwand 28 in Abstand von der Umlaufrippe 26. Mittels der Trennwand 28 ist der Kühlmittelraum 13 in zwei längs verlaufende Abschnitte 29 und 30 unterteilt, die an einem, in 6 rechts befindlichen Ende 31 unter Erzeugung eines etwas U-förmigen Kühlmittelverlaufs miteinander in Verbindung stehen, während am anderen, in 6 links befindlichen Ende keine Verbindung zwischen den Abschnitten 29 und 30 herrscht, sondern beim einen Abschnitt 30 der Einlass 14 und beim anderen Abschnitt 29 der Auslass 15 für das Kühlmittel vorgesehen sind. Der Rahmenteil 23 weist den jeweiligen Einlass 14 bzw. Auslass 15 bildende, hochragende Stutzen 33 bzw. 32 auf, die mit geringem Abstand nebeneinander verlaufen und damit eine günstige Anschlussmöglichkeit zum Anschließen entsprechender Leitungen bieten.
Das Basisgehäuse 12, insbesondere die Bodenplatte 22, weist je Aufnahme 16 Abstützrippen 34, 35 auf, die von der Bodenplatte 22 ausgehend nach oben in Richtung zur Aufnahme 16 vorstehen. Auf diesen Abstützrippen 34, 35 sind die jeweiligen Batteriezellen 11, die mit ihrem unteren Fußbereich 17 in der jeweiligen Aufnahme 16 aufgenommen sind, unterseitig abgestützt, und zwar derart, dass der Boden 18 der Batteriezellen 11 in großflächigem Kontakt mit dem Kühlmittel gehalten ist, das im darunter befindlichen Kühlmittelraum 13 geführt ist. Außerdem sind die Batteriezellen 11 mit ihrem Boden 18 durch die Abstützrippen 34, 35 in Abstand von der zugewandten Bodenfläche 36 des Kühlmittelraums 13, insbesondere der Bodenplatte 22, gehalten. Übliche Batteriezellen 11 weisen im Bereich des Bodens 18 und hierbei z. B. entlang einem Kreis angeordnete Sollbruchstellen auf. Diese sollen gewährleisten, dass bei Überlastung im Explosionsfall lediglich der Boden 18 der Batteriezelle 11 abgetrennt wird, indem dieser im Explosionsfall nach unten weggeschleudert wird. Um dies zu gewährleisten, sind die Abstützrippen 34, 35 je Aufnahme 16 entlang einem Kreis angeordnet und gekrümmt, dessen Durchmesser zumindest geringfügig kleiner ist als derjenige der jeweiligen Aufnahme 16, insbesondere des jeweiligen Zylinderinges 24, und der dabei so bemessen ist, dass im genannten Explosionsfall der Boden 18 der jeweiligen Batteriezelle 11 ungehindert frei nach unten zum Kühlmittelraum 13 hin ausweichen kann. Wie ersichtlich ist, sind je Aufnahme 16, insbesondere Zylinderring 24, zwei etwa einander diametral gegenüberliegende Abstützrippen 34, 35 vorgesehen, wobei sich diese jeweils über einen Umfangswinkelbereich zwischen etwa 25° und 45° Umfangswinkel erstrecken.
Von den beiden Abstützrippen 34, 35 je Aufnahme 16 ist eine Abstützrippe 34 der Trennwand 28 benachbart angeordnet, und dabei einem solchen Trennwandbereich 37, der etwa die gleiche Krümmung wie die benachbarte Abstützrippe 34 hat. Durch diese Anordnung der einen Abstützrippe 34 ist zwischen dieser und dem benachbarten Trennwandbereich 37 etwa gleicher Krümmung ein Durchflussspalt 38 für den Durchfluss des Kühlmittels gebildet, das auf diese Weise längs der jeweiligen Reihe 20, 21 unterhalb einer Aufnahme 16 zur nächstfolgenden geleitet wird. Damit ist ein Anteil zu einer kontrollierten Strömung des Kühlmittels geleistet.
Man erkennt, dass entlang dem wellenförmigen Verlauf der Trennwand 28 beidseitig dieser wellenabschnittförmige Durchflussspalte 38 gebildet sind, die im Wechsel aufeinanderfolgen.
Von den beiden Abstützrippen 34, 35 je Aufnahme 16 ist die andere Abstützrippe 35 der außen verlaufenden Umlaufrippe 26 benachbart angeordnet, und dabei einem solchen Umlaufrippenbereich 39, der etwa die gleiche Krümmung wie die Abstützrippe 35 aufweist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass zwischen der Abstützrippe 35 und dem benachbarten Umlaufrippenbereich 39 ebenfalls ein Durchflusspalt 40 für das Kühlmittel gebildet ist. In dieser Weise gebildete Durchflussspalte 40 folgen ebenfalls dem wellenförmigen Verlauf der Umlaufrippe 26 und entlang der jeweiligen Längsseite der Bodenplatte. Dieser Durchflussspalt 40 ist jedoch nur so hoch wie die Umlaufrippe 26 über die Bodenfläche 36 der Bodenplatte 22 übersteht. Da in diesem Bereich auch der überstehende Randteil 25 des Rahmenteils 23 verläuft, trägt auch dieser mit einem Randteilbereich zur Bildung eines etwa bogenförmigen Durchlassspalts 41 (4, 5) im Bereich der äußeren benachbarten Abstützrippen 35 bei. Der zwischen den Abstützrippen 35 und dem mit Abstand benachbarten dortigen Randteilbereich 25 gebildete Durchflussspalt 41 hat die Höhe, die durch die Höhe der Abstützrippen 35 vorgegeben ist, und damit etwa die gleiche Höhe wie der neben der Trennwand 28 gebildete Durchflussspalt 38 je Aufnahme 16.
Man erkennt ferner, dass das Basisgehäuse 12, insbesondere die Bodenplatte 22, je Aufnahme 16 eine oder mehrere in Richtung zur Aufnahme 16 hochragende Abstandsrippen 42, 43 aufweist. Diese haben etwa die gleiche Höhe wie die Abstützrippen 34, 35 und sind in Umfangsrichtung zwischen zwei Abstützrippen 34, 35 auf demjenigen Umfangswinkelbereich angeordnet, der – in Strömungsrichtung des Kühlmittels entlang den längs verlaufenden Abschnitten 30, 29 des Kühlraumes 13 betrachtet – auf der Abströmseite oder Zuströmseite vorgesehen ist. Betrachtet man z. B. den Strömungsverlauf der Kühlflüssigkeit, die über den Einlass 14 mit Stutzen 33 in den längs verlaufenden Abschnitt 30 des Kühllmittelraumes 13 eingeleitet wird, so wird die Kühlflüssigkeit in Richtung des Abschnitts 30 von Aufnahme 16 zu Aufnahme 16 in Richtung der Pfeile (6) geleitet, wobei ein Teil der Kühlflüssigkeit zwischen zwei einander gegenüberstehenden Abstützrippen 34, 35 und den Abstandsrippen 42, 43 hindurch strömt und ein anderer Teil auf die Abstandsrippen 42, 43 trifft und dort verwirbelt und dann in Richtung zur nächsten Aufnahme 16 mit den dortigen Abstützrippen 34, 35 geleitet wird. Ein anderer Teil der Kühlflüssigkeit wird nahe der Trennwand 28 durch den Durchflussspalt 38 zwischen der dortigen jeweiligen Abstützrippe 34 und dem benachbarten bogenförmigen Trennwandbereich 37 geleitet. Damit wird auch der dort darüber verlaufende Randbereich des Bodens 18 der jeweiligen Batteriezelle 11 beaufschlagt und gekühlt. Betrachtet man den Außenbereich der jeweiligen Längsseite der Bodenplatte 22, so wird ferner ein Teil der Kühlflüssigkeit dort durch den jeweiligen Durchflussspalt 40 und den Durchflussspalt 41 hindurchgeleitet, so dass auch der dortige Randbereich des Bodens 18 einer Batteriezelle 11 gut mit Kühlfüssigkeit beaufschlagt wird. Dies ist insbesondere aus 5 ersichtlich. Bevor die Kühlflüssigkeit den längs verlaufenden Abschnitt 30 des Kühlmittelraumes 13 verlässt und über das Ende 31 in den anderen, gegenläufigen Abschnitt 29 gelangt, trifft die Kühlflüssigkeit dort im Bereich der letzten Aufnahme 16 auf eine Abstandsrippe 42, die der Bogenform der Umlaufrippe 26 mit Abstand dazwischen folgt und zugleich als Leitfläche für die Umlenkung der Strömung im Bereich des dortigen Durchflussspaltes und weiter innen dient. Im gegenläufigen anderen Abschnitt 29 des Kühlmittelsraumes 13 befindet sich im Bereich der ersten Aufnahme 16 eine quer zur Umlaufrippe 26 gerichtete Nase 45, die dort zur Verwirbelung der vom Ende 31 her übergeleiteten Kühlflüssigkeit beiträgt. Die Kühlflüssigkeit nimmt in diesem anderen längs verlaufenden Abschnitt 29 ihren Weg gegensinnig zurück bis hin zum Auslass 15. Auch in diesem Abschnitt 29 ist im Bereich der letzten Aufnahme 16 statt zweier Abstandsrippen 42, 43 lediglich eine bogenförmige Abstandsrippe 42 vorgesehen, die ebenfalls noch zur kontrollierten Strömung der Kühlflüssigkeit und Abführung über den Auslass 15 beiträgt.
Insbesondere aus 6 ist ersichtlich, dass die Trennwand 28 im einlassseitigen und auslassseitigen Bereich des Kühlmittelraumes 13 einen schräg gerichteten Leitabschnitt 44 aufweist, der von der Umlaufrippe 26 ausgehend zur Trennwand 28 reicht und gleiche Höhe wie die Trennwand 28 und die Abstützrippen 34, 35 sowie Abstandsrippen 42, 43 aufweist. Dieser Leitabschnitt 44 trennt den Einlass 14 vom Auslass 15. Er dient einer strömungsgünstigen Einleitung der Kühlflüssigkeit beim Einlass 14 in den Kühlmittelraum 13 und einer entsprechend günstigen Ausleitung beim Auslass 15 aus dem Kühlmittelraum 13. Außerdem macht der Leitabschnitt 44 eine im wesentlichen eng benachbarte Anordnung von Einlass 14 und Auslass 15 und zugeordneten Stutzen 33 bzw. 32 möglich.
Aus der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen erkennt man, dass mittels der Kühleinrichtung 10, insbesondere des Basisgehäuses 12, eine gute, kontrollierte Strömung der Kühlflüssigkeit erzielt wird, wodurch eine möglichst großflächige und gleichmäßige bodenseitige Beaufschlagung der einzelnen Batteriezellen 11 erzielt wird, und dies nicht nur im Bereich der Aufnahmen 16, die dem Einlass 14 relativ nahe benachbart sind, sondern auch noch im Bereich der Aufnahmen 16, die am Ende des Strömungsverlaufs der Kühlflüssigkeit aufeinanderfolgen und dem Auslass 15 relativ nahe sind. Der Rahmenteil 23 ist mit der Bodenplatte 22 druckdicht und explosionsgeschützt fest verbunden, womit auch bei etwaiger Explosion von Batteriezellen 11 wegen Überbelastung keine Bestandteile dieser nach außen außerhalb des Basisgehäuses 12 gelangen können, so dass die Gefahr gebannt ist, dass etwaige Umgebungsbereiche damit kontaminiert werden könnten. Aufgrund der besonderen Anordnung der Trennwand 28, Abstützrippen 34 und 35 sowie Abstandsrippen 42 und 43 ist ein besonders wirksamer Strömungsverlauf der Kühlflüssigkeit mit gleichmäßiger Temperaturverteilung erreicht und gewährleistet, dass die einzelnen Batteriezellen 11 im Bereich des Bodens 18 möglichst großflächig und vollflächig mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden. Die unterseitige Abstützung der Batteriezellen 11 geschieht dabei so, dass im Bereich des Bodens 18 vorgesehene Sollbruchstellen innerhalb eines solchen Kreises liegen, der von der Kreisbogenform der Abstützrippen 34, 35 und Abstandsrippen 42, 43 vorgegeben ist, so dass im Explosionsfall der Boden 18 der Batteriezellen 11 ungehindert nach unten in Richtung auf die Bodenfläche 36 weggesprengt wird. Das Basisgehäuse 12 bedingt einen relativ geringen Materialeinsatz und baut klein, leicht und kompakt. Das Basisgehäuse 12 ermöglicht einen variablen Einbau, wobei auch mehrere gleichgestaltete Basisgehäuse 12 zusammengesetzt werden können.

Claims

Kühleinrichtung (10) für Batterien, insbesondere solche für Hybridantriebe von Fahrzeugen, gekennzeichnet durch ein Basisgehäuse (12) zur aufrecht stehenden Halterung und bodenseitigen Flüssigkeitskühlung einer Mehrzahl einzelner etwa stabförmiger Batteriezellen (11).
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) einen abgeschlossenen und flüssigkeitsdichten Kühlmittelraum (13) mit einem Einlass (14) und einem Auslass (15) für eine Kühlflüssigkeit, z.B. Kühlwasser, aufweist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) eine Mehrzahl gleichartiger Aufnahmen (16) aufweist, in denen die einzelnen Batteriezellen (11) jeweils aufrecht stehend mit ihrem unteren Fußbereich (17) derart aufnehmbar sind, dass deren Boden (18) von der im Kühlmittelraum (13) geführten Kühlflüssigkeit zur Kühlung beaufschlagbar ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere der Kühlmittelraum (13), druckdicht und explosionsgeschützt ausgebildet ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) als Flachgehäuse (19) ausgebildet ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) eine Mehrzahl einzelner, entlang einer Reihe (20,21) aneinander gereihter Aufnahmen (16) für jeweilige Batteriezellen (11), z.B. fünf Aufnahmen (16), aufweist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) zumindest zwei nebeneinander und vorzugsweise mit Längsversatz zueinander verlaufende Reihen (20,21) von Aufnahmen (16) aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12) aus zwei zusammengesetzten und, insbesondere durch Laserschweißen, zu einer festen Einheit verbundenen Bauteilen gebildet ist, von denen ein Bauteil im wesentlichen als untere Bodenplatte (22) und das andere Bauteil als auf die Bodenplatte (22) aufgesetztes und damit fest verbundenes Rahmenteil (23) ausgebildet sind.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere der Rahmenteil (23), eine Mehrzahl aneinander anschließender, jeweils Aufnahmen (16) bildender Zylinderringe (24) zum Einsetzen und Befestigen, z.B. durch Klebebefestigung, jeweiliger Batteriezellen (11) aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere der Rahmenteil (23), einen ringsum laufenden, über die Zylinderringe (24) nach unten zur Bodenplatte (22) überstehenden Randteil (25) aufweist, der bis zur Bodenplatte (22) reicht und mit dieser verbunden ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (22) eine Umlaufrippe (26) aufweist, die beim Aufsetzen des Rahmenteils (23) von diesem, insbesondere dessen Randteil (25), übergriffen wird, wobei die Umlaufrippe (26) entlang beiden Längsseiten der Bodenplatte (22) vorzugsweise etwa wellenförmig verläuft.
Kühleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (22) einen der Umlaufrippe (26) benachbarten umlaufenden Rand (27) aufweist, auf den der Rahmenteil (23), insbesondere Randteil (25), beim Aufsetzen dieses aufstößt und mit dem der Rahmenteil (23), insbesondere Randteil (25), insbesondere durch Laserschweißen, fest verbunden ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere die Bodenplatte (22) und/oder der Rahmenteil (23), aus einem hochfesten und vorzugsweise säurebeständigen Kunststoffmaterial gebildet ist und vorzugsweise aus einem Kunststoffformteil besteht.
Kühleinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (22) aus einem für Laserstrahlen zur Schweißverbindung durchlässigen, z.B. durchsichtigen, Kunststoffmaterial gebildet ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelraum (13), insbesondere die Bodenplatte (22), eine insbesondere etwa wellenförmig verlaufende mittlere Trennwand (28) aufweist, mittels der der Kühlmittelraum (13) in zwei längs verlaufende Abschnitte (29,30) unterteilt ist, die an einem Ende (31) unter Erzeugung eines etwa U-förmigen Kühlmittelverlaufs miteinander in Verbindung stehen, während am anderen Ende des einen Abschnitts (30) der Einlass (14) und des anderen Abschnitts (29) der Auslass (15) für die Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere der Rahmenteil (23), den jeweiligen Einlass (14) bzw. Auslass (15) bildende Stutzen (33,32) aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere die Bodenplatte (22), je Aufnahme (16) in Richtung zu dieser vorstehende Abstützrippen (34,35) aufweist, auf denen die jeweiligen, mit ihrem unteren Fußbereich (17) in der Aufnahme (16) aufgenommenen Batteriezellen (11) abstützbar sind, vorzugsweise derart, dass deren Boden (18) in großflächigem Kontakt mit der im darunter befindlichen Kühlmittelraum (13) geführten Kühlflüssigkeitl und in Abstand von der zugewandten Bodenfläche (36) des Kühlmittelraumes (13), insbesondere der Bodenplatte (22), gehalten ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützrippen (34,35) je Aufnahme (16) entlang einem Kreis angeordnet und gekrümmt sind, dessen Durchmesser zumindest geringfügig kleiner als derjenige der jeweiligen Aufnahme (16), insbesondere des jeweiligen Zylinderringes (24), bemessen ist, derart, dass im Explosionsfall der Boden (18) der jeweiligen Batteriezelle (11) frei nach unten zum Kühlmittelraum (13) hin ausweichen kann.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass je Aufnahme (16) zwei einander etwa diametral gegenüberliegende Abstützrippen (34,35) vorgesehen sind.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützrippen (34,35) sich jeweils über einen Umfangswinkelbereich zwischen etwa 25° und 45° erstrecken.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine (34) der Abstützrippen (34,35) je Aufnahme (16) der Trennwand (28) und dabei einem Trennwandbereich (37) mit etwa gleicher Krümmung benachbart und derart angeordnet ist, dass zwischen der jeweiligen Abstützrippe (34) und dem benachbarten Trennwandbereich (37) ein Durchflussspalt (38) für die Kühlflüssigkeit gebildet ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass entlang dem wellenförmigen Verlauf der Trennwand (28) beidseitig dieser im Wechsel aufeinanderfolgende wellenabschnittförmige Durchflussspalte (38) gebildet sind.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet dass jeweils die andere (35) der Abstützrippen (34,35) je Aufnahme (16) der Umlaufrippe (26) und dabei einem Umlaufrippenbereich (39) mit etwa gleicher Krümmung benachbart und derart angeordnet ist, dass zwischen der jeweiligen Abstützrippe (35) und dem benachbarten Umlaufrippenbereich (39) ein Durchflussspalt (40) für die Kühlflüssigkeit gebildet ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den jeweils anderen, den Längsseiten des Rahmenteils (23), insbesondere des Randteils (25), benachbarten Abstützrippen (35) und dem dortigen Randteilbereich (25) jeweils ein etwa bogenförmiger Durchflussspalt (41) gebildet ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (12), insbesondere die Bodenplatte (22), je Aufnahme (16) eine oder mehrere in Richtung zu dieser hochragende Abstandsrippen (42,43) aufweist, die auf demjenigen Umfangswinkelbereich zwischen zwei Abstützrippen (34,35) angeordnet sind, der – in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit entlang den längsverlaufenden Abschnitten (30,29) des Kühlmittelraumes (13) betrachtet – auf der Abströmseite oder Zuströmseite vorgesehen ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (28) im einlassseitigen und auslassseitigen Bereich des Kühlmittelraumes (13) einen schräg gerichteten Leitabschnitt (44) für eine strömungsgünstige Einleitung der Kühlflüssigkeit beim Einlass (14) in den Kühlmittelraum (13) und Ausleitung beim Auslass (15) aus dem Kühlmittelraum (13) und für eine im wesentlichen eng benachbarte Anordnung von Einlass (14) und Auslass (15), insbesondere Stutzen (33,32 dieser, aufweist.