DE102008043784A1

DE102008043784A1 - Batteriemodul

Info

Publication number: DE102008043784A1
Application number: DE200810043784
Authority: DE
Inventors: Gerhard Holzwarth; Boris Gendlin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: DE102008043784B4

Abstract

Batteriemodul (1), umfassend ein Gehäuse (2), wenigstens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Batterie (3) mit einem Entgasungsventil (25), wenigstens einen ersten Entgasungskanal (14) zur Aufnahme von aus der Batterie (3) austretenden Stoffen, wenigstens einen zweiten Entgasungskanal (15) zur Aufnahme von aus der Batterie (3) austretenden Stoffen, wobei der wenigstens eine erste Entgasungskanal (14) und der wenigstens eine zweite Entgasungskanal (15) fluidleitend mit wenigstens einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Batteriemodulsystem.
Stand der Technik
Batterien, z. B. Lithiumionenbatterien oder Zebra-Batterien, versorgen verschiedene Einrichtungen, z. B. Kraftfahrzeuge, Krankenhäuser oder Bohrmaschinen, mit elektrischem Strom. Im Allgemeinen werden mehrere Batterien in einem Gehäuse eingebaut und bilden dadurch ein Batteriemodul. Batteriemodule haben den Vorteil, dass diese leichter mit einem Kühlfluid temperiert und höhere elektrische Leistungen durch die Kombination mehrerer Batteriemodule zu einem Batteriemodulsystem einfach realisiert werden können. Das Kühlfluid wird durch eine Einlassöffnung in das Batteriemodul eingeleitet und durch eine Auslassöffnung aus dem Batteriemodul ausgeleitet.
In den Batterien entstehen bei Störungen oder bei einem normalen Betrieb Gase oder Dämpfe, welche zu einem Überdruck im gasdichten Gehäuse der Batterie führen können. Um ein Platzen oder unkontrollierte Leckagen an der Batterie zu verhindern, werden mittels eines Entgasungs- bzw. Überdruckventils die Gase in die Umgebung der Batterie in dem Batteriemodul abgeleitet. Normalerweise ist an einem Ende der Batterie ein Entgasungsventil ausgebildet. Es kann ausnahmsweise auch an zwei Enden der Batterie je ein Entgasungsventil vorhanden sein.
Die in einem Gehäuse angeordneten Batterien werden mit umgewälzter Luft als Kühlfluid temperiert, d. h. gekühlt und/oder erwärmt. Damit die aus dem Entgasungsventil austretenden Stoffe nicht in das Kühl- bzw. Temperierfluid gelangen, sind die Batteriemodule mit Entgasungskanälen versehen. Dabei ist ein oberes Ende der Batterie von einem ersten Entgasungskanal umgeben und ein zweites unteres Ende der Batterie in dem Batteriemodul von einem zweiten Entgasungskanal umgeben, in welche das Entgasungsventil die Stoffe bei einem Überdruck ableiten kann. In Batteriemodulen sind zwei Entgasungskanäle erforderlich, weil bei Batterien mit nur einem Entgasungsventil diese in dem Batteriemodul in zwei, um 180° verschwenkten Positionen für eine unterschiedliche Polung angeordnet werden. Die beiden Entgasungskanäle leiten durch je eine Stoffableitung die Stoffe kontrolliert aus dem Batteriemodul. Dadurch soll verhindert werden, dass aus den Batterien austretende Stoffe unkontrolliert, z. B. in das Kühlfluid, gelangen können. In nachteiliger Weise sind somit an dem Batteriemodul zwei Stoffableitungen erforderlich. Von den Stoffableitungen werden Stoffe beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug dahingehend in die Umgebung ableitet, dass für die Insassen des Kraftfahrzeuges keine Gefahr besteht.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul umfasst ein Gehäuse, wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Batterie mit einem Entgasungsventil, wenigstens einen ersten Entgasungskanal zur Aufnahme von aus der Batterie austretenden Stoffen, vorzugsweise an einem ersten Ende der wenigstens einen Batterie oder des Gehäuses, wenigstens einen zweiten Entgasungskanal zur Aufnahme von aus der Batterie austretenden Stoffen, vorzugsweise an einem zweiten Ende der wenigstens einen Batterie oder des Gehäuses, wobei der wenigstens eine erste Entgasungskanal und der wenigstens eine zweite Entgasungskanal fluidleitend mit wenigstens einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind. Damit ist nur eine Stoffableitung an dem Batteriemodul notwendig, mit der austretende Stoffe aus beiden Entgasungskanälen gemeinsam abgeleitet werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Verbindungskanal an einer Seitenwandung des Gehäuses ausgebildet. Die Seitenwandung kann damit auch als Verbindungskanalwandung verwendet werden.
In einer Variante ist der wenigstens eine Verbindungskanal parallel zu einer Längsachse der wenigstens einen Batterie ausgebildet. Der Verbindungskanal kann damit platzsparend in einem Zwischenraum zwischen zwei Batterien eingebaut werden.
Zweckmäßig ist der wenigstens eine Verbindungskanal in einem Zwischenraum zwischen wenigstens zwei Batterien ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist in dem wenigstens einen Verbindungskanal wenigstens eine elektrische Leitung angeordnet. Der Verbindungskanal kann damit auch als Kabelkanal für wenigstens eine elektrische Leitung zum Auf- und Entladen der wenigstens einen Batterie genutzt werden.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Entgasungskanal als ein plattenförmiger Entgasungskanal zwischen einer Deckwandung und einer äußeren Deckwandung ausgebildet. Die Deckwandung und die äußere Deckwandung können damit zur Ausbildung des ersten Entgasungskanales genutzt werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der wenigstens eine zweite Entgasungskanal als ein plattenförmiger Entgasungskanal zwischen einer Bodenwandung und einer äußeren Bodenwandung ausgebildet. Die Bodenwandung und die äußere Bodenwandung können damit zur Ausbildung des zweiten Entgasungskanales genutzt werden.
Insbesondere weist das Batteriemodul nur eine äußere Stoffableitung auf. Damit wird die Stoffableitung vereinfacht, weil nur eine Stoffableitung erforderlich ist.
In einer weiteren Ausbildung bestehen das Gehäuse und/oder der wenigstens eine Verbindungskanal aus Kunststoff. Das Gehäuse kann damit einfach und preiswert mittels Spritzgießen hergestellt werden.
Insbesondere ist der wenigstens eine Verbindungskanal ein Bestandteil des Gehäuses und/oder das Gehäuse ist zweiteilig. Der Verbindungskanal kann damit einfach beim Spritzgießen von wenigstens einem Teil des Gehäuses mit hergestellt werden.
In einer ergänzenden Ausgestaltung weist das Batteriemodul wenigstens eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Kühlfluids in das Gehäuse und wenigstens eine Auslassöffnung zum Ausleiten des Kühlfluids aus dem Gehäuse auf.
Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul wenigstens 5 Batterien, insbesondere 6 oder 8 Batterien.
In einer Variante ist die wenigstens eine Batterie wenigstens eine Lithiumionenbatterie und/oder das Kühlfluid ist Luft.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodulsystem mit mehreren Batteriemodulen umfasst wenigstens ein oben beschriebenes Batteriemodul.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt eines Batteriemoduls gemäß Schnitt A-A in 2,
2 einen schematischen Längsschnitt des Batteriemoduls gemäß Schnitt B-B in 1 und
3 einen stark schematisierten Längsschnitt eines Batteriemodulsystems.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1 zur Aufnahme von sechs als Lithiumionenbatterien 4 ausgebildeten Batterien 3 in einem schematisierten Querschnitt dargestellt. Das aus Wandungen 10 gebildete Gehäuse 2 verfügt über vier Seitenwandungen 13, eine Bodenwandung 11 und eine Deckwandung 12 (1). Die Größe des Batteriemoduls 1 hängt von der Größe der Batterien 3 ab und beispielsweise beträgt Länge des Batteriemoduls 1 12 cm, die Breite 7 cm und die Höhe 10 cm. Durch eine Einlassöffnung 5 einer Einlassleitung 7 an der Deckwandung 12 wird Luft als Temperierfluid zum Kühlen und/oder Erwärmen in einen Innenraum 24 des Gehäuses 2 geleitet. Das Gehäuse 2 besteht aus Metall oder Kunststoff.
Die Luft wird mittels eines Gebläses oder eines Ventilators (nicht dargestellt) in die Einlassöffnung 5 der Einlassleitung 7 und in einen Zwischenraum 9 eingeleitet und strömt durch eine Auslassleitung 8 und eine Auslassöffnung 6 wieder aus dem Gehäuse 2 heraus.
Das Gehäuse 2 umfasst ein oberes Gehäuseteil 18, ein unteres Gehäuseteil 19, eine äußere Deckwandung 22 und eine äußere Bodenwandung 23. Die sechs Lithiumionenbatterien 4 sind mittels elektrischer Leitungen 21 (nur in 2 dargestellt) miteinander verbunden. Das obere und untere Gehäuseteil 18, 19 mit ungefähr gleichen Bauhöhen werden beim Zusammenbau aufeinander gestellt und miteinander, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung (nicht dargestellt), verbunden. Vor dem Zusammenfügen des oberen und unteren Gehäuseteils 18, 19 werden die sechs Batterien 3 mit je einem Entgasungsventil 25 dahingehend in das obere oder untere Gehäuseteil 18, 19 eingebracht, dass das Entgasungsventil 25 abwechselnd oben oder unten liegt. Somit sind die Polungen der in dem oberen Gehäuseteil 18 angeordneten Enden der Batterien 3 unterschiedlich. Die Deck- und Bodenwandung 11, 12 des oberen und unteren Gehäuseteils 18, 19 ist je mit sechs kreisförmigen Ausnehmungen versehen, in welche die oberen und unteren Enden der Lithiumionenbatterien 4 einragen. An den kreisförmigen Ausnehmungen ist ein Dichtungsring (nicht dargestellt) angeordnet.
Auf die Deckwandung 12 des oberen Gehäuseteils 18 wird die äußere obere Deckwandung 22 und auf die Bodenwandung 11 des unteren Gehäuseteils 19 wird die äußere untere Bodenwandung 23 aufgesetzt. Dadurch bildet sich zwischen der Deckwandung 12 des oberen Gehäuseteils 18 und zwischen der Bodenwandung 11 des unteren Gehäuseteils 19 und der unteren Bodenwandung 23 ein erster und zweiter Entgasungskanal 14, 15 für die Lithiumionenbatterien 4 aus, so dass von den Lithiumionenbatterien 4 durch die Entgasungsventile 25 austretendes Gas nicht in die Luft zum Temperieren eintreten kann (1).
Die Einlassleitung 7 an der oberen Deckwandung 12 geringfügig über die obere Deckwandung 12 hinaus verlängert (4) und stößt in eine Bohrung der äußeren Deckwandung 22. Analog ist dies auch bei der äußeren Bodenwandung 23 und der Bodenwandung 11 mit der Auslassleitung 8 ausgeführt (1). Die Entgasungskanäle 14, 15 sind fluiddicht zu einem von Temperierfluid durchströmten Innenraum 24 des Batteriemoduls 1 abgedichtet. Dadurch kann die Luft zum Temperieren nicht mit in den Entgasungskanälen 14, 15 vorhandenen Stoffen in Kontakt treten.
Der erste Entgasungskanal 14 und der zweite Entgasungskanal 15 sind mit zwei Verbindungskanälen 16 fluidleitend miteinander verbunden (2). Die vertikalen Verbindungskanäle 16 sind aufgrund der Schnittdarstellung in 1 nicht dargestellt. Durch eine an einer Bohrung 20 an der äußeren Deckwandung 22 ausgebildeten Stoffableitung 17 können aus dem ersten Entgasungskanal 14 von sämtlichen Entgasungsventilen 25 austretende Stoffe von dem Batteriemodul 1 kontrolliert abgeleitet werden, so dass beispielsweise an den Insassen eines Kraftfahrzeuges keine gesundheitlichen Schäden wegen der austretenden giftigen Stoffe auftreten können. Sofern Stoffe aus einem in dem zweiten Entgasungskanal 15 angeordneten Entgasungsventilen 25 in den zweiten Entgasungskanal 15 gelangen, können diese Stoffe durch die beiden Verbindungskanäle 16 in den ersten Entgasungskanal 14 strömen. Von dem ersten Entgasungskanal 14 können diese Stoffe dann durch die Stoffableitung 17 kontrolliert abgeleitet werden. In vorteilhafter Weise ist somit an dem Batteriemodul 1 nur eine Stoffableitung 17 erforderlich.
Die beiden Verbindungskanäle 16 sind einteilig mit dem oberen Gehäuseteil 18 und dem unteren Gehäuseteil 19 ausgebildet. Dabei wird ein Teil der Seitenwandung 13 für die Ausbildung einer Verbindungskanalwandung 26 genutzt. Der andere Teil der Verbindungskanalwandung 26 ragt in einen Zwischenraum 9 zwischen zwei Batterien 3, so dass vorhandener Innenraum 24 für die Ausbildung des Verbindungskanales 16 genutzt werden kann. In dem Verbindungskanal 16 sind elektrische Leitungen 21 zum Auf- und Entladen der Batterien 3 angeordnet. In vorteilhafter Weise kann damit der Verbindungskanal 16 auch als Kabelkanal genutzt werden. Zur Anpassung der geometrischen Anordnung der Batterien 3 ist der Verbindungskanal 16 parallel zu den Batterien 3 ausgerichtet.
Mehrere Batteriemodule 1 können auch zu einem erfindungsgemäßen Batteriemodulsystem 27 verbunden werden (3). In einem Batteriemodulsystem 27, beispielsweise für ein Personenfahrzeug- oder Nutzfahrzeug, mit 9 Batteriemodulen 1 mit je 6 Lithiumionenbatterien 4 befinden sich somit 54 Lithiumionenbatterien 4. Zur Entgasung der Batteriemodule 1 werden somit in vorteilhafter Weise nur eine geringe Anzahl von Stoffableitungen 17 benötigt, weil je Batteriemodul 1 nur eine Stoffableitung 17 notwendig ist. Der modulare Aufbau gestattet eine bessere Skalierbarkeit, weil mit den identischen Batteriemodulen 1 unterschiedliche elektrische Leistungen für verschiedene Anwendungen einfach realisiert werden können.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul 1 erhebliche Verbesserungen möglich. Trotz einer Ausbildung von zwei separaten Entgasungskanälen 14, 15 in dem Batteriemodul 1 ist nur eine Stoffableitung für aus den Batterien 3 austretende Stoffe notwendig, so dass das Ableiten von aus den Entgasungsventilen 25 austretenden Stoffen wesentlich vereinfacht und verbessert wird.

Claims

Batteriemodul (1), umfassend ein Gehäuse (2), wenigstens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Batterie (3) mit einem Entgasungsventil (25), wenigstens einen ersten Entgasungskanal (14) zur Aufnahme von aus der Batterie (3) austretenden Stoffen, wenigstens einen zweiten Entgasungskanal (15) zur Aufnahme von aus der Batterie (3) austretenden Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Entgasungskanal (14) und der wenigstens eine zweite Entgasungskanal (15) fluidleitend mit wenigstens einem Verbindungskanal (16) miteinander verbunden sind.
Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungskanal (16) an einer Seitenwandung (13) des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungskanal (16) parallel zu einer Längsachse der wenigstens einen Batterie (3) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungskanal (16) in einem Zwischenraum (9) zwischen wenigstens zwei Batterien (3) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Verbindungskanal (16) wenigstens eine elektrische Leitung (21) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Entgasungskanal (14) als ein plattenförmiger Entgasungskanal (14) zwischen einer Deckwandung (12) und einer äußeren Deckwandung (22) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Entgasungskanal (15) als ein plattenförmiger Entgasungskanal (15) zwischen einer Bodenwandung (11) und einer äußeren Bodenwandung (23) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) nur eine äußere Stoffableitung (17) aufweist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und/oder der wenigstens eine Verbindungskanal (16) aus Kunststoff bestehen.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungskanal (16) ein Bestandteil des Gehäuses (2) ist und/oder das Gehäuse (2) zweiteilig ist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) wenigstens eine Einlassöffnung (5) zum Einleiten eines Kühlfluids in das Gehäuse (2) und wenigstens eine Auslassöffnung (6) zum Ausleiten des Kühlfluids aus dem Gehäuse (2) aufweist.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) wenigstens 5 Batterien (3), insbesondere 6 oder 8 Batterien (3), umfasst.
Batteriemodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (3) wenigstens eine Lithiumionenbatterie (4) ist und/oder das Kühlfluid Luft ist.
Batteriemodulsystem (27) mit mehreren Batteriemodulen (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodulsystem (27) wenigstens ein Batteriemodul (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfasst.