DE102008059969A1

DE102008059969A1 - Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie und Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008059969A1
Application number: DE200810059969
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter; Jutta Dipl.-Ing. Schmidtke; Jürgen Dipl.-Ing. Wertenbach
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: DE102008059969B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie (2), umfassend eine in einem Batteriegehäuse (4) angeordnete Wärmeleitplatte (6) zur Kühlung der Batterie (2), wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (3) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (6) verbunden sind und die Wärmeleitplatte (6) mit dem Kühlmittel einer Klimaanlage (7) eines Fahrzeuges (1) durchströmbar ist. Dabei weist das Batteriegehäuse (4) eine Öffnung (O) zur Abführung von Gasen auf, an welche ein Rohr (5) angeschlossen ist, dessen der Batterie (2) abgewandtes Ende außerhalb eines Fahrzeuginneren angeordnet ist, wobei eine oder mehrere Kühlmittelleitungen (8) von der Klimaanlage (7) durch das Rohr (5) und die Öffnung (O) zu der Wärmeleitplatte (6) in das Batteriegehäuse (4) zu der Wärmeleitplatte (6) und/oder von der Wärmeleitplatte (6) aus dem Batteriegehäuse (4) zu der Klimaanlage (7) geführt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie, umfassend eine in einem Batteriegehäuse angeordnete Wärmeleitplatte zur Kühlung der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind und die Wärmeleitplatte mit einem Kühlmittel einer Klimaanlage eines Fahrzeuges durchströmbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie.
Batterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Hybridanwendungen, bestehen aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, welche sich meist mit einer zugehörigen Elektronik und Vorrichtungen zur Kühlung in einem gemeinsamen Batteriegehäuse befinden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung bekannt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine indirekte Kühlung mittels Einbindung der Batterie in einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage oder eine direkte Kühlung der Einzelzellen mittels vorgekühlter Luft, die zwischen die Zellen geleitet wird, handeln.
Die Kühlung mittels der Fahrzeugklimaanlage wird aus Bauraumgründen vorzugsweise angewendet. Dabei ist am Zellverbund der Einzelzellen eine von einem Wärmeleitmedium, im Weiteren als Kühlmittel bezeichnet, durchströmte Wärmeleitplatte angeordnet.
Eine derartige Vorrichtung zur Kühlung elektrischer Elemente ist aus der DE 10 2006 045 564 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkörper und eine Mehrzahl von elektrischen Elementen, wobei die elektrischen Elemente eine Bodenfläche und eine Seitenfläche aufweisen, wobei die Bodenflächen im Wesentlichen in einer Ebene ausgerichtet sind. Der Kühlkörper weist zumindest einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kanal auf und steht in thermischem Kontakt mit den elektrischen Elementen. Dabei erstreckt sich der Kühlkörper im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Bodenflächen. Der Kanal weist in dem Kühlkörper einen Verlauf auf, der an Berandungen der elektrischen Elemente angepasst ist. Der Kühlkörper ist beispielsweise als zusätzliches Modul in bestehende Kältekreise integrierbar. Bei diesen Kältekreisen kann es sich um eine Klimaanlage eines Fahrzeuges handeln, deren Kältemittel bzw. Kühlmittel Kohlenstoffdioxid ist.
Weiterhin wird in der älteren Anmeldung 10 2008 034 700.0 eine Batterie, insbesondere eine HV-Batterie für ein Fahrzeug, mit mehreren Batteriezellen und einem Gehäuse beschrieben, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist. Dabei ist an die Öffnung ein Rohr zur Abführung von Gasen angeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie eines Fahrzeuges anzugeben, mittels welcher eine hohe Sicherheit von Fahrzeuginsassen erzielbar ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung der Vorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie gemäß Anspruch 1 und einer Verwendung der Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie gemäß Anspruch 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie, umfassend eine in einem Batteriegehäuse angeordnete Wärmeleitplatte zur Kühlung der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind, ist die Wärmeleitplatte mit einem Kühlmittel einer Klimaanlage eines Fahrzeuges durchströmbar. Erfindungsgemäß weist das Batteriegehäuse eine Öffnung zur Abführung von Gasen auf, an welche ein Rohr angeschlossen ist, dessen der Batterie abgewandtes Ende außerhalb eines Fahrzeuginneren angeordnet ist, wobei eine oder mehrere Kühlmittelleitungen von der Klimaanlage durch das Rohr und die Öffnung zu der Wärmeleitplatte in das Batteriegehäuse zu der Wärmeleitplatte und/oder von der Wärmeleitplatte aus dem Batteriegehäuse zu der Klimaanlage geführt sind.
Mittels der Öffnung des Batteriegehäuses und dem Rohr sind Gesundheit gefährdende Gase, die bei einer thermischen Zersetzung einer Batteriezelle entstehen, die auch als Ventinggase bezeichnet werden, gezielt derart aus dem Fahrzeuginneren abführbar, dass Fahrzeuginsassen nicht gefährdet werden. Ebenso sind Gase, die bei Leckagen an der Wärmeleitplatte der Batterie auftreten, gezielt abführbar, so dass Fahrzeuginsassen nicht gefährdet werden. Aufgrund der Verwendung des Rohres und der Öffnung des Batteriegehäuses zur Durchführung der Kühlmittelleitungen sind keine zusätzlichen Öffnungen zur Durchführung der Kühlmittelleitungen erforderlich, welche zu einem erhöhten Herstellungsaufwand und somit zu erhöhten Kosten führen. Auch Anforderungen an eine Druckfestigkeit des Batteriegehäuses können aufgrund der Öffnung und des Rohres vermindert werden, da mittels dieser die gezielte Abführung der Ventinggase und/oder des Kühlmittels bei einer thermischen Überlastung oder mechanischen Zerstörung der Einzelzellen bzw. der Batterie sichergestellt ist.
Da es sich bei dem Kühlmittel vorzugsweise um Kohlenstoffdioxid handelt dessen Massendichte größer als die von Luft ist, ist die Öffnung des Batteriegehäuses bodenseitig angeordnet, so dass gegebenenfalls austretendes Kohlenstoffdioxid nach außerhalb des Fahrzeuginneren abführbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Rohr kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit der Öffnung des Batteriegehäuses verbunden und durch eine mit dem Rohr korrespondierende weitere Öffnung in einer Karosserie des Fahrzeuges, insbesondere in einem Fahrzeugunterboden, nach außerhalb des Fahrzeuginneren führbar.
Dabei ist das der Batterie abgewandtes Ende des Rohres außerhalb, beispielsweise unterhalb des Fahrzeugs oder in einem Radkasten, angeordnet, so dass bei Verwendung kurzer Rohre ein sicheres Abführen von Gasen in einen Bereich außerhalb der Fahrgastzelle erfolgen kann. Zudem ist das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs durch diese Anordnung des Endes des Rohres, das im üblichen Betrieb eines Fahrzeugs nicht sichtbar ist, nicht beeinträchtigt.
Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sieht vor, dass die Öffnung des Batteriegehäuses als Anschlussstutzen ausgebildet ist und ein der Batterie zugewandtes Ende des Rohres mit dem Anschlussstutzen lösbar verbindbar ist. Durch diese lösbare Verbindung ist sowohl eine einfache Montage der Batterie unabhängig vom Rohr als auch ein einfaches Austauschen defekter Batterien möglich, ohne das erfindungsgemäße Rohr mit auszutauschen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Rohr an einer Karosserie des Fahrzeuges befestigt, wobei die Karosserie an einer Verbindungsstelle mit dem Rohr eine zu der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung des Batteriegehäuses korrespondierende weitere Öffnung aufweist. Dadurch ist eine vereinfachte Montage der Batterie in dem Fahrzeug möglich, wobei der Anschlussstutzen in einfacher Art und Weise in das obere Ende, das heißt in das der Batterie zugewandten Ende des Rohres, einführbar ist.
In vorteilhafter Weise ist an der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung des Batteriegehäuses und/oder an dem der Batterie zugewandten Ende des Rohres zumindest ein Dichtelement angeordnet, welches zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Anschlussstutzen und Rohr dient. Da die austretenden Ventinggase sehr hohe Temperaturen aufweisen können, ist das Dichtelement aus einem temperaturfesten Material, wie beispielsweise Teflon oder aus Silikon, gebildet.
Da die Kühlmittelleitungen aus Sicherheitsgründen im Fahrzeuginneren keine lösbaren Verbindungsstellen aufweisen sollen, sind diese derart in mehrere Abschnitte unterteilt, dass ein erster Abschnitt von der Wärmeleitplatte zumindest bis zum der Batterie abgewandten Ende des Rohres oder bis zum der Batterie abgewandten Ende der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung des Batteriegehäuses verläuft. Ein zweiter Abschnitt der Kühlmittelleitungen verläuft insbesondere außerhalb des Fahrzeuginneren von einem der Batterie abgewandten Ende des ersten Abschnittes bis zu der Klimaanlage des Fahrzeuges.
Aufgrund dieser abschnittsweisen Unterteilung der Kühlmitteleitungen und dadurch, dass gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Koppelelemente zur Kopplung des ersten Abschnittes und des zweiten Abschnittes der Kühlmittelleitungen vorgesehen sind, sind die Abschnitte der Kühlmittelleitungen außerhalb des Fahrzeuginneren miteinander koppelbar, so dass keine Verbindungsstellen im Fahrzeuginneren vorhanden sind und wiederum eine Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht wird.
Um in vorteilhafter Weise einen Schutz und eine Führung des ersten Abschnittes der Kühlmittelleitungen zu erhöhen bzw. zu vereinfachen sowie eine Zugentlastung des ersten Abschnittes zu realisieren sind zur Befestigung des ersten Abschnittes der Kühlmittelleitungen Befestigungselemente vorgesehen, welche im Batteriegehäuse und/oder in dem Rohr angeordnet sind.
Zum Erreichen der gleichen Vorteile für den zweiten Abschnitt der Kühlmittelleitungen, welcher vorzugsweise entlang einer Außenseite eines Fahrzeugunterbodens geführt ist, sind an dem Fahrzeugunterboden Befestigungselemente zur Befestigung der Kühlmittelleitungen vorgesehen.
Weiterhin sind die Kühlmittelleitungen als starre Rohrleitungen ausgebildet, welche sich durch eine hohe mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit auszeichnen.
Alternativ sind die Kühlmittelleitungen als flexible Leitungen ausgebildet, welche aufgrund ihrer Flexibilität eine einfache Verlegung ermöglichen. Um eine mechanische Stabilität der flexiblen Leitungen zu gewährleisten, weisen diese gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Metallgewebeummantelung auf, wobei die flexiblen Leitungen beispielsweise als so genannte Stahlflexleitungen ausgebildet sind.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass die Batterie in dem Fahrzeuginneren in einer Fahrgastzelle, zum Beispiel im Beifahrerfußraum oder unter einem Sitz, oder in einem Kofferraum angeordnet ist. Diese Anordnung im Fahrzeuginnenraum ermöglicht einen besonders wirksamen Schutz vor mechanischer Zerstörung, beispielsweise bei einem Unfall, und stellt aufgrund der Abführung der Ventinggase nach außerhalb des Fahrzeuginneren keine Gefährdung der Gesundheit der Fahrzeuginsassen durch Ventinggase und/oder das Kühlmittel, insbesondere Kohlenstoffdioxid, im Fall einer thermischen und/oder mechanischen Zerstörung der Batterie dar.
Augrund der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Batterie in Verbindung mit dem Schutz der Vorrichtung zur Kühlung der Batterie vor einem Austritt von Ventinggasen und/oder dem Kühlmittel in das Fahrzeuginnere, eignen sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Weiterbildungen vorzugsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybrid-Fahrzeug oder in einem brennstoffzellengetriebenen Fahrzeug.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Untersicht eines Fahrzeuges mit zwei verschiedenen Positionen zur Anordnung einer Batterie,
2 schematisch eine Seitenansicht des Fahrzeuges gemäß 1,
3A schematisch eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Batterie gemäß 1 von oben,
3B schematisch eine Explosionsdarstellung der Batterie gemäß 3A,
3C schematisch eine Schnittdarstellung der Batterie gemäß 3A,
4A schematisch eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Batterie gemäß 1 von unten, und
4B schematisch eine Explosionsdarstellung der Batterie gemäß 4A.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen ein Fahrzeug 1 mit Frontmotor und einem hinteren Kofferraum, wobei eine Fahrzeugfront links dargestellt ist. Im Fahrzeug 1 sind zwei alternative Positionen gezeigt, an denen eine Batterie 2 angeordnet ist. Gemäß einer ersten Alternative ist die Batterie 2 Fahrzeuginneren im Fahrgastraum unterhalb einer nicht gezeigten Fondsitzbank angeordnet und gemäß einer zweiten Alternative ist die Batterie 2 ebenfalls im Fahrzeuginneren im Kofferraum des Fahrzeugs angeordnet. Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich beispielsweise um ein Hybridfahrzeug oder abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel um ein brennstoffzellengetriebenes Fahrzeug mit Elektromotor handeln.
Bei der Batterie 2 handelt es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie, welche gemäß den 3B und 3C aus mehreren elektrisch seriell und/oder parallel verschalteten Einzelzellen 3 gebildet ist. Bei einer Überladung oder einem Kurzschluss dieser können die Temperatur und der Innendruck innerhalb der Einzelzellen 3 stark ansteigen. Um ein definiertes Bersten der Einzelzellen 3 zu ermöglichen, umfassen diese vorzugsweise nicht näher dargestellte Berstscheiben, welche sich bei Überschreitung eines bestimmten Innendruckes der Einzelzelle 3 definiert öffnen.
Infolge dieser beschriebenen thermischen Zerstörung einer Einzelzelle 3 sind aufgrund einer radialen Wärmeleitung zwischen einzelnen Einzelzellen 3 Kettenreaktionen möglich, d. h. das Überhitzen einer einzelnen Einzelzelle 3 infolge eines Kurzschlusses oder infolge einer Überladung kann eine Erwärmung oder eine Zersetzung der elektrochemisch aktiven Masse einer benachbarten Eintelzelle 3 bewirken. Zudem kann das aus einer zerstörten einzelnen Einzelzelle 3 austretende leitfähige Elektrolyt im Inneren der Batterie 2 weitere Kurzschlüsse anderer Einzelzellen 3 hervorrufen. Üblicherweise kann ein in der 3A näher dargestelltes Batteriegehäuse 4 den Druck sich öffnender Einzelzellen 3 nicht auffangen. Daher weist das Batteriegehäuse 4 eine in den 3C und 4B näher dargestellte Öffnung O auf, anhand derer der im Inneren der Batterie 2 entstehende Überdruck nach außerhalb abführbar ist, indem die bei Kurzschlüssen entstehenden Gase, die auch als Ventinggase bezeichnet werden, entweichen können.
Da diese Ventinggase für Fahrzeuginsassen gesundheitsschädlich sein können, ist an der Öffnung O des Batteriegehäuses 4 ein Rohr 5 angeschlossen, welches durch eine zu diesem korrespondierende weitere Öffnung in einem Fahrzeugunterboden 1.1 derart nach außerhalb des Fahrzeuginneren geführt ist, dass die Ventinggase nach außen abführbar sind. Die Länge des Rohres 5 ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein der Batterie 2 abgewandtes Ende des Rohres 5 außerhalb des Fahrzeuges 1 angeordnet ist. Weiterhin ist das Rohr 5 so lang und weist eine so gute Wärmeleitfähigkeit auf, dass heiße austretende Ventinggase sich bei Erwärmung des Rohres 5 so stark abkühlen, dass vom am Ende des Rohres 5 austretenden Gas zumindest keine Brandgefahr ausgeht.
Die Einzelzellen 3 erzeugen während ihres Betriebes, d. h. beim Laden und/oder Entladen eine Verlustwärme, welche aus Gründen eines verringerten Wirkungsgrades und der Gefahr der thermischen Zerstörung aus dem Batteriegehäuse 4 abgeführt werden muss.
Zu diesem Zweck sind die Einzelzellen 3 mit einer in den 3B und 3C näher dargestellten Wärmeleitplatte 6 verbunden. Diese Wärmeleitplatte 6 ist bevorzugt anhand von Kühlmittelleitungen 8 mit einem Kühlkreislauf einer Klimaanlage 7 des Fahrzeuges 1 gekoppelt und mit einem Kühlmittel der Klimaanlage 7 beaufschlagbar.
Bei dem Kühlmittel handelt es sich insbesondere um Kohlenstoffdioxid, welches im Vergleich zu herkömmlichen Kühlmitteln, beispielsweise Tetrafluorethan (R134a), umweltverträglicher ist.
Da die Kühlmittelleitungen aus Sicherheitsgründen im Fahrzeuginneren keine lösbaren Verbindungsstellen aufweisen sollen, sind diese an der Außenseite entlang des Fahrzeugunterbodens 1.1 geführt, wobei an dem Fahrzeugunterboden 1.1 nicht näher dargestellte Befestigungselemente zur Befestigung der Kühlmittelleitungen 8 angeordnet sind.
Um die Kühlmittelleitungen 8 mit der im Inneren des Batteriegehäuses 4 angeordneten Wärmeleitplatte 6 zu verbinden, sind diese erfindungsgemäß von der Klimaanlage 7 durch das Rohr 5 und die Öffnung O in das Batteriegehäuse 4 zu der Wärmeleitplatte 6 und/oder von der Wärmeleitplatte 6 aus dem Batteriegehäuse 4 zu der Klimaanlage 7 geführt.
Da es sich bei dem Kühlmittel um Kohlenstoffdioxid handelt, welches eine größere Massendichte als Luft aufweist, ist die Öffnung O des Batteriegehäuses 4 bodenseitig angeordnet, so dass mittels der Öffnung O und des Rohres 5 auch das Kühlmittel bei einer Leckage im Bereich der Wärmeleitplatte 6 nach außerhalb des Fahrzeuginneren abführbar ist.
Die 3A bis 3C zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Batterie 2 in einer perspektivischen Ansicht, einer Explosionsdarstellung und einer Schnittdarstellung, wobei das Batteriegehäuse 4 zweiteilig aus einer unteren Gehäusehälfte 4.1 und einer oberen Gehäusehälfte 4.2 gebildet ist.
Dabei sind die elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen 3, welche als Rundzellen mit einer aufgedickten Zellwand zur Ableitung der Verlustwärme ausgebildet sind, kopfseitig Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte 6 verbunden. Zu dieser Wärme leitenden Verbindung sind elektrische Polkontakte 3.1 einer jeden Einzelzelle 3 durch Bohrungen geführt, die in der Wärmeleitplatte 6 als Durchgangslöcher ausgebildet sind. Die Polkontakte 3.1 ragen somit in die Wärmeleitplatte 6 hinein bzw. durch diese hindurch. Anhand von Zellverbindern 9 sind elektrisch gleiche und/oder verschiedene Polkontakte 3.1 der Einzelzellen 3 je nach einer gewünschten Batteriespannung und -leistung parallel und/oder seriell elektrisch miteinander verschaltet.
Sowohl zwischen der Wärmleitplatte 6 und den Einzelzellen 3 als auch zwischen den Zellverbindern 9 und der Wärmeleitplatte 6 ist vorzugsweise in nicht näher dargestellter Art und Weise ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material, z. B. eine Wärmeleitfolie oder Vergussmasse, eingebracht, welche die Einzelzellen 3 und die Zellverbinder gegenüber der Wärmeleitplatte 6 elektrisch isoliert.
In weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Einzelzellen 3 auch abweichend, beispielsweise als Flachzelle ausgebildet sein und/oder die Wärmeleitplatte 6 ist an abweichenden Positionen, beispielsweise bodenseitig, an den Einzelzellen 3 angeordnet und thermisch mit diesen verbunden.
Da es sich bei der Batterie 2 um eine Lithium-Ionen-Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, handelt, umfasst diese spezielle elektronische Bauelemente, welche eine Zellspannung der Einzelzellen 3 überwacht und korrigiert, ein Batteriemanagementsystem, welches insbesondere eine Leistungsaufnahme und -abgabe der Batterie 2 steuert (= Batteriesteuerung), und Sicherungselemente, welche bei Fehlfunktionen der Batterie 2 eine sichere Abtrennung der Batterie 2 von einem elektrischen Netz durchführen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind elektronische Bauelemente der Zellspannungsüberwachung, der Batteriesteuerung und/oder Sicherungselemente als eine gekapselte elektronische Baueinheit 10 ausgebildet, welche einen Hochvolt-Anschluss 10.1 zur Anbindung an das elektrische Netz, insbesondere des Fahrzeuges 1, aufweist, der durch eine Materialaussparung 4.21 in der unteren Gehäusehälfte 4.2 herausgeführt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Batterie 2 ist das Rohr 5 fest, d. h. kraft-, stoff- und/oder formschlüssig, mit der Öffnung O des Batteriegehäuses 2 verbunden. Dabei kann das Rohr beispielsweise einteilig mit dem Batteriegehäuse 2, insbesondere mit der unteren Gehäusehälfte 4.2, ausgebildet sein oder z. B. mittels Verklebungen oder Verschweißungen an diesem befestigt sein.
Bei der Anordnung der Batterie 2 in dem Fahrzeug 1 ist das Rohr 5 durch die weitere Öffnung im Fahrzeugunterboden 1.1 oder weitere nicht näher dargestellte Öffnungen, welche mit der Form des Rohres 5 korrespondieren, nach außerhalb des Fahrzeuginneren, insbesondere unter das Fahrzeug 1 oder in dessen Radhaus, führbar.
Damit die Batterie 2 im fertig montierten Zustand in dem Fahrzeug 1 anordbar und die Kühlmittelleitungen 8 mit der Klimaanlage 7 des Fahrzeuges 1 verbindbar sind, sind die Kühlmittelleitungen 8 in einen ersten Abschnitt 8.1 und einen zweiten Abschnitt 8.2 unterteilt, wobei die Länge des ersten Abschnittes 8.1 derart ausgebildet ist, dass dieser von der Wärmeleitplatte 6 zumindest bis zum der Batterie 2 abgewandten Ende des Rohres 5 verläuft. Der zweite Abschnitt 8.2 der Kühlmittelleitung 8 verläuft vom Ende des Rohres 5 bzw. vom Ende des ersten Abschnittes 8.1 bis zur Klimaanlage 7 des Fahrzeuges 1 und ist entlang der Außenseite des Fahrzeugunterbodens 1.1 geführt.
Um eine mediendichte Verbindung der beiden Abschnitte 8.1 und 8.2 zu erzielen, sind diese mittels Koppelelementen 11 miteinander verbunden. Die Koppelelemente 11 sind dabei insbesondere als wieder lösbare Verbindungen ausgebildet, so dass die Batterie 2 beispielsweise bei Wartungsarbeiten einfach und schnell von den Kühlmittelleitungen 8, insbesondere vom zweiten Abschnitt 8.1 dieser, trennbar und somit leicht demontierbar ist.
Um eine Zugentlastung der Kühlmittelleitungen 8, insbesondere des ersten Abschnittes 8.1 dieser, zu erzielen, sind in dem Batteriegehäuse 2 und/oder in dem Rohr nicht näher dargestellte Befestigungselemente angeordnet, welche weiterhin ein Lösen der Kühlmittelleitungen 8 von der Wärmeleitplatte 6, beispielsweise durch Vibrationen während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges, verhindern.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den 4A und 4B dargestellt, wobei die Öffnung O des Batteriegehäuses 2 als Anschlussstutzen ausgebildet und das der Batterie 2 zugewandte Ende des Rohres 5 wieder lösbar mit dem Anschlussstutzen ist, so dass das Rohr 5 einfach aufsteckbar und abziehbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr fest an der Karosserie des Fahrzeuges 1, insbesondere an dessen Fahrzeugunterboden 1.1, befestigt, so dass die Batterie 2 ohne das Rohr 5 in das Fahrzeug 1 eingebaut werden kann und dabei mittels des Anschlussstutzens an das Rohr 5 angeschlossen werden kann. Später ist es somit möglich, die Batterie 2 mit dem Gehäuse 4 aus dem Fahrzeug 2 auszubauen und dabei das Rohr 5 im Fahrzeug 2 zu belassen.
Damit die Verbindungsstelle zwischen dem Rohr 5 und der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung O des Batteriegehäuses dicht ausgeführt ist, befinden sich an dem Anschlussstutzen 6 drei als Dichtringe ausgeführte Dichtelemente 12, welche vorzugsweise aus Teflon gebildet sind und damit besonders temperaturbeständig sind.
Zur Verbindung der beiden Abschnitte 8.1 und 8.2 der Kühlmittelleitungen 8 ist die Länge des ersten Abschnittes 8.1 derart ausgebildet, dass dieser bis zum der Batterie 2 abgewandten Ende der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung O verläuft, so dass der zweite Abschnitt 8.2 mittels der Koppelelemente 11 mit dem ersten Abschnitt 8.1 verbindbar ist.
Die Kühlmittelleitungen 8 sind in allen dargestellten Ausführungsbeispielen als starre Rohrleitungen, insbesondere korrosionsbeständige Metallrohre, ausgebildet, da diese sich durch eine hohe mechanische Stabilität und Langlebigkeit auszeichnen. Insbesondere bei der Verwendung von Kohlenstoffdioxid als Kühlmittel, welches unter hohen Druck in den Kühlmittelleitungen 8 geführt wird, ist diese mechanische Stabilität von Vorteil.
In weiteren nicht näher dargestellten Ausführungen sind die Kühlmittelleitungen 8 alternativ als flexible Leitungen, insbesondere mit einer Metallgewebeummantelung, z. B. als Stahlflexleitungen, ausgebildet, welche sich neben ihrer Flexibilität und somit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten durch eine hohe mechanische Stabilität auszeichnen und insbesondere gegenüber von außen wirkenden Kräften sehr widerstandsfähig sind. Dies ist insbesondere bei der Verlegung der Kühlmittelleitungen 8 an der Außenseite des Fahrzeugunterbodens 1.1 von großem Vorteil, da die Kühlmittelleitungen 8 an dieser Position häufig von außen wirkenden Kräften, wie beispielsweise bei einem ”Aufsetzen” des Fahrzeuges 1 auf einer Fahrbahnoberfläche, ausgesetzt sind.

1: Fahrzeug
1.1: Fahrzeugunterboden
2: Batterie
3: Einzelzelle
3.1: Polkontakt
4: Batteriegehäuse
4.1: Obere Gehäusehälfte
4.2: Untere Gehäusehälfte
4.21: Materialaussparung
5: Rohr
6: Wärmeleitplatte
7: Klimaanalge
8: Kühlmittelleitung
8.1: Erster Abschnitt
8.2: Zweiter Abschnitt
9: Zellverbinder
10: Baueinheit
10.1: Hochvolt-Anschluss
11: Koppelelement
12: Dichtelement
O: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006045564 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie (2), umfassend eine in einem Batteriegehäuse (4) angeordnete Wärmeleitplatte (6) zur Kühlung der Batterie (2), wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (3) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (6) verbunden sind und die Wärmeleitplatte (6) mit einem Kühlmittel einer Klimaanlage (7) eines Fahrzeuges (1) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (4) eine Öffnung (O) zur Abführung von Gasen aufweist, an welche ein Rohr (5) angeschlossen ist, dessen der Batterie (2) abgewandtes Ende außerhalb eines Fahrzeuginneren angeordnet ist, wobei eine oder mehrere Kühlmittelleitungen (8) von der Klimaanlage (7) durch das Rohr (5) und die Öffnung (O) zu der Wärmeleitplatte (6) in das Batteriegehäuse (4) zu der Wärmeleitplatte (6) und/oder von der Wärmeleitplatte (6) aus dem Batteriegehäuse (4) zu der Klimaanlage (7) geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) bodenseitig angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit der Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) verbunden ist und durch eine mit dem Rohr (5) korrespondierende weitere Öffnung in einer Karosserie des Fahrzeuges (1), insbesondere in einem Fahrzeugunterboden (1.1), nach außerhalb des Fahrzeuginneren führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) als Anschlussstutzen ausgebildet ist und ein der Batterie (2) zugewandtes Ende des Rohres (5) mit dem Anschlussstutzen lösbar verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) an einer Karosserie des Fahrzeuges (1) befestigt ist, wobei die Karosserie an einer Verbindungsstelle mit dem Rohr (5) eine zu der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) korrespondierende weitere Öffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) und/oder an dem der Batterie (2) zugewandten Ende des Rohres (5) zumindest ein Dichtelement (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (8) in mehrere Abschnitte (8.1, 8.2) unterteilt sind, wobei ein erster Abschnitt (8.1) von der Wärmeleitplatte (6) zumindest bis zum der Batterie (2) abgewandten Ende des Rohres (5) oder bis zum der Batterie (5) abgewandten Ende der als Anschlussstutzen ausgebildeten Öffnung (O) des Batteriegehäuses (4) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abschnitt (8.2) der Kühlmittelleitungen (8) außerhalb des Fahrzeuginneren von einem der Batterie (2) abgewandten Ende des ersten Abschnittes (8.1) bis zu der Klimaanlage (7) des Fahrzeuges (1) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (8.1) und der zweite Abschnitt (8.2) der Kühlmittelleitungen (8) anhand von lösbaren Koppelelementen (11) miteinander koppelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des ersten Abschnittes (8.1) der Kühlmittelleitungen (8) Befestigungselemente vorgesehen sind, welche im Batteriegehäuse (4) und/oder in dem Rohr (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (8.2) der Kühlmittelleitungen (8) entlang einer Außenseite eines Fahrzeugunterbodens (1.1) geführt ist, wobei an dem Fahrzeugunterboden (1.1) Befestigungselemente zur Befestigung der Kühlmittelleitungen (8) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Kohlenstoffdioxid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (8) als starre Rohrleitungen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (8) als flexible Leitungen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als flexible Leitungen ausgebildeten Kühlmittelleitungen (8) eine Metallgewebeummantelung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) in dem Fahrzeuginneren in einer Fahrgastzelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) in dem Fahrzeuginneren in einem Kofferraum angeordnet ist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Fahrzeug (1), insbesondere in einem Hybrid-Fahrzeug oder in einem brennstoffzellengetriebenen Fahrzeug, genutzt wird.