DE102009018787A1 - Batteriemodul - Google Patents

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Abstract

Ein Batteriemodul bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen und mit Aussparungen versehenen Anschlüsse in mindestens zwei Reihen derart angeordnet sind, dass die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse einer jeweiligen Reihe einander zugewandt sind, dass die Anschlüsse jeder Reihe durch gezielt angeordnete, leitende Abstandselemente und ggf. isolierende Abstandselemente in Abstand zueinander gehalten sind, dass innerhalb des Moduls die Zellen durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse in der einen oder der anderen Reihe elektrisch in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind und dass die Anschlüsse jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente durch eine Spanneinrichtung aneinander gepresst sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss aufweisen und befasst sich insbesondere mit Akkumulatoren, insbesondere Lithiumionenzellen, die zur Bildung einer Traktionsbatterie bzw. -batteriemodul für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsstrang verwendet werden. Solche Batteriemodule können z. B. in elektrischen Fahrzeugen, Hybridfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren oder Hybridfahrzeugen mit Brennstoffzellen eingesetzt werden. Durch den modularen Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es auch für andere Zwecke verwendet werden, z. B. bei stationären Anwendungen oder Kleintraktionsanwendungen, wie beispielsweise in einem Rollstuhl.
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul wird bevorzugt auf der Grundlage von Lithiumionenzellen aufgebaut, es kann aber im Prinzip auch jede andere verfügbare wieder aufladbare Batteriezelle zur Anwendung kommen.
  • Ein Batteriemodulsystem, das aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen zusammengebaut ist, kann beispielsweise ausgelegt werden, um einen Leistungsbereich abzudecken mit einem Energieinhalt zwischen 1 kWh und 400 kWh oder mehr und kann ohne weiteres in einem Spannungsbereich zwischen 12 und 800 V arbeiten. Insbesondere kann ein Batteriemodul beispielsweise ausgelegt werden, um mit zwölf einzelnen Zellen die jeweils eine Zellenspannung von 3,6 V aufweisen, ein Batteriemodul mit einem gesamten Energieinhalt von 1,728 kWh aufzubauen, das je nach Verschaltung der einzelnen Zellen Ausgangsspannungen im von Bereich 10,8 V bis 43,2 V bei Stromabnahme im Bereich zwischen 160 A/h und 40 A/h aufweist. Beispielsweise bei einer 3s4p-Schaltung, d. h. mit jeweils vier parallel verschalteten Zellen, die drei Mal in Reihe hintereinander geschaltet sind, kann eine Ausgangsspannung von 10,8 V (3 × 3,6 V) erzeugt werden und eine solches Batteriemodul ermöglicht dann eine Stromabnahme von bis zu 160 A/h. Mit einer Konfiguration von 12s1p, d. h. mit zwölf Zellen in Reihe kann eine Ausgangsspannung von 43,2 V erreicht werden (12 × 3,6 V) und es ist eine Stromabnahme von 40 A für eine Stunde möglich. Im Allgemeinen ist die Notation: XsYp so zu verstehen, dass X die Anzahl der Serienzellen angibt, und Y die Anzahl der parallelen Zellen bedeutet. Durch die Verschaltungsvarianten ergeben sich also bei gleicher Modulgröße und gleichem Grundaufbau verschiedene Modulspannungen.
  • Um höhere Spannungen zu erreichen, können dann eine entsprechende Anzahl von Batteriemodulen elektrisch in Reihe geschaltet werden, wobei die Verschaltung der einzelnen Batteriemodule miteinander auch nach dem Muster XsYp erfolgen kann.
  • Ein Referenzsystem zum Einsatz in batterieelektrischen Kompaktfahrzeugen kann sich beispielsweise an folgenden Eckpunktdaten orientieren: Gesamtenergieinhalt der Module 13,824 kWh (d. h. acht Batteriemodule je 1,732 kWh), Spannungslage 400 V und Dauerleistung ±20 kW. Hierzu ist anzumerken, dass für die Erzeugung einer Spannungslage von 400 V es notwendig sein kann, die Gesamtausgangsspannung der Batterie mit Hilfe eines Umrichters bzw. eines Transformators heraufzusetzen. Beispielsweise würde bei Verwendung von acht Batteriemodulen der oben genannten Art in einer 6s2p Konfiguration mit 21,6 V Ausgangsspannung je Batteriemodule eine Gesamtausgangsspannung bei einer Reihenschaltung aller acht Batteriemodule von 8 × 21,6 V = 172,38 V erreicht.
  • Selbst wenn ein Batteriemodulsystem dieser Art ausgelegt ist für eine Dauerleistung von ±20 kW, können dennoch zu Beschleunigungszwecken Spitzenleistungen von beispielsweise 100 kW kurzfristig von der Batterie abverlangt werden, wodurch ausgezeichnete Beschleunigungswerte sich erzielen lassen.
  • Im Ladebetrieb kann beispielsweise mit einer Ladeleistung von 40 kW gearbeitet werden.
  • Die oben angegebenen Werte sind rein beispielhaft genannt, stellen aber andererseits Werte dar, die durchaus mit kommerziell verfügbaren Lithiumionenbatterien erreicht werden können.
  • Grundsätzlich kann auf der Zellebene die geeignetste erscheinende Technologie der Batterieauslegung nach den Kriterien technisches Potential wie z. B. Energie- und Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer, Kostenpotential und Ressourcenverfügbarkeit ausgewählt werden. Auf der Systemebene bzw. Modulebene müssen zusätzlich die Sicherheit, die Langlebigkeit und Komfort im Betrieb berücksichtigt werden. Ferner sollen die zusätzlichen Maßnehmen, die erforderlich sind, um ein funktionsfähiges Batteriesystem zu erreichen, ein Minimum an Zusatzkosten-Gewicht und -Volumen beanspruchen. Solche zusätzliche Maßnahmen betreffen z. B. das elektrische Management des Batteriemoduls, das thermische Management des Batteriemoduls, die Integration auf Zell- und Modulebene sowie die Integration in einem Fahrzeug.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriemodul bzw. ein Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Modulen zur Verfügung zu stellen, das kompakt aufgebaut ist und thermisch optimiert ausgelegt ist, wodurch die Betriebstemperatur des Batteriemoduls bzw. des Batteriemodulsystems innerhalb von engen Grenzen gehal ten werden kann, um das lokale Überhitzen einzelner Zellen oder erhöhte Temperaturen einer oder mehrerer Zellen möglichst zu vermeiden.
  • Ferner soll, ausgehend von einer Grundkonstruktion, die Auslegung der jeweiligen Batteriemodule je nach den konkret geforderten Einsatzbedingungen variabel gestaltet werden und das Erreichen einer kompakten und leicht anschließbaren Auslegung des Batteriemoduls bzw. des Batteriemodulsystems sowie die preisgünstige Herstellung von solchen Batteriemodulen und Batteriemodulsystemen preisgünstig ermöglicht werden.
  • Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Batteriemodul der eingangs genannten Art vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass die flächigen und mit Aussparungen versehenen Anschlüsse in mindestens zwei Reihen derart angeordnet sind, dass die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse einer jeweiligen Reihe einander zugewandt sind, dass die Anschlüsse jeder Reihe durch gezielt angeordnete, leitende Abstandselemente und ggf. isolierende Abstandselemente in Abstand zueinander gehalten sind, dass innerhalb des Moduls die Zellen durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse in der einen oder der anderen Reihe elektrisch in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind und dass die Anschlüsse jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente durch eine Spanneinrichtung aneinander pressbar sind.
  • Ein solcher mechanischer Aufbau des Batteriemoduls ermöglicht es zunächst, je nach der gezielten Anordnung der positiven und negativen Anschlüsse der Zellen innerhalb des Moduls verschiedene Betriebsspannungen und Betriebsströme mit einer grundsätzlich ähnlichen Auslegung des Batteriemoduls zu erreichen, so dass die meisten Komponenten in den verschiedenen Varianten verwendet werden können und wenige Sonderbauteile wenn überhaupt benötigt werden, die sonst die Herstellungskos ten erhöhen würden. Auch ist es grundsätzlich möglich, die Anzahl der Zellen je Batteriemodul flexibel zu wählen und dennoch viele gemeinsame Komponenten bei der Herstellung der jeweiligen Batteriemodule zu verwenden. Die Batteriegröße ist durch den modularen Ansatz und die elektrischen und hydraulischen Verbindungsmöglichkeiten in weiten Bereichen skalierbar. Die Konstruktionsprinzipien lassen sich schnell und einfach mit geänderten Zellgeometrien oder Leistungsdaten an andere Flachzellen anpassen.
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul kann somit flexibel gestaltet werden und weist quasi selbst einen modularen Aufbau auf.
  • Durch die Verwendung von flächigen Anschlüssen gelingt es einerseits, die einzelnen Zellen, die vorzugsweise quaderförmig in Draufsicht sind, relativ flach auszubilden, wodurch aus den einzelnen Zellen über die flächigen Anschlüsse Wärme abgeführt werden kann. Durch die sich hierdurch ergebende flache Quaderform der Zellen kann auch Wärme von den Flachseiten der Zelle gut abgeführt werden, wodurch eine Voraussetzung für das Erzielen eines engen Betriebstemperaturbereichs in der Zelle geschafft werden kann. Dadurch, dass die Anschlüsse jeder Reihe durch eine jeweilige Spanneinrichtung aneinander bzw. an den dazwischen angeordneten Abstandselementen gepresst sind, kann sichergestellt werden, dass Widerstandsverluste an den verschiedenen Anschlüssen nicht entstehen bzw. nur in geringem Maße entstehen und dass das Batteriemodul stets die gewünschte Ausgangsspannung aufweist.
  • Besonders günstig ist es, wenn die flächigen Anschlüsse durch Verlängerungen der Elektroden der Zellen gebildet sind und zur aktiven Kühlung der Zellen für eine gezielte Wärmeabfuhr von den Zellen ausgelegt und an eine wärmeabführende Kühleinrichtung angeschlossen sind. Hierdurch wird die Abfuhr von Wärme aus dem Inneren der Zelle begünstigt.
  • Die Spanneinrichtung ist vorzugsweise durch mindestens einen Spannbolzen, insbesondere durch mindestens einen bevorzugt rohrförmigen Spannbolzen für jede Reihe gebildet.
  • Bei Verwendung von rohrförmigen Spannbolzen, die aus Gewichtersparnisgründen günstig sind, wäre es auch denkbar, diese im Inneren mit einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, zu kühlen, um die Abführung von Wärme zu begünstigen.
  • Ein solcher rohrförmiger gekühlter Spannbolzen kann an mindestens einer Stelle thermisch an die leitenden oder nicht leitenden Abstandselemente (und somit thermisch an die Zellanschlüsse) und/oder direkt an die Zellanschlüsse angebunden sein. Somit kann auch die Spanneinrichtung verwendet werden, um Wärme aus den Zellen gezielt abzuführen.
  • Die Spannbolzen werden im Regelfall von einer isolierenden Hülse umgeben, um unerwünschte Kurzschlüsse zu vermeiden.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Zellen zumindest im Wesentlichen die Form eines flachen Quaders aufweisen, wobei die positiven und negativen flächigen Anschlüsse jeder Zelle vorzugsweise in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle parallel angeordnet ist bzw. sind.
  • Hierdurch wird nicht nur eine kompakte Anordnung begünstigt, sondern jede Zelle kann je nach Auslegung des Batteriemoduls entweder in einer Richtung eingebaut werden, bei der beispielsweise der positive Anschluss auf der linken Seite der Zelle und der negative Anschluss auf der rechten Seite der Zelle vorliegen oder sie können umgedreht eingebaut werden, so dass der negative flächige Anschluss auf der linken Seite und der positive Anschluss auf der rechten Seite zu liegen kommen. Auch kann bei einer derartigen Anordnung diese so getroffen werden, dass stets mit die gleiche Form aufweisenden Abstandselementen gearbeitet werden, wodurch die Abstandselemente für sich kostengünstiger und rationell in größeren Serien herstellbar sind.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform ist es günstig, wenn der Pol des Batteriemoduls an ein erstes Ende der einen Reihe angeschlossen und der andere Pol an das dem genannten ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende der gleichen Reihe angeschlossen ist. Der Pol an dem zweiten Ende der Reihe wird dann über eine Verlängerung zum dem genannten ersten Ende benachbarten ersten Ende der anderen Reihe geführt. Hierdurch können elektrische Verbindungen zu den beiden Polen an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls vorgenommen werden, beispielsweise können die Polanschlüsse dann an der Oberseite der Batterie liegen, wo sie gut zugänglich sind.
  • Bei dieser Konstruktion ist es ohne Weiteres möglich, ein Abstandselement der genannten anderen Reihe zur Halterung der Verlängerung seitlich der anderen Reihe zu verlängern.
  • Besonders günstig ist es, wenn ein Kühlmodul vorgesehen ist, das an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls Kühlplatten aufweist, sowie mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten versehen ist, die zwischen sich die Zellen aufnehmende Fächer bilden.
  • Wie nachfolgend später erläutert wird, ist es dann möglich, bei einer kompakten Bauweise die beiden Kühlplatten mittels einer Kühlflüssigkeit wirksam über zumindest im Wesentlichen ihrer gesamten Fläche zu kühlen und hierdurch auch möglich, Wärme von den beiden Kühlplatten ver bindenden wärmeleitenden Verbindungsplatten abzuziehen, wodurch die Zellen die benachbart zu den Kühlplatten angeordnet sind, ebenfalls intensiv gekühlt werden.
  • Besonders günstig bei einer derartigen Ausführungsform ist eine Anordnung, bei der jeweils zwei insbesondere flache quaderförmige Zellen in jedem Fach angeordnet sind, wobei gegebenenfalls jeweils eine Zelle auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten angeordnet werden kann. Hierdurch ist jede Zelle auf mindestens einer Seite einer wärmeabführenden Verbindungsplatte benachbart angeordnet, wodurch Wärme günstig aus der schmalen flachen Zelle über die entsprechende Breitseite der Zelle abgezogen wird.
  • Die seitlich angeordneten Kühlplatten sind vorzugsweise von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ausgebildet, die vorzugsweise durch schlangenartige Passagen der Platten gegebenenfalls durch eine Verbindungsleitung zwischen den Kühlplatten hindurchgepumpt werden kann. Auf diese Weise können die Kühlplatten vollflächig gekühlt werden, wodurch ebenfalls eine günstige Wärmeabfuhr von den Verbindungsplatten erreichbar ist.
  • Die schlangenartigen Passagen weisen jeweils einen Eingang und einen Ausgang auf, wobei die Eingänge und die Ausgänge vorzugsweise auf einer Seite des Batteriemoduls vorgesehen sind, insbesondere auf der gleichen Seite wie die Pole. Dies bedeutet, dass bei der Verwendung von mehreren Batteriemodulen in einem Batteriemodulsystem nicht nur die elektrische Verbindung zwischen den Modulen sondern auch die Kühlflüssigkeitsverbindungen zwischen den Modulen besonders günstig von ein und derselben Seite vorgenommen werden können. Auch macht eine derartige Anordnung die Auslegung des Modulgehäuses einfacher, in dem das Batteriemodul eingebaut wird.
  • Die Kühlplatten selbst sind vorzugsweise jeweils durch mindestens eine Kanäle aufweisende Grundplatte und eine Abdeckplatte gebildet, wobei die Abdeckplatte mit der Grundplatte verschweißt oder verklebt ist. Die Platte mit den Kanälen kann dann als einfaches Pressteil erzeugt werden, während die Abdeckplatte durch ein zumindest im Wesentlichen nicht verformtes Blechteil gebildet ist. Dies stellt eine preisgünstige Möglichkeit dar, eine solche Kühlplatte herzustellen. Alternativ kann die Kühlplatte auch als ein schlangenförmig/mäandernd gewundenes Rohr funktional ersetzt werden.
  • Insbesondere soll mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ein jeweiliges isolierendes vorzugsweise zweiteiliges Gehäuse zur Anwendungen gelangen, aus dessen einem Teil die Pole und die gegebenenfalls vorhandenen Kühlmittelanschlüsse heraus führbar sind.
  • Das Gehäuse kann ein Vorspannmittel, beispielsweise in Form einer Schaumstoffeinlage auf dessen beiden einander zugewandten Innenseiten aufweisen, die auf der entgegengesetzten Seite des Batteriemoduls angeordneten Zellen an die diesen Zellen benachbart angeordneten wärmeleitenden Verbindungsplatten anzudrücken. Durch diese Vorspannung wird die Wärmeabfuhr von den außen angeordneten Zellen begünstigt. Die Zellen, die paarweise in den Fächern unterhalb des Kühlmoduls angeordnet sind, können entweder eng an den die jeweiligen Fächer bildenden Verbindungsplatten anliegen oder mittels einer Schaumstoffeinlage oder eine wärmeleitende Paste zwischen den Zellen in enger wärmeleitender Verbindung mit den Verbindungsplatten gebracht werden.
  • Besonders günstig ist es, wenn das Gehäuse ferner eine Anschlussstelle für ein Batteriemanagementsystem aufweist, die vorzugsweise an der gleichen Seite des Gehäuses vorgesehen ist wie die Pole und die Kühlmittelanschlüsse. Beim Einbau des Batteriemoduls in ein Fahrzeug können dann sowohl die elektrischen Anschlüsse zu den Polen wie auch die Kühlmittelanschlüsse zu dem Kühlmodul und auch der Anschluss des Batteriemanagementsystems von einer Seite der Batterie aus erfolgen, wobei im Falle des Batteriemanagementsystems ein einfacher herkömmlicher Schnittstellenstecker oder Busstecker verwendet werden kann.
  • Wie oben erwähnt, können die erfindungsgemäßen Batteriemodule zu einem Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen zusammengesetzt werden, wobei dies vorzugsweise so erfolgt, dass mehrere parallele Kühlkreise insbesondere von sieben bis neun parallele Kühlkreise vorgesehen sind, die über ein Verteilerrohr gespeist sowie an ein Sammelrohr angeschlossen sind. Besonders günstig ist es, wenn jeweils zwei bis vier und insbesondere zwei Batteriemodule in Reihe aneinander angeschlossen werden, wobei die Kühlpassagen innerhalb der Batteriemodule vorzugsweise mit einem Strömungsquerschnitt entsprechend dem eines Rohres mit einem lichten Durchmesser von 8 bis 9 mm ausgebildet sind.
  • Mit einer derartigen Flüssigkeitskühlung können das Verteilerrohr und das Sammelrohr mit einer Hauptleitung kommunizieren, die eine Pumpe und einen Kühler gegebenenfalls mit Lüfter aufweist. Über den Kühler und den vorzugsweise verwendeten Lüfter kann dann Wärme dem Kühlsystem entzogen werden.
  • Die Hauptleitung bzw. ein etwaiger Vorratsbehälter für die Kühlflüssigkeit, von der die Hauptleitung abgeht, können ferner eine Heizeinrichtung aufweisen, die zur Vorwärmung der Kühlflüssigkeit und dementsprechend der einzelnen Zellen herangezogen werden kann, beispielsweise dann, wenn aufgrund der Außentemperatur die Betriebstemperatur der Batterien sonst zu niedrig wäre. Mit anderen Worten, kann das vorhandene Kühlsystem ohne Weiteres herangezogen werden, um die Batteriemodule vorzuwärmen, d. h. auch als Heizsystem verwendet werden.
  • Die Hauptleitung kann ferner einen (gegebenenfalls zusätzlichen) Wärmetauscher mit mindestens einem weiteren Kreislauf aufweisen, der eine Heizungsanlage bzw. eine Klimaanlage speist. Hierdurch kann die Wärme die vom Batteriemodulsystem abgezogen wird, zur Klimatisierung bzw. zum Heizen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs verwendet werden.
  • Das Batteriemodulsystem kann in Kombination mit einem Ventil stehen, das derart ansteuerbar ist, dass die Abluft von dem Kühler wahlweise mindestens teilweise in den Innenraum einer Fahrgastzelle zur Heizung oder nach außen lenkbar ist, falls die Fahrgastzelle ohnehin ausreichend erwärmt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls,
  • 2A eine perspektivische Darstellung der Vorderseite des Kühlmittels der 1 mit eingesetzten Lithiumionenzellen sowie einer vorderen Platte, d. h. der Vorderseite eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls ohne Gehäuse,
  • 2B eine Draufsicht auf eine Zelle, die in der Ausführung gemäß 2A zum Einsatz kommt,
  • 2C eine Seitenansicht der Zelle der 2B entsprechend dem Pfeil IIC der 2B,
  • 3A eine vordere Ansicht des Batteriemoduls der 2 mit der genannten vorderen Platten entfernt, nur mit den Anschlüssen der Zellen sichtbar,
  • 3B eine Sicht von oben auf die Darstelldung gemäß 3A,
  • 3C eine perspektivische Darstellung einer Grundplatte des Batteriemoduls der 2 und 3 mit Darstellung der Spannbolzen,
  • 4 eine Darstellung von einigen möglichen elektrischen Konfigurationen eines erfindungsgemäßen Traktionsbatteriemoduls einschließlich der 6s2p Konfiguration, die bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul gemäß 2 und 3 verwendet wird,
  • 5 eine zweite schematische Darstellung der Verschaltung des Batteriemoduls gemäß 3A entsprechend der 6s2p Konfiguration der 4,
  • 6 eine weitere schematische Darstellung, die es erleichtert, den Schaltplan gemäß 5 in Einklang mit der Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls gemäß 3A zu bringen,
  • 7A7E Zeichnungen, die der Konstruktion der Kühlplatte gemäß 1 genauer angeben, wobei die 7A eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen linken Kühlplatte des Kühlmoduls gemäß 1 zeigt, bei der Einlass- und Auslassrohre noch nicht angebracht sind,
  • 7B eine Schnittzeichnung des gepressten inneren Seitenteils der Kühlplatte der 7A an der Schnittebene VIIB-VIIB der 7D zeigt,
  • 7C eine vergrößerte Darstellung des kreisförmigen Bereichs der 7B zeigt,
  • 7D eine Draufsicht auf die gepresste innere Platte der 7A zeigt und die
  • 7E eine perspektivische Darstellung der zu einem kleinen Maßstab des verpressten inneren Seitenteils der Kühlplatte 18 der 7A zeigt,
  • 8A eine perspektivische Darstellung von vorne und von oben auf die untere Hälfte eines Gehäuses für das Batteriemodul gemäß 2,
  • 8B eine perspektivische Darstellung auf der Unterseite der Gehäusehälfte der 5A jedoch in kleinerem Maßstab,
  • 8C eine perspektivische Darstellung von vorne, von rechts und von oben auf die obere Hälfte des Gehäuses des Batteriemoduls,
  • 8D eine perspektivische Darstellung auf die Innenseite der oberen Gehäusehälfte der 5C jedoch zu einem kleineren Maßstab,
  • 8E eine perspektivische Darstellung von vorne, von rechts und von oben auf das Gehäuse des fertig gestellten Batteriemoduls,
  • 9 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführung der Kühlplatten aus 7a durch die Verwendung eines oder mehrerer mäanderförmig gebogener Rohre anstelle einer Blechkonstruktion,
  • 10A10C drei Zeichnungen, die zur Erläuterung der möglichen Auslegung der Kühlung bei einem erfindungsgemäßen Batteriemodulsystem mit acht einzelnen Batteriemodulen,
  • 11A ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit jeweils zwei Batteriemodulen in Reihe,
  • 11B ein erfindungsgemäßes Kühlsystem ähnlich dem der
  • 13A aber mit zwei getrennten Kühlpfaden je Batteriemodul,
  • 11C eine weitere erfindungsgemäße Auslegung eines Kühlsystems mit jeweils vier Batteriemodulen in Reihe,
  • 11D eine Zeichnung entsprechend der 11B, jedoch um vier weitere Module ergänzt,
  • 12A, 12B zwei Tabellen zur weiteren Erläuterung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
  • 13 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Pumpe und einem Kühler mit Lüfter, und
  • 14 eine Darstellung ähnlich der 13, jedoch mit einem weiteren Wärmetauscher.
  • Bezug nehmend zunächst auf die 1 und 2 wird ein Kühlmodul 10 in perspektivischer Darstellung gezeigt, das in nachfolgend näher zu erläuternden Weise zur Wärmeabfuhr von den einzelnen Zellen 12 eines Batteriemoduls 14 verwendet wird. Das Kühlmodul 10 weist an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls Kühlplatten auf und ist ferner mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten 20 versehen, die zwischen sich die Zellen 12 aufnehmenden Fächer 22 bilden. Die Verbindungsplatten 20 verfügen über rechtwinklig abgebogene Seitenteile 24, die vollflächig mit den Kühlplatten 16, 18 verklebt sind oder an diesen angeschweißt oder angelötet sind, um einen hochwertigen Wärmeübergang zwischen den Verbindungsplatten 20 und den Kühlplatten 16, 18 sicherzustellen.
  • Es ist erfindungsgemäß festgestellt worden, dass eine Verbindungsplatte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von etwa 1 mm vollkommen ausreicht, um eine ausreichende Wärmeabfuhr und eine ausreichend gleichmäßige Temperatur der einzelnen Zellen zu erreichen.
  • Jede Kühlplatte 16 bzw. 18 verfügt über einen jeweiligen rohrförmigen Eingang 26 und einen rohrförmigen Ausgang 28 für eine Kühlflüssigkeit, die beispielsweise, wie in 9 gezeigt, durch eine schlangenförmige Kühlpassage in jeder Kühlplatte 16, 18 von dessen Eingang 26 zu dessen Ausgang 28 strömen kann. Dabei können die rohrförmigen Eingänge und Ausgänge 26, 28 beispielsweise an geeigneten Stellen an die Kühlplatten 16, 18 angeschweißt bzw. angeklebt sein und mit der jeweiligen Schlangenpassage kommunizieren. Die rohrförmigen Eingänge und Ausgänge 26, 28 sind mit einer Schlauchtülle 30 bzw. 32 versehen, damit flexible Schläuche flüssigkeitsdicht an die Schlauchtüllen angeschlossen werden können.
  • Eine in 1 nicht gezeigte, in 9 aber doch dargestellte Verbindungsleitung 34 kann den Ausgang der linken Kühlplatte 18 (Ausgang in 1 nicht ersichtlich) mit dem Eingang 26 der rechten Kühlplatte 16 verbinden. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, werden die einzelnen Zellen 12 vorzugsweise paarweise in den Fächern des Kühlmoduls eingesetzt, wobei zusätzlich eine Zelle 12' auf der Oberseite der oberen Verbindungsplatte 20' in 1 und eine weitere Zelle (nicht sichtbar) unterhalb der untersten Verbindungsplatte 20'' in 1 angeordnet wird. Da in diesem Beispiel fünf Fächer 22 mittels sechs einzelnen Verbindungsplatten 20 gebildet sind, die jeweils zwei Zellen aufnehmen und zwei weitere Zellen auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten 20', 20'' angeordnet werden, umfasst das Batteriemodul 14 gemäß 2 zwölf einzelne Zellen 12. Selbstverständlich könnte diese Anzahl der einzelnen Zellen durch die Verwendung von weiteren Verbindungsplatten 20 und die entsprechende Ausbildung von weiteren Zellen 12 aufnehmenden Fächern 22 erhöht werden, beispielsweise auf vierzehn oder mehr. Dennoch scheint die Verwendung von zwölf Zellen 12 bei jedem Batteriemodul 14 eine besonders günstige Auslegung zu sein.
  • Auch kann die Auslegung des Kühlmoduls so gewählt werden, dass nur eine Zelle 12 in jedes Fach aufgenommen wird. Zur Steigerung der Wärmeübertragung von den Zellen an die Verbindungsplatten (und gegebenenfalls umgekehrt) kann zwischen den Zellen und den Verbindungsplatten eine wärmeleitende Paste (Leitpaste) oder Kleber vorgesehen werden.
  • Jede Zelle 12 weist in diesem Beispiel einen positiven und einen negativen Anschluss 36 bzw. 38 auf, wobei die positiven und negativen Anschlüsse 36 bzw. 38 insbesondere in Form von schwarzen waagrechten Linien aus den 2 und 3 ersichtlich sind. Sie sind in zwei Reihen, eine linke Reihe 40 und eine rechte Reihe 42 angeordnet, wobei in diesem Beispiel beide Reihen an der gleichen (vorderen) Seite des Batteriemoduls 14 angeordnet sind. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, die eine Reihe könnte beispielsweise an der Vorderseite des Batteriemoduls und die andere Reihe an der Rückseite des Batteriemoduls angeordnet werden. Wie insbesondere aus der 3A hervorgeht, sind die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse 36, 38 einer jeweiligen Reihe 40, 42 einander zugewandt angeordnet. Aus 3A geht hervor, dass die Anschlüsse 36, 38 jeder Reihe 40, 42 durch gezielt angeordnete leitende Abstandselemente 44 und isolierende Abstandselemente 46 in Abstand zueinander gehalten sind. Wie insbesondere auch aus den 5 und 6 ersichtlich und etwas später näher erläutert wird, sind innerhalb des Batteriemoduls 14 die Zellen 12 durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse 36, 38 in der einen oder anderen Reihe 40, 42 paarweise elektrisch parallel zueinander geschaltet und die sechs so gebildeten Zellenpaare sind elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei ist die Anschlussanordnung der 3A relativ leicht in 5 zu erkennen, und man kann dann die genaue Verschaltung der Zellen aus 6 besser sehen, die relativ leicht in Einklang mit 5 gebracht werden kann.
  • Die in 3A, 5 und 6 gezeigte Anordnung der Zellen entspricht der 6s2p Variante der 4, auch die anderen Varianten der 4, d. h. die 12s1p, 4s3p und 3s4p Varianten können durch entsprechende Anordnung der Anschlüsse 36 und 38 in den zwei Reihen 40 und 42 mit entsprechender Positionierung von leitenden und isolierenden Abstandselementen 44, 46 realisiert werden, und zwar unter Anwendung der gleichen Teile wie in der Ausführung gemäß 3A. Durch den flexiblen modularen Aufbau entstehen viele Freiheitsgrade.
  • Die Anschlüsse 36, 28 jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente werden durch eine Spanneinrichtung 48 aneinander gepresst.
  • Die Spanneinrichtung 48 für jede Reihe ist durch mindestens einen Spannbolzen 50 gebildet, vorzugsweise durch zwei solche Spannbolzen 50 (wie in 3A gezeigt). Die wärmeleitende Platte 52 (oder Grundplatte) ist hier an ihren beiden Enden 54, 56 an die jeweilige rechte und linke Kühlplatte 16, 18 wärmeleitend angeschraubt.
  • Jeder Spannbolzen 50 ist in diesem Beispiel durch eine Nietverbindung 57 in Form einer Bördelung mit der wärmeleitenden Grundplatte 52 verbunden. Stattdessen könnte aber auch eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung verwendet werden. Die Verwendung von zwei Spannbolzen bzw. Verschraubungen pro Pol ermöglicht es, den Anpressdruck zu erhöhen und sorgt zudem für eine besserte Verteilung der Kraft und der Redundanz. Die Polabgänge 66, 70 sind unabhängig von den Durchgangsbohrungen für die Spannbolzen 50 ausgeführt. Sie können somit flexibel nach Bedarf herausgeführt werden.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Spannbolzen 50 zur Erzeugung einer wärmeleitenden Verbindung aus Aluminium ausgeführt sind. Der Aufbau kann so gewählt werden, dass die Spannbolzen jeweils durch ein Aluminiumrohr mit einer sehr dünnen elektrisch isolierenden, mechanisch sehr stabilen und thermisch möglichst gut leitfähigen Beschichtung ausgeführt werden (anstatt eine getrennte isolierende Hülse vorzusehen, die der Wärmezufuhr abträglich ist). Die Verwendung von durchgehenden Spannbolzen 50 minimiert den Montageaufwand. Ferner besteht die Möglichkeit zur thermischen Anbindung der als Rohre ausgeführten Spannbolzen 50 diese mit durchströmender Kühlflüssigkeit zur Ableiterkühlung vorzusehen.
  • Die Isolation der Pole gegen die Verschraubung und Grundplatte kann beispielsweise über Pertinax oder Nomex-Papier erfolgen.
  • Die isolierenden Abstandselemente können ferner aus Pertinax oder Keramik bestehen.
  • Die elektrische Isolierung der durch Rohre gebildeten Spannbolzen kann auch durch Faserwerkstoffe oder Oberflächenbehandlung erfolgen.
  • Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die Spannbolzen 50 jeweils von einer isolierenden Hülse 58 umgeben. An ihren in 3 oberen Enden 60 sind die Spannbolzen jeweils mit einem Gewinde versehen, auf das eine jeweilige Mutter 62 aufgeschraubt wird, wobei jede Mutter 62 über eine Scheibe 63 angeordnet ist und angezogen werden kann, um die einzelnen Batterieanschlüsse 36, 38 an den dazwischen liegenden Abstandselementen 44, 46 zu verspannen und hierdurch dafür zu sorgen, dass Übergangswiderstände zwischen den einzelnen Zellenanschlüssen 36, 38 und den dazwischen liegenden leitenden Anschlusselementen 44 ausgeschlossen bzw. minimiert werden. Die Scheiben 63 können durch einzelne Scheiben gebildet sein oder die Form einer länglichen Platte mit zwei Löchern zur Aufnahme der Spannbolzen 50 aufweisen. Wie insbe sondere aus der 2B ersichtlich, haben die Zellen 12 zumindest im Wesentlichen die Form eines flachen Quaders, wobei die positiven und negativen flächigen Anschlüsse 36, 38 jeder Zelle 12 in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle parallel angeordnet ist bzw. sind.
  • Um die Einführung der Zellen in das Batteriemodul entsprechend der 2A zu ermöglichen, haben die Anschlüsse 36, 38 je zwei U-förmige Ausnehmungen 37, 39 – wie aus der 2B ersichtlich – die es ermöglichen, die Zellen 12 von hinten in das Kühlmodul 10 einzusetzen und nach vorne zu schieben, damit sie in den Klemmbereich der Spannbolzen gelangen. Ebenfalls wäre es möglich, die Zellen 12 vorher in das Kühlmodul 10 einzusetzen, von vorne oder von hinten, und die Spannbolzen 50 und Abstandselemente 44, 46 von vorne zwischen den Anschlüssen 36, 38 einzuführen, damit die Spannbolzen 50 in die U-förmigen Ausnehmungen gelangen.
  • Das Bezugszeichen 66 deutet auf den positiven Pol des Batteriemoduls 14 und ist an einem ersten Ende 68 der linken Reihe 40 der Anschlüsse angeschlossen, während der andere, der negative Pol 70 an das dem genannten ersten Ende 68 entgegengesetzten zweiten Ende 72 der linken Reihe angeschlossen ist. Der zweite Pol 70 ist über eine leitende Platte 74 und eine Verlängerung nach oben 76 zu dem genannten ersten Ende 68 der linken Reihe benachbarten ersten Ende 78 der rechten Reihe geführt, damit elektrische Verbindungen zu den beiden Polen 60 und 70 an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls 14 vornehmbar sind. In diesem Beispiel sind sowohl der positive Pol 66 wie auch der negative Pol 70 bzw. die entsprechende Verlängerung 76 mit einem jeweiligen Innengewinde 80 bzw. 82 versehen. Dies ermöglicht es, elektrische Anschlussleitungen (nicht gezeigt) an das jeweilige Batteriemodul 14 anzuschließen bzw. das jeweilige Batteriemodul 14 mit weiteren gleichartigen Modulen zur Bildung eines Batteriemodulsystems anzuschließen. Ferner sind die Innengewinde 80 und 82 innerhalb nach oben vorstehender zylindrischer Bünde vorgesehen (nicht gezeigt), die beim Einbau des Batteriemoduls in ein (isolierendes) Gehäuse einerseits den erforderlichen elektrischen Kontakt sicherstellen und andererseits aber eine Abdichtung gegen Wassereintritt ermöglichen, beispielsweise mittels eines an den zylindrischen Bund platzierten O-Rings, der gegen das Gehäuse den zylindrischen Bund und die Unterseite eines elektrischen Anschlusses abdichtet.
  • Ein Abstandselement 46 der rechten Reihe ist zur Halterung der Verlängerung 76 seitlich der rechten Reihe 42 verlängert, d. h. mit einer entsprechenden Verlängerung 84 versehen.
  • An dieser Stelle soll kurz erwähnt werden, dass die Enden der Verbindungsplatte 74 zwar ebenfalls von den Spannbolzen 50 der linken und rechten Reihe 40, 42 durchsetzt ist. Es wird aber zwischen der leitenden Verbindungsplatte 74 und dem unteren positiven Zellenanschluss 36 der rechten Reihe eine isolierende Platte gesetzt, da sonst ein Kurzschluss zwischen den rechten und linken Anschlüssen der untersten Zelle 12' erfolgen wird, was natürlich nicht sein darf. Die oberen enden 68 und 78 der linken und rechten Reihe 40, 42 sind ebenfalls mit einer isolierenden Platte 79 miteinander verbunden, durch die sich die Spannbolzen 50 erstrecken.
  • Wie oben kurz angedeutet, werden die seitlich eingeordneten Kühlplatten 16, 18 des Kühlmoduls 10 im Betrieb von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, die vorzugsweise schlangenartig durch entsprechende Passagen der Platten 16, 18 und gegebenenfalls durch eine Verbindungsleitung 36 zwischen den Kühlplatten 16, 18 hindurchgepumpt werden kann.
  • Die konkrete Ausbildung der Kühlplatten geht im Detail aus den 7A bis 7E hervor. Wie die 7A zeigt, wird der rohrförmige Eingang der Kühlpassage, der in diesem Beispiel linken Platte von oben nach unten geführt und ist dort an einen seitlichen Lappen 86 der Kühlplatte 16 angebracht, was beispielsweise durch eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung oder eine geklebte Verbindung erfolgen kann. Die schlangenförmige Kühlpassage führt dann im Beispiel der 7A mit einem ersten senkrechten Abschnitt 88 nach oben, dann mit einem zweiten waagerechten Abschnitt 90 nach rechts, dann über einen weiteren kurzen senkrechten Abschnitt 92 nach unten, über den vierten waagerechten Abschnitt 94 nach links, über einen fünften senkrechten Abschnitt 96 auf der linken Seite der Kühlplatte nach unten, über einen sechsten waagerechten Abschnitt 98 nach rechts, über einen siebten senkrechten Abschnitt auf der rechten Seite der Kühlplatte nach unten, über einen siebten waagerechten Abschnitt 100 der Kühlpassage nach links und über einen achten waagerechten Abschnitt 102 der Kühlpassage nach links zu einem weiteren senkrechten Abschnitt 104, der anschließend über einen weiteren waagrechten Abschnitt 106 nach rechts zu einem weiteren Lappen 108 führt, an dem der rohrförmige Ausgang 28 angeschlossen ist (hier ebenfalls mittels einer Lötverbindung, einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung).
  • Die Passagen 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 und 106 selbst werden, wie aus der 7B ersichtlich ist, durch eine entsprechende Verpressung eines Blechteils bzw. einer Grundplatte 85 erzeugt, die zu Rippen 109 zwischen den Kühlpassagen 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 sowie oben und unten am Blechteil führen, an denen ein ebenes Abschlussblech 110 angeschlossen werden kann, auch hier mittels einer Lötverbindung, einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung. Das Ergebnis ist in perspektivischer Darstellung (zu einem kleineren Maßstab) der 7E zu entnehmen. Die linken und rechten Kühlplat ten 6, 18 sind identisch aufgebaut, so dass nur drei verschiedene Teile erforderlich sind, um beide Kühlplatten zu bilden. Es handelt sich um das verrippte Blechteil der 7B, das Abschlussblech 110 sowie das gedrehte Rohrteil, die die Eingangs- und Ausgangsrohre 26, 28 bilden. Alle Teile bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
  • Durch die Verwendung eines rohrförmigen Eingangs 26 und eines rohrförmigen Ausgangs 28 kann auf diese Weise der eigentliche Eingang und der eigentliche Ausgang auf der gleichen Seite des Batteriemoduls vorgesehen werden, und zwar vorzugsweise auf der gleichen Seite wie die Polanschlüsse 80 und 82, d. h. die obere Seite des Batteriemoduls 14, wie man dem konkreten Beispiel gemäß 2A und 3A entnehmen kann. Es wäre allerdings schon möglich, die Eingangs- und Ausgangsverbindungen zu den schlangenartigen Kühlplatten andersartig zu realisieren, beispielsweise dadurch, dass man die Anschlüsse 36, 38 beide an der oberen Seite der Kühlplatte gemäß 7A vornimmt oder der Eingang 36 oder der Ausgang 38 oben und der jeweils andere Ausgang 38 bzw. Eingang 36 unten anordnet. Es soll wohl auch zum Ausdruck gebracht werden, dass es nicht absolut zwingend erforderlich ist, die linken und rechten Platten 16, 18 des Kühlmoduls 10 als direkt gekühlte Platten auszubilden, in dem Sinne, dass dort Flüssigkeitspassagen für eine Kühlflüssigkeit vorliegen, sondern es wäre denkbar, auch eine rückseitige Platte des Kühlmoduls vorzusehen und diese mit Kühlpassagen entsprechend auszubilden, während die linke und rechte Platte 18, 16 des Kühlmoduls 10 durch einfache Blechplatten ausgebildet werden. Die bevorzugte Anordnung ist jedoch die Ausführung gemäß 1 bzw. 7A bis 7E und 9.
  • Die Geometrie der Kühlpassagen gemäß 7A kann so geändert werden, dass die Kanäle parallel durchflossen werden. So entsteht weniger Druckverlust und es können mehrere Kühlplatten bzw. Kühlmodule in Reihe verschaltet werden. Dies bedeutet, dass die rohrförmigen Anschluss- und Abflussrohre 26, 28 jeweils an mehreren parallel zueinander verlaufenden Kühlpassagen der Kühlplatten angeschlossen werden müssen, anstelle der schlangenförmigen Anordnung gemäß 7A bis 7E.
  • Das Kühlmodul 10 gemäß 1 mit den eingesetzten Zellen 12 gemäß 2 und 3 wird in einem zweiteiligen isolierenden Gehäuse 111 aufgenommen, von denen Details den 8A bis 8E zu entnehmen sind. Die 8A zeigt, dass die untere Hälfte 112 des Gehäuses 111 zumindest im Wesentlichen quaderförmig ist, dessen Unterseite 114 gemäß 8B zur Versteifung mit Rippen 116 versehen ist. Auf der Innenseite der unteren Hälfte 2 des Gehäuses befindet sich eine Schaumstoffeinlage 108, die die unterste Zelle 12 gegen die unterste Verbindungsplatte 204 des Kühlmoduls 10 vorspannt bzw. andrückt, um den Abtransport von Wärme aus dieser Zelle zu begünstigen. Man sieht ferner in der 8A, dass jeweils zwei Gewindeeinsätze 120 auf der ersten und zweiten Längsseite 122, 124 der unteren Hälfte 122 des Gehäuses vorgesehen sind und dass weitere Gewindeeinsätze 126 in entsprechendem Abstand von der inneren Seite des Bodenteils der unteren Gehäusehälfte vorgesehen sind. Diese dienen der Anschraubung und Befestigung des Kühlmoduls 10 bzw. des Batteriemoduls innerhalb des Gehäuses.
  • Die obere Hälfte 128 des Gehäuses ist ähnlich ausgebildet, nur wird hier die Verrippung 130, die zur Versteifung der oberen Seite der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 vorgesehen ist, auf der Innenseite der oberen Hälfte des Gehäuses vorgesehen. Diese Verrippung 120 liegt im zusammengebauten Zustand des Gehäuses 111 mit eingebautem Batteriemodul 14 an der oberen Breitseite der oberen Zelle 12' gegebenenfalls über eine Schaumstoffzwischenlage und drückt die obere Zelle 12' gegen die obere Verbindungsplatte 201, um auch dort eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
  • 8C entnimmt man auf der vorderen Längsseite 132 der oberen Hälfte des Gehäuses zwei Bohrungen 134, die es ermöglichen, Schrauben einzusetzen, die in den entsprechenden Gewindeeinsätzen 120 der ersten Längsseite 122 der unteren Hälfte 112 des Gehäuses 111 eingreifen. Zwei weitere Bohrungen sind an der hinteren Längsseite 136 der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 gemäß 8C vorgesehen, sind jedoch dort nicht ersichtlich, dagegen in der Darstellung der 8D schon.
  • Wie dem fertig gestellten Gehäuse mit eingebautem Batteriemodul gemäß 8E zu entnehmen ist, sind die zwei Pole 66 und 70 bzw. den dort vorhandenen Innengewinden durch die Bohrungen 138 zugänglich, so dass dort der elektrische Anschluss vorgenommen werden kann. Der elektrische Anschluss erfolgt daher von der oberen Seite des Batteriegehäuses, jedoch unterhalb der oberen Seite. Die elektrischen Verbindungskabel können auch unterhalb der oberen Seite des Gehäuses geführt werden, beispielsweise innerhalb der Stufen, die sich um die obere Seite herum erstrecken, so dass die elektrischen Leitungen weder die Bauhöhe des Moduls noch die Einbauhöhe im Fahrzeug vergrößern. Der rohrförmige Eingang 26 und der rohrförmige Ausgang 28 für das Kühlsystem bzw. die entsprechenden Schlauchtüllen 30, 32 ragen durch die Bohrungen 140 der oberen Gehäusehälfte hindurch. Auch hier erfolgt der Kühlmittelanschluss unterhalb der oberen Seite des Batteriemoduls und auch hier ist es möglich, die externen Anschlussschläuche so zu führen, dass sie weder die Bauhöhe des Batteriemoduls noch dessen Einbauhöhe vergrößern. Gegebenenfalls können die genannten Stufen größer bzw. tiefer ausgeführt werden, um dies zu ermöglichen.
  • Ferner ist das Batteriemanagementsystem mit einem Stecker versehen, der durch die Öffnung 142 an der oberen Seite 146 der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 zugänglich ist, wobei das Gehäuse 111 hier mit zwei Gewindeeinsätzen ausgestattet ist, die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben des Steckers dienen.
  • Das Gehäuse ist ein zweiteiliges Spritzgussteil und kann folgende Auslegung haben: Die kritische Dimension ist die kurze Seite (Bauhöhe 155 mm). Daher sind alle Anschlüsse (Pole, Kühlung und Daten) versenkt ausgeführt. Der Datenstecker wird in der Praxis mit einem angepassten Stecker noch weiter versenkt, um eine Abdichtung ohne zusätzlichen Bauraum zu ermöglichen. Die Abmessungen können wie folgt gewählt werden:
    • Grundmaße: ca. 300 × 245 × 155 mm
    • Volumen: ca. 11 l
    • Energiedichte: ca. 152 Wh/l
    • Masse: ca. 14,15 kg
    • Spezifische Energie: ca. 122 Wh/Kg.
  • Die zwei Gehäusehälften 112, 114 können mit einem umlaufenden Nut- und Federsystem zur Abdichtung aneinander geschlossen werden. Gegebenenfalls kann das Batteriemanagementstecker mit einer abdichtenden Kappe versehen werden und Dichtungen zwischen Gehäuse und Kühlmittelanschlussrohren 26, 28 versehen werden.
  • Die Module können allerdings mit oder ohne Gehäuse zu einer Batterie integriert werden. Die Systemgrenze und die damit zu realisierenden Funktionen, wie z. B. Dichtung gegen Verunreinigung von außen, EMV und mechanische Sicherheit, können somit flexibel um ein Modul bis hin zur gesamten Batterie gelegt werden. Das Modul ohne Außengehäuse (Zellstack) kann z. B. in eine Folie eingeschweißt werden. Diese Stacks werden dann in der Anzahl größer 1 in ein Systemgehäuse verbaut.
  • Ausgehend von einem Batteriemodulsystem mit acht einzelnen Batteriemodulen 14 der oben beschriebenen Art werden nunmehr einige erfindungsgemäße Überlegungen zum Kühlsystem beschrieben.
  • Bevor die Ausbildung des Kühlsystems näher beschrieben wird, ist es angebracht, einige Worte zur Kühlung eines Traktionsbatteriesystems und zum Klimatisierungsbedarf eines Fahrzeugs, das das Batteriesystem aufweist, zu sagen.
  • Ein Hauptziel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist, die Betriebssicherheit des Traktionsbatteriesystems sicherzustellen, mit der Motivation, das Überschreiten von spezifizierten Temperaturgrenzen zu vermeiden, das sonst zu einer dauerhaften Schädigung des Batteriesystems und im Extremfall zu Feuer oder Explosion führen könnte. Um dies zu erreichen, wird das Batteriesystem gekühlt, und zwar mit dem Ziel, gefährliche und schädliche Temperaturgrenzen nicht zu überschreiten. Für viele Batterietechnologien soll die Temperatur nicht über 30°C steigen, um eine maximale Lebensdauer zu erhalten. Erfahrungsgemäß führt jede Temperaturerhöhung von 10°C über 30°C hinaus, zu einer Lebensdauerreduktion um ca. die Hälfte, was aber technologieabhängig ist.
  • Bei einem Traktionsbatteriesystem besteht auch ein Klimatisierungsbedarf. Zum Beispiel um das Kaltstartverhalten zu verbessern. Dies ist deshalb notwendig, weil bei tiefen Temperaturen die Leistungsfähigkeit der verwendeten Zellen stark abnimmt. Um dem zu begegnen, muss das Batteriesystem beispielsweise im Winterbetrieb beheizt werden.
  • Ferner ist es angebracht, die einzelnen Batteriemodule für sich und/oder im Verbund thermisch gegen die Umgebung zu isolieren, um einerseits die Eigenwärme der Batterien zu speichern und andererseits Wärmeverluste bei Beheizung der Batterien herabzusetzen. Wenn z. B. das Batterie system im Betrieb eine Temperatur nahe 30°C aufweist, kann durch geeignete Isolierung innerhalb der Modulgehäuse und/oder außerhalb der Modulgehäuse der Wärmeverlust des Batteriesystems herabgesetzt werden, so dass das Batteriesystem nicht sehr schnell auskühlt und ausreichend warm bleibt, um nach einer Fahrpause wieder den Betrieb wirtschaftlich aufnehmen zu können.
  • Auch soll ein Temperaturausgleich zwischen den Zellen der einzelnen Batteriemodule 14 erfolgen, mit der Motivation, die Kapazität der Zellen maximal auszunutzen und die verfügbare Leistung maximal über den gesamten Lebenszyklus bereitzustellen. Auch dies erfordert das Kühlen oder gar das Heizen der einzelnen Zellen 12 der Batteriemodule 14. Man strebt ein gleichmäßiges Temperaturniveau an, was zu äquivalentem Zellverhalten und gleichmäßiger Entladung und Alterung der Zellen führt. Mit anderen Worten kann man durch das richtige Temperaturniveau und einen entsprechenden Temperaturausgleich dafür sorgen, dass alle Zellen 12 die maximale Leistung über den längstmöglichen Zeitraum zur Verfügung stellen und dass bei Erreichen der maximalen Lebensdauer alle Zellen 12 am Ende ihrer jeweiligen Lebensdauer sind, so dass ein wirtschaftlicher Austausch von Batteriemodulen 14 erfolgen kann, da man einzelne Batteriemodule nicht vorzeitig austauschen muss und beim Versagen eines Batteriemoduls 14 alle Zellen 12 ebenfalls am Ende ihres Arbeitslebens sind.
  • Es sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten der Wärmeübertragung von bzw. an die Zellen 12 eines einzelnen Batteriemoduls 14 denkbar. Es kann ein Energieaustausch der Zelle 12 mit der Umgebung entweder über Luftkühlung erfolgen oder durch Flüssigkeitskühlung. Mit einer Luftkühlung ist ein direkter Kontakt zwischen Zellengehäuse und Umgebungsluft erforderlich, jedoch bedingen die schlechte Wärmeleitfähigkeit und die geringe Dichte der Luft große Volumenströme und große Austauschflächen sowie eine ausgeprägte Geräuschentwicklung.
  • Bei der Flüssigkeitskühlung dagegen kann eine bessere Übertragung der Energie über Wärmeleitung und Konvektion von Gehäuse 111 in eine Kühlflüssigkeit und im Anschluss über Konvektion in die Umgebungsluft erfolgen. Bei einer Flüssigkeitskühlung kann eine bessere Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, da die wärmeleitenden Elemente 16, 18, 20, 52, 46, 36, 38 in direkter Berührung mit den Zellen 12 stehen und diese zusammen mit einem die Kühlflüssigkeit kühlenden Wärmetauscher erlauben, kleinere Volumenströme und Austauschflächen sowie eine geringe Geräuschentwicklung. Die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung macht allerdings zusätzliche Komponenten in Form von Schlauchverbindungen und Dichtungen sowie einen Wärmetauscher zur Umgebung notwendig.
  • Wenn man sich für eine Flüssigkeitskühlung entscheidet, muss man gleichzeitig Überlegungen anstellen im Zusammenhang mit der hydraulischen Auslegung des gesamten Kühlsystems. In den Rohren/Schläuchen/Kühlpassagen und Komponenten des Kühlsystems entstehen Druckverluste. Bei Strömungselementen in Form von Rohren mit rundem Querschnitt und entsprechenden Umlenkungen kann man diese Druckverluste mit empirischen Formeln abschätzen. Zusätzlich zu den Widerständen in jedem Kühlmodul bringen die externen Schlaufen sowie der Kühler Widerstände in den Kreis ein, die zusätzlich berücksichtigt werden müssen, sobald ein konstruktiver Ansatz vorhanden ist. Die Pumpe, die zur Zirkulierung des Kühlmittels erforderlich ist, prägt gegen diese Widerstände einen hiervon abhängigen Volumenstrom ein und erzeugt einen stabilen Arbeitspunkt, dort wo der von der Pumpe lieferbare Druck die Kennlinie des Kühlsystems in Form des Volumenstroms als Funktion des angebrachten Drucks schneidet. Besonders günstig ist es, wenn eine kleinere Pumpe für die Kühlflüssigkeit zur Anwendung kommt, beispielsweise eine kleine Automotive-Umwälzpumpe mit einer typischen Leistung von 10 bis 30 W, die bei einem Druckverlust im System von 75 bis 150 mbar einen Volumenstrom pro Modul von > 50 l/n erreichen kann.
  • Die 10A zeigt eine Möglichkeit, die Kühlmodule 10 aller acht Batteriemodule 14 in Reihe zu schalten. Dies ist aber keine günstige Anordnung, da die Temperatur des Kühlsystems bestehend aus den acht in Reihe aneinander geschlossenen Kühlmodule 10 kontinuierlich steigt, so dass das letzte Modul 10' bzw. 14' am wärmsten ist.
  • Werden dagegen gemäß 10B alle Kühlmodule 10 parallel geschaltet, so kann man auf diese Weise sicherstellen, dass alle Module die gleiche Kühlmitteltemperatur aufweisen.
  • Werden allerdings alle acht Module gemäß diesem Beispiel parallel durchströmt werden, muss man einen zusätzlichen Aufwand treiben, um sicherzustellen, dass der Volumenstrom für jedes Modul 10 gleich ist.
  • Günstiger ist es, wie in 10C gezeigt, Mischformen zu verwenden, in denen mehrere Kühlpfade parallel zueinander angeordnet sind und in jedem Kühlpfad mehrere Module 10 in Reihe geschaltet werden. Es gilt zu ermitteln, wie viele Module in Reihe geschaltet werden können, ohne dass die entstehende Temperaturdifferenz zu groß wird.
  • Nach umfangreichen Überlegungen und Untersuchungen ist die Anmelderin der Überzeugung, dass die Temperaturdifferenz, die tolerierbar ist, 5°C nicht überschreiten soll.
  • Ferner ist gefunden worden, dass ein Kühlsystem, das wirtschaftlich arbeitet und wirtschaftlich zu realisieren ist, sich dann am günstigen realisieren lässt, wenn, bei einem Batteriemodulsystem bestehend aus mehre ren gleichartigen Batteriemodulen 14 mit jeweiligen Kühlmodulen 10, diese derart zusammengeschlossen bzw. zusammenschließbar sind, dass mehrere parallele Kühlkreise 150 entstehen, die über ein Verteilerrohr 152 gespeist sowie an einem Sammelrohr 154 angeschlossen sind. Jeder Kühlkreis 150 kann jeweils zwei bis vier Kühlmodule 10 bzw. Batteriemodule 14 in Reihe umfassen, wobei die Kühlpassagen innerhalb der Batteriemodule 14 jeweils einen freien Strömungsquerschnitt entsprechend dem eines Rohres mit einem lichten Durchmesser von 8 bis 9 mm aufweist.
  • Einige Beispiele eines solchen Kühlsystems sind den 11A bis 11D zu entnehmen.
  • Bei der Ausführung gemäß 11A sind jeweils zwei Batteriemodule bzw. Kühlmodule 10 entsprechend den 1 bis 3 in Reihe geschaltet, d. h. jedes Batteriemodul 14 bzw. Kühlmodul 10 hat einen Eingang 26 und einen Ausgang 28, welcher durch die hydraulische Auslegung jedes Kühlmoduls entsprechend der 9 realisiert werden kann, wobei der Ausgang 28 des ersten Kühlmoduls 10 der zwei in Reihe geschalteten Module 10, 10' an den Eingang 26 des nächsten Moduls 10' in Strömungsrichtung angeschlossen ist und der Eingang 26 des ersten der zwei in Reihe geschalteten Module 10, 10' an ein Verteilerrohr 152 angeschlossen ist und der Ausgang 28 des zweiten Moduls 10' der zwei in Reihe geschalteten Module 10' an ein Sammelrohr 156 angeschlossen ist. Alternativ hierzu könnte gemäß der 11B gearbeitet werden. Hier werden die Kühlpassagen durch die einzelnen Kühlplatten 16, 18 des jeweiligen Moduls 10 nicht durch eine Verbindungsleitung 34 verbunden, sondern jedes Modul hat zwei getrennte Eingänge 26 und zwei getrennte Ausgänge 28, nämlich einen Eingang und einen Ausgang für jede Kühlplatte 16, 18. Bei einer derartigen Anordnung können ohne weiteres bis zu vier Module 10 in Reihe geschaltet werden, wie in 11B gezeigt, so dass parallele Strömungs pfade 158 (vier parallele Strömungspfade 158 in 11B) erzeugt werden, die jedoch sich ergebende zwei Reihen 160 von Modulen bisher an ein Verteilerrohr 152 und ein Sammelrohr 156 angeschlossen sind.
  • Bei Bedarf können mehrere Kühlmodule 10, d. h. Batteriemodule 14 aneinander angeschlossen werden, wobei das System gemäß 11A bzw. 11B entsprechend ergänzt wird. Zum Beispiel, wenn beispielsweise anstatt acht Batteriemodule 14 mit acht Kühlmodulen 10 zwölf Batteriemodule 14 mit zwölf Kühlmodulen 10 vorgesehen sind, dann werden entsprechend der 11D jeweils drei Batteriemodule bzw. Kühlmodule 10, 10', 10'' in Reihe geschaltet, anstelle von zwei Batteriemodulen bzw. Kühlmodulen, wie in 11A gezeigt. Dagegen werden bei einer entsprechenden Ausdehnung des Beispiels gemäß 11B in 11C jeweils sechs Module in Reihe geschaltet, anstelle von vier Modulen 10 in 11B.
  • Die Tabellen gemäß 12A und 12B zeigen an, für zwei verschiedene Entnahmeleistungsraten (1,5 C und 2 C), wie sich die Temperaturdifferenz bei den Kühlmodulen bzw. Batteriemodulen in der Praxis gestaltet, je nachdem, wie viele Module parallel zueinander geschaltet werden und je nachdem wie viele serielle Module in Betracht kommen. Die in den 12A und 12B angegebenen Werte gelten für einen Rohrdurchmesser von 8 mm, was einen äquivalenten Strömungsquerschnitt durch die Strömungspassagen der Zellen bestimmt.
  • Die mit einem Punkt versehenen Bereiche der Tabelle gemäß 12A und 12B zeigen Systeme an, die für verschiedene Leistungsentnahmen mit einer Temperaturdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf kleiner als 5°C arbeiten. Man sieht, dass die Temperaturdifferenz von der Leistungsentnahmerate (in diesen Beispielen 1,5 C bzw. 2 C) abhängt und dass beispielsweise eine Variante mit zwölf Zellen und bis zu drei serielle Module gut geeignet ist, da Reserven auf bis zu 2 C vorhanden sind. Natürlich muss man bei dieser Betrachtung nicht nur die Entnahmerate, sondern zugleich auch die Höhe der notwendigen Leistung berücksichtigen, die bei einem kleineren Fahrzeug durchaus im Bereich zwischen 16 und 40 KWh liegen kann. Gegenüber einem lichten Rohrdurchmesser von 6 mm zeigt sich bei einem lichten Rohrdurchmesser von 8 mm ein deutlich besserer Wirkungsgrad, da der Temperaturunterschied ΔT ca. 50% kleiner ist. Dagegen führt eine Steigerung des lichten Rohrdurchmessers auf 9 mm zu keiner weiteren ausgeprägten Besserung.
  • In der 13 sieht man, dass das Verteilerrohr 152 und das Sammelrohr 156 mit einer Hauptleitung 160 kommunizieren, die eine Pumpe 162 und einen Kühler 164 in diesem Beispiel mit Lüfter 166 aufweist. Wenn die Temperatur des Kühlmittels droht, eine bestimmte Grenze zu überschreiten, wird der Lüfter 166 eingeschaltet, um die durch eine Hauptleitung und den Kühler fließende Kühlflüssigkeit zusätzlich zu kühlen, d. h. zusätzlich zu der normalen Luftströmung durch den entsprechend im Fahrzeug platzierten Kühler 164, der von der an dem Fahrzeug vorbei strömenden Luft durchströmt wird.
  • Wie in 14 zusätzlich gezeigt, kann die Hauptleitung 160 ferner einen Wärmetauscher 168 mit mindestens einem weiteren Kreislauf aufweisen, der eine Heizung bzw. Klimaanlage 172 speist. Auf diese Weise kann die überschüssige Wärme, die über das Kühlsystem von den Batteriemodulen 14 entfernt wird, zur Heizung des Innenraums eines Fahrzeugs verwendet werden, das mit dem Traktionsbatteriesystem ausgestattet ist. Bei Bedarf kann auch die Heizung von außen mit Energie versehen werden, um über das Kühlsystem die Zellen 12 der einzelnen Batteriemodule 14 aufzuwärmen, sofern dies notwendig ist, um die Zellen auf ein vernünftiges Batteriebetriebstemperaturniveau zu bringen. Das Kühlsystem arbeitet dann in diesem Modus als Heizsystem für die Batteriemodule. Sobald eine ver nünftige Betriebstemperatur erreicht wird, wird die Zusatzheizung abgeschaltet und das Fahrzeug kann unter Anwendung der Energie des Traktionsbatteriesystems in Betrieb genommen werden. Sollte eine externe Energiequelle zur Aufwärmung der Batterie nicht zur Verfügung stehen, beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug in der Nacht auf der Straße geparkt ist, so kann ein Teil der noch vorhandenen Energie der Batterien zur Aufwärmung der Batterien verwendet werden, beispielsweise durch Anschluss der Batterieleistung an eine elektrische Heizeinrichtung der Heizung 172, die die Kühlflüssigkeit vorübergehend erwärmt, und wobei auch ein Teil der elektrischen Energie verwendet werden kann, um die Pumpe 162 zu betreiben und hierdurch die erwärmte Kühlflüssigkeit durch die einzelnen Zellen 12 zu zirkulieren.
  • 10
    Kühlmodul
    12
    Zellen
    14
    Batteriemodul
    16
    Kühlplatte
    18
    Kühlplatte
    20
    Verbindungsplatte
    22
    Fach
    24
    Seitenteile der Verbindungsplatten
    26
    rohrförmiger Eingang
    28
    rohrförmiger Ausgang
    30
    Schlauchtülle
    32
    Schlauchtülle
    34
    Verbindungsleitung
    36
    positiver Anschluss
    37
    U-förmige Ausnehmung
    38
    negativer Anschluss
    39
    U-förmige Ausnehmung
    40
    linke Reihe
    42
    rechte Reihe
    44
    leitendes Abstandselement
    46
    isolierendes Abstandselement
    48
    Spanneinrichtung
    50
    Spannbolzen
    52
    wärmeleitende Platte
    54
    rechtes Ende der Platte 52
    56
    linkes Ende der Platte 52
    57
    Nietverbindung
    58
    isolierende Hülse
    60
    Ende eines Spannbolzens mit Gewinde
    62
    Mutter
    63
    Scheibe
    66
    positiver Pol
    68
    erstes oberes Ende der linken Reihe
    70
    negativer Pol
    72
    zweites unteres Ende der linken Reihe
    74
    leitende Platte
    76
    Verlängerung
    78
    erstes oberes Ende der rechten Reihe
    79
    isolierende Platte
    80
    Innengewinde des einen Polanschlusses
    82
    Innengewinde des anderen Polanschlusses
    84
    Abstandselement
    85
    Grundplatte
    86
    Lappen
    88
    erster senkrechter Abschnitt der Kühlpassage
    90
    zweiter waagerechter Abschnitt der Kühlpassage
    92
    dritter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage
    94
    vier waagerechter Abschnitt der Kühlpassage
    96
    fünfter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage
    98
    sechster waagerechter Abschnitt der Kühlpassage
    100
    siebter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage
    102
    achter waagrechter Abschnitt der Kühlpassage
    104
    neunter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage
    106
    zehnter waagrechter Abschnitt der Kühlpassage
    108
    Lappen
    109
    Rippen
    110
    Abschlussblech
    111
    Gehäuse
    112
    untere Hälfte des Gehäuses
    114
    untere Seite des Gehäuses
    116
    Verrippung der Unterseite des Gehäuses
    118
    Schaumstoff
    120
    Gewindeeinsatz
    122
    erste Längsseite der unteren Hälfte des Gehäuses
    124
    zweite Längsseite der unteren Hälfte des Gehäuses
    126
    Gewindeeinsatz
    128
    obere Hälfte des Gehäuses
    130
    Vorsprung
    132
    erste Längsseite der oberen Hälfte des Gehäuses
    134
    Bohrungen
    136
    hintere Längsseite der oberen Gehäusehälfte d128
    138
    Bohrungen
    140
    Bohrungen
    142
    Öffnung
    144
    Schraubbohrungen
    146
    obere Seite des Gehäuses 111
    148
    Gewindeeinsätze
    150
    Kühlkreis
    152
    Verteilerrohr
    154
    Sammelrohr
    156
    Sammelrohr
    158
    paralleler Kühlpfad
    160
    Hauptleitung
    162
    Pumpe
    164
    Kühler
    166
    Lüfter
    168
    Wärmetauscher
    170
    weiterer Kreislauf
    172
    Heizung/Klimaanlage

Claims (23)

  1. Batteriemodul (14) bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen (12), die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss (36, 38) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen und mit Aussparungen (37, 39) versehenen Anschlüsse (36, 38) in mindestens zwei Reihen (40, 42) derart angeordnet sind, dass die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse (36, 38) einer jeweiligen Reihe einander zugewandt sind, dass die Anschlüsse (36, 38) jeder Reihe (40, 42) durch gezielt angeordnete, leitende Abstandselemente (44) und ggf. isolierende Abstandselemente (46) in Abstand zueinander gehalten sind, dass innerhalb des Moduls die Zellen (12) durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse (36, 38) in der einen oder der anderen Reihe (40, 42) elektrisch in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind und dass die Anschlüsse (36, 38) jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente durch eine Spanneinrichtung (48) aneinander gepresst sind.
  2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Anschlüsse (36, 38) durch Verlängerungen der Elektroden der Zellen (12) gebildet sind und zur aktiven Kühlung der Zellen durch gezielte Wärmeabfuhr von den Zellen ausgelegt und an eine Wärme abführende Kühleinrichtung (52) angeschlossen sind.
  3. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (48) durch mindestens einen Spannbolzen (50), bevorzugt durch mindestens einen rohr förmigen Spannbolzen, für jede Reihe (40, 42) gebildet ist, der an optional durch ein Kühlfluid durchströmt wird und an mindestens einer Stelle mit mindestens einem Zellanschluss direkt oder indirekt wärmeleitend angeschlossen ist, bspw. Indirekt durch eine wärmeleitende Verbindung mit leitenden oder nicht leitenden Abstandselementen (44, 46) oder mit den Anschlüssen (36, 38) direkt.
  4. Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbolzen (50) jeweils von einer isolierenden Hülse (58) umgeben sind oder mit einer elektrisch isolierenden, jedoch optional Wärme übertragenden Beschichtung versehen sind.
  5. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (12) zumindest im wesentlichen die Form eines flachen Quaders aufweisen wobei die positive und negative flächigen Anschlüsse (36, 38) jeder Zelle (12) vorzugsweise in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle (12) parallel angeordnet ist bzw. sind.
  6. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Pol (66) des Batteriemoduls an ein erstes Ende (68) der einen Reihe (40) angeschlossen ist und der andere Pol (70) an das dem genannten ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende (72) der gleichen Reihe (40) angeschlossen und über eine Verlängerung (76) zum dem genannten ersten Ende benachbarten ersten Ende (78) der anderen Reihe (42) geführt ist, damit elektrische Verbindungen zu den beiden Polen (66, 70) an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls (14) vornehmbar sind.
  7. Batteriemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandselement (46) der anderen Reihe (42) zur Halterung der Verlängerung (76) seitlich der anderen Reihe (42) verlängert ist.
  8. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Anschlüsse (36, 38) der Zellen (12) U-förmige Ausnehmungen zur Aufnahme des Spannbolzen 850) aufweisen.
  9. Batteriemodul insbesondere nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmodul (10) vorgesehen ist, das an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls Kühlplatten (16, 18) aufweist sowie mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten (20) versehen ist, die zwischen sich die Zellen aufnehmenden Fächer (22) bilden.
  10. Batteriemodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei insbesondere flache quaderförmige Zellen (12) in jedem Fach (22) angeordnet sind, wobei ggf. jeweils eine Zelle (12') auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten (20) angeordnet werden kann, wodurch jede Zelle (12) auf mindestens einer Seite zu einer Wärme abführenden Verbindungsplatte (20) benachbart angeordnet ist.
  11. Batteriemodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich angeordneten Kühlplatten (16, 18) von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar sind, die vorzugsweise schlangenartig oder parallel durch entsprechende Passagen (88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108) der Platten (16, 18) und ggf. durch eine Verbindungsleitung (34) zwischen den Kühlplatten (16, 18) hindurch gepumpt werden kann.
  12. Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schlangenartigen Passagen (88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108) jeweils einen Eingang (26) und einen Ausgang (28) aufweisen, wobei die Eingänge (26) und die Ausgänge (28) auf einer Seite des Batteriemoduls (14) vorgesehen sind, vorzugsweise auf der gleichen Seite wie die Polanschlüsse (80, 82).
  13. Batteriemodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatten (16, 18) jeweils durch mindestens eine Kanäle aufweisende Grundplatte (85) und eine Abdeckplatte (110) gebildet sind, wobei die Abdeckplatte (110) mit der Grundplatte (85) verschweißt oder verklebt ist.
  14. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweiteiliges isolierendes Gehäuse (111) aufweist, durch dessen einen Teil (128) die Polanschlüsse (80, 82) und die ggf. vorhandenen Kühlmittelanschlüsse (26, 28) herausgeführt sind.
  15. Batteriemodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (111) ein Vorspannmittel, wie z. B. Schaumstoffeinlagen (118), auf dessen inneren Seiten aufweist, um die benachbart angeordnete Zellen (12) an die diesen Zellen (12) benachbart angeordneten wärmeleitenden Verbindungsplatten (20) anzudrücken.
  16. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ferner eine Anschlussstelle für ein Batteriemanagementsystem aufweist, vorzugsweise an der glei chen Seite des Gehäuses wie die Polanschlüsse (80, 82) und die Kühlmittelanschlüsse (26, 28).
  17. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik zur Überwachung und Anpassung der elektrischen und thermischen Zellparameter auf die Seite mit der Spanneinrichtung (48) angebracht wird und die Parameter direkt an den Abstandselementen (44,46) durch Kontaktierung z. B. über Federkraft oder Schraubkontakte erfasst werden.
  18. Batteriemodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Kühlplatten (16, 18) alternativ durch ein zusammenhängendes Rohr oder zwei getrennte Rohre in mäanderförmiger Ausbildung übernommen wird (9), wobei die Verbindungsplatten (20) in diesem Fall wärmeleitend an die Rohre angebracht werden (schweißen, kleben, löten u. a.)
  19. Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen (14) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche die derart zusammengeschlossen bzw. zusammenschließbar sind, dass mehrere parallele Kühlkreise und insbesondere 4 bis 9 parallele Kühlkreise vorgesehen sind, die über ein Verteilerrohr (152) gespeist sowie an ein Sammelrohr (156) angeschlossen sind und jeweils 2 bis 4 und insbesondere zwei Batteriemodule in Reihe umfassen, wobei die Kühlpassagen innerhalb der Batteriemodule jeweils einen Strömungsquerschnitt entsprechend dem eines Rohres mit einem lichten Durchmesser von 8 bis 9 mm aufweisen.
  20. Batteriemodulsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerrohr (152) und das Sammelrohr (156) mit einer Hauptleitung (160) kommunizieren, die eine Pumpe (162) und einen Kühler (164) ggf. mit Lüfter (166) aufweist.
  21. Batteriemodulsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (160) bzw. ein etwaiger Vorratsbehälter für die Kühlflüssigkeit ferner eine Heizeinrichtung (172) aufweist.
  22. Batteriemodulsystem nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (160) ferner einen Wärmetauscher (168) mit mindestens einem weiteren Kreislauf aufweist, der eine Heizungs- bzw. Klimaanlage (172) speist.
  23. Batteriemodulsystem nach Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass es in Kombination mit einem Ventil steht, das derart ansteuerbar ist, dass die Abluft von dem Kühler (164) wahlweise mindestens teilweise in den Innenraum einer Fahrgastzelle zur Heizung oder nach außen lenkbar ist.
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