DE102011011650A1

DE102011011650A1 - U-förmige Kühlplatte mit massiven Rippen für Lithiumpouch-Zellen

Info

Publication number: DE102011011650A1
Application number: DE201110011650
Authority: DE
Inventors: Reiner Essinger; Rocco Schöne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-11-10
Also published as: CN102170034A; US20110212355A1; CN102170034B; US8383260B2

Abstract

Ein Kühlsystem für ein Batteriepackungsmodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen weist eine Kühlplattenbaugruppe auf, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand besitzt, die voneinander beabstandet sind. Die erste und zweite Seitenwand sind durch eine Basiswand verbunden. Die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand besitzen zumindest einen darin geformten Strömungskanal. Die erste Seitenwand besitzt einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die zweite Seitenwand besitzt einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die Kühlplattenbaugruppe ist derart konfiguriert, dass sie in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen angeordnet werden kann, die zwischen der ersten und zweiten Seitenwand positioniert sind. Die Kühlplattenbaugruppe erlaubt eine Kühlmittelströmung in den Einlass, durch den zumindest einen Strömungskanal und aus dem Auslass, um eine Temperatur der Batteriezellen zu regulieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Komponente für ein Batteriepackungsmodul und insbesondere eine Kühlplattenbaugruppe für das Batteriepackungsmodul.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Batteriezelle ist als eine saubere, effiziente und umweltfreundliche Energiequelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene Anwendungen vorgeschlagen worden. Ein Typ von Batteriezelle ist als die Lithiumionenbatterie bekannt. Die Lithiumionenbatterie ist wiederaufladbar und kann in eine breite Vielzahl von Formen und Größen geformt werden, um so effizient verfügbaren Raum in Elektrofahrzeugen zu füllen. Eine Mehrzahl einzelner Lithiumionenbatteriezellen kann in einer Batteriepackung vorgesehen werden, um einen Leistungsbetrag bereitzustellen, der zum Betrieb von Elektrofahrzeugen ausreichend ist.
Von Lithiumionenbatterien ist es bekannt, dass sie während des Betriebs und infolge eines Ladezyklus beim Wiederaufladen Wärme erzeugen. Im überhitzten Zustand oder wenn sie anderweitig Hochtemperaturumgebungen ausgesetzt sind, können unerwünschte Wirkungen den Betrieb der Lithiumionenbatterien beeinträchtigen. Typischerweise werden Kühlsysteme mit Lithiumionenbatteriepackungen verwendet, um den unerwünschten Überhitzungszuständen entgegenzuwirken.
Kühlsysteme nach dem Stand der Technik haben eine indirekte Flüssigkeitskühlung und -erwärmung der Lithiumionenbatteriepackungen durch Kontakt mit Kühlplatten, durch die flüssiges Kühlmittel läuft, bereitgestellt. Jedoch ist es von Kühlsystemen nach dem Stand der Technik bekannt, dass sie komplizierte Komponenten, eine unerwünscht hohe Anzahl von Leckagepfaden, komplizierte und nicht robuste Kühlpfade, eine hohe Anzahl von Dichtungen einschließlich Nicht-Standard-Dichtverbindungen und ein Gewicht und Volumen haben, das für Elektrofahrzeuganwendungen unerwünscht hoch ist.
Es existiert ein fortwährender Bedarf nach einem Kühlsystem für eine Batteriepackung, das robust ist und eine minimierte Anzahl von Komponenten, eine minimierte Masse und ein minimiertes Volumen sowie einen vereinfachten Herstellprozess aufweist. Das Kühlsystem soll auch eine Kompression der Lithiumionenbatteriepackung unterstützen, die Batteriepackung im Betrieb schützen und einen einfachen Austausch einzelner Batteriezellen in der Batteriepackung ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist überraschend ein Kühlsystem für eine Batteriepackung entdeckt worden, das robust ist und eine minimierte Anzahl von Komponenten, eine minimierte Masse und ein minimiertes Volumen, einen vereinfachten Herstellprozess aufweist und das eine Kompression der Lithiumionenbatteriepackung unterstützt, die Batteriepackung im Betrieb schützt und einen einfachen Austausch einzelner Batteriezellen in der Batteriepackung ermöglicht.
Bei einer Ausführungsform weist ein Kühlsystem für ein Batteriepackungsmodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen eine Kühlplattenbaugruppe auf, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand besitzt, die voneinander beabstandet sind. Die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand sind durch eine Basiswand verbunden. Die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand besitzen zumindest einen darin geformten Strömungskanal. Die erste Seitenwand besitzt einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die zweite Seitenwand besitzt einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die Kühlplattenbaugruppe ist derart konfiguriert, dass sie in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen, die zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand positioniert sind, angeordnet werden kann. Die Kühlplattenbaugruppe erlaubt eine Strömung eines Kühlmittels in den Einlass, durch den zumindest einen Strömungskanal und aus dem Auslass, um eine Temperatur der Batteriezellen zu regulieren.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Batteriepackungsmodul eine Kühlplattenbaugruppe, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die voneinander beabstandet und durch eine Basiswand verbunden sind. Die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand besitzen zumindest einen darin geformten Strömungskanal. Die erste Seitenwand besitzt einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die zweite Seitenwand besitzt einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Das Batteriepackungsmodul weist ferner eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, die zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand angeordnet sind. Die Kühlplattenbaugruppe steht in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen und erlaubt eine Strömung eines Kühlmittels in den Einlass, durch den Strömungskanal und aus dem Auslass heraus. Hierdurch wird eine Temperatur der Batteriezellen reguliert.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist ein Leistungssystem eine Mehrzahl von Batteriepackungsmodulen auf. Jedes der Batteriepackungsmodule besitzt eine Kühlplattenbaugruppe mit einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand, die voneinander beabstandet und durch eine Basiswand verbunden sind. Die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand besitzen zumindest einen darin geformten Strömungskanal. Die erste Seitenwand besitzt einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Die zweite Seitenwand besitzt einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal. Zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand ist eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet. Die Kühlplattenbaugruppe steht in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen und erlaubt eine Strömung eines Kühlmittels in den Einlass, durch den Strömungskanal und aus dem Auslass heraus, um dadurch eine Temperatur der Batteriezellen zu regulieren. Die Einlässe von jeder der Batteriepackungsmodule stehen in Fluidkommunikation mit einer gleichen Kühlmitteleinlassleitung. Die Auslässe jedes der Batteriepackungsmodule stehen in Fluidkommunikation mit einer gleichen Kühlmittelauslassleitung.
ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch weitere vorteile der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung insbesondere unter Bezug auf die hier beschriebenen Zeichnungen offensichtlich.
1 ist eine Frontansicht eines Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Kühlsystems;
3 ist eine Draufsicht des in den 1 und 2 gezeigten Kühlsystems;
4 ist eine perspektivische Draufsicht des in den 1–3 gezeigten Kühlsystems, wobei Abschnitte einer Kühlplattenbaugruppe entfernt sind, um in der Kühlplattenbaugruppe geformte Strömungskanäle zu zeigen;
5 ist eine perspektivische Ansicht von unten des in den
1–4 gezeigten Kühlsystems, wobei Abschnitte einer Kühlplattenbaugruppe entfernt sind, um in der Kühlplattenbaugruppe geformte Strömungskanäle zu zeigen;
6 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht massiver Rippen in dem in 3 gezeigten Kühlsystem, die durch Kreis 6 derselben angegeben sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine vergrößerte bruchstückhafte perspektivische Schnittansicht des in 2 gezeigten Kühlsystems entlang der Schnittlinie 7-7 davon;
8 ist eine perspektivische Draufsicht teilweise in Explosionsdarstellung des in 7 gezeigten Kühlsystems, das ferner ein Verfahren zum Zusammenbau des Kühlsystems zeigt, wobei Abschnitte einer Kühlplattenbaugruppe entfernt sind, um in der Kühlplattenbaugruppe geformte Strömungskanäle zu zeigen;
9 ist eine perspektivische Draufsicht des in den 1–8 gezeigten Kühlsystems, das ferner das Kühlsystem ohne Batteriezellen, Endplatten und Zugstangen zeigt;
10 ist eine perspektivische Draufsicht in Explosionsdarstellung des in 9 gezeigten Kühlsystems ohne die massiven Rippen;
11 ist eine schematische Darstellung einer Kühlmittelströmung durch das in den 1–10 gezeigte Kühlsystem der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Richtung der Kühlmittelströmung allgemein durch Pfeillinien angegeben ist; und
12 ist eine perspektivische Draufsicht des Kühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einer Mehrzahl von Einheiten, die mit Kühlmittelleitungen verbunden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte lediglich beispielhafter Natur und sind somit weder notwendig noch kritisch.
Wie in den 1–12 gezeigt ist, weist ein Batteriepackungsmodul 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kühlsystem 4 mit einer Kühlplattenbaugruppe 5 in Wärmeübertragungskommunikation mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 6 auf. Die Batteriezellen 6, die gezeigt sind, sind prismatische Batteriezellen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel können die Batteriezellen 6 prismatische Lithiumionen-(Li-Ionen-)Pouch-Zellen sein. Es sei angemerkt, dass auch andere Batteriezellen 6, die einen anderen Aufbau und eine andere Elektrochemie verwenden, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
Bezug nehmend auf die 1–5 besitzt die Kühlplattenbaugruppe 5 des Kühlsystems 4 eine erste Seitenwand 8, eine zweite Seitenwand 10 und eine Basiswand 12. Die erste Seitenwand 8 und die zweite Seitenwand 10 sind voneinander beabstandet und durch die Basiswand 12 verbunden. Die Kühlplattenbaugruppe 5 kann ein rechtwinkliges oder ein gekrümmtes Profil aufweisen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist die erste Seitenwand 8 im Wesentlichen parallel zu der zweiten Seitenwand 10, und die Basiswand 12 ist im Wesentlichen rechtwinklig zu jeder der ersten Seitenwand 8 und der zweiten Seitenwand 10. Die Basiswand 12 kann auch an einem unteren Ende von jeder der ersten Seitenwand 8 und der zweiten Seitenwand 10 angeordnet sein. Wenn die Basiswand 12 an dem unteren Ende der ersten und zweiten Seitenwand 8, 10 angeordnet ist, kann die Kühlplattenbaugruppe 5 auch eine Symmetrieebene S (in 11 gezeigt) und ein im Wesentlichen U-förmiges Profil aufweisen. Jede der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 besitzt zumindest einen darin geformten Strömungskanal 14.
Wie in 7 gezeigt ist, besitzt die erste Seitenwand 8 einen darin geformten Einlass 16 in Fluidkommunikation mit dem zumindest einen Strömungskanal 14. Die zweite Seitenwand 10 besitzt einen darin geformten Auslass 18 in Fluidkommunikation mit dem zumindest einen Strömungskanal 14. Die Fluidkommunikation zwischen dem zumindest einen Strömungskanal 14, dem Einlass 16 und dem Auslass 18 erlaubt eine Strömung eines Kühlmittels von einer Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) in den Einlass 16, durch den zumindest einen Strömungskanal 14 und aus dem Auslass 18 heraus.
Mit neuerlichem Bezug auf die 1–5 sind die Batteriezellen 6 zwischen der ersten Seitenwand 8 und der zweiten Seitenwand 10 angeordnet. Die Batteriezellen 6 besitzen elektrische Laschen, die sich von einem offenen Oberteil des Batteriepackungsmoduls 2 beispielsweise zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen System (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs erstrecken. Die Kühlplattenbaugruppe 5 besitzt eine Mehrzahl massiver Rippen 20, die ebenfalls zwischen der ersten Seitenwand 8 und der zweiten Seitenwand 10 angeordnet sind. Jede der Mehrzahl massiver Rippen 20 ist ausreichend von einer anderen der massiven Rippen 20 beabstandet, um zu ermöglichen, dass eine der Batteriezellen 6 dazwischen angeordnet werden kann. Beispielsweise werden einzelne der Batteriezellen 6 zwischen einzelnen der Mehrzahl massiver Rippen 20 eingesetzt, wenn das Batteriepackungsmodul 2 zusammengebaut wird. Die massiven Rippen 20 liegen an den Batteriezellen 6 an und stehen in Wärmeübertragungsverbindung mit zumindest einer der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 der Kühlplattenbaugruppe 5.
Bei einer Ausführungsform stehen die massiven Rippen 20 in Wärmeübertragungskommunikation mit jeder der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 der Kühlplattenbaugruppe. Bei einer besonders veranschaulichenden Ausführungsform sind die massiven Rippen 20 im Wesentlichen in vollem Oberflächenkontakt mit den Batteriezellen 6. Die Wärmeübertragung findet von den Batteriezellen 6 auf die massiven Rippen 20 und in die Kühlplattenbaugruppe 5 statt. Es sei angemerkt, dass die Kühlplattenbaugruppe 5 hierdurch in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen 6 zur Regulierung einer Temperatur der Batteriezellen 6 in dem Batteriepackungsmodul 2 angeordnet ist.
Jede der massiven Rippen 20 kann mit der ersten Seitenwand 8 und der zweiten Seitenwand 10 der Kühlplattenbaugruppe 5 verbunden sein. Die massiven Rippen 20 können auch mit der Basiswand 12 verbunden sein. Es sei angemerkt, dass ein vollständiger Kontakt der massiven Rippen 20 mit jeder der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 ohne Spalte eine Wärmeübertragungskommunikation unterstützen kann. Die massiven Rippen 20 können mit der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 beispielsweise durch Hartlöten, Schweißen und/oder Klebverbinden verbunden werden. Es können nach Bedarf andere geeignete Mittel zum Verbinden der massiven Rippen 20 mit der Kühlplattenbaugruppe 5 verwendet werden.
Bei einer illustrativen Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, besitzt jede der massiven Rippen 20 einen ersten Federabschnitt 22, der an der ersten Seitenwand 8 anliegt, und einen zweiten Federabschnitt 24, der an der zweiten Seitenwand 10 anliegt. Ein dritter Federabschnitt 26 (in den 8 und 9 gezeigt) der massiven Rippe 20 kann auch an der Basiswand 14 der Kühlplattenbaugruppe 5 anliegen. Jeder des ersten Federabschnittes 22, des zweiten Federabschnittes 24 und des dritten Federabschnittes 26 kann ein Anschlussende 28 aufweisen, das im Wesentlichen parallel zeit jeweiligen der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 ist. Das Anschlussende 28 kann im Wesentlichen parallel mit der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 oder der Basiswand 12 sein und an einer Fläche derselben anliegen. Wenn das Anschlussende 28 im Wesentlichen parallel zu der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 oder der Basiswand 12 ist und an dieser anliegt, kann das Anschlussende 28 auch eine maximierte Oberfläche zur Verbindung der massiven Rippen 20 mit der Kühlplattenbaugruppe 5, wie hier oben beschrieben ist, beispielsweise durch Hartlöten, Schweißen oder Klebverbinden, bereitstellen.
Der erste Federabschnitt 22, der zweite Federabschnitt 24 und der dritte Federabschnitt 26 sind so geformt, dass sie ein Biegen der massiven Rippen 20 zulassen, das ausreichend ist, um eine Änderung der Abmessungen der Batteriezellen 6 beispielsweise aufgrund einer Variation in Herstelltoleranzen oder einer thermischen Dickenausdehnung der Batteriezellen 6 während eines Betriebs derselben zu kompensieren. Der erste Federabschnitt 22, der zweite Federabschnitt 24 und/oder der dritte Federabschnitt 26 können beispielsweise im Wesentlichen serpentinen- oder S-förmig sein. Der Fachmann kann nach Bedarf andere geeignete Federformen verwenden.
Das Kühlsystem 4 für das Batteriepackungsmodul 2 weist ferner eine Kühlmitteleinlassleitung 30 und eine Kühlmittelauslassleitung 32 auf. Die Kühlmitteleinlassleitung 30 steht in Fluidkommunikation mit dem in der ersten Seitenwand 8 der Kühlmittelplatte 5 geformten Einlass 16. Die Kühlmittelauslassleitung 32 steht in Fluidkommunikation mit dem in der zweiten Seitenwand 10 der Kühlmittelplatte 5 geformten Auslass 18. Die Kühlmitteleinlassleitung 30 und die Kühlmittelauslassleitung 32 stehen in Fluidkommunikation mit der Kühlmittelquelle und einem geeigneten Kühlmittelliefermittel, wie Pumpen und dergleichen. Die Kühlmitteleinlassleitung 30 und die Kühlmittelauslassleitung 32 unterstützen dadurch den Transport von Kühlmittel zwischen der Kühlmittelquelle und dem Batteriepackungsmodul 2. Die Kühlmitteleinlassleitung 30 und die Kühlmittelauslassleitung 32 können auch Kühlmittel zu und von beispielsweise zumindest einem zusätzlichen Batteriepackungsmodul 2 in Fluidkommunikation mit dem Batteriepackungsmodul 2 transportieren, wie in 12 gezeigt ist.
Das Kühlsystem 4 des Batteriepackungsmoduls 2 weist auch eine erste Endplatte 34 und eine zweite Endplatte 36 auf. Die erste Endplatte 34 und die zweite Endplatte 36 sind an entgegengesetzten Enden der Kühlplattenbaugruppe 5 angeordnet und sehen eine bauliche Festigkeit des Batteriepackungsmoduls 2 vor. Wenn die Kühlplattenbaugruppe 5 ein im Wesentlichen U-förmiges Profil besitzt, wirkt die Kühlplatte 5 mit der ersten Endplatte 34 und der zweiten Endplatte 36 zusammen, um ein oben offenes Modul zu formen, in das die Batteriezellen 6 beispielsweise zum einzelnen Austausch nach einer Betriebsdauer leicht eingesetzt oder entfernt werden können.
Die erste Endplatte 34 und die zweite Endplatte 36 können beispielsweise durch eine Mehrzahl von Zugstangen 38 verbunden sein. Die Mehrzahl von Zugstangen 38 ermöglicht das Aufbringen einer festgelegten Last auf die Batteriezellen 6. Die Mehrzahl von Zugstangen 38 kann auch ferner zu der baulichen Festigkeit des Batteriepackungsmoduls 2 beitragen. Einzelne der Zugstangen 38 können über oder unterhalb zumindest einer der Batteriezellen 6, der massiven Rippen 20 und der Kühlplattenbaugruppe 5 angeordnet sein, um diese dazwischen weiter zu sichern. Nach Bedarf können auch andere Mittel zur Verbindung der ersten Endplatte 34 und der zweiten Endplatte 36 verwendet werden.
Wie in 8 gezeigt ist, die ebenfalls das Einsetzen der Batteriezellen 6 zwischen den massiven Rippen 20 zeigt, können die Zugstangen 38 Gewindeenden aufweisen, die durch Schraubenlöcher 40 in jeder der ersten Endplatte 34 und der zweiten Endplatte 36 angeordnet sind. Die Zugstangen 38 können an der ersten Endplatte 34 und der zweiten Endplatte 36 mit Mutter 42 gesichert werden, um die Batteriezellen 6 des Batteriepackungsmoduls 2 unter Kompression zu setzen. Es können auch andere Mittel zur Befestigung der Zugstangen 38 an der ersten Endplatte 34 und der zweiten Endplatte 36 verwendet werden.
Bezug nehmend auf die 9 und 10 kann die Kühlplattenbaugruppe 5 aus einer inneren Platte 44 zusammengebaut werden, die darin geformte Nuten 46 aufweist. Die Nuten 46 definieren den zumindest einen Strömungskanal 14. Die Innenplatte 44 kann beispielsweise durch Stanzen bzw. Prägen geformt werden, um die Nuten 46 bereitzustellen. Die Nuten können beispielsweise eine im Wesentlichen konstante Breite oder eine variierende Breite besitzen, um einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall über die Kühlplattenbaugruppe 5 im Betrieb bereitzustellen.
Die Innenplatte 44 ist zwischen einer ersten Außenplatte 48 und einer zweiten Außenplatte 50 angeordnet. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann jede der Innenplatte 44, der ersten Außenplatte 48 und der zweiten Außenplatte 50 ein im Wesentlichen U-förmiges Profil besitzen. Die Innenplatte 44 und die erste Außenplatte 48 können auch darin angeordnete Durchbrechungen besitzen, die zusammenwirken, um den Einlass 16 und den Auslass 18 der Kühlplattenbaugruppe 5 zu bilden. Ähnlich der Nuten 46 können die Durchbrechungen, die zusammenwirken, um den Einlass 16 und den Auslass 18 zu bilden, ebenfalls gestanzt bzw. geprägt sein. Geeignete Materialien für die Innenplatte 44 und die Außenplatten 48, 50 können Aluminium oder rostfreien Stahl aufweisen, obwohl dem Fachmann verständlich sei, dass auch andere Materialien mit geeigneter Korrosionsbeständigkeit in einer Kühlsystemumgebung verwendet werden können.
Die Innenplatte 44, die erste Außenplatte 48 und die zweite Außenplatte 50 können eine Dicke besitzen, die sowohl einen Schutz der Batteriezellen 6 als auch eine Wärmeübertragung von den Batteriezellen 6 unterstützt. Als nicht beschränkende Beispiele kann die Innenplatte 44 eine Dicke zwischen etwa 0,1 mm und etwa 1,0 mm, besonders zwischen etwa 0,2 mm und 0,8 mm und insbesondere etwa 0,4 mm besitzen. Gleichermaßen können die erste und zweite Außenplatte 48, 50 eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und 0,5 mm, besonders zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,3 mm und insbesondere etwa 0,2 mm besitzen. Es können auch andere geeignete Dicken für die Innenplatte 44, die erste Außenplatte 48 und die zweite Außenplatte 50 verwendet werden.
Zumindest ein Umfang 52, 54, 56 von jeder der Innenplatte 44, der ersten Außenplatte 48 und der zweiten Außenplatte 50 ist verbunden, um eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Beispielsweise können die Umfänge 52, 54, 56 durch zumindest eines von Hartlöten und Schweißen verbunden werden. Eine Klebeverbindung der Umfange 52, 54, 56 kann ebenfalls verwendet werden. Bei einer bestimmten Ausführungsform sieht eine vollständige Oberflächenverbindung der Innenplatte 44 und der Außenplatten 48, 50 die im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung vor. Die Verbindung ist derart konfiguriert, dass sie eine vollständige Leckagedichtheit bei einem Systemdruck von etwa einem (1) bar bereitstellt. Die Kühlmitteleinlassleitung 30 und die Kühlmittelauslassleitung 32 können auch mit der ersten Auslassplatte 50 nach Bedarf auf dieselbe oder eine andere fluiddichte Art und Weise verbunden werden.
Wie in 11 gezeigt ist, bilden die Nuten 46 der Innenplatte 44 den zumindest einen Strömungskanal 14 und stellen dadurch einen Pfad für die Strömung des Kühlmittels in den Einlass 16, durch die Kühlplattenbaugruppe 5 und aus dem Auslass 18 bereit, wenn die Innenplatte 44 und die Außenplatten 48, 50 mit der fluiddichten Abdichtung verbunden sind. Die Nuten 46 und die resultierenden Strömungskanäle 14 können selektiv in der Kühlplattenbaugruppe 5 zur Ausrichtung mit den Anschlussenden 28 der massiven Rippen 20 positioniert werden und dadurch eine Wärmeübertragungskommunikation dazwischen unterstützen. Beispielsweise kann der zumindest eine Strömungskanal 14 einem im Wesentlichen linearen Pfad oder einem gewundenen Pfad durch zumindest eine der ersten Seitenwand 8, der zweiten Seitenwand 10 und der Basiswand 12 folgen. Wie in 11 gezeigt ist, kann der zumindest eine Strömungskanal 14 einem gewundenen Pfad durch die erste Seitenwand 8 und die zweite Seitenwand 10 und einem im Wesentlichen linearen Pfad durch die Basiswand 12 folgen. Der Fachmann kann den zumindest einen Strömungskanal 14 in der Kühlplattenbaugruppe 5 nach Bedarf in anderen geeigneten Konfigurationen formen.
Unter Bezugnahme auf 12 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Zu Zwecken der Klarheit besitzen gleiche oder verwandte Strukturen, die aus den 1 bis 11 wiederholt sind, gleiche Bezugszeichen und sind mit einem Strichindex-(')-Symbol oder einem Doppelstrich-('')-Symbol bezeichnet.
Die vorliegende Offenbarung weist ein Leistungssystem 100 auf, das eine Mehrzahl von Batteriepackungsmodulen 2, 2', 2'' mit Kühlplattenbaugruppen 5, 5', 5'' gemäß der vorliegenden Offenbarung besitzt. Jedes der Mehrzahl von Batteriepackungsmodulen 2, 2', 2'' steht in elektrischer Kommunikation mit den anderen der Mehrzahl von Batteriepackungsmadulen 2, 2, 2''. In Kombination sehen die Batteriepackungsmodule 2, 2', 2'' des Leistungssystems 100 eine elektrische Leistung vor, die ausreichend ist, um ein Elektrofahrzeug zu betreiben.
Die Kühlplattenbaugruppen 5, 5', 5'' des Leistungssystems 100 können sich Kühlmittel von der Kühlmittelquelle über die jeweiligen Kühlmitteleinlassleitungen 30, 30', 30'' und die jeweiligen Kühlauslassleitungen 32, 32', 32'' der Batteriepackungsmodule 2, 2', 2'' teilen. Die Kühlmitteleinlassleitungen 30, 30', 30'' können verbunden sein, um eine gleiche Kühleinlassleitung 30, 30, 30'' zu bilden. Die Kühlauslassleitungen 32, 32', 32'' können verbunden sein, um eine gleiche Kühlauslassleitung 32, 32', 32'' zu bilden. Beispielsweise können die Kühlmitteleinlassleitungen 30, 30', 30'' und die Kühlauslassleitungen 32, 32', 32'' über Schläuche 102 verbunden sein und in Fluidkommunikation mit den Einlässen 16, 16, 16'' und Auslässen 18, 18', 18'' der Kühlplattenbaugruppen 5, 5', 5'' stehen, wie hier oben beschrieben ist. Es sei zu verstehen, dass die Kühlplattenbaugruppen 5, 5', 5'' einzeln innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung mit Kühlmittel beliefert werden können. Die Temperatur der Batteriezellen 6, 6', 6'' der Batteriepackungsmodule 2, 2', 2'' kann dadurch nach Bedarf für jedes der Batteriepackungsmodule 2, 2, 2'' im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Es ist vorteilhafterweise herausgefunden worden, dass eine ausreichende Temperatur- und Kompressionssteuerung durch das Batteriepackungsmodul 2 der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird. Beispielsweise wird die Temperatursteuerung dadurch bereitgestellt, dass die massiven Rippen 20 in im Wesentlichen vollständigem Oberflächenkontakt mit den Batteriezellen 6 des Batteriepackungsmoduls 2 angeordnet werden. Das Batteriepackungsmodul 2 ist ferner in der Lage, die gewünschte Kompression für die Batteriezellen 6 beispielsweise durch Festziehen der Mutter 42 an den Gewinde-Zugstangen 38 bereitzustellen. Die Temperatur- und Kompressionssteuerung unterstützt eine Garantie der Funktion und insbesondere eine Maximierung der Nutzlebensdauer der Lithiumionenbatteriezellen 6, von der herausgefunden worden ist, dass sie durch die Temperaturhistorie und die spezifische Last, die an die Batteriezellen 6 angelegt ist, beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise können die Kühlplattenbaugruppe 5 und das zugeordnete Batteriepackungsmodul 2 und Leistungssystem 100 der vorliegenden Offenbarung mit weniger Komponenten im Vergleich zu Kühlsystemen nach dem Stand der Technik hergestellt werden, wodurch eine Reduzierung des Gesamtsystemvolumens und -gewichts bereitgestellt wird. Die Kühlplattenbaugruppe 5 kann auch beispielsweise durch Hartlöten vor Einsetzen in das Batteriepackungsmodul 2 vormontiert werden.
Es sei zu verstehen, dass die Verwendung von Schweißen, Hartlöten oder Klebverbinden einen vereinfachten Herstellprozess bereitstellt, der keine zusätzlichen Dichtungskomponenten erfordert. Dem Fachmann sei zu verstehen, dass insbesondere in Bezug auf das Hartlöten die Verbindung von jeder der Innenplatte 44, der ersten Außenplatte 48, der zweiten Außenplatte 50 und der massiven Rippen 20 vorteilhafterweise gleichzeitig durchgeführt werden kann und ferner eine Montagezeit minimieren kann, während ein robustes und kompaktes Batteriepackungsmodul 2 bereitgestellt wird.
Während gewisse repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zu Zwecken der Veranschaulichung der Erfindung gezeigt worden sind, sei dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Offenbarung durchgeführt werden können, der ferner in den folgenden angefügten Ansprüchen beschrieben ist.

Claims

Kühlsystem für ein Batteriepackungsmodul, das eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist, wobei das Kühlsystem umfasst: eine Kühlplattenbaugruppe, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die voneinander beabstandet und durch eine Basiswand verbunden sind, wobei die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand zumindest einen darin geformten Strömungskanal besitzen, wobei die erste Seitenwand einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal aufweist und die zweite Seitenwand einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal aufweist, wobei die Kühlplattenbaugruppe derart konfiguriert ist, dass sie in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen, die zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand angeordnet sind, positioniert werden kann und eine Kühlmittelströmung in den Einlass, durch den Strömungskanal und aus dem Auslass heraus zulässt, wodurch eine Temperatur der Batteriezellen reguliert wird.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlplattenbaugruppe ein rechtwinkliges oder ein gekrümmtes Profil besitzt.
Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei die erste Seitenwand im Wesentlichen parallel zu der zweiten Seitenwand ist und die Basiswand im Wesentlichen rechtwinklig zu jeder der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand ist, wobei die Basiswand an einem Ende von jeder der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei die Kühlplattenbaugruppe ein im Wesentlichen U-förmiges Profil besitzt.
Kühlsystem nach Anspruch 1, ferner mit einer Mehrzahl von massiven Rippen, die zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand angeordnet sind.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei jede der massiven Rippen mit der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand verbunden ist und ausreichend voneinander beabstandet sind, um eine Anordnung einer der Batteriezellen zwischen einzelnen der massiven Rippen zuzulassen.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei jede der massiven Rippen einen ersten Federabschnitt, der an der ersten Seitenwand anliegt, und einen zweiten Federabschnitt aufweist, der an der zweiten Seitenwand anliegt.
Kühlsystem nach Anspruch 7, wobei jeder des ersten Federabschnitts und des zweiten Federabschnitts im Wesentlichen S-förmig ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlplattenbaugruppe eine Innenplatte mit darin geformten Nuten aufweist, die den zumindest einen Strömungskanal definieren, wobei die Innenplatte zwischen einem Paar von Außenplatten angeordnet ist, wobei die Innenplatte und die Außenplatten verbunden sind, um eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen.
Batteriepackungsmodul, umfassend: eine Kühlplattenbaugruppe, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die voneinander beabstandet sind und durch eine Basiswand verbunden sind, wobei die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand und die Basiswand zumindest einen darin geformten Strömungskanal besitzen, wobei die erste Seitenwand einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal aufweist und die zweite Seitenwand einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal aufweist; und eine Mehrzahl von Batteriezellen, die zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand angeordnet sind, wobei die Kühlplattenbaugruppe in Wärmeübertragungskommunikation mit den Batteriezellen steht und eine Kühlmittelströmung in den Einlass, durch den Strömungskanal und aus dem Auslass zulässt, wodurch eine Temperatur der Batteriezellen reguliert wird.