DE102011107075B4 - battery module - Google Patents
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Abstract
Batteriemodul mit einer Anzahl von in Zellenmodulen (5) zusammengefassten Akkuzellen (6), wobei die Zellenmodule (5) auf einer Trägerplatte (1) angeordnet sind, von einem Gehäuse (14) umgeben sind und mittels eines in Kühlkanälen (3, 3', 4a, 4b) in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführten Kühlmediums kühlbar sind, wobei, die zur Zu- und Abfuhr des Kühlmediums vorgesehenen Kühlkanäle (3, 3', 4a, 4b) an/in der Trägerplatte (1) verlaufen, und dass jedes Zellenmodul (5) mit einem Kühler (8) fest verbunden ist, welcher in die Kühlkanäle (3, 3', 4a, 4b) gesteckt ist und derart parallel in den Kühlkreislauf eingebunden ist und dass die Akkuzellen (6) in jedem Zellenmodul (5) parallel aufeinander gestapelt sind, wobei zwischen benachbarten Akkuzellen (6) jeweils ein Wärmeleitblech (9) eingefügt ist, wobei die Wärmeleitbleche (9) einseitig im Kühler (8) fixiert sind. Battery module with a number of battery cells (6) combined in cell modules (5), the cell modules (5) being arranged on a carrier plate (1), surrounded by a housing (14) and by means of a cooling channel (3, 3 ', 4a, 4b) can be cooled in a closed cooling circuit guided cooling medium, wherein, provided for the supply and discharge of the cooling medium cooling channels (3, 3 ', 4a, 4b) on / in the support plate (1), and that each cell module ( 5) is fixedly connected to a cooler (8), which is inserted into the cooling channels (3, 3 ', 4a, 4b) and is thus integrated in parallel in the cooling circuit and that the battery cells (6) in each cell module (5) in parallel are stacked on each other, wherein between adjacent battery cells (6) in each case a heat conducting plate (9) is inserted, wherein the heat conducting plates (9) are fixed on one side in the cooler (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Anzahl von in Zellenmodulen zusammengefassten Akkuzellen, wobei die Zellenmodule auf einer Trägerplatte angeordnet sind, von einem Gehäuse umgeben sind und mittels eines in Kühlkanälen in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführten Kühlmediums kühlbar sind.The invention relates to a battery module with a number of cell cells combined in battery cells, the cell modules are arranged on a support plate, are surrounded by a housing and can be cooled by means of a run in cooling channels in a closed cooling circuit cooling medium.
Aus der
Bei einem weiteren bekannten Batteriemodul werden die Akkuzellen in Modulen verbaut, welche auf einem Rahmen befestigt werden, dem anschließend ein Gehäuse übergestülpt wird. Außerhalb des Gehäuses befinden sich Kühlleitungen, welche durch das Gehäuse zu Kühlplatten geführt werden, welche auf den Zellenmodulen positioniert sind. Für die außerhalb des Gehäuses verlaufenden Kühlleitungen ist eine Abdeckung vorgesehen. Diese bekannte Lösung weist eine hohe Anzahl von Einzelbauteilen und dadurch ein relativ hohes Gewicht auf. Für unterschiedliche Anwendungsfälle sind aufwändige Spezialanfertigungen notwendig, die hohe Kosten verursachen.In another known battery module, the battery cells are installed in modules which are mounted on a frame, which is subsequently slipped over a housing. Outside the housing are cooling ducts, which are led through the housing to cooling plates, which are positioned on the cell modules. For the running outside of the housing cooling lines a cover is provided. This known solution has a high number of individual components and thereby a relatively high weight. For different applications costly custom-made products are necessary, which cause high costs.
Die
Aus der
Mit der
Mit der
Die
Die
Aus der
Mit mehreren Zellenmodulen versehene, meist hochleistungsfähige elektrische Energiespeicher werden insbesondere in Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen benötigt. Beim Lade- und Entladevorgang solcher komplexer Batteriemodule entsteht Wärme, die abgeleitet werden muss, um eine Zerstörung der Akkuzellen zu vermeiden. Es ist daher für die Batteriemodule eine leistungsfähige Kühleinrichtung erforderlich. From the
Provided with several cell modules, usually high-performance electrical energy storage are needed in particular in hybrid vehicles and electric vehicles. When charging and discharging such complex battery modules heat is generated, which must be derived in order to avoid destruction of the battery cells. It is therefore necessary for the battery modules a powerful cooling device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriemodul der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der für die Kühlung der Akkuzellen erforderliche konstruktive Aufwand und das Gewicht des Batteriemoduls gering gehalten sind.The invention has for its object to perform a battery module of the type mentioned in such a way that the time required for the cooling of the battery cells design effort and the weight of the battery module are kept low.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die zur Zu- und Abfuhr des Kühlmediums vorgesehenen Kühlkanäle an/in der Trägerplatte verlaufen, und dass jedes Zellenmodul mit einem Kühler fest verbunden ist, welcher in die Kühlkanäle gesteckt ist und derart parallel in den Kühlkreislauf eingebunden ist.The object is achieved according to the invention in that the cooling channels provided for the supply and removal of the cooling medium run on / in the support plate, and that each cell module is firmly connected to a cooler, which is inserted into the cooling channels and so integrated parallel in the cooling circuit is.
Durch die Anordnung der Kühlkanäle an bzw. in der Trägerplatte und das Einstecken der Kühler werden die Kühlleitungen auf ein Minimum reduziert und das Gewicht des Batteriemoduls gering gehalten. Durch das Gehäuse hindurch braucht nur noch die Verbindung der Zellenmodule mit der außerhalb des Gehäuses befindlichen Elektronik-Schnittstelle erfolgen. Die eingesteckten Kühler werden parallel aus den Kühlkanälen der Trägerplatte mit Kühlmedium versorgt.The arrangement of the cooling channels on or in the carrier plate and the insertion of the cooler, the cooling lines are reduced to a minimum and kept the weight of the battery module low. Through the housing through only the connection of the cell modules with the outside of the housing located electronics interface needs to be done. The inserted cooler are supplied in parallel from the cooling channels of the carrier plate with cooling medium.
Besonders wirkungsvoll und zweckmäßig lässt sich die Wärme aus den Akkuzellen der Zellenmodule ableiten, wenn die Akkuzellen parallel aufeinander gestapelt sind, wobei zwischen benachbarten Akkuzellen jeweils ein Wärmeleitblech eingefügt ist, wobei die Wärmeleitbleche einseitig im Kühler fixiert sind.The heat from the battery cells of the cell modules can be derived in a particularly effective and expedient manner if the battery cells are stacked parallel to one another, with a respective heat conducting plate inserted between adjacent battery cells, the heat conducting plates being fixed on one side in the cooler.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlkanäle in die Trägerplatte integriert und damit „konstruktive Bestandteile“ der Trägerplatte. Die hergestellte Trägerplatte beinhaltet daher schon die Kühlkanäle.In one embodiment of the invention, the cooling channels are integrated into the carrier plate and thus "constructive components" of the carrier plate. The produced carrier plate therefore already includes the cooling channels.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung verlaufen die Kühlkanäle in gesonderten Leitungselementen, welche mit der Trägerplatte fest verbunden sind. Diese Ausführungsvariante gestattet es, die Leitungselemente aus einem anderen Material zu fertigen als die Trägerplatte, so dass bei einer metallischen Ausführung der Trägerplatte die Leitungselemente aus einem Kunststoffmaterial bestehen können, wodurch eine thermische Entkopplung der Leitungselemente von der Trägerplatte gegeben ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the cooling channels extend in separate line elements, which are firmly connected to the support plate. This embodiment makes it possible to manufacture the line elements of a different material than the carrier plate, so that in a metallic version of the carrier plate, the line elements may consist of a plastic material, whereby a thermal decoupling of the line elements is given by the carrier plate.
Um das Batteriemodul möglichst kompakt, zweckmäßig und mit geringem Gewicht auszuführen, ist in der Trägerplatte zumindest ein den Vorlauf bildender Kühlkanal und es ist zumindest ein, den Rücklauf bildender Kühlkanal integriert, wobei jeder Kühler jeweils durch zumindest eine Steckverbindung an einen den Vorlauf bildenden Kühlkanal und jeweils durch zumindest eine Steckverbindung an einen den Rücklauf bildenden Kühlkanal angeschlossen ist.In order to make the battery module as compact, functional and lightweight, in the support plate at least one cooling channel forming the flow and it is at least one, the return forming cooling channel integrated, each cooler by at least one connector to a flow channel forming the flow and is connected in each case by at least one connector to a return channel forming the cooling channel.
Auf besonders simple Weise sind diese Steckverbindungen durch Steckelemente der Kühler gebildet, welche in lokale Öffnungen an der Oberseite der Trägerplatte eingesetzt sind, wobei diese Öffnungen mit den Kühlkanälen in der Trägerplatte in Verbindung sind.In a particularly simple way, these connectors are formed by plug-in elements of the radiator, which are inserted into local openings on the upper side of the support plate, said openings being in communication with the cooling channels in the support plate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägerplatte modular aufgebaut und weist ein zentrales, die Zellenmodule aufnehmendes Modul auf, an dessen einer Stirnseite ein Abschlussmodul und an dessen zweiter Stirnseite ein Anschlussmodul angefügt sind. Der modulartige Aufbau der Trägerplatte ist für eine einfache Herstellung ihrer Bestandteile und das erwünschte geringe Gewicht von besonderem Vorteil. Insbesondere lässt sich eine derart modular aufgebaute Trägerplatte aus Aluminium im Strang- Press- und/oder Spritzgussverfahren kostengünstig herstellen. Das Zusammenfügen der Trägerplattenmodule kann über herkömmliche Steckverbindungen erfolgen.According to a preferred embodiment of the invention, the support plate is modular and has a central module accommodating the cell modules, on whose one end face a termination module and on the second end face of a connection module are added. The modular design of the carrier plate is for easy production of its components and the desired low weight of particular advantage. In particular, it is possible to inexpensively produce such a modularly constructed aluminum support plate in the extrusion, compression and / or injection molding process. The assembly of the carrier plate modules can be done via conventional connectors.
Vorteilhafter Weise wird das Abschlussmodul derart ausgeführt, dass es die Kühlkanäle des zentralen Moduls stirnseitig verschließt. Das Anschlussmodul enthält insbesondere Anschlusskanäle für die Kühlkanäle im zentralen Modul und kann vorteilhafter Weise auch die Kopplungsstelle zum Fahrzeug bilden und etwaige vorgesehene Steuergeräte tragen.Advantageously, the termination module is designed such that it closes the cooling channels of the central module on the front side. The connection module contains in particular connection channels for the cooling channels in the central module and can advantageously also form the coupling point to the vehicle and carry any provided control devices.
Das zentrale Modul kann aus einer Anzahl übereinstimmend ausgeführter Plattenteile bestehen, welche stirnseitig, insbesondere über Steckverbindungen, miteinander verbunden sind, wobei die Kühlkanäle durch sämtliche Plattenteile als durchgehende Kanäle verlaufen. Auch diese Maßnahme ist vor allem für eine einfache Herstellung und ein geringes Gewicht der Trägerplatte von Vorteil.The central module may consist of a number of matching executed plate parts, which are frontally, in particular via connectors, connected to each other, wherein the cooling channels extend through all the plate parts as a continuous channels. This measure is especially for a simple production and a low weight of the support plate of advantage.
Eine zwischen den Zellenmodulen und der Trägerplatte eingefügte Isolierplatte verhindert die Wärmeübertragung von den Zellenmodulen auf die Trägerplatte. An insulating plate inserted between the cell modules and the carrier plate prevents heat transfer from the cell modules to the carrier plate.
Eine optimale Verbindung der Zellenmodule zur Trägerplatte wird dadurch unterstützt, dass auf jedem Zellenmodul eine Anpressplatte positioniert ist, welche an der Trägerplatte befestigt ist. An optimal connection of the cell modules to the support plate is supported by the fact that a pressure plate is positioned on each cell module, which is attached to the support plate.
Wie bereits erwähnt können die Plattenteile der Trägerplatte im Strangpressverfahren hergestellt werden. Dieses Verfahren gestattet es, auf besonders einfache Weise die Kühlkanäle in die Trägerplatte zu integrieren und das Innere der Trägerplatte durch Verstrebungen in Hohlräume zu unterteilen, was wiederum für das Gewicht der Trägerplatte von Vorteil ist.As already mentioned, the plate parts of the carrier plate can be produced by the extrusion process. This method makes it possible to integrate the cooling channels into the carrier plate in a particularly simple manner and to divide the interior of the carrier plate by braces into cavities, which in turn is advantageous for the weight of the carrier plate.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 eine Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, -
1a eine Ansicht eines Details des Batteriemoduls aus1 , -
2 eine Ansicht einer modular aufgebauten Trägerplatte, -
3 eine Unteransicht der Trägerplatte, -
4 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenteils der Trägerplatte, -
4a eine Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Plattenteils, -
5 eine Schnittdarstellung eines Zellenmoduls und -
6 eine Schnittdarstellung einer Steckverbindung.
-
1 a view of an embodiment of a battery module according to the invention, -
1a a view of a detail of thebattery module 1 . -
2 a view of a modular carrier plate, -
3 a bottom view of the carrier plate, -
4 a view of an embodiment of a plate part of the support plate, -
4a a view of another embodiment of a plate member, -
5 a sectional view of a cell module and -
6 a sectional view of a connector.
Das in
Wie
Die Plattenteile
Der Kühler
Eine weitere Ausführungsform von Plattenteilen
In
Das Batteriemodul kann im Fahrzeug mittels eines Wärmetauschers an das vorhandene Klimagerät angebunden sein. Eine in den Kreislauf - zwischen Batteriemodul und Wärmetauscher - eingebundene Pumpe sorgt für den Transport des Kühlmediums im Kühlkreislauf.The battery module can be connected in the vehicle by means of a heat exchanger to the existing air conditioner. A pump integrated into the circuit - between the battery module and the heat exchanger - ensures the transport of the cooling medium in the cooling circuit.
Das Batteriemodul kann einen geschlossenen Temperierungskreislauf enthalten. Auf der Trägerplatte
Die Erfindung ist auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt. So ist es insbesondere möglich, die Trägerplatte derart auszuführen, dass die Zellenmodule einreihig oder in mehr als zwei Reihen positioniert werden. Die Anzahl und die Ausführung der Kühlkanäle wird entsprechend angepasst.The invention is not limited to the illustrated and described embodiment. Thus, it is in particular possible to carry out the carrier plate such that the cell modules are positioned in one row or in more than two rows. The number and design of the cooling channels will be adjusted accordingly.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Trägerplattesupport plate
- 1a1a
- Hohlraumcavity
- 22
- Verstrebungenstruts
- 33
- Kühlkanalcooling channel
- 3'3 '
- Kühlkanalcooling channel
- 3a3a
- Einlassöffnunginlet port
- 4a4a
- Kühlkanalcooling channel
- 4b4b
- Kühlkanalcooling channel
- 4c4c
- Auslassöffnungoutlet
- 55
- Zellenmodulcell module
- 66
- Zellecell
- 6a6a
- Anschlussconnection
- 77
- Isolierplatteinsulation
- 88th
- Kühlercooler
- 8a8a
- schlitzförmige Öffnungslotted opening
- 8b8b
- Schlitzslot
- 8c8c
- Steckelementplug-in element
- 99
- Wärmeleitblechheat conducting
- 1111
- Anpressplattepressure plate
- 11a11a
- Verbindungselementconnecting element
- 13a13a
- Anschlusskanäleconnecting channels
- 13b13b
- Anschlusskanäleconnecting channels
- 1414
- Gehäusecasing
- 1515
- Öffnungopening
- 1616
- O-RingdichtungO-ring seal
- 1818
- Abdeckungcover
- 18a18a
- Lüftungsschlitzevents
- 2121
- zentrale Modulcentral module
- 21a21a
- Plattenteilplate part
- 21'a21'a
- Plattenteilplate part
- 21b21b
- Basisteilbase
- 21c21c
- Randteiledge part
- 21d21d
- Vertiefungdeepening
- 21e21e
- Vertiefungdeepening
- 2222
- Abschlussmodultermination module
- 2323
- Anschlussmodulconnection module
- 2424
- Lascheflap
- 2525
- Bohrungdrilling
- 3333
- Leitungselementline element
- 4444
- Leitungselementline element
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