DE102012108762A1 - Batterieeinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung mit zumindest zwei miteinander verschalteten Batteriemodulen und mit zumindest einer zwischen zwei Batteriemodulen angeordneten Kühlplatte zum Kühlen der Batteriemodule. Erfindungswesentlich ist dabei, dass ein die Batterieeinrichtung einhüllendes Gehäuse mit einer Rahmenkonstruktion vorgesehen ist, wobei die zumindest eine Kühlplatte fluiddurchströmt ist und aus zwei miteinander verbundenen Metalllagen gebildet ist und wobei die zumindest eine Kühlplatte zumindest mit ihren Stirnseiten fest mit der Rahmenkonstruktion verbunden ist und diese aussteift. Hierdurch kann eine leistungsstarke und robuste Batterieeinrichtung geschaffen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung mit zumindest zwei miteinander verschalteten Batteriemodulen und mit zumindest einer zwischen zwei Batteriemodulen angeordneten Kühlplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterieeinrichtung.
  • Aus der US 2011/0212355 A1 ist eine gattungsgemäße Batterieeinrichtung mit mehreren miteinander verschalteten Batteriemodulen und mit mehreren dazwischen angeordneten Kühlplatten zum Kühlen der Batteriemodule bekannt.
  • Aus der US 2011/0162821 A1 ist ein Kühlsystem zum Kühlen von Solarzellen bekannt.
  • Aus der US 6,821,671 B2 ist wiederum eine Batterieeinrichtung mit einer Vielzahl an Batteriemodulen bzw. Batteriezellen bekannt, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen Kühlplatten in der Art von nicht durchströmten Kühlrippen angeordnet sind. Die Kühlrippen bilden dabei gleichzeitig eine Aussteifung der Batterieeinrichtung, stehen jedoch nicht in direktem Kontakt mit den Batteriezellen.
  • Aus der DE 10 2008 034 863 B4 ist eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie bekannt, mit einer Mehrzahl von in Serie bzw. parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten und an einem Batteriegehäuse befestigten Kühlplatte. Die Kühlplatte ist dabei in mehreren Befestigungspunkten zumindest teilweise horizontal beweglich an dem Batteriegehäuse befestigt und dadurch in zumindest gewissem Maße vom Batteriegehäuse entkoppelt und unabhängig von diesem bewegbar.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Batterieeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Eigensteifigkeit und durch eine hohe Leistungsfähigkeit auszeichnet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Batterieeinrichtung mit mehreren parallel zueinander ausgerichteten und miteinander verschalteten Batteriemodulen zusätzlich mit zwischen den Batteriemodulen angeordneten Kühlplatten zu versehen, wobei diese Kühlplatten aus zwei miteinander verbundenen Metalllagen gebildet und fluiddurchströmt sind und zugleich zumindest an ihren Stirnseiten fest mit einer Rahmenkonstruktion eines Gehäuses der Batterieeinrichtung verbunden sind und diese dadurch zusätzlich aussteifen. Die Batterieeinrichtung besitzt somit ein diese einhüllendes Gehäuse mit der zuvor beschriebenen Rahmenkonstruktion, wobei an der Rahmenkonstruktion die einzelnen Kühlplatten zumindest mit ihren Stirnseiten angebunden, insbesondere angeschraubt sind und dadurch die Rahmenkonstruktion aussteifen. Zwischen den einzelnen, vorzugsweise parallelen Kühlplatten sind dabei die Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen angeordnet, wobei diese in direktem, zumindest aber in wärmeübertragendem Kontakt mit den Kühlplatten stehen. Eine direkte Verbindung der einzelnen Batteriemodule mit der Rahmenkonstruktion kann, muss aber nicht vorgesehen sein, wobei die Batteriemodule selbst nicht zur Aussteifung der Rahmenkonstruktion herangezogen werden dürfen, da diese sich aufgrund der bei der Benutzung der Batterieeinrichtung auftretenden Temperaturänderungen ausdehnen bzw. zusammenziehen und dadurch unter Umständen bei einer festen Anbindung an die Rahmenkonstruktion beschädigt werden könnten. Durch die Ausbildung der einzelnen Kühlplatten jeweils aus zumindest zwei miteinander verbundenen Metalllagen können die Kühlplatten selbst bereits sehr steif ausgebildet werden, wodurch wiederum die Steifigkeit der Rahmenkonstruktion und der Batterieeinrichtung erhöht werden kann. Durch die fluiddurchströmten Kühlplatten ist darüber hinaus eine effektive Kühlung der einzelnen dazwischen angeordneten Batteriemodule möglich, wodurch diese auch langfristig an ihrem Leistungsmaximum betrieben werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die zwei Metalllagen der zumindest einen Kühlplatte aus Stahl oder aus Aluminium ausgebildet. Stahl stellt dabei einen vergleichsweise steifen Werkstoff dar, der aufgrund seiner hohen Eigensteifigkeit in besonders bevorzugter Weise dafür geeignet ist, die Batterieeinrichtung auszusteifen. Zudem bietet sich Stahl auch als guter Wärmeüberträger an, wodurch eine hohe Kühlwirkung von den Kühlplatten auf die zu kühlenden Batteriemodule übertragen werden kann. Eine Ausbildung der beiden Lagen zumindest einer Kühlplatte aus Aluminium hingegen hilft ebenfalls die Batterieeinrichtung auszusteifen, wobei Aluminium deutlich leichter als Stahl ist, was insbesondere bei rein elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen eine gesteigerte Reichweite bedeutet. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium kann auch mit diesem Werkstoff eine gute Wärmeübertragung und damit eine gute Kühlung der Batteriemodule erreicht werden.
  • Zweckmäßig ist die zumindest eine Kühlplatte länger als ein zugehöriges Batteriemodul. Dies bietet den großen Vorteil, dass in einem über das Batteriemodul überstehenden Bereich ein Zulauf und ein Ablauf für die Kühlplatte angeordnet werden können, die beide bei in die Batterieeinrichtung eingebauter Kühlplatte innerhalb der Rahmenkonstruktion liegen und dadurch besonders geschützt und zudem bauraumoptimiert angeordnet sind. Je nach Anordnung bzw. Ausrichtung der einzelnen Kühlplatten kann somit ein zentraler Zulauf und ein zentraler Ablauf geschaffen werden, an welchem die einzelnen Kühlplatten zweigartig angeordnet sind.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein die Rahmenkonstruktion umgebender Gehäusemantel vorgesehen, der aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus Aluminium, ausgebildet ist. Ein derartiger Gehäusemantel bewirkt eine schmutzgeschützte Anordnung der einzelnen Batteriemodule im Gehäuse, was insbesondere dann von großem Vorteil ist, sofern die Batterieeinrichtung an einem Unterboden eines Kraftfahrzeuges montiert ist und dort direkt Verschmutzungen der Straßen ausgesetzt wird. Eine Ausbildung des Gehäusemantels aus Kunststoff ist dabei nicht nur vergleichsweise leicht, was insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen von großem Vorteil ist, sondern sie bietet auch einen gewissen Schutz gegen Steinschlag und ist zudem korrosionsbeständig, was besonders bei der Anordnung am Unterboden des Kraftfahrzeuges einen erheblichen Vorteil darstellt.
  • Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor mit einer derartigen Batterieeinrichtung auszurüsten und den Gehäusemantel dieser Batterieeinrichtung an eine Form eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs anzupassen. Hierdurch kann eine formschlüssige und damit bauraumoptimierte Anordnung der Batterieeinrichtung unter dem Kraftfahrzeug erreicht werden, wobei der Gehäusemantel, der beispielsweise als Kunststoffhartschale ausgebildet ist, die dort auftretenden Belastungen problemlos aufzunehmen vermag. Die Batteriemodule innerhalb des Gehäusemantels sind dabei so angeordnet, dass möglichst viele Batteriemodule in einem volumenmäßig möglichst kleinen Gehäusemantel untergebracht sind.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch
  • 1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung mit transparentem Gehäusemantel,
  • 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch ohne Gehäusemantel,
  • 3 einen möglichen Gehäusemantel der Batterieeinrichtung,
  • 4 einen Rahmen eines erfindungsgemäßen mit der Batterieeinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs,
  • 5 eine mögliche Anbausituation der erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung an das Kraftfahrzeug.
  • Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 mehrere miteinander verschaltete Batteriemodule 2 auf, die jeweils wiederum eine Vielzahl einzelner Batteriezellen besitzen. Zwischen zumindest zwei dieser Batteriemodule 2 ist dabei eine fluiddurchströmte Kühlplatte 3 zum Kühlen der Batteriemodule 2 angeordnet. Ebenfalls vorgesehen ist ein die Batterieeinrichtung 1 einhüllendes Gehäuse 4 (vergleiche 3), welches im Wesentlichen aus einer Rahmenkonstruktion 5 und einem diese Rahmenkonstruktion 5 einhüllenden Gehäusemantel 6 besteht. Erfindungsgemäß ist nun die Kühlplatte 3 aus zwei miteinander verbundenen Metalllagen 7 und 8 gebildet, wie dies beispielsweise in der Schnittdarstellung gemäß der 1 gezeigt ist, wobei die Kühlplatten 3 darüber hinaus zumindest mit ihren Stirnseiten fest mit der Rahmenkonstruktion 5 verbunden sind und diese aussteifen. Betrachtet man insbesondere die 2, so kann man an der dort singulär bezeichneten Kühlplatte 3 erkennen, dass diese mit ihren jeweiligen Stirnseiten an einem Rahmenteil 9 bzw. 9’ der Rahmenkonstruktion 5 angebunden ist und somit die beiden Rahmenteile 9, 9’ gegeneinander aussteift. Die Kühlplatte 3 hat somit nicht nur eine wärmeabführende, das heißt kühlende, Wirkung, sondern steift zusätzlich die Rahmenkonstruktion 5 und darüber die Batterieeinrichtung 1 aus. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kühlplatte 3 aus zwei miteinander fluiddicht verbundenen Metalllagen 7, 8 weist die Kühlplatte 3 eine hohe Biegesteifigkeit auf und ist dadurch besonders zur Aussteifung geeignet.
  • Als Material für die Rahmenkonstruktion 5 und/oder für die Metalllagen 7, 8 der Kühlplatte 3 kommen insbesondere Stahl bzw. Aluminium in Betracht. Eine Verbindung zwischen den Kühlplatten 3 und dem jeweiligen Rahmenteil 9, 9’ bzw. allgemein der Rahmenkonstruktion 5 kann beispielsweise mittels einer Verschraubung erfolgen, wobei alternativ auch ein Verschweißen denkbar ist.
  • Betrachtet man die 1 und 2, so kann man erkennen, dass die Kühlplatte 3 deutlich länger ausgebildet ist als das zugehörige Batteriemodul 2, ja sogar länger als zwei in Reihe angeordnete Batteriemodule 2, so dass die Kühlplatte 3 einen über das jeweilige Batteriemodul 2 überstehenden Bereich 10 besitzt. In diesem überstehenden Bereich 10 sind ein Zulauf 11 sowie ein Ablauf 12 für die jeweilige Kühlplatte 3 angeordnet, wobei durch den überstehenden Bereich 10 sowohl der Zulauf 11 als auch der Ablauf 12 innerhalb der Rahmenkonstruktion 5 und damit geschützt angeordnet sind.
  • Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass die gesamte Batterieeinrichtung 1 von einem diese umgebenden bzw. einhüllenden Gehäusemantel 6 umgeben ist, der aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus Aluminium, ausgebildet sein kann. Besonders eine Ausbildung aus einem nicht rostenden und zugleich leichten Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff, ist dabei für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich besonders von Vorteil.
  • In den 4 und 5 kann man ein Kraftfahrzeug 13 bzw. eine Karosserie desselben erkennen, an welcher bodenseitig die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 anordenbar ist. Das Kraftfahrzeug 13 kann dabei beispielsweise als Elektro- oder als Hybridfahrzeug ausgebildet sein und weist demzufolge einen Elektromotor 14 zum Antrieb auf. Um ein möglichst platzsparendes Anordnen der Batterieeinrichtung 1 am Kraftfahrzeug 13 zu ermöglichen, ist der Gehäusemantel 6 der Batterieeinrichtung 1 an eine Form eines Unterbodens des Kraftfahrzeuges 13 angepasst. Hierbei kann der Gehäusemantel 6 auch hinsichtlich aerodynamischer Aspekte optimiert sein. Durch die straßennahe Anordnung der Batterieeinrichtung 1 empfiehlt sich für den Gehäusemantel 6 beispielsweise eine Ausbildung aus Kunststoff, da diese sowohl unempfindlich gegen Steinschlag als auch unempfindlich gegen Korrosion ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung 1 ist es somit möglich, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge mit einer einerseits steifen und damit auch robusten Energieversorgungseinrichtung auszustatten, die aufgrund der effektiven Kühlung zudem besonders leistungsstark ist. Sowohl die erhöhte Kühlwirkung als auch die verbesserte Steifigkeit wird dabei durch die zweilagigen Kühlplatten 3 erzielt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0212355 A1 [0002]
    • US 2011/0162821 A1 [0003]
    • US 6821671 B2 [0004]
    • DE 102008034863 B4 [0005]

Claims (10)

  1. Batterieeinrichtung (1) mit zumindest zwei miteinander verschalteten Batteriemodulen (2) und mit zumindest einer zwischen zwei Batteriemodulen (2) angeordneten Kühlplatte (3) zum Kühlen der Batteriemodule (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein die Batterieeinrichtung (1) einhüllendes Gehäuse (4) mit einer Rahmenkonstruktion (5) vorgesehen ist, wobei die zumindest eine Kühlplatte (3) fluiddurchströmt ist und aus zwei miteinander verbundenen Metalllagen (7, 8) gebildet ist und wobei die zumindest eine Kühlplatte (3) zumindest mit ihren Stirnseiten fest mit der Rahmenkonstruktion (5) verbunden ist und diese aussteift.
  2. Batterieeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Metalllagen (7, 8) der zumindest einen Kühlplatte (3) aus Stahl oder aus Aluminium ausgebildet sind.
  3. Batterieeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlplatte (3) mit der Rahmenkonstruktion (5) verschraubt ist.
  4. Batterieeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlplatte (3) länger ist als ein zugehöriges Batteriemodul (2).
  5. Batterieeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlplatte (3) in ihrem über das Batteriemodul (2) überstehenden Bereich (10) einen Zulauf (11) und einen Ablauf (12) aufweist, der bei in die Batterieeinrichtung (1) eingebauter Kühlplatte (3) innerhalb der Rahmenkonstruktion (5) liegt.
  6. Batterieeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Rahmenkonstruktion (5) umgebender Gehäusemantel (6) vorgesehen ist.
  7. Batterieeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (6) aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus Aluminium, ausgebildet ist.
  8. Kraftfahrzeug (13) mit einem Elektromotor (14) und einer Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (6) der Batterieeinrichtung (1) an eine Form eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs (13) angepasst ist.
  10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (13) als Elektro- oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
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