DE102012108767A1 - Batteriemodul - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest vier Batteriezellen, die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte gekühlt sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass an der Kühlplatte abstehende Rippen angeordnet sind, die gleichzeitig als Anschlag einzelner Batteriezellen dienen. Hierdurch wird ein leistungsstarkes und sehr steifes Batteriemodul geschaffen, das zudem konstruktiv einfach aufgebaut ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest vier Batteriezellen, die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte gekühlt sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem Batteriemodul ausgestattetes Kraftfahrzeug.
- Aus der
DE 10 2008 034 695 B4 ist ein gattungsgemäßes Batteriemodul, insbesondere in der Art einer Lithium-Ionen-Batterie, bekannt, mit einer Mehrzahl von einzelnen miteinander verschalteten Batteriezellen und einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten Kühlplatte. Die Kühlplatte ist dabei in Richtung der Batteriezellen mit vertikal abstehenden Kühldornen versehen, die konisch ausgeformt und so angeordnet sind, dass sie in Zwischenräume seitlich der Einzelzellen ragen. Aufgrund dieser Kühldorne, die spaltfrei an der Batteriezelle anliegen, soll sich die Fläche vergrößern, über die die Verlustwärme von den Batteriezellen auf die Kühlplatte übertragen werden kann. - Aus der
DE 10 2010 009 478 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher bekannt, der mehrere Speicherzellen aufweist, die thermisch leitend mit einer Kühlplatte verbunden sind und wobei in diese Kühlplatte zumindest ein von Kühlflüssigkeit durchströmter Kühlkanal integriert ist. Hierdurch soll ein elektrischer Energiespeicher geschaffen werden, der in konstruktiv einfacher Weise gekühlt werden kann. - Aus der
US 2006/0240318 A1 - Auch aus der
US 2011/0189524 A1 - Aus der
WO 98/31059 - Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Batteriemodul der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine effektive Kühlung und eine hohe Stabilität 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, einzelne Batteriezellen eines Batteriemoduls über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte zu kühlen, wobei an der Kühlplatte selbst abstehende Rippen angeordnet sind, die einerseits als Anschlag für einzelne Batteriezellen dienen und andererseits der Kühlplatte und damit auch dem Batteriemodul eine deutlich erhöhte Steifigkeit zuweisen. Das erfindungsgemäße Batteriemodul besitzt somit zumindest vier Batteriezellen, die über die dazwischen angeordnete Kühlplatte gekühlt werden können. An dieser Kühlplatte sind nach außen abstehende Rippen angeordnet, vorzugsweise auf jeder Seite zumindest eine, die aufgrund ihrer hohen Biegesteifigkeit die Kühlplatte erheblich aussteifen und zugleich eine Montage der einzelnen Batteriezellen vereinfachen, da sie als Anschlag für einzelne Batteriezellen dienen.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Kühlplatte mehrschichtig aufgebaut, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger. Die beiden Bleche gewährleisten dabei eine hohe Wärmeübertragungsrate von der Kühlplatte zu den einzelnen Batteriezellen, wogegen der zwischen den beiden Blechen angeordnete Kunststoffeinleger mit dazu beiträgt, die einzelnen Kühlkanäle für ein die Kühlplatte durchströmendes Kühlfluid fertigungstechnisch einfach und zugleich gewichtsoptimiert herstellen zu können. Die beiden Bleche begrenzen somit zusammen mit dem dazwischen liegenden Kunststoffeinleger die Kühlkanäle.
- Zweckmäßig stehen die Rippen senkrecht nach außen von den jeweiligen Blechen ab. Die Kühlplatte selbst ist üblicherweise insbesondere um eine in der Plattenebene liegende Biegeachse vergleichsweise leicht biegbar, so dass die senkrecht zum jeweiligen Blech abstehende Rippe das Biegemoment erheblich erhöht. Zugleich bilden die Rippen einen Anschlag für die einzelnen Batteriezellen, wodurch nach einer Befestigung der einzelnen Batteriezellen an der Kühlplatte ein nicht nur konstruktiv äußerst steifes Batteriemodul geschaffen werden kann, sondern auch ein effektiv zu kühlendes, da jede Batteriezelle mit einer Seite vollflächig an der Kühlplatte und mit zumindest einem Bereich einer zweiten Seite flächig an der jeweiligen Rippe, die sowohl als Aussteifungs- als auch als Kühlrippe betrachtet werden kann, anliegt.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind jeweils vier Batteriezellen mit der dazwischen angeordneten Kühlplatte von einem Zurrband zusammengehalten. Derartige Zurrbänder können aus Kunststoff bzw. aus Metall sein und bewirken eine dauerhafte Fixierung der einzelnen Batteriezellen an der Kühlplatte. Nach Lösen des Zurrbandes ist prinzipiell auch ein Austausch einzelner Batteriezellen möglich. Alternativ zu diesem Zurrband können die einzelnen Batteriezellen natürlich auch mit der Kühlplatte verklebt oder verschraubt werden.
- Zweckmäßig sind die beiden Bleche mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger verklebt oder verschweißt. Zur Fertigung der Kühlplatte ist es somit lediglich erforderlich, die beiden vorgeschnittenen Bleche mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger zu verbinden. Eine fluiddichte Verbindung kann dabei beispielsweise über ein Verkleben oder ein Verschweißen erfolgen.
- Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein in den vorherigen Absätzen beschriebenes Batteriemodul in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Hybrid- oder einem Elektrofahrzeug, einzusetzen. Besonders elektromotorisch angetriebene oder elektromotorisch unterstützte Fahrzeuge benötigen eine vergleichsweise hohe Batteriekapazität, wobei derartige Hochleistungsbatterien zum effektiven Betrieb gekühlt werden müssen. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einem derartigen Kraftfahrzeug bietet somit den großen Vorteil, eine hohe elektrische Leistung mit einer vergleichsweise kleinen Batterie durch eine effektive Kühlung derselben zu erhalten. Aufgrund der vergleichsweise hohen Eigensteifigkeit des Batteriemoduls kann fahrzeugseitig beispielsweise auf spezielle bisher erforderliche Halterungen verzichtet werden, wodurch nicht nur Gewicht eingespart, sondern auch ein Einbau deutlich erleichtert werden kann.
- 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 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul in einer Ansicht, -
2 eine Kühlplatte des erfindungsgemäßen Batteriemoduls, -
3 die Kühlplatte, jedoch ohne oberes Blech. - Entsprechend der
1 , weist ein erfindungsgemäßes Batteriemodul1 mehrere Batteriezellen2 auf, die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte3 (vergleiche auch2 ) gekühlt sind. An der Kühlplatte3 sind im Wesentlichen senkrecht zu deren Plattenebene abstehende Rippen4 angeordnet, die nicht nur die Kühlplatte3 aussteifen und eine verbesserte Kühlung der einzelnen Batteriezellen2 bewirken, sondern zugleich auch als Anschlag für einzelne Batteriezellen2 dienen. Das erfindungsgemäße Batteriemodul1 ist somit deutlich steifer als herkömmliche Batteriemodule und besitzt darüber hinaus eine besonders effektive Kühlung, da die einzelnen Batteriezellen2 mit einer Seite flächig an der Kühlplatte3 und mit einer Stirnseite flächig an der jeweiligen Rippe4 anliegen, so dass die einzelnen Batteriezellen2 von zwei Seiten her gekühlt werden können. - Betrachtet man die
2 und3 , so kann man erkennen, dass die Kühlplatte3 mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen5 und5’ mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger6 (vergleiche insbesondere3 ). Die beiden Bleche5 ,5’ begrenzen dabei zusammen mit dem Kunststoffeinleger6 einzelne in der Kühlplatte3 verlaufende Kühlkanäle7 . Um eine möglichst hohe Biegesteifigkeit der Kühlplatte3 erreichen zu können, stehen die Rippen4 vorzugsweise senkrecht zur Plattenebene von den jeweiligen Blechen5 ,5’ ab. Zudem verlaufen die Rippen4 in Längsrichtung des rechteckförmigen Batteriemoduls1 und bilden jeweils einen Anschlag für eine Stirnseite der Batteriezellen2 . - Stirnseitig an der Kühlplatte
3 sind zudem eine Abflussöffnung8 sowie eine Zuflussöffnung9 zur Ver- und Entsorgung der Kühlplatte3 mit Kühlmittel vorgesehen. Eine Befestigung der einzelnen Batteriezellen2 an der Kühlplatte3 kann beispielsweise über ein Zurrband10 (vergleiche1 ) erfolgen, wobei vorzugsweise jeweils vier Batteriezellen2 mit der dazwischen angeordneten Kühlplatte3 von einem Zurrband10 zusammengehalten sind. Derartige Zurrbänder10 können beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet sein und ermöglichen ein einzelnes Austauschen einzelner, insbesondere schadhafter, Batteriezellen2 . Selbstverständlich ist alternativ auch ein Verkleben bzw. Verschrauben der Batteriezellen2 mit der Kühlplatte3 denkbar. - Ein fluiddichtes Befestigen der beiden Bleche
5 ,5’ mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger6 erfolgt üblicherweise über ein Verkleben bzw. ein Verschweißen, welches eine einerseits prozesssichere und andererseits kostengünstige Verbindungstechnik ermöglicht. Pole der einzelnen Batteriezellen2 können dabei selbstverständlich von entsprechenden Schutzkappen11 (vergleiche1 ) überdeckt werden. Das erfindungsgemäße Batteriemodul1 kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug12 eingesetzt werden, wobei derartige kühlbare und leistungsstarke Batteriemodule1 insbesondere in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen Anwendung finden. - Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul
1 ein sehr steifes Batteriemodul1 geschaffen werden kann, welches zum einen aufgrund der Kühlplatte3 kühlbar und damit leistungsfähig ist und welches zum anderen aufgrund der Anschläge bildenden Rippen4 zudem einfach zusammenbaubar ist. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- DE 102010009478 A1 [0003]
- US 2006/0240318 A1 [0004]
- US 2011/0189524 A1 [0005]
- WO 98/31059 [0006]
Claims (9)
- Batteriemodul (
1 ) mit zumindest vier Batteriezellen (2 ), die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte (3 ) gekühlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlplatte (3 ) abstehende Rippen (4 ) angeordnet sind, die gleichzeitig als Anschlag einzelner Batteriezellen (2 ) dienen. - Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (
3 ) mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen (5 ,5' ) mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6 ). - Batteriemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche (
5 ,5' ) zusammen mit dem Kunststoffeinleger (6 ) Kühlkanäle (7 ) begrenzen. - Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (
4 ) senkrecht nach außen von den jeweiligen Blechen (5 ,5' ) abstehen. - Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (
5 ,5' ) in Längsrichtung des rechteckförmigen Batteriemoduls (1 ) verlaufen und jeweils einen Anschlag für eine Stirnseite der Batteriezellen (2 ) bilden. - Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig an der Kühlplatte (
3 ) eine Abflussöffnung (8 ) sowie eine Zuflussöffnung (9 ) angeordnet sind. - Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vier Batteriezellen (
2 ) mit der dazwischen angeordneten Kühlplatte (3 ) von einem Zurrband (10 ) zusammengehalten sind. - Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche (
5 ,5' ) mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6 ) verklebt oder verschweißt sind. - Kraftfahrzeug (
1 ), insbesondere ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug mit einem Batteriemodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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