DE102012108767B4

DE102012108767B4 - Batteriemodul

Info

Publication number: DE102012108767B4
Application number: DE102012108767.9A
Authority: DE
Inventors: Tim Schmidt; Dietmar Luz; Jeremy Curnow
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: KR20140037774A; CN103682515A; US20140079974A1; FR2995733B1; US9331368B2; CN103682515B; DE102012108767A1; FR2995733A1; KR101573575B1

Abstract

Batteriemodul (1) mit zumindest vier Batteriezellen (2), die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte (3) gekühlt sind, wobei an der Kühlplatte (3) abstehende Rippen (4) angeordnet sind, die gleichzeitig als Anschlag einzelner Batteriezellen (2) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen (5,5') mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6), wobei die beiden Bleche (5,5') mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6) verklebt oder verschweißt sind.

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 197 50 069 A1 ist ein gattungsgemäßes Batteriemodul mit zumindest vier Batteriezellen bekannt, die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte gekühlt sind, wobei an der Kühlplatte abstehende Rippen angeordnet sind, die gleichzeitig als Anschlag einzelner Batteriezellen dienen.
Aus der US 2011/0300428 A1 ist ein weiteres Batteriemodul bekannt.
Aus der DE 10 2008 034 695 B4 ist ein 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 ist ein weiteres Batteriemodul mit mehreren stapelartig aneinander gelagerten Batteriezellen bekannt. Zwischen den einzelnen Batteriezellen sind dabei Abstandshalter angeordnet, die die einzelnen Batteriezellen auf Abstand zueinander halten und dadurch eine Kühlmitteldurchströmung zwischen den einzelnen Batteriezellen ermöglichen.
Auch aus der US 2011/0189524 A1 ist ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl einzelner Batteriezellen bekannt, wobei eine zwischen den einzelnen Batteriezellen angeordnete Kühlplatte zur Kühlung der Batteriezellen vorgesehen ist.
Aus der WO 98/31059 A1 ist nochmals ein Batteriemodul mit einer Vielzahl einzelner Batteriezellen vorgesehen, die zueinander beabstandet angeordnet und von Luft zur Kühlung durchströmt sind.
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.
Erfindungsgemäß 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.
Erfindungsgemäß 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 Batteriemodul 1 mehrere Batteriezellen 2 auf, die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte 3 (vergleiche auch 2) gekühlt sind. An der Kühlplatte 3 sind im Wesentlichen senkrecht zu deren Plattenebene abstehende Rippen 4 angeordnet, die nicht nur die Kühlplatte 3 aussteifen und eine verbesserte Kühlung der einzelnen Batteriezellen 2 bewirken, sondern zugleich auch als Anschlag für einzelne Batteriezellen 2 dienen. Das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 ist somit deutlich steifer als herkömmliche Batteriemodule und besitzt darüber hinaus eine besonders effektive Kühlung, da die einzelnen Batteriezellen 2 mit einer Seite flächig an der Kühlplatte 3 und mit einer Stirnseite flächig an der jeweiligen Rippe 4 anliegen, so dass die einzelnen Batteriezellen 2 von zwei Seiten her gekühlt werden können.
Betrachtet man die 2 und 3, so kann man erkennen, dass die Kühlplatte 3 mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen 5 und 5' mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger 6 (vergleiche insbesondere 3). Die beiden Bleche 5, 5' begrenzen dabei zusammen mit dem Kunststoffeinleger 6 einzelne in der Kühlplatte 3 verlaufende Kühlkanäle 7. Um eine möglichst hohe Biegesteifigkeit der Kühlplatte 3 erreichen zu können, stehen die Rippen 4 vorzugsweise senkrecht zur Plattenebene von den jeweiligen Blechen 5, 5' ab. Zudem verlaufen die Rippen 4 in Längsrichtung des rechteckförmigen Batteriemoduls 1 und bilden jeweils einen Anschlag für eine Stirnseite der Batteriezellen 2.
Stirnseitig an der Kühlplatte 3 sind zudem eine Abflussöffnung 8 sowie eine Zuflussöffnung 9 zur Ver- und Entsorgung der Kühlplatte 3 mit Kühlmittel vorgesehen. Eine Befestigung der einzelnen Batteriezellen 2 an der Kühlplatte 3 kann beispielsweise über ein Zurrband 10 (vergleiche 1) erfolgen, wobei vorzugsweise jeweils vier Batteriezellen 2 mit der dazwischen angeordneten Kühlplatte 3 von einem Zurrband 10 zusammengehalten sind. Derartige Zurrbänder 10 können beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet sein und ermöglichen ein einzelnes Austauschen einzelner, insbesondere schadhafter, Batteriezellen 2. Selbstverständlich ist alternativ auch ein Verkleben bzw. Verschrauben der Batteriezellen 2 mit der Kühlplatte 3 denkbar.
Ein fluiddichtes Befestigen der beiden Bleche 5, 5' mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger 6 erfolgt erfindungsgemäß über ein Verkleben bzw. ein Verschweißen, welches eine einerseits prozesssichere und andererseits kostengünstige Verbindungstechnik ermöglicht. Pole der einzelnen Batteriezellen 2 können dabei selbstverständlich von entsprechenden Schutzkappen 11 (vergleiche 1) überdeckt werden. Das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug 12 eingesetzt werden, wobei derartige kühlbare und leistungsstarke Batteriemodule 1 insbesondere in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen Anwendung finden.
Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul 1 ein sehr steifes Batteriemodul 1 geschaffen werden kann, welches zum einen aufgrund der Kühlplatte 3 kühlbar und damit leistungsfähig ist und welches zum anderen aufgrund der Anschläge bildenden Rippen 4 zudem einfach zusammenbaubar ist.

Claims

Batteriemodul (1) mit zumindest vier Batteriezellen (2), die über eine dazwischen angeordnete Kühlplatte (3) gekühlt sind, wobei an der Kühlplatte (3) abstehende Rippen (4) angeordnet sind, die gleichzeitig als Anschlag einzelner Batteriezellen (2) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich aus zwei außenliegenden Blechen (5,5') mit einem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6), wobei die beiden Bleche (5,5') mit dem dazwischen angeordneten Kunststoffeinleger (6) verklebt oder verschweißt sind.
Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche (5,5') zusammen mit dem Kunststoffeinleger (6) Kühlkanäle (7) begrenzen.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4) senkrecht nach außen von den jeweiligen Blechen (5,5') abstehen.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4) 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.
Kraftfahrzeug (12), insbesondere ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug mit einem Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.