DE102013021670A1 - Cooling structure for high-voltage battery mounted in motor vehicle, has outer shell that is contacted in shell region of inner shell so that elongated cooling channels are formed at double-walled elongated ribs for passing coolant - Google Patents

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Abstract

The cooling structure (1) has an outer shell (11) and an inner shell (12) which are arranged to form a component with a double-walled elongated ribs having undulating profile. The double-walled elongated ribs form a flat run-up side for engaging a portion of a battery cell of high-voltage battery. The outer shell is contacted in shell region of inner shell so that the elongated cooling channels (14) are formed at double-walled elongated ribs for passing coolant. An independent claim is included for a high voltage battery.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine Hochvoltbatterie, die Hochvoltbatterie selbst und ein mit einer solchen Hochvoltbatterie ausgestattetes Kraftfahrzeug.The invention relates to a heat sink for a high-voltage battery, the high-voltage battery itself and equipped with such a high-voltage battery motor vehicle.

Hochvoltbatterien für Fahrzeuganwendungen, z. B. in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, umfassen eine Vielzahl einzelner Batteriezellen, die für die gewünschte HV-Spannung elektrisch in Reihe geschaltet werden. Je nach Bauart und Größe der Batterie können die einzelnen Batteriezellen auch in Modulen zusammengefasst sein. Die Batteriezellen sind in einem Gehäuse untergebracht, das einerseits Verschmutzung von außen vermeiden soll und andererseits im Falle eines Unfalls auch dem Schutz beteiligter Personen und Rettungskräften dient. Zudem befinden sich zumeinst die dazugehörende Elektronik und Kühlung in dem Gehäuse. Neben der elektrischen Verschaltung werden die einzelnen Batteriezellen auch mechanisch verbunden, wodurch die Position jeder Zelle innerhalb der Batterie festgelegt und eine definierte Kühlung für die Zellen ermöglicht wird.High voltage batteries for vehicle applications, eg. As in hybrid vehicles or electric vehicles, include a plurality of individual battery cells, which are electrically connected in series for the desired HV voltage. Depending on the design and size of the battery, the individual battery cells can also be combined in modules. The battery cells are housed in a housing, which on the one hand to avoid pollution from the outside and on the other hand, in the event of an accident also the protection of involved persons and rescue workers. In addition, there are some of the associated electronics and cooling in the housing. In addition to the electrical interconnection, the individual battery cells are also mechanically connected, whereby the position of each cell is determined within the battery and a defined cooling for the cells is possible.

Üblicherweise sind die Batteriezellen einer HV-Batterie in sogenannten Zellblöcken zusammengefasst, die jeweils eine gewisse Anzahl von Zellen inklusive deren mechanischer Fixierung, Kontaktierung und Einrichtung zur Kühlung enthalten.Usually, the battery cells of a HV battery are combined in so-called cell blocks, each containing a certain number of cells including their mechanical fixation, contacting and cooling device.

Kühlkörper, die von einem Kühlmittel durchflossen werden, sind üblicherweise seitlich an jedem Zellblock angeordnet und direkt über das Zellgehäuse oder die Zellpole oder indirekt über Zellverbinder oder Kühlleiter mit den Zellen thermisch gekoppelt.Heat sinks through which a coolant flows are usually arranged laterally on each cell block and are thermally coupled to the cells directly via the cell housing or the cell poles or indirectly via cell connectors or cooling conductors.

Derartige innerhalb des Batteriegehäuses untergebrachte Kühlungen herkömmlicher HV-Batterien weisen in der Regel diverse Steckanschlüsse und/oder Schlauchverbindungen auf, um die vom Kühlmittel durchströmten Kühlkörper untereinander und nach außen an die Kühlmittel zu- und abführenden Anschlüsse zu verbinden. Erhöhter Montage- und Prüfaufwand sowie entsprechende Fehlerquellen aufgrund möglicher Undichtigkeiten sind die Folge. Ferner sind bisher bekannte Hochvoltbatterien aufgrund ihrer Bauform, die im Wesentlichen von der vorgegebenen Form der verwendeten Standard-Batteriezellen abhängig ist, nicht für den Einbau im Unterboden eines flach bauenden Fahrzeugs geeignet: Der Einbau einer Hochvoltbatterie in den Unterboden eines Fahrzeugs hat bislang einen eingeschränkten Fußraum oder eine deutlich größere Fahrzeughöhe zur Folge.Such housed within the battery case cooling conventional HV batteries generally have various plug connections and / or hose connections to connect the coolant flowing through the radiator with each other and out to the coolant supply and discharge connections. Increased installation and testing effort and corresponding sources of error due to possible leaks are the result. Furthermore, hitherto known high-voltage batteries are not suitable for installation in the underbody of a flat-building vehicle due to their design, which is essentially dependent on the given shape of the standard battery cells used: The installation of a high-voltage battery in the underbody of a vehicle has so far a limited footwell or a significantly greater vehicle height result.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich Montage- und Prüfaufwand verbesserte Kühlvorrichtung für eine HV-Batterie aus Batteriezellen bereitzustellen, bei der zudem Fehlerquellen aufgrund möglicher Undichtigkeiten vermieden werden.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved in terms of assembly and testing cost cooling device for a HV battery from battery cells, in which also sources of error due to possible leaks are avoided.

Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a heat sink with the features of claim 1.

Eine weitere Aufgabe liegt in der Schaffung einer Hochvoltbatterie für Fahrzeuganwendungen, die hinsichtlich der Kühlmittelführung verbessert ist und zum Einbau in den Unterboden auch bei flach bauenden Fahrzeugen geeignet ist.A further object is to provide a high-voltage battery for vehicle applications, which is improved in terms of coolant management and is suitable for installation in the subfloor even with flat-building vehicles.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved by a high-voltage battery having the features of claim 7.

Ein mit einer verbesserten HV-Batterie ausgestattetes Kraftfahrzeug wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 offenbart.A motor vehicle equipped with an improved HV battery is disclosed by the features of claim 10.

Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments are set forth in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper ist zur Kühlung einer oder mehrerer Batteriezellen einer Hochvoltbatterie vorgesehen und kann daher mit diesen Batteriezellen thermisch gekoppelt werden. Dazu umschließt der Kühlkörper einen Durchflussraum für ein Kühlmittel und weist Anschlüsse für einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf auf. Erfindungsgemäß weist der Kühlkörper eine Außenschale und eine damit verbundene Innenschale auf, die ein Bauteil mit doppelwandigen länglichen Rippen mit Wellenprofil ausbilden. Dabei formieren die Wellenberge eine flächige Anlaufseite, an der ein Abschnitt angelegt werden kann. In den Wellentalbereichen kontaktiert die Innenschale jeweils die Außenschale, so dass die doppelwandigen länglichen Rippen Kühlkanäle bilden, in denen Kühlmittel geführt wird.An inventive heat sink is provided for cooling one or more battery cells of a high-voltage battery and can therefore be thermally coupled with these battery cells. For this purpose, the heat sink encloses a flow space for a coolant and has connections for a coolant inlet and a coolant outlet. According to the invention, the heat sink has an outer shell and an inner shell connected thereto, which form a component with double-walled elongate ribs with a wave profile. Here, the wave mountains form a flat start-up page on which a section can be created. In the wave troughs, the inner shell contacts the outer shell, respectively, so that the double-walled elongate ribs form cooling channels in which coolant is guided.

Geeigneter Weise ist der Kühlkörper so bemessen, dass längs jeder Rippe zumindest eine Batteriezelle, vorzugsweise jedoch mehrere Batteriezellen, angeordnet werden kann/können. Durch diese Gestalt der Kühlkörper mit Rippenform wird erfindungsgemäß die gleichmäßige Kühlung der jeweils daran angeordneten Batteriezellen erlaubt.Suitably, the heat sink is dimensioned such that at least one battery cell, but preferably a plurality of battery cells, can be arranged along each rib. Due to this shape of the heat sink with rib shape, the uniform cooling of the battery cells arranged thereon is allowed according to the invention.

Besonders bevorzugt kann der Kühlkörper außer der Kühlung der Batteriezellen noch eine weitere Aufgabe lösen und indem er gleichzeitig ein Gehäuseunterteil der Hochvoltbatterie bildet, wobei die Anschlüsse für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf in der Außenschale und damit an der Gehäuseaußenseite vorgesehen sind. Durch die Gestaltung des Kühlkörpers als kühlmitteldurchströmter Gehäusebestandteil wird eine gegenüber dem Innenraum der gesamten HV-Batterie hermetisch dichte Führung des Kühlmittels erreicht. Innerhalb des HV-Batteriegehäuses sind deshalb keine schwierig zu montierenden und fehleranfälligen Schlauch- oder Steckverbindungen für das Kühlmittel notwendig, die bislang mit dem Risiko von fehlerhaftem Flüssigkeitsaustritt im Innenbereich der Hochvoltbatterie verbunden waren.Particularly preferably, the heat sink in addition to the cooling of the battery cells still solve a further object and by simultaneously forming a lower housing part of the high-voltage battery, the connections for the coolant inlet and the coolant outlet are provided in the outer shell and thus on the outside of the housing. Due to the design of the heat sink as coolant flowed through housing component, a hermetically sealed guidance of the coolant is achieved in relation to the interior of the entire HV battery. Within the HV battery housing are therefore no difficult to install and error-prone hose or connectors for the coolant necessary, which were previously associated with the risk of faulty fluid leakage in the interior of the high-voltage battery.

Vorteilhaft kann die Außenschale stabilitätserhöhende längliche Sicken aufweisen, deren Tiefe und Lage auf die Rippen der Innenschale abgestimmt ist. Mit der Tiefe und gegebenenfalls auch Form der Sicke wird der Durchflussquerschnitt jedes Kühlkanals bestimmt, und kann so in gewünschter Weise mehr oder weniger gedrosselt werden, abhängig auch von der Lage des jeweiligen Kühlkanals in Bezug zu dem Kühlmittelzulauf und -ablauf. Auf diese Weise kann durch die Sicken ein gleichmäßiger Kühlmittelstrom durch alle Kühlkanäle und damit eine gleichmäßige Kühlung der an den Rippen angeordneten Batteriezellen gesichert werden.Advantageously, the outer shell have stability-increasing elongated beads whose depth and position is matched to the ribs of the inner shell. With the depth and possibly also the shape of the bead, the flow cross-section of each cooling channel is determined, and can be throttled more or less desirably, depending on the position of the respective cooling channel with respect to the coolant inlet and outlet. In this way, a uniform coolant flow through all the cooling channels and thus a uniform cooling of the arranged on the ribs battery cells can be secured by the beads.

Um den Kühlmittelstrom auf die Kühlkanäle zu verteilen, sind die Außenschale und die Innenschale an den Enden der Kühlkanäle zur Ausbildung einer gemeinsamen Verteilerkammer und einer Sammelkammer geformt, die jeweils mit den Kühlkanälen verbunden sind. Damit wird die Fluidverbindung zwischen dem Anschluss für den Kühlmittelzulauf, der in der Außenschale im Bereich der Verteilerkammer vorgesehen ist, und dem Anschluss für den Kühlmittelablauf, der entsprechend in der Außenschale im Bereich der Sammelkammer ausgebildet ist, hergestellt.In order to distribute the coolant flow to the cooling channels, the outer shell and the inner shell are formed at the ends of the cooling channels to form a common distribution chamber and a collecting chamber, which are respectively connected to the cooling channels. Thus, the fluid connection between the connection for the coolant inlet, which is provided in the outer shell in the region of the distribution chamber, and the connection for the coolant outlet, which is formed in the corresponding outer shell in the region of the collection chamber.

Die Innenschale ist mit der Außenschale über umlaufende Flansche fluiddicht verbunden, beispielsweise, wenn Innen- und Außenschale Blechbauteile sind, verschweißt. Zudem kann der Kühlkörper ein oder mehrere Montagehilfselement(e) zur Anordnung der zumindest einen Batteriezelle aufweisen.The inner shell is fluid-tightly connected to the outer shell via circumferential flanges, for example, when the inner and outer shell are sheet-metal components, welded. In addition, the heat sink can have one or more auxiliary mounting elements (e) for arranging the at least one battery cell.

Ein solches Montagehilfselement kann beispielsweise eine Montageschiene sein, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils eine Montageschiene beidseitig senkrecht, resp. normal zu den Rippen auf der Innenschale angeordnet ist.Such a mounting auxiliary element may for example be a mounting rail, wherein in a preferred embodiment in each case a mounting rail on both sides perpendicular, respectively. is arranged normal to the ribs on the inner shell.

Generell richtet sich die Gestaltung des Kühlkörpers nach der Anzahl und Art bzw. Form der zu kühlenden Batteriezellen. So wird die Anzahl und die Länge der Rippen der Innenschale in Abhängigkeit der Anzahl der zu kühlenden Batteriezelle der Hochvoltbatterie ausgelegt. Dabei können auch mehrere Batteriezellen nebeneinander längs jeder Rippe angeordnet werden, so dass die Länge der Rippen ein Mehrfaches der Breite einer Batteriezelle betragen kann.In general, the design of the heat sink depends on the number and type or shape of the battery cells to be cooled. Thus, the number and length of the ribs of the inner shell is designed depending on the number of battery cell to be cooled of the high-voltage battery. In this case, a plurality of battery cells can be arranged side by side along each rib, so that the length of the ribs can be a multiple of the width of a battery cell.

Zudem kann das Wellenprofil der Rippen in Abhängigkeit der Dicke der zu kühlenden Batteriezellen und einer vorbestimmten Einbauposition der zu kühlenden Batteriezellen ausgeformt sein.In addition, the corrugation profile of the ribs can be formed as a function of the thickness of the battery cells to be cooled and a predetermined installation position of the battery cells to be cooled.

Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie weist neben mehreren gestapelten Batteriezellen ein Gehäuse auf, in dem die Batteriezellen untergebracht sind und das als Gehäuseelemente zumindest ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil, gegebenenfalls auch noch mehr Gehäuseelemente, aufweist. Dabei wird das Gehäuseunterteil durch einen erfindungsgemäßen Kühlkörper dargestellt, wobei längs jeder Rippe zumindest eine der Batteriezellen angeordnet ist.A high-voltage battery according to the invention has, in addition to a plurality of stacked battery cells, a housing in which the battery cells are accommodated and which has at least one housing lower part and an upper housing part, optionally also more housing elements, as the housing elements. In this case, the lower housing part is represented by a heat sink according to the invention, wherein along each rib at least one of the battery cells is arranged.

Vorzugsweise wird in einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie mehr als eine Batteriezelle, nämlich eine vorbestimmte Anzahl der Batteriezellen, nebeneinander längs jeder Rippe angeordnet sein, wobei die pro Rippe nebeneinander angeordneten Batteriezellen durch einen Montagerahmen gehalten werden, der an dem zumindest einen Montagehilfselement des Kühlkörpers befestigt ist.Preferably, in a high-voltage battery according to the invention, more than one battery cell, namely a predetermined number of battery cells, be juxtaposed along each rib, wherein the battery cells arranged side by side per rib are held by a mounting frame which is attached to the at least one mounting auxiliary element of the heat sink.

Die vorbestimmte Einbauposition der Batteriezellen, von der die Form des wellenartigen Profils der Rippen abhängt, ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine in Bezug zu einer durch den Kühlkörper bereitgestellte Grundebene geneigte Anordnung der Batteriezellen. Dabei weist das Wellenprofil der Rippen jeweils eine Auflageflanke für die Batteriezellen, die die vorbestimmte Neigung der Batteriezellen vorgibt, und eine Stützflanke auf, an der die Batteriezellen in der geneigten Anordnung abgestützt werden.The predetermined installation position of the battery cells, on which the shape of the wave-like profile of the ribs depends, in a preferred embodiment is an arrangement of the battery cells inclined with respect to a ground plane provided by the heat sink. In this case, the wave profile of the ribs each have a support edge for the battery cells, which predetermines the predetermined inclination of the battery cells, and a support edge on which the battery cells are supported in the inclined arrangement.

Mit der geneigten Anordnung der Batteriezellen, die durch die Form der Rippen unterstützt wird, weist die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie eine geringere Bauhöhe auf als eine herkömmliche Batterie mit senkrechter Anordnung der Batteriezellen. Die durch die geneigte Anordnung der Batteriezellen entstandenen Zwischenräume unterhalb der Batteriezellen wird durch die Rippen des Kühlkörpers als Kühlkanäle zur Kühlung der Batteriezellen genutzt.With the inclined arrangement of the battery cells, which is supported by the shape of the ribs, the high-voltage battery according to the invention has a lower height than a conventional battery with vertical arrangement of the battery cells. The resulting by the inclined arrangement of the battery cells spaces below the battery cells is used by the ribs of the heat sink as cooling channels for cooling the battery cells.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es zumindest eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie aufweist, die zumindest mit einem elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Durch die flache Bauhöhe der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie infolge der geneigten Anordnung der Batteriezellen kann diese Hochvoltbatterie im Unterboden des Kraftfahrzeugs auch in flach bauenden Fahrzeugen angeordnet werden, ohne den Fußraum einzuschränken oder die Fahrzeughöhe zu vergrößern.A motor vehicle according to the invention is characterized in that it has at least one high-voltage battery according to the invention, which is connected at least to an electric drive of the motor vehicle. Due to the low height of the high-voltage battery according to the invention due to the inclined arrangement of the battery cells, this high-voltage battery can be placed in the underbody of the motor vehicle in flat-building vehicles without restricting the footwell or to increase the vehicle height.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the Figures in the description serve to facilitate the understanding of the subject. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen als Gehäuseunterteil ausgebildeten Kühlkörpers, 1 a perspective view of an inventive designed as a lower housing part heat sink,

2 eine Schnittdetailansicht durch den eine Montageschiene aufweisenden Rand des erfindungsgemäßen Kühlkörpers, 2 a sectional detail view through the mounting rail having edge of the heat sink according to the invention,

3 eine Seitenschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie, 3 a side sectional view through a high-voltage battery according to the invention,

4 eine Detailansicht aus 3, 4 a detailed view 3 .

5 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlkörpers und eines vormontierten Batterie-Submoduls aus einer Reihe nebeneinander angeordneter Batteriezellen, 5 a perspective view of the heat sink according to the invention and a pre-assembled battery submodule of a series of juxtaposed battery cells,

6 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlkörpers mit an den Rippen angeordneten Batterie-Submodulen. 6 a perspective view of the heat sink according to the invention with arranged on the ribs battery submodules.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf einen Kühlkörper für eine bauhöhenoptimierte Hochvoltbatterie, die so auch im Unterboden von flach bauenden Kraftfahrzeugen wie Hybrid- bzw. Plug-In-Fahrzeugen, oder auch Elektrofahrzeugen angeordnet werden kann.The device according to the invention relates to a heat sink for a height-optimized high-voltage battery, which can also be arranged in the underbody of flat-mounted motor vehicles such as hybrid or plug-in vehicles, or electric vehicles.

Um die Bauhöhe der Hochvoltbatterie zu verringern und so den Einsatz im Unterboden auch flach bauender Fahrzeuge zu ermöglichen, werden die (Standard-)Batteriezellen geneigt angeordnet.In order to reduce the height of the high-voltage battery and thus allow the use in the underbody even flat-building vehicles, the (standard) battery cells are arranged inclined.

Der erfindungsgemäße Kühlkörper, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann, übernimmt dabei die Funktion eines Gehäusebestandteils der gesamten Hochvoltbatterie und kann gleichzeitig die besonderen geometrischen Anforderungen der hinsichtlich einer flachen Bauhöhe optimierten Hochvoltbatterie (wie z. B. die geneigte, dachziegelartige Anordnung der Batteriezellen) berücksichtigen.The heat sink according to the invention, which can be flowed through by a coolant, assumes the function of a housing component of the entire high-voltage battery and can at the same time take into account the special geometric requirements of the high-voltage battery optimized in terms of a flat overall height (such as, for example, the inclined, roof-tile-like arrangement of the battery cells) ,

Der erfindungsgemäße Kühlkörper ist aufgrund seiner Bauform mit den Kühlmittelanschlüssen außerhalb des Gehäuses gegenüber dem spannungsführenden Innenraum der Hochvoltbatterie abgedichtet. Flüssigkeitsleckagen des Kühlmittels innerhalb des Batteriegehäuses und davon abhängige Fehlfunktionen sind somit nicht mehr möglich.The heat sink according to the invention is sealed due to its design with the coolant connections outside the housing relative to the live interior of the high-voltage battery. Liquid leakage of the coolant within the battery case and dependent thereon malfunctions are therefore no longer possible.

Der in den Figuren beispielhaft gezeigte erfindungsgemäße Kühlkörper 1 fungiert gleichzeitig als Gehäuseunterteil der Hochvoltbatterie 10 und besteht aus einer Außenschale 11 und einer Innenschale 12, bei denen es sich um Blechbauteile handeln kann.The heat sink according to the invention shown by way of example in the figures 1 simultaneously acts as the lower part of the high-voltage battery 10 and consists of an outer shell 11 and an inner shell 12 which may be sheet metal components.

In 1 ist der Kühlkörper 1 zu sehen, der den von der Außenschale 11 und der Innenschale 12 begrenzten Durchflussraum für ein Kühlmittel umschließt. Die Anschlüsse 17 für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf sind an der Außenschale 11 vorgesehen, so dass Kühlmittelleitungen leicht zugänglich außen am Batteriegehäuse angeschlossen und ausgetauscht werden können und selbst bei Leckagen an den Anschlüssen 17 kein Kühlmittel ins Innere des Batteriegehäuses gelangt.In 1 is the heat sink 1 to see that from the outer shell 11 and the inner shell 12 encloses limited flow space for a coolant. The connections 17 for the coolant inlet and the coolant outlet are on the outer shell 11 provided so that coolant lines easily accessible outside the battery housing can be connected and replaced and even with leaks at the terminals 17 no coolant gets inside the battery case.

Die Außenschale 11 ist mit der Innenschale 12 umlaufend dicht miteinander verbunden, und zwar an einer gemeinsamen Flanschverbindung 13, wie in 2 im Detail zu sehen ist. Das Fügen der Schalen 11, 12 kann beispielsweise mittels eines geeigneten Schweißverfahrens erfolgen, das eine Kühlmitteldichte Verbindung sicherstellt.The outer shell 11 is with the inner shell 12 circumferentially tightly connected to each other, on a common flange 13 , as in 2 can be seen in detail. The joining of the shells 11 . 12 can be done for example by means of a suitable welding process, which ensures a refrigerant density connection.

Selbstverständlich können die Schalen 11, 12 auch mittels anderer Fügetechniken verbunden werden, solange diese eine abgedichtete Verbindung bereitstellen.Of course, the shells 11 . 12 also be connected by means of other joining techniques, as long as they provide a sealed connection.

Die Innenschale 12 des Kühlkörpers 1 ist wellenprofilartig mit länglichen Rippen geformt, so dass im vorliegenden Beispiel längs jeder Rippe sieben Batteriezelle 21 (siehe 5) angeordnet werden können, die auf diese Weise in thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper 1 treten. Die Rippen bilden nicht nur Anordnungshilfe für die Batteriezellen 21, sondern es wird der Durchflussraum für das Kühlmittel zwischen der Innenschale 12 und der Außenschale 11 in Kühlkanäle 14 unterteilt, indem die wellenprofilartigen Rippen der Innenschale 12 in Wellentalbereichen 12a die Außenschale 11 kontaktieren, wie im Detail in 4 zu sehen ist. So sind Außen- und Innenschale 11, 12 nicht nur an der umlaufenden Flanschverbindung 13 gefügt, sondern auch in den Bereichen zwischen den einzelnen geschaffenen Kühlkanälen 14 beispielsweise mittels Klebung oder ebenfalls Schweißung verbunden und dichten diese so gegeneinander ab.The inner shell 12 of the heat sink 1 is wave-like shaped with elongated ribs, so that in the present example along each rib seven battery cell 21 (please refer 5 ) can be arranged in this way in thermal contact with the heat sink 1 to step. The ribs not only form arrangement aid for the battery cells 21 but it becomes the flow space for the coolant between the inner shell 12 and the outer shell 11 in cooling channels 14 divided by the wave profile-like ribs of the inner shell 12 in wave trough areas 12a the outer shell 11 contact as detailed in 4 you can see. So are the outer and inner shell 11 . 12 not only on the circumferential flange connection 13 but also in the areas between each created cooling channels 14 For example, by gluing or welding also connected and seal them against each other.

Um alle Kühlkanäle 14 mit dem gleichen Volumenstrom zu durchströmen (hydraulischer Abgleich) und somit eine thermisch ausgewogene Kühlung aller Batteriezellen 21 zu erreichen, befindet sich in der Außenschale 11 pro Kühlkanal 14 eine Sicke 18 (siehe 3 und 4), die in ihrer Bauhöhe konstruktiv so ausgelegt wird (Drosselfunktion), dass der gewünschte gleichbleibende Volumenstrom in allen Kühlkanälen 14 gewährleistet wird. Gleichzeitig dienen diese über die gesamte Länge des Kühlkanals 14 verlaufenden Sicken 18 der Erhöhung der Gehäusesteifigkeit.To all cooling channels 14 flow through with the same volume flow (hydraulic adjustment) and thus a thermally balanced cooling of all battery cells 21 to reach, is located in the outer shell 11 per cooling channel 14 a bead 18 (please refer 3 and 4 ), which is structurally designed in its height (throttle function), that the desired constant volume flow in all cooling channels 14 is guaranteed. At the same time these serve over the entire length of the cooling channel 14 running beads 18 the increase of the housing stiffness.

Wie in 1 und 2 zu sehen ist, sind zwischen der Außenschale 11 und der Innenschale 12 an den Enden der Kühlkanäle 14 jeweils eine Verteilerkammer und eine Sammelkammer 19 ausgeformt, die für die fluide Kommunikation zwischen den Anschlüssen 17 für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf durch die Kühlkanäle 14 sorgen. So entsteht in dem aus Außenschale 11 und Innenschale 12 gebildeten Kühlkörper 1 durch die Formgebung beider Schalen 11, 12 eine Führung des Kühlmittels in den parallel angeordneten Kühlkanälen 14, die ausgehend von den Anschlüssen 17 durchströmt werden.As in 1 and 2 you can see between the outer shell 11 and the inner shell 12 at the ends of the cooling channels 14 each a distribution chamber and a collection chamber 19 shaped for fluid communication between the terminals 17 for the coolant inlet and the coolant outlet through the cooling channels 14 to care. So arises in the outer shell 11 and inner shell 12 formed heat sink 1 by shaping both shells 11 . 12 a guide of the coolant in the parallel cooling channels 14 starting from the terminals 17 be flowed through.

Zur Anordnung der vormontierten Submodule 2 aus eine Batteriezellenreihe (siehe 5 und 6) sind auf dem Kühlkörper 1 zwei Montageschienen 15 als Montagehilfselemente beidseitig senkrecht zu den Rippen auf der Innenschale 12, d. h. über der Verteiler- bzw. Sammelkammer 19, angebracht. Im vorliegenden Beispiel (1 und 2) sind die Montageschienen 15 auf stumpf aufgeschweißte Gewindebuchsen 16 auf den Kühlkörper 1 aufgeschraubt. Es kommen aber auch andere bekannte Fügetechniken zur Befestigung von Montagehilfselementen an dem Kühlkörper in Frage.For arranging the pre-assembled submodules 2 from a battery cell row (see 5 and 6 ) are on the heat sink 1 two mounting rails 15 as mounting auxiliary elements on both sides perpendicular to the ribs on the inner shell 12 ie over the distribution or collection chamber 19 , appropriate. In the present example ( 1 and 2 ) are the mounting rails 15 on butt-welded threaded bushes 16 on the heat sink 1 screwed. But there are also other known joining techniques for attachment of mounting auxiliary elements on the heat sink in question.

Die Anzahl und Länge der Rippen der Innenschale 11 und die Ausdehnung des Kühlkörpers 1 richtet sich nach der Anzahl der zu kühlenden Batteriezellen 21 der Hochvoltbatterie 10 und der vorgesehenen Anordnung der Batteriezellen 21.The number and length of the ribs of the inner shell 11 and the expansion of the heat sink 1 depends on the number of battery cells to be cooled 21 the high-voltage battery 10 and the intended arrangement of the battery cells 21 ,

Zwar ist es denkbar, dass jeweils eine Batteriezelle an einer eine entsprechende Länge aufweisenden Rippe angeordnet wird, vorzugsweise jedoch werden mehrere Batteriezellen 21 nebeneinander längs jeder Rippe angeordnet.Although it is conceivable that in each case a battery cell is arranged on a corresponding length having rib, but preferably a plurality of battery cells 21 arranged side by side along each rib.

Das Wellenprofil der Rippen hängt, wie in der Detaildarstellung in 4 gut zu sehen ist, von der Dicke der zu kühlenden Batteriezellen 21 und einer vorbestimmten Einbauposition der zu kühlenden Batteriezellen 21 ab.The wave profile of the ribs hangs, as in the detailed representation in 4 good to see, on the thickness of the battery cells to be cooled 21 and a predetermined installation position of the battery cells to be cooled 21 from.

Im vorliegenden Beispiel einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist die vorbestimmte Einbauposition der Batteriezellen 21 eine in Bezug zu einer durch den Kühlkörper 1 bereitgestellte Grundebene geneigte Anordnung. Das Wellenprofil der Rippen der Innenschale 12 des Kühlkörpers 1 ist entsprechend gewählt und stellt jeweils eine Auflageflanke 14a für die Batteriezellen 21, die die vorbestimmte geneigte Anordnung vorgibt, und eine Stützflanke 14b bereit, an der die Batteriezellen 21 in der geneigten Anordnung abgestützt werden.In the present example of a high-voltage battery according to the invention, the predetermined installation position of the battery cells 21 one with respect to one through the heat sink 1 provided ground plane inclined arrangement. The wave profile of the ribs of the inner shell 12 of the heat sink 1 is chosen accordingly and each provides a support edge 14a for the battery cells 21 , which specifies the predetermined inclined arrangement, and a supporting flank 14b ready at the battery cells 21 be supported in the inclined arrangement.

Um eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie zu montieren, wird ein Kühlkörper 1 bereitgestellt, der Rippen in einer Anzahl und Länge und mit einem Wellenprofil aufweist, die eine gewünschte Anordnung der Batteriezellen 21 gestatten.In order to mount a high-voltage battery according to the invention, a heat sink 1 provided with ribs of a number and length and with a wave profile having a desired arrangement of the battery cells 21 allow.

Die Batteriezellen werden in Submodulen 2 angeordnet, wobei in jedem Submodul 2 eine durch die Länge der Rippen vorgegebene Anzahl Batteriezellen 21 nebeneinander mittels eines Montagerahmens 23, 24 (siehe 4 und 5) fixiert ist. Längs jeder Rippe des Kühlkörpers 1 wird jeweils ein Batterie-Submodul 2 angeordnet, so dass die Batteriezellen 21 die durch das Wellenprofil der Rippen vorgegebene Positionierung einnehmen und in thermischen Kontakt mit dem Kühlkanal treten. Jedes Submodul 2 wird über den Montagerahmen 23, 24 an den als Montagehilfselement eingesetzten Montageschienen 15 befestigt, beispielsweise angeschraubt. Es erfolgt ferner die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen 21 über deren Pole 22, woraufhin das Gehäuse der Hochvoltbatterie 10 durch Anordnen und Befestigen eines Gehäuseoberteils 3 (siehe 3 und 4) auf dem Kühlkörper 1 geschlossen wird. Der Montageaufwand zum Anschließen des Kühlkörpers 1 an einen Kühlmittelkreislauf ist deutlich geringer, da die Anschlüsse 17 für Kühlmittelzu- und -abfuhr außen am Batteriegehäuse vorliegen.The battery cells are in submodules 2 arranged, wherein in each submodule 2 a predetermined by the length of the ribs number of battery cells 21 side by side by means of a mounting frame 23 . 24 (please refer 4 and 5 ) is fixed. Along each rib of the heat sink 1 each becomes a battery submodule 2 arranged so that the battery cells 21 take the predetermined by the wave profile of the ribs positioning and enter into thermal contact with the cooling channel. Each submodule 2 is over the mounting frame 23 . 24 on the mounting rails used as auxiliary assembly element 15 attached, for example screwed. Furthermore, the electrical contacting of the battery cells takes place 21 over their poles 22 , whereupon the housing of the high-voltage battery 10 by arranging and fixing an upper housing part 3 (please refer 3 and 4 ) on the heat sink 1 is closed. The installation effort for connecting the heat sink 1 to a coolant circuit is significantly lower, since the connections 17 for coolant supply and removal on the outside of the battery case.

Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie 10 mit geneigt angeordneten Batteriezellen 21, wie sie in 3 beispielhaft gezeigt ist, weist aufgrund der geneigten Anordnung der Batteriezellen 21 und der in das Gehäuseunterteil 1 integrierten Kühlung eine deutlich reduzierte Bauhöhe auf und eignet sich damit besonders zum Einbau in den Unterboden eines Kraftfahrzeugs, um einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen.A high-voltage battery according to the invention 10 with inclined arranged battery cells 21 as they are in 3 is shown by way of example, due to the inclined arrangement of the battery cells 21 and in the lower housing part 1 integrated cooling a significantly reduced height and is thus particularly suitable for installation in the underbody of a motor vehicle to provide an electrical drive of the vehicle with energy.

Somit können Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, wie Hybrid-, Plug-In- oder Elektrofahrzeuge, erfindungsgemäß auch in flacher Bauweise realisiert werden, ohne den Fußraum im Inneren einzuschränken. Durch die außen am Gehäuse vorliegenden Kühlmittelanschlüsse werden Störungsquellen durch Kühlmittelleckagen im spannungsführenden Innenraum der Hochvoltbatterie vermieden und so die Sicherheit des Fahrzeugs insgesamt erhöht.Thus, motor vehicles with electric drive, such as hybrid, plug-in or electric vehicles, according to the invention can be realized in a flat design, without restricting the footwell inside. Due to the coolant connections on the outside of the housing, sources of interference due to coolant leaks in the live interior of the high-voltage battery are avoided, thus increasing the overall safety of the vehicle.

Claims (10)

Kühlkörper (1) für eine Hochvoltbatterie (10), wobei der Kühlkörper (1) einen Durchflussraum für ein Kühlmittel umschließt und Anschlüsse (17) für einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf aufweist, und mit zumindest einer Batteriezelle (21) der Hochvoltbatterie (10) thermisch koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) eine Außenschale (11) und eine damit verbundene Innenschale (12) aufweist, die ein Bauteil mit doppelwandigen länglichen Rippen mit Wellenprofil ausbilden, wobei die Wellenberge eine flächige Anlaufseite ausbilden, die zur Anlage für einen Abschnitt einer Batteriezelle (21) geeignet ist, und wobei in den Wellentalbereichen (12a) die Innenschale (12) jeweils die Außenschale (11) kontaktiert, so dass die doppelwandigen länglichen Rippen Kühlkanäle (14) bilden, in denen Kühlmittel geführt wird.Heat sink ( 1 ) for a high-voltage battery ( 10 ), wherein the heat sink ( 1 ) encloses a flow space for a coolant and connections ( 17 ) for a coolant inlet and a coolant outlet, and with at least one battery cell ( 21 ) of the high-voltage battery ( 10 ) is thermally coupled, characterized in that the heat sink ( 1 ) an outer shell ( 11 ) and an associated inner shell ( 12 ), which form a component with double-walled elongate ribs with a corrugated profile, wherein the corrugation peaks form a flat start-up side which is intended to abut a section of a battery cell ( 21 ), and wherein in the wave troughs ( 12a ) the inner shell ( 12 ) each outer shell ( 11 ), so that the double-walled elongate ribs cooling channels ( 14 ) form, in which coolant is guided. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) ein Gehäuseunterteil der Hochvoltbatterie (10) bildet, wobei die Anschlüsse (17) für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelablauf in der Außenschale (11) vorgesehen sind.Heat sink ( 1 ) According to claim 1, characterized in that the heat sink ( 1 ) a housing lower part of the high-voltage battery ( 10 ), the connections ( 17 ) for the coolant inlet and the coolant outlet in the outer shell ( 11 ) are provided. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Außenschale (11) längliche Sicken (18) aufweist, die mit den Rippen der Innenschale (12) korrespondieren, wobei die Tiefe jeder Sicke (18) einen Durchflussquerschnitt jedes Kühlkanals (14) bestimmt und/oder – die Außenschale (11) und die Innenschale (12) an den Enden der Kühlkanäle (14) eine Form aufweisen, die eine Verteilerkammer und/oder einer Sammelkammer (19) ausbilden, die mit den Kühlkanälen (14) verbunden sind, wobei der Anschluss (17) für den Kühlmittelzulauf im Bereich der Verteilerkammer in der Außenschale (12) und der Anschluss (17) für den Kühlmittelablauf im Bereich der Sammelkammer (19) in der Außenschale (12) ausgebildet ist.Heat sink ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that - the outer shell ( 11 ) oblong beads ( 18 ), which with the ribs of the inner shell ( 12 ), the depth of each bead ( 18 ) a flow cross-section of each cooling channel ( 14 ) and / or - the outer shell ( 11 ) and the inner shell ( 12 ) at the ends of the cooling channels ( 14 ) have a shape that a distribution chamber and / or a collection chamber ( 19 ) formed with the cooling channels ( 14 ), the connection ( 17 ) for the coolant inlet in the region of the distribution chamber in the outer shell ( 12 ) and the connection ( 17 ) for the coolant outlet in the region of the collecting chamber ( 19 ) in the outer shell ( 12 ) is trained. Kühlkörper (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (12) und die Außenschale (11) über eine umlaufende Flanschverbindung (13) fluiddicht verbunden sind, und/oder der Kühlkörper (1) zumindest ein Montagehilfselement (15) zur Anordnung der zumindest einen Batteriezelle (21) aufweist.Heat sink ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the inner shell ( 12 ) and the outer shell ( 11 ) via a peripheral flange connection ( 13 ) are connected fluid-tight, and / or the heat sink ( 1 ) at least one assembly auxiliary element ( 15 ) for the arrangement of the at least one battery cell ( 21 ) having. Kühlkörper (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagehilfselement (15) eine Montageschiene (15) ist, wobei jeweils eine Montageschiene beidseitig normal zu den Rippen auf der Innenschale (12) angeordnet ist.Heat sink ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the auxiliary assembly element ( 15 ) a mounting rail ( 15 ), wherein in each case a mounting rail on both sides normal to the ribs on the inner shell ( 12 ) is arranged. Kühlkörper (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl und eine Länge der Rippen der Innenschale (11) in Abhängigkeit einer Anzahl der zu kühlenden Batteriezelle (21) der Hochvoltbatterie (10) ausgelegt wird, wobei mehrere Batteriezellen (21) nebeneinander längs jeder Rippe anordenbar sind, und/oder das Wellenprofil der Rippen in Abhängigkeit einer Dicke der zu kühlenden Batteriezellen (21) und einer vorbestimmten Einbauposition der der zu kühlenden Batteriezellen (21) ausgeformt ist.Heat sink ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that a number and a length of the ribs of the inner shell ( 11 ) depending on a number of the battery cell to be cooled ( 21 ) of the high-voltage battery ( 10 ), wherein a plurality of battery cells ( 21 ) can be arranged side by side along each rib, and / or the wave profile of the ribs in dependence on a thickness of the battery cells to be cooled ( 21 ) and a predetermined installation position of the battery cells to be cooled ( 21 ) is formed. Hochvoltbatterie (10), aufweisend eine Mehrzahl gestapelter Batteriezellen (21), die in einem Gehäuse aufgenommen sind, das zumindest ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil ein Kühlkörper (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 ist, wobei längs jeder Rippe zumindest eine der Batteriezellen (21) angeordnet ist.High voltage battery ( 10 ), comprising a plurality of stacked battery cells ( 21 ), which are accommodated in a housing which has at least one housing lower part and a housing upper part ( 3 ), characterized in that the housing lower part is a heat sink ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, wherein along each rib at least one of the battery cells ( 21 ) is arranged. Hochvoltbatterie (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Anzahl der Batteriezellen (21) nebeneinander längs jeder Rippe angeordnet ist, wobei die pro Rippe nebeneinander angeordneten Batteriezellen (21) durch einen Montagerahmen (23, 24) gehalten werden, der an dem zumindest einen Montagehilfselement (15) des Kühlkörpers (1) befestigt ist.High voltage battery ( 10 ) according to claim 7, characterized in that a predetermined number of the battery cells ( 21 ) is arranged side by side along each rib, wherein the per cell side by side arranged battery cells ( 21 ) by a mounting frame ( 23 . 24 ) held on the at least one mounting auxiliary element ( 15 ) of the heat sink ( 1 ) is attached. Hochvoltbatterie (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Einbauposition der Batteriezellen (21) eine in Bezug zu einer durch den Kühlkörper (1) bereitgestellte Grundebene geneigte Anordnung ist, wobei das Wellenprofil der Rippen jeweils eine Auflageflanke (14a) für die Batteriezellen (21), die die vorbestimmte geneigte Anordnung vorgibt, und eine Stützflanke (14b) aufweist, an der die Batteriezellen (21) in der geneigten Anordnung abgestützt werden.High voltage battery ( 10 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the predetermined installation position of the battery cells ( 21 ) one with respect to one through the heat sink ( 1 ) provided basic plane inclined arrangement, wherein the wave profile of the ribs each have a support edge ( 14a ) for the battery cells ( 21 ), which specifies the predetermined inclined arrangement, and a supporting flank ( 14b ), at which the battery cells ( 21 ) are supported in the inclined arrangement. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Hochvoltbatterie, die zumindest mit einem elektrischen Antrieb verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie eine Hochvoltbatterie (10) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9 ist, die bevorzugt im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.Motor vehicle with at least one high-voltage battery, which is connected at least to an electric drive, characterized in that the high-voltage battery is a high-voltage battery ( 10 ) according to at least one of claims 7 to 9, which is preferably arranged in the underbody of the motor vehicle.
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