DE102015101931A1

DE102015101931A1 - Batterieanordnung

Info

Publication number: DE102015101931A1
Application number: DE102015101931.0A
Authority: DE
Inventors: Manuel Groß; Björn Pehnert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit: einer Mehrzahl von Batteriezellen (12) zum Speichern von elektrischer Energie, und einer Kühlanordnung (18), die eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen (20) aufweist, die mit den Batteriezellen (12) thermisch verbunden sind, um die Batteriezellen (12) zu kühlen, wobei die Kühlmittelleitungen (20) mit einem ersten und einem zweiten Kühlmittelanschluss (26, 28) verbunden sind, um den Kühlmittelleitungen Kühlmittel (24) zuzuführen, wobei die Kühlmittelleitungen (20) durch flexible Kunststoffleitungen gebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen zum Speichern von elektrischer Energie, und einer Kühlanordnung, die eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen aufweist, die mit den Batteriezellen thermisch verbunden sind, um die Batteriezellen zu kühlen, wobei die Kühlmittelleitungen mit einem ersten und einem zweiten Kühlmittelanschluss verbunden sind, um den Kühlmittelleitungen Kühlmittel zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Batterieanordnung, die zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit der elektrischen Maschine verbunden ist.
Derartige Batterieanordnungen dienen üblicherweise dazu, elektrische Energie in einem Kraftfahrzeug zu speichern und zum Antreiben des Kraftfahrzeugs einer elektrischen Antriebsmaschine bereitzustellen.
Auf dem Gebiet der Batterietechnik für Kraftfahrzeuge ist es allgemein bekannt, Batteriezellen in der Traktionsbatterie zu kühlen, um große Wärmemengen abzuführen, die durch hohe Ströme und große elektrische Leistungen bei der Traktion des Kraftfahrzeugs auftreten.
In einer Traktionsbatterie werden zur Kühlung zwischen den einzelnen Batteriezellen üblicherweise Kühlmittelleitungen, in denen ein Kühlmittel geführt ist oder Kühlbleche angeordnet, um die auftretende Wärmemenge auch aus dem Inneren der Traktionsbatterie abzuführen.
Eine Traktionsbatterie mit Kühlmittelleitungen aus Teflon, die wellenförmig zwischen den einzelnen Batteriezellen angeordnet sind, ist beispielsweise aus der DE 10 2006 000 885 B3 bekannt.
Nachteilig bei den bekannten Kühlmittelleitungen bzw. bei den bekannten Kühlvorrichtungen ist es, dass die Herstellung technisch aufwendig ist und für jede Variante der Traktionsbatterie angepasst werden muss und somit der Entwicklungs- und Herstellungsaufwand hoch ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung bereitzustellen, die mit technisch geringem Aufwand gekühlt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Batterieanordnung dadurch gelöst, dass die Kühlmittelleitungen durch flexible Kunststoffleitungen gebildet sind.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dadurch, dass die Kühlmittelleitungen durch flexible Kunststoffleitungen gebildet sind, können die Kosten für die Kühlmittelleitungen erheblich reduziert werden, da flexible Kunststoffleitungen kostengünstig als Massenware hergestellt werden können und ferner können die flexiblen Kunststoffleitungen mit technisch geringem Aufwand an unterschiedliche Varianten von Batterieanordnungen oder Batteriezellen angepasst werden, so dass der Herstellungsaufwand und die Kosten zur Herstellung der Batterieanordnung erheblich reduziert sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlmittelleitungen als flexible Teflonleitungen ausgebildet.
Dadurch können Kühlmittelleitungen aus einem wärmestabilen Material bereitgestellt werden, so dass eine Beschädigung auch bei großer Wärmeentwicklung in der Batterieanordnung vermieden werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelleitungen als separate Kunststoffleitungen ausgebildet sind.
Dadurch können die Kühlmittelleitungen in beliebiger Weise in der Batterieanordnung verlegt bzw. angeordnet werden, so dass eine Anpassung an beliebige Batterievarianten möglich ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelleitungen an ihren Enden mit den Kühlmittelanschlüssen verklebt sind.
Dadurch ist eine zuverlässige Verbindung der Kühlmittelleitungen mit den Kühlmittelanschlüssen mit technisch geringem Aufwand möglich.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelleitungen an ihren Enden mit den Kühlmittelanschlüssen mittels Kunststoffschweißen verschweißt sind.
Dadurch ist eine besonders präzise und zuverlässige Verbindung mit den Kühlmittelanschlüssen möglich.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelanschlüsse jeweils eine Mantelfläche aufweisen, die die jeweiligen Enden der Kühlmittelleitungen umschließen.
Dadurch können die Enden der Kühlmittelleitungen mechanisch stabil nach außen hin abgestützt werden, so dass eine zuverlässige Verbindung mit den Kühlmittelanschlüssen möglich ist.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Kühlmittelleitungen im Inneren der Mantelfläche mittels Klebstoff miteinander verklebt sind.
Dadurch kann eine besonders zuverlässige Klebeverbindung mit den Kühlmittelanschlüssen bereitgestellt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelanschlüsse Anschlusskupplungen aufweisen, um die Kühlmittelanordnung mit einer Kühlmittelanlage zu verbinden.
Dadurch ist eine besonders effektive Kühlung möglich, die mit technisch geringem Aufwand mit beispielsweise dem vorhandenen Kühler des Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kühlmittelleitungen mäanderförmig um die Batteriezellen herumgeführt sind.
Dadurch ist eine besonders effiziente Kühlung der Batteriezellen möglich, da die Kontaktfläche zwischen den Batteriezellen und den Kühlmittelleitungen vergrößert wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Batteriezellen und die Kühlmittelleitungen mittels eines Wärmeleitmaterials miteinander vergossen sind.
Dadurch kann der thermische Kontakt zwischen den Kühlmittelleitungen und den Batteriezellen verbessert werden, so dass eine noch effektivere Kühlung möglich ist.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Wärmeleitmaterial elektrisch isolierend ist.
Dadurch können Kurzschlüsse zwischen den Batteriezellen vermieden werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Wärmeleitmaterial aus Epoxidharz gebildet ist.
Dadurch kann ein formstabiles und elektrisch isolierendes Wärmeleitmaterial bereitgestellt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Wärmeleitmaterial aus Silikongussmasse gebildet ist.
Dadurch kann ein besonders kostengünstiges Wärmeleitmaterial bereitgestellt werden.
Insgesamt kann durch die Kühlmittelanordnung in der Batterieanordnung eine besonders effektive und kostengünstige Kühlung der Batteriezellen bereitgestellt werden, da die Kühlmittelleitungen aus flexiblen Kunststoffleitungen kostengünstig und als Massenware produziert werden können und ferner ohne Konstruktionsaufwand an unterschiedliche Varianten von Batterieanordnungen angepasst werden können, so dass die Produktionskosten zur Herstellung der Batterieanordnung insgesamt erheblich reduziert werden können.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Batterieanordnung mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und einer Kühlanordnung;
2 eine schematische Draufsicht der Kühlanordnung mit flexiblen Kunststoffleitungen und zwei Kühlmittelanschlüssen; und
3 eine schematische perspektivische Teilansicht der Kühlanordnung zum Kühlen von Batteriezellen der Batterieanordnung.
In 1 ist eine Batterieanordnung in einer Schnittansicht schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Batterieanordnung 10 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 12 auf, die elektrisch miteinander verbunden sind und zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie an elektrischen Kontakten 14, 16 der Batterieanordnung 10 dienen. Die Batterieanordnung 10 weist ferner eine Kühlanordnung 18 auf, die zum Kühlen der Batterieanordnung 10 dient.
Die Kühlanordnung 18 weist eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 20 auf, die zwischen den Batteriezellen 12 hindurchgeführt sind und dazu ausgebildet sind, ein Kühlmittel in Form einer Kühlflüssigkeit 24 zwischen den Batteriezellen 12 hindurchzuführen und entsprechend von den Batteriezellen 12 abgegebene Wärme abzuführen. Die Kühlmittelleitungen 20 sind an ihren Enden jeweils mit einem Kühlmittelanschluss 26, 28 verbunden, um das Kühlmittel 24 den Kühlmittelleitungen 20 entsprechend zuzuführen bzw. abzuführen. Die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 sind dazu ausgebildet, mit einer Kühlmittelanlage verbunden zu werden, um das Kühlmittel zu kühlen und durch die Kühlmittelanordnung 18 hindurchzupumpen.
Die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 dienen jeweils als Anschlusskupplung, um die Kühlmittelanordnung 18 mit der Kühlmittelanlage beispielsweise eines Kraftfahrzeugs zu verbinden.
Die Kühlmittelleitungen 20 sind zwischen den zylinderförmigen Batteriezellen 12 mäanderförmig hindurchgeführt, um eine möglichst dichte Packung der Batteriezellen 12 zu erzielen und eine möglichst große Kontaktfläche zwischen den Kühlmittelleitungen 20 und den Batteriezellen 12 zu erzielen.
Die Kühlmittelleitungen 20 sind als flexible Kunststoffleitungen ausgebildet, so dass die Kühlmittelleitungen 20 bei der Montage der Batterieanordnung 10 einfach und mit technisch geringem Aufwand zwischen den Batteriezellen 12 angeordnet werden können und entsprechend die entstehende Verlustwärme abführen können. Die Kühlmittelleitungen 20 sind vorzugsweise als flexible Teflonschläuche ausgebildet, so dass die Kühlmittelleitungen 20 eine hohe Temperaturfestigkeit aufweisen.
Die Kühlmittelleitungen 20 sind mit den Batteriezellen 12 mittels eines Wärmeleitmaterials 30 vergossen, so dass der thermische Kontakt zwischen den Kühlmittelleitungen 20 und den Batteriezellen 12 weiter verbessert werden kann. Das Wärmeleitmaterial 30 ist vorzugsweise elektrisch isolierend, so dass Kurzschlüsse zwischen den Batteriezellen 12 vermieden werden können. Das Wärmeleitmaterial 30 ist vorzugsweise aus Epoxidharz oder Silikonvergussmasse gebildet, so dass ein kostengünstiges elektrisch isolierendes Wärmeleitmaterial bereitgestellt werden kann.
Die Kühlmittelleitungen 20 sind an ihren Enden mit den Kühlmittelanschlüssen 26, 28 verklebt oder mittels Kunststoffschweißen verschweißt, so dass eine zuverlässige Verbindung zwischen den Kühlmittelanschlüssen 26, 28 und den Kühlmittelleitungen 20 bereitgestellt werden kann.
In 2 ist eine schematische Draufsicht der Kühlanordnung 18 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Kühlmittelleitungen 20 sind als separate flexible Kunststoffschläuche ausgebildet und lediglich an ihren Enden über die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 mechanisch miteinander verbunden. Dadurch können die Kühlmittelleitungen 20 in beliebiger Weise individuell zwischen den Batteriezellen 12 angeordnet werden, so dass ein flexibler und modellunabhängiger Einbau der Kühlanordnung 18 möglich ist. Der Kühlmittelanschluss 26 bildet dabei einen Vorlauf für das Kühlmittel 24 und der Kühlmittelanschluss 28 bildet einen Rücklauf für das Kühlmittel 24.
Die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 bilden dabei jeweils eine Anschlusskupplung, um die Kühlanordnung 18 mit einer Kühlmittelanlage zu verbinden. Die Kühlmittelleitungen 20 sind in dieser Ausführungsform an unterschiedlichen Anschlussöffnungen 31 mit den Kühlmittelanschlüssen 26, 28 fest verbunden und vorzugsweise verklebt oder kunststoffgeschweißt.
In 3 ist eine perspektivische Teilansicht der Batterieanordnung 10 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Batteriezellen 12 sind zylinderförmig ausgebildet und versetzt zueinander angeordnet, so dass eine möglichst dichte Packung der Batteriezellen 12 in der Batterieanordnung 10 möglich ist. Die Kühlmittelleitungen 20, die als separate und flexible Kunststoffleitungen ausgebildet sind, sind zwischen den Batteriezellen 12 hindurchgeführt, um die Verlustwärme der Batteriezellen 12 entsprechend abzuführen. Da die Kühlmittelleitungen 20 separate flexible Kunststoffleitungen sind, können die Kühlmittelleitungen 20 in beliebiger Weise zwischen den Batteriezellen 12 hindurchgeführt werden, so dass eine individuelle Anpassung der Kühlanordnung 18 möglich ist.
Die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 weisen jeweils eine Mantelfläche 32 auf, in der die Enden der Kühlmittelleitungen 20 angeordnet und entsprechend miteinander und mit der Mantelfläche 32 verklebt oder kunststoffgeschweißt sind. Dadurch ist mit technisch geringem Aufwand eine zuverlässige Verbindung der Kühlmittelleitungen 20 mit den Kühlmittelanschlüssen 26, 28 möglich.
Die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 weisen ferner an der Mantelfläche 32 eine Anschlusskupplung 34 auf, die dazu dient, die Kühlmittelanschlüsse 26, 28 mit einer Kühlmittelleitung einer Kühlmittelanlage zu verbinden und eine mechanisch feste Verbindung zu bilden. Die Anschlusskupplung 34 kann in der einfachsten Form als eine Nut in der Mantelfläche 32 ausgebildet sein.
Die Anschlusskupplungen 34 können in einer besonderen Ausführungsform auch mit Anschlüssen der Kühlmittelanlage verklebt oder kunststoffgeschweißt sein.
Zwischen den Batteriezellen 12 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls das Wärmeleitmaterial 30 angeordnet, um den Luftraum zwischen den Batteriezellen 12 zu füllen und eine entsprechend gute thermische Anbindung der Batteriezellen 12 mit den Kühlmittelleitungen 20 zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006000885 B3 [0006]

Claims

Batterieanordnung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit: – einer Mehrzahl von Batteriezellen (12) zum Speichern von elektrischer Energie, und – einer Kühlanordnung (18), die eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen (20) aufweist, die mit den Batteriezellen (12) thermisch verbunden sind, um die Batteriezellen (12) zu kühlen, wobei die Kühlmittelleitungen (20) mit einem ersten und einem zweiten Kühlmittelanschluss (26, 28) verbunden sind, um den Kühlmittelleitungen Kühlmittel (24) zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) durch flexible Kunststoffleitungen gebildet sind.
Batterieanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) als flexible Teflonleitungen ausgebildet sind.
Batterieanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) als separate Kunststoffleitungen ausgebildet sind.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) an ihren Enden mit den Kühlmittelanschlüssen (26, 28) verklebt sind.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) an ihren Enden mit den Kühlmittelanschlüssen (26, 28) mittels Kunststoffschweißen verschweißt sind.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelanschlüsse (20) jeweils eine Mantelfläche (32) aufweisen, die die jeweiligen Enden der Kühlmittelleitungen (20) umschließen.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelanschlüsse (26, 28) Anschlusskupplungen ausweisen, um die Kühlanordnung mit einer Kühlmittelanlage zu verbinden.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitungen (20) mäanderförmig um die Batteriezellen (12) herumgeführt sind.
Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (12) und die Kühlmittelleitungen (20) mittels eines Wärmeleitmaterials (30) miteinander vergossen sind.
Batterieanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (30) elektrisch isolierend ist.
Batterieanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (30) aus Epoxidharz gebildet ist.
Batterieanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (30) aus Silikongussmasse gebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Batterieanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit der elektrischen Maschine verbunden ist.