DE102015221272A1

DE102015221272A1 - Temperiereinheit und Batteriemodul mit einer solchen

Info

Publication number: DE102015221272A1
Application number: DE102015221272.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Platz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit (4) zum Temperieren von elektrischen Speicherzellen (3) eines Batteriemoduls (1) einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen (2), die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen (3) gebildet sind, anordbaren Temperierkörper (5), wobei innerhalb des Temperierkörpers (5) wenigstens ein von einem Temperiermedium durchströmbarer Hohlraum (6) ausgebildet ist, wobei an dem Temperierkörper (5) wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum (6) verbundener Zulauf (7) zum Einleiten des Temperiermediums in den Hohlraum (6) und wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum (6) verbundener Ablauf (8) zum Ableiten des Temperiermediums aus dem Hohlraum (6) angeordnet sind. Um ein gewichtsreduziert ausgebildetes und kostengünstig herstellbares Batteriemodul (1) bereitzustellen, das eine optimale Temperierung seiner elektrischen Speicherzellen (3) ermöglicht, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Temperierkörper (5) aus einem flexiblen Kunststoff hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit zum Temperieren von elektrischen Speicherzellen eines Batteriemoduls einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen gebildet sind, anordbaren Temperierkörper, wobei innerhalb des Temperierkörpers wenigstens ein von einem Temperiermedium durchströmbarer Hohlraum ausgebildet ist, wobei an dem Temperierkörper wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum verbundener Zulauf zum Einleiten des Temperiermediums in den Hohlraum und wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum verbundener Ablauf zum Ableiten des Temperiermediums aus dem Hohlraum angeordnet sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul für eine Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Zellreihen, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen des Batteriemoduls gebildet sind, und wenigstens eine Temperiereinheit zum Temperieren der elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen.
In Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen werden üblicherweise wiederaufladbare Batterien verbaut, die in der Regel eine Vielzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten, elektrischen Speicherzellen aufweisen. Die Batterien können elektrische Antriebseinrichtungen der Hybridfahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie versorgen. Hierbei können die elektrischen Speicherzellen zu Batterieuntereinheiten, sogenannten Batteriemodulen, zusammengefasst sein, aus denen die Batterie aufgebaut ist.
Um einen sicheren, dauerhaften und optimalen Betrieb einer elektrischen Speicherzelle sicherzustellen, ist es erforderlich, die Temperatur der elektrischen Speicherzelle in einem optimalen Temperaturbereich zu halten. Hierdurch kann insbesondere ein Überhitzen der elektrischen Speicherzelle vermieden werden, das zu Zersetzungsprozessen in der elektrischen Speicherzelle führen kann. Hierdurch kann es zu einer Gasentwicklung innerhalb der elektrischen Speicherzelle kommen, wodurch der Druck innerhalb der elektrischen Speicherzelle kritisch ansteigen kann. Dieser Vorgang wird auch als thermisches Durchgehen („thermal runaway“) bezeichnet. Des Weiteren kann die elektrische Speicherzelle bei Unterschreitung einer minimal zulässigen Betriebstemperatur nicht optimal arbeiten.
Um die elektrischen Speicherzellen eines Batteriemoduls zu kühlen, ist es beispielsweise aus DE 10 2006 015 568 B3 bekannt, zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen des Batteriemoduls, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen gebildet sind, einen Materialstreifen anzuordnen, der durch Tiefziehen hergestellt ist. An dem Materialstreifen sind mehrere von einem Temperiermedium durchströmbare Wärmetauscherkanäle angeordnet. Des Weiteren sind an dem Materialstreifen für jeden Wärmetauscherkanal ein kommunizierend mit dem jeweiligen Wärmetauscherkanal verbundener Zulauf zum Einleiten des Temperiermediums in den jeweiligen Wärmetauscherkanal und ein kommunizierend mit dem jeweiligen Wärmetauscherkanal verbundener Ablauf zum Ableiten des Temperiermediums aus dem jeweiligen Wärmetauscherkanal angeordnet.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein gewichtsreduziert ausgebildetes und kostengünstig herstellbares Batteriemodul bereitzustellen, das eine optimale Temperierung seiner elektrischen Speicherzellen ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Temperiereinheit zum Temperieren von elektrischen Speicherzellen eines Batteriemoduls einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfasst wenigstens einen zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen gebildet sind, anordbaren Temperierkörper. Innerhalb des Temperierkörpers ist wenigstens ein von einem Temperiermedium durchströmbarer Hohlraum ausgebildet. An dem Temperierkörper sind wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum verbundener Zulauf zum Einleiten des Temperiermediums in den Hohlraum und wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum verbundener Ablauf zum Ableiten des Temperiermediums aus dem Hohlraum angeordnet. Der erfindungsgemäße Temperierkörper ist aus einem flexiblen Kunststoff, insbesondere Elastomer, hergestellt.
Erfindungsgemäß werden die elektrischen Speicherzellen der beiden parallel zueinander angeordneten Zellreihen mittels des Temperierkörpers temperiert, so dass zu diesem Temperieren keine zusätzliche, herkömmliche Kühlplatte erforderlich, die seitlich an den elektrischen Speicherzellen angeordnet ist. Ein mit dem erfindungsgemäßen Temperierkörper versehenes Batteriemodul ist somit platzsparender ausgebildet als ein mit einer herkömmlichen Kühlplatte versehenes Batteriemodul. Der hierdurch gewonnene Bauraum kann dazu genutzt werden, einer entsprechend ausgebildeten Batterie eine größere Energiedichte zu verleihen, indem zur Ausbildung der Batterie größere elektrische Speicherzellen verwendet werden und/oder eine größere Anzahl an elektrischen Speicherzellen verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Temperierkörpers aus einem flexiblen Kunststoff, insbesondere Elastomer, geht gegenüber der Verwendung einer herkömmlichen, massiv ausgebildeten Kühlplatte mit einer Gewichtsreduzierung einher. Zudem werden durch den erfindungsgemäßen Entfall einer herkömmlichen Kühlplatte die Herstellung- und Montagekosten für diese eingespart.
Da sich der erfindungsgemäß flexibel ausgebildete Temperierkörper flächig an die elektrischen Speicherzellen anschmiegt, sind diese optimal temperierbar. Vorzugsweise ist der Temperierkörper hierzu flächig ausgebildet, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Temperierkörper und den elektrischen Speicherzellen zu schaffen. Der Temperierkörper kontaktiert die elektrischen Speicherzellen hierbei insbesondere im Bereich der Zellwicklung der jeweiligen elektrischen Speicherzelle, so dass eine optimale Temperierung der elektrischen Speicherzellen möglich ist.
Da der erfindungsgemäße Temperierkörper flexibel ausgebildet ist, kann dieser auf einfache Art und Weise zwischen den Zellreihen angeordnet werden, wobei der Temperierkörper durch den körperlichen Kontakt mit den elektrischen Speicherzellen in seine optimale Form gebracht wird. Im Gegensatz hierzu wird ein Materialstreifen gemäß DE 10 2006 015 568 B3 durch Tiefziehen geformt, was mit einem deutlich höheren Herstellungsaufwand und dadurch mit höheren Herstellungskosten einhergeht.
Der flexible Kunststoff kann beispielsweise ein Elastomer, beispielsweise Gummi, sein.
Das Temperiermedium kann zum Kühlen und/oder Erwärmen der elektrischen Speicherzellen dienen. Das Temperiermedium kann flüssig oder gasförmig, insbesondere Luft, sein.
Die Temperiereinheit kann auch zwei oder mehrere entsprechende Temperierkörper aufweisen, die sich zwischen denselben Zellreihen oder unterschiedlichen Zellreihen erstrecken.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Temperierkörper aus einem elastischen Kunststoff hergestellt. Hierdurch kann sich der Temperierkörper bei einer Beaufschlagung eines unter Druck stehenden Temperiermediums optimal an die elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen anschmiegen, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Temperierkörper und den elektrischen Speicherzellen bereitzustellen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Temperierkörper aus einer Kunststofffolie hergestellt. Dies geht mit einer sehr leichtgewichtigen Ausgestaltung des Temperierkörpers einher, der zudem hierdurch kostengünstig herstellbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfasst wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Zellreihen, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen des Batteriemoduls gebildet sind, und wenigstens eine Temperiereinheit zum Temperieren der elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen. Die erfindungsgemäße Temperiereinheit ist nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet.
Mit dem Batteriemodul sind die oben mit Bezug auf die Temperiereinheit genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die elektrischen Speicherzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Speicherzellen, Lithium-Polymer-Speicherzellen oder einer Nickel-Metallhybrid-Speicherzellen ausgebildet sein. Die elektrischen Speicherzellen können im Querschnitt kreisförmig, elliptisch, oval, polygonal oder anderweitig ausgebildet sein. Das Batteriemodul kann auch drei oder mehrere entsprechend parallel zueinander verlaufende Zellreihen aufweisen. Es kann auch zwischen mehreren benachbart zueinander angeordneten Zellreihen jeweils ein entsprechend flexibler Temperierkörper angeordnet sein. Sind entsprechend zwei oder mehrere Temperierkörper vorhanden, können diese nach dem Gegenstromprinzip von dem Temperiermedium durchströmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen versetzt zueinander angeordnet, wobei der Temperierkörper schlangenlinienförmig zwischen den beiden Zellreihen verläuft. Durch die versetzte Anordnung der elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen zueinander kann das Batteriemodul platzsparender ausgebildet werden. Insbesondere können die elektrischen Speicherzellen der einen Zellreihe teilweise zwischen die elektrischen Speicherzellen der anderen Zellreihe greifen. Der schlangenlinienförmige Verlauf des Temperierkörpers wird durch den körperlichen Kontakt des Temperierkörpers mit den elektrischen Speicherzellen der beiden Zellreihen hervorgerufen. Durch den schlangenlinienförmigen Verlauf des Temperierkörpers wird die Kontaktfläche zwischen dem Temperierkörper und den elektrischen Speicherzellen maximiert, was mit einer optimalen Temperierung der elektrischen Speicherzellen einhergeht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die elektrischen Speicherzellen zylinderförmig ausgebildet. Solche als Rundzellen bezeichnete elektrische Speicherzellen haben eine relativ große Oberfläche, was mit einem großen Energie/Oberfläche-Verhältnis einhergeht. Zudem können solche elektrische Speicherzellen wegen ihrer relativ großen Oberfläche optimal gekühlt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
1 eine schematische und perspektivische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul.
1 zeigt eine schematische und perspektivische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1 für eine nicht gezeigte Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs.
Das Batteriemodul 1 umfasst mehrere parallel zueinander verlaufende Zellreihen 2, die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen 3 des Batteriemoduls 1 gebildet sind. Die elektrischen Speicherzellen 3 der Zellreihen 2 sind versetzt zueinander angeordnet, so dass die elektrischen Speicherzellen 3 von einer Zellreihe 2 zwischen die elektrischen Speicherzellen 2 der jeweils benachbart zu dieser Zellreihe 2 angeordneten Zellreihen 2 greifen. Die elektrischen Speicherzellen 3 sind kreiszylinderförmig, also als Rundzellen ausgebildet.
Das Batteriemodul 1 umfasst des Weiteren eine Temperiereinheit 4 zum Temperieren von elektrischen Speicherzellen 3 von zwei benachbart zueinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden Zellreihen 2, wie es in 1 gezeigt ist.
Die Temperiereinheit 4 umfasst einen zwischen den beiden parallel zueinander verlaufenden Zellreihen 2 angeordneten Temperierkörper 5. Innerhalb des Temperierkörpers 5 ist ein von einem nicht gezeigten Temperiermedium durchströmbarer Hohlraum 6 ausgebildet. An dem Temperierkörper 5 sind ein kommunizierend mit dem Hohlraum 6 verbundener Zulauf 7 zum Einleiten des Temperiermediums in den Hohlraum 6 und ein kommunizierend mit dem Hohlraum 6 verbundener Ablauf 8 zum Ableiten des Temperiermediums aus dem Hohlraum 6 angeordnet.
Der Temperierkörper 5 ist aus einem flexiblen Kunststoff, insbesondere Elastomer, hergestellt. Der Temperierkörper 5 kann aus einem elastischen Kunststoff hergestellt sein. Der Temperierkörper 5 kann aber auch aus einer Kunststofffolie hergestellt sein. Der Temperierkörper 5 verläuft durch den körperlichen Kontakt mit den elektrischen Speicherzellen 3 schlangenlinienförmig zwischen den beiden benachbart zueinander angeordneten Zellreihen 2.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
2: Zellreihe
3: elektrische Speicherzelle
4: Temperiereinheit
5: Temperierkörper
6: Hohlraum
7: Zulauf
8: Ablauf

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

DE 102006015568 B3 [0005, 0011]

Claims

Temperiereinheit (4) zum Temperieren von elektrischen Speicherzellen (3) eines Batteriemoduls (1) einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen (2), die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen (3) gebildet sind, anordbaren Temperierkörper (5), wobei innerhalb des Temperierkörpers (5) wenigstens ein von einem Temperiermedium durchströmbarer Hohlraum (6) ausgebildet ist, wobei an dem Temperierkörper (5) wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum (6) verbundener Zulauf (7) zum Einleiten des Temperiermediums in den Hohlraum (6) und wenigstens ein kommunizierend mit dem Hohlraum (6) verbundener Ablauf (8) zum Ableiten des Temperiermediums aus dem Hohlraum (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkörper (5) aus einem flexiblen Kunststoff hergestellt ist.
Temperiereinheit (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkörper (5) aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist.
Temperiereinheit (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkörper (5) aus einer Kunststofffolie hergestellt ist.
Batteriemodul (1) für eine Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Zellreihen (2), die jeweils durch mehrere in Reihe zueinander angeordnete elektrische Speicherzellen (3) des Batteriemoduls (1) gebildet sind, und wenigstens eine Temperiereinheit (4) zum Temperieren der elektrischen Speicherzellen (3) der beiden Zellreihen (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Speicherzellen (3) der beiden Zellreihen (2) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Temperierkörper (5) schlangenlinienförmig zwischen den beiden Zellreihen (2) verläuft.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Speicherzellen (3) zylinderförmig ausgebildet sind.