DE102016008110A1 - Base plate for a battery, in particular traction battery, and traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte (10) für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftwagens. Die Bodenplatte (10) umfasst einen Grundkörper (12), welcher eine Mehrzahl von Kühlkanälen (14) aufweist. Die Kühlkanäle (14) sind von einem Kühlmedium durchströmbar. Die Bodenplatte (10) umfasst eine Verteileinrichtung (18), welche mit dem Grundkörper (12) verbunden ist und welche einen Sammelkanal (20) und von dem Sammelkanal (20) abzweigende Zweigleitungen (22) aufweist. Eine jeweilige Zweigleitung (22) ist mit einem jeweiligen Kühlkanal (14) fluidisch gekoppelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie mit einer solchen Bodenplatte (10).The invention relates to a base plate (10) for a battery, in particular for a traction battery of a motor vehicle. The bottom plate (10) comprises a base body (12), which has a plurality of cooling channels (14). The cooling channels (14) can be traversed by a cooling medium. The bottom plate (10) comprises a distributor device (18) which is connected to the main body (12) and which has a collecting channel (20) and branch lines (22) branching from the collecting channel (20). A respective branch line (22) is fluidically coupled to a respective cooling channel (14). Furthermore, the invention relates to a traction battery with such a bottom plate (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte für eine Batterie, welche insbesondere als Traktionsbatterie eines Kraftwagens ausgebildet sein kann. Die Bodenplatte umfasst einen Grundkörper, welcher eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweist. Die Kühlkanäle sind von einem Kühlmedium durchströmbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie mit einer solchen Bodenplatte.The invention relates to a base plate for a battery, which may be designed in particular as a traction battery of a motor vehicle. The bottom plate comprises a base body which has a plurality of cooling channels. The cooling channels can be traversed by a cooling medium. Furthermore, the invention relates to a traction battery with such a bottom plate.
Die
Bei einer derartigen Anordnung kann die Batterie lediglich mittels der den Zwischenraum durchströmenden Luft etwa in Form von Fahrtwind gekühlt werden. Eine derartige Kühlung ist für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere für eine Kühlung von als Traktionsbatterien ausgebildeten Batterien eines Kraftfahrzeugs, nicht ausreichend.In such an arrangement, the battery can be cooled only in the form of wind by means of the air flowing through the gap. Such cooling is not sufficient for a variety of applications, in particular for cooling batteries of a motor vehicle designed as traction batteries.
Beispielsweise als Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ausgebildete Batterien müssen nämlich je nach Betriebszustand gekühlt oder geheizt werden, damit sie die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweisen und damit auch die geforderte Lebensdauer der Batterie gewährleistet werden kann.For example, trained as traction batteries in electric vehicles or hybrid vehicles batteries must be cooled or heated depending on the operating condition so that they have the desired electrical properties and thus the required service life of the battery can be guaranteed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Bodenplatte der eingangs genannten Art und eine Traktionsbatterie mit einer solchen Bodenplatte zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide an improved bottom plate of the type mentioned and a traction battery with such a bottom plate.
Diese Aufgabe wird durch eine Bodenplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Traktionsbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a base plate having the features of patent claim 1 and by a traction battery having the features of
Die erfindungsgemäße Bodenplatte für eine Batterie, welche insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftwagens ausgebildet sein kann, umfasst einen Grundkörper. Der Grundkörper weist eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf. Die Kühlkanäle sind von einem Kühlmedium, beispielsweise einer Glykol und Wasser enthaltenden Kühlflüssigkeit, durchströmbar. Die Bodenplatte umfasst eine Verteileinrichtung, welche mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Verteileinrichtung weist einen Sammelkanal auf. Von dem Sammelkanal zweigen Zweigleitungen ab. Eine jeweilige Zweigleitung ist mit einem jeweiligen Kühlkanal fluidisch gekoppelt. Entsprechend ist also eine leckagefreie Versorgung der in den Grundkörper der Bodenplatte integrierten Kühlkanäle durch die als Zuleitung dienende Verteileinrichtung sichergestellt. Durch das Vorsehen der Verteileinrichtung kann zudem eine besonders große Anzahl an Kühlkanälen mittels eines einzigen Bauteils kontaktiert werden.The bottom plate according to the invention for a battery, which may be designed in particular for a traction battery of a motor vehicle, comprises a main body. The main body has a plurality of cooling channels. The cooling channels are flowed through by a cooling medium, for example a glycol and water-containing cooling liquid. The bottom plate comprises a distributor, which is connected to the base body. The distribution device has a collecting channel. From the collection channel branch branches off. A respective branch line is fluidically coupled to a respective cooling channel. Accordingly, a leakage-free supply of the integrated cooling channels in the main body of the bottom plate is ensured by serving as a supply distributor. By providing the distributor, moreover, a particularly large number of cooling channels can be contacted by means of a single component.
Beispielsweise können zwischen 5 Anschlüsse für Kühlkanäle und 90 Anschlüsse für Kühlkanäle pro Meter in der Verteileinrichtung ausgebildet sein. Durch das Bereitstellen der Verteileinrichtung, mittels welcher eine derartige Anzahl an Kühlkanälen mit dem Kühlmedium beaufschlagt werden kann, reduziert sich der Montageaufwand, da nicht eine Vielzahl von einzelnen Versorgungsleitungen mit den jeweiligen Kühlkanälen verbunden zu werden braucht. Vielmehr ist es ausreichend, die Verteileinrichtung mit dem Grundkörper zu koppeln beziehungsweise zu verbinden. Hierdurch ist die fluidische, leckagefreie Kopplung der jeweiligen Zweigleitung mit dem jeweiligen Kühlkanal sichergestellt. Entsprechend ist der Montageaufwand zum Bereitstellen einer leckagefreien Versorgung der Boden-Kühlkanäle besonders gering. Dies führt bei der Fertigung eines die Bodenplatte umfassenden Batteriegehäuses zu einer besonders geringen Taktzeit und einem besonders stabilen Prozess. Dies geht wiederum mit Kosteneinsparungen einher.For example, between 5 connections for cooling channels and 90 connections for cooling channels per meter can be formed in the distribution device. By providing the distribution device, by means of which such a number of cooling channels can be acted upon by the cooling medium, the assembly effort is reduced, since not a plurality of individual supply lines need to be connected to the respective cooling channels. Rather, it is sufficient to couple the distributor with the body or connect. As a result, the fluidic, leak-free coupling of the respective branch line with the respective cooling channel is ensured. Accordingly, the assembly effort for providing a leak-free supply of the floor cooling channels is particularly low. This leads to a particularly low cycle time and a particularly stable process in the manufacture of a battery housing comprising the bottom plate. This goes hand in hand with cost savings.
Durch die Bodenplatte lässt sich zudem ein Bodenteil eines Gehäuses der Traktionsbatterie bereitstellen. Es lassen sich also zwei Funktionen zusammenführen, nämlich das Kühlen beziehungsweise Heizen mittels des Kühlmediums und das Last-Tragen. Diese Funktionen lassen sich also in einem einzigen Bauteil bereitstellen, nämlich dem Gehäuseboden beziehungsweise der Bodenplatte. Dies bietet Vorteile im Hinblick auf das Gewicht des Gehäuses der Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, gegenüber dem Vorsehen von zwei separaten Bauteilen für diese Funktionen.Through the bottom plate can also provide a bottom part of a housing of the traction battery. It can therefore merge two functions, namely the cooling or heating by means of the cooling medium and the load-carrying. These functions can thus be provided in a single component, namely the housing bottom or the bottom plate. This offers advantages in terms of the weight of the housing of the battery, in particular traction battery, over the provision of two separate components for these functions.
Des Weiteren lässt sich das Zuleiten des Kühlmediums, welches zum Erwärmen der Batterie auch als Heizmedium einsetzbar ist, und das Umlenken des Kühlmediums beziehungsweise Heizmediums von dem Sammelkanal in die Zweigleitungen beziehungsweise weiter in die Kühlkanäle in einem einzigen Bauteil in Form der Bodenplatte kombinieren.Furthermore, the supply of the cooling medium, which can be used for heating the battery as a heating medium, and the deflection of the cooling medium or heating medium from the collecting channel in the branch lines or further in the cooling channels in a single component in the form of the bottom plate combine.
Des Weiteren ergeben sich Vorteile im Hinblick auf den Bauraumbedarf beziehungsweise das Packaging. Durch die kompakte Bauweise ist nämlich eine Integration der Verteileinrichtung in einen Deformationsraum einer Gehäusewand des Gehäuses der Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, möglich. Bevorzugt ist also eine Integration der Bodenplatte in einen Crashbereich vorgesehen, wobei das Gehäuse der Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, als Crashstruktur ausgebildet ist.Furthermore, there are advantages in terms of space requirements or the packaging. Because of the compact design, an integration of the distribution device into a deformation space of a housing wall of the housing of the battery, in particular a traction battery, is possible. Preferably, therefore, an integration of the bottom plate is provided in a crash area, wherein the Housing of the battery, in particular traction battery is designed as a crash structure.
Da der Grundkörper der Bodenplatte direkt von dem Kühlmedium durchströmt wird, also auf ein Verlegen von weiteren medienführenden Einrichtungen wie etwa Schläuchen oder Rohren auf oder in der Bodenplatte verzichtet wird, lässt sich eine verbesserte Heizleistung beziehungsweise Kühlleistung erreichen. Damit verringert sich der Kühlleistungsbedarf beziehungsweise Heizleistungsbedarf. Es kann also ein Kühler, welchem aus dem Grundkörper kommendes Kühlmedium zugeführt wird, vergleichsweise klein ausgebildet und/oder ein Volumenstrom durch den Kühler vergleichsweise gering gehalten werden, und dennoch lässt sich die zum Kühlen der Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie erforderliche Kühlleistung bereitstellen.Since the main body of the bottom plate is flowed through directly by the cooling medium, that is dispensed with laying of other media-carrying facilities such as hoses or pipes on or in the bottom plate, can be achieved improved heating or cooling performance. This reduces the cooling power requirement or heating power requirement. Thus, a cooler, which is supplied from the base body coming cooling medium, formed comparatively small and / or a volume flow through the radiator are kept comparatively low, and yet can be provided for cooling the battery or traction battery cooling power.
Die Verteileinrichtung ermöglicht die Führung des Kühlmediums und erlaubt dabei insbesondere eine Umlenkung des Kühlmediums aus dem Sammelkanal in die Zweigleitungen und den Anschluss an die insbesondere orthogonal zu dem Sammelkanal verlaufenden Kühlkanäle. Des Weiteren lässt sich durch eine derartige Ausbildung der Bodenplatte ein Bodenteil eines Gehäuses der Traktionsbatterie sowohl als Kühlkörper nutzen und zugleich als lasttragendes Strukturbauteil auslegen.The distribution device allows the guide of the cooling medium and allows in particular a deflection of the cooling medium from the collecting channel in the branch lines and the connection to the particular orthogonal to the collecting channel extending cooling channels. Furthermore, can be used as a heat sink by such a design of the bottom plate, a bottom part of a housing of the traction battery and at the same time interpret it as a load-bearing structural component.
Bevorzugt ist der Grundkörper als Hohlkammerprofil ausgeführt, durch welches die Kühlkanäle bereitgestellt sind.Preferably, the base body is designed as a hollow chamber profile, through which the cooling channels are provided.
Vorzugsweise umfasst die Bodenplatte eine Sammeleinrichtung, welche mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Sammeleinrichtung weist einen weiteren Sammelkanal und in den weiteren Sammelkanal einmündende Zweigleitungen auf. Hierbei ist die jeweilige Zweigleitung der Sammeleinrichtung mit einem jeweiligen Kühlkanal fluidisch gekoppelt. Es lässt sich also sowohl eine Zuleitung in Form der Verteileinrichtung als auch eine Ableitung in Form der Sammeleinrichtung einfach in die Bodenplatte integrieren.Preferably, the bottom plate comprises a collecting device, which is connected to the base body. The collecting device has a further collecting channel and branch lines leading into the further collecting channel. In this case, the respective branch line of the collecting device is fluidically coupled to a respective cooling channel. Thus, both a supply line in the form of the distribution device and a discharge in the form of the collecting device can be easily integrated into the base plate.
Eine Haupterstreckungsrichtung der Kühlkanäle kann mit dem Sammelkanal und/oder mit dem weiteren Sammelkanal einen Winkel einschließen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Winkel von im Wesentlichen 90° handeln. So lässt sich die Bodenplatte besonders einfach in das Gehäuse der Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie integrieren, und es lässt sich das Gehäuse vereinfacht im Kraftwagen unterbringen.A main extension direction of the cooling channels may include an angle with the collecting channel and / or with the further collecting channel. This may in particular be an angle of substantially 90 °. Thus, the bottom plate can be particularly easily integrated into the housing of the battery or traction battery, and it can be the case simpler to accommodate in the car.
Vorzugsweise sind die Verteileinrichtung und/oder die Sammeleinrichtung als Gussbauteil ausgebildet, während der Grundkörper der Bodenplatte insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein kann. Durch die Ausbildung der Verteileinrichtung und der Sammeleinrichtung als dünnwandige Gussbauteile lassen sich besonders einfach die mit den Kühlkanälen korrespondierenden Zweigleitungen bereitstellen. Das Gussbauteil kann hierbei beispielsweise eine Wandstärke von 1,5 Millimetern bis 3,5 Millimetern aufweisen. Durch die Ausbildung der Verteileinrichtung und der Sammeleinrichtung als Gussbauteile lassen sich auch komplexe Formen der Sammelkanäle beziehungsweise Zweigleitungen einfach und prozesssicher bereitstellen.Preferably, the distribution device and / or the collecting device are formed as a cast component, while the main body of the bottom plate can be formed in particular of an aluminum alloy. Due to the design of the distribution device and the collecting device as thin-walled cast components, it is particularly easy to provide the branch lines corresponding to the cooling channels. The cast component can in this case have, for example, a wall thickness of 1.5 millimeters to 3.5 millimeters. The design of the distribution device and the collection device as cast components also makes it possible to provide complex forms of the collection channels or branch lines simply and reliably.
Alternativ können die Verteileinrichtung und/oder die Sammeleinrichtung als Strangpressprofile ausgebildet sein, wobei die Zweigleitungen durch von dem Sammelkanal abzweigende beziehungsweise in den Sammelkanal einmündende Bohrungen bereitgestellt sein können.Alternatively, the distribution device and / or the collecting device may be formed as extruded profiles, wherein the branch lines may be provided by branching off from the collecting channel or opening into the collecting channel bores.
Insbesondere lassen sich einfach weitere Funktionen integrieren wie beispielsweise unterschiedliche Querschnitte der Zweigleitungen. Auf diese Weise lässt sich eine Druckverteilung in einem die Bodenplatte umfassenden Kühlsystem optimieren. Beispielsweise können die durchströmbaren Querschnitte der Zweigleitungen so ausgebildet sein, dass es zu Turbulenzen in dem Kühlmedium kommt.In particular, other functions can easily be integrated, for example different cross sections of the branch lines. In this way, a pressure distribution in a cooling system comprising the bottom plate can be optimized. For example, the flow-through cross-sections of the branch lines can be designed so that turbulence occurs in the cooling medium.
Zusätzlich oder alternativ kann in eine Strömungsrichtung des Kühlmediums durch den Sammelkanal gesehen wenigstens eine stromabwärts angeordnete Zweigleitung einen größeren durchströmbaren Querschnitt aufweisen als eine dieser Zweigleitung stromaufwärts benachbarte Zweigleitung. Mit anderen Worten können die durchströmbaren Querschnitte der Zweigleitungen in die Strömungsrichtung des Kühlmediums durch den Sammelkanal gesehen zunehmend größer werden. So kann besonders einfach dafür gesorgt werden, dass auch die stromabwärts gelegenen Kühlkanäle mit ausreichend viel Kühlmedium beaufschlagt werden. Insbesondere kann so eine besonders gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums auf die Kühlkanäle sichergestellt werden.Additionally or alternatively, viewed in a direction of flow of the cooling medium through the collecting channel, at least one downstream branch line can have a larger cross-section through which the branch line is located upstream than this branch line. In other words, the flow-through cross-sections of the branch lines in the flow direction of the cooling medium through the collecting channel can become increasingly larger. This makes it particularly easy to ensure that also the downstream cooling channels are charged with a sufficient amount of cooling medium. In particular, such a particularly uniform distribution of the cooling medium can be ensured on the cooling channels.
Die Verbindung des Grundkörpers der Bodenplatte mit der Verteileinrichtung und/oder mit der Sammeleinrichtung kann durch eine Druckpassung oder Presspassung erfolgen. Eine einfache Montage und besonders große Dichtigkeit lässt sich jedoch erreichen, wenn der Grundkörper der Bodenplatte mit der Verteileinrichtung und/oder mit der Sammeleinrichtung stoffschlüssig verbunden ist. Hierbei können insbesondere das Kleben und/oder das Löten und/oder Schweißen zum Einsatz kommen.The connection of the base body of the base plate with the distribution device and / or with the collecting device can be effected by a pressure fit or press fit. However, a simple assembly and particularly large tightness can be achieved if the base body of the bottom plate is materially connected to the distribution device and / or with the collecting device. Here, in particular the gluing and / or soldering and / or welding can be used.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn bei in den Kraftwagen eingebauter Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie eine Haupterstreckungsrichtung der Kühlkanäle im Wesentlichen mit der Fahrzeugquerrichtung zusammenfällt. Dadurch kann besonders einfach über die Sammelkanäle das Kühlmedium einem Kühler zugeführt beziehungsweise von dem Kühler hergeführt werden, welcher in die Fahrzeuglängsrichtung von der Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie beabstandet in dem Kraftwagen angeordnet ist. Entsprechend können sich also die Sammelkanäle der Verteileinrichtung beziehungsweise der Sammeleinrichtung bei in den Kraftwagen eingebrachter Traktionsbatterie insbesondere in Richtung der Fahrzeuglängsachse erstrecken.Finally, it has proven to be advantageous if, in the case of the battery or traction battery installed in the motor vehicle, a main extension direction of the cooling channels substantially coincides the vehicle transverse direction coincides. As a result, the cooling medium can be fed to a radiator particularly easily via the collecting ducts or can be brought from the radiator, which is arranged in the vehicle longitudinal direction away from the battery or traction battery in the motor vehicle. Correspondingly, therefore, the collecting ducts of the distribution device or the collecting device may extend in the case of the traction battery introduced into the motor vehicle, in particular in the direction of the vehicle longitudinal axis.
Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie umfasst eine erfindungsgemäße Bodenplatte. Die Bodenplatte ist als Bodenteil eines Gehäuses der Traktionsbatterie ausgebildet. Auf dem Bodenteil ist eine Mehrzahl von Batteriezellen der Traktionsbatterie angeordnet. Die für die erfindungsgemäße Bodenplatte beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Traktionsbatterie.The traction battery according to the invention comprises a bottom plate according to the invention. The bottom plate is formed as a bottom part of a housing of the traction battery. On the bottom part, a plurality of battery cells of the traction battery is arranged. The advantages and preferred embodiments described for the floor panel according to the invention also apply to the traction battery according to the invention.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Thus, embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed which do not have all the features of an originally formulated independent claim.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings. Showing:
In
Ein Grundkörper
Zum Beaufschlagen der Kühlkanäle
Wie aus der in
Der zweite Sammelkanal
In
Durch die Fügetechnik beim Verbinden der Verteileinrichtung
Die Bodenplatte
Durch den Pfeil
Derartige Zweigleitungen
Im Kühlbetrieb strömt das Kühlmedium von einem, beispielsweise im Bereich einer Fahrzeugfront angeordneten (vorliegend nicht gezeigten) Kühler hin zu einem durch die Verteileinrichtung
Die in
Anhand von
Die Zweigleitungen
Vorliegend weist beispielsweise jeder dritte der Vorsprünge
Am gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers
Von dort gelangt das Kühlmedium wieder in den durch einen der Stopfen beziehungsweise Vorsprünge
In analoger Weise tritt das Kühlmedium durch die in dem nachfolgenden Vorsprung
Je nach Anordnung der Öffnungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |