DE102016109277A1 - Batteriemodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem mehrteiligen Gehäuse (2), in dem eine Mehrzahl an Batteriezellen (8) mit einer Oberseite und einer Unterseite angeordnet sind, wobei mindestens eine Halteplatte (10, 12) vorgesehen ist, durch die die Batteriezellen (8) voneinander beabstandet fixiert sind, wobei das Gehäuse (2) einen Kühlmitteleinlass (16) und einen Kühlmittelauslass (18) aufweist, derart, dass das Kühlmittel ausgehend vom Kühlmitteleinlass (16) über Zwischenräume zwischen den Batteriezellen (8) in Form einer Z-förmigen Durchströmung zum Kühlmittelauslass (18) strömt, wobei der Kühlmitteleinlass (16) und der Kühlmittelauslass (18) an einer Seite des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei zwischen der Unterseite der Batteriezellen (8) und einer Gehäusegrundfläche ein Trennelement (24) mit einer Öffnung (26) angeordnet ist, wobei die Öffnung (26) an der dem Kühlmittelauslass (18) und Kühlmitteleinlass (16) abgewandten Seite des Trennelements (24) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem eine Mehrzahl an Batteriezellen mit einer Oberseite und einer Unterseite angeordnet sind, wobei mindestens eine Halteplatte vorgesehen ist, durch die die Batteriezellen voneinander beabstandet fixiert sind, wobei das Gehäuse einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist, derart, dass das Kühlmittel ausgehend vom Kühlmitteleinlass über Zwischenräume zwischen den Batteriezellen in Form einer Z-förmigen Durchströmung zum Kühlmittelauslass strömt.
  • Derartige Batteriemodule werden insbesondere in Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieben eingesetzt. Dabei bestehen die Batteriemodule üblicherweise aus mehreren elektrisch parallel und/oder in Reihe geschalteten Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen. Beim Laden und Entladen des Batteriemoduls entsteht eine hohe Verlustwärme, die die Lebensdauer der Batteriezellen und die Batterieeigenschaften nachteilig beeinflusst. Daher werden die Batteriezellen üblicherweise gekühlt, wobei eine Vielzahl an Ausführungen zur Kühlung der Batteriezellen bekannt sind.
  • Die US 2006/93901 A1 beschreibt beispielsweise eine Ausführung zur Kühlung der Batteriezellen. Dabei weist das Gehäuse an einer Seite des Gehäuses einen Kühlmitteleinlass und an der gegenüberliegenden Seite einen Kühlmittelauslass auf, wobei der Kühlmitteleinlass an einer Oberseite der Batteriezellen und der Kühlmittelauslass an einer Unterseite der Batteriezellen ausgebildet sind. So strömt das Kühlmittel ausgehend von dem Kühlmitteleinlass, über die unterschiedlichen Strömungskanäle zwischen den Batteriezellen zum Kühlmittelauslass. Durch die in der US 2006/93901 A1 offenbarte Anordnung des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelauslasses an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses erfolgt eine Z-Durchströmung der Batterie, wodurch jeder einzelne Kühlmittelstrom die gleiche Strecke zurücklegt und dadurch sich eine gleichmäßige Kühlmittelströmung durch das Gehäuse einstellt.
  • Nachteilig an der beschriebenen Ausführung ist, dass die für die Z-Durchströmung geforderte Anordnung des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelauslasses an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses der Einbau der Batterie erschwert und der für den Einbau der Batterie benötigte Bauraum erhöht wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul derart weiterzuentwickeln, dass der oben genannte Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass an einer Seite des Gehäuses angeordnet sind, wobei zwischen der Unterseite der Batteriezellen und einer Gehäusegrundfläche ein Trennelement mit einer Öffnung angeordnet ist, wobei die Öffnung an der dem Kühlmittelauslass und Kühlmitteleinlass abgewandten Seite des Trennelements ausgebildet ist. Hierdurch werden eine Z-förmige Durchströmung des Gehäuses und eine Reduzierung des zum Einbauen des Batteriemoduls benötigten Bauraums erreicht. Dabei strömt das Kühlmittel ausgehend vom Kühlmitteleinlass über die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen zur Öffnung im Trennelement, wodurch das Gehäuse Z-förmige mit dem Kühlmittel durchströmt wird. Von der Öffnung im Trennelement strömt das Kühlmittel zum Kühlmittelauslass, wobei der Kühlmittelauslass an der gleichen Seite des Gehäuses wie der Kühlmitteleinlass ausgebildet ist und dadurch der zum Einbauen der Batterie benötigte Bauraum reduziert wird.
  • Vorzugsweise sind die Batteriezellen mit der Oberseite durch eine im Gehäuse fest angeordnete erste Halteplatte und mit der Unterseite durch eine im Gehäuse fest angeordnete zweite Halteplatte fixiert. Dadurch können die Batteriezellen über die gesamte Lebensdauer zuverlässig im Gehäuse angeordnet werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind an der Oberseite der Batteriezellen eine erste Lochplatte und an der Unterseite der Batteriezellen eine zweite Lochplatte angeordnet. Durch die erste Lochplatte kann der durch den Kühlmitteleinlass einströmende Kühlmittelstrom in die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen gezielt eingeleitet werden und durch die zweite Lochplatte kann der aus den Zwischenräumen ausströmende Kühlmittelstrom gezielt ausgeleitet werden.
  • Vorzugsweise ist zwischen der ersten Lochplatte und dem Gehäuse eine Kanalplatte angeordnet, wodurch das durch den Kühlmitteleinlass einströmende Kühlmittel über die gesamte Länge des Gehäuse geführt und verteilt wird, so dass die weit vom Kühlmitteleinlass angeordneten Batteriezellen mit ausreichend Kühlmittel versorgt und dadurch ausreichend gekühlt werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der zweiten Lochplatte und dem Trennelement eine Kanalplatte angeordnet. Dadurch wird das aus den Zwischenräumen ausströmende Kühlmittel zu der Öffnung im Trennelement geleitet, so dass kein Kühlmittelstau entsteht.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Trennelement und dem Gehäuse eine Kanalplatte angeordnet, wodurch das Kühlmittel von der Öffnung im Trennelement zum Kühlmittelauslass geleitet wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegen die Stege der Lochplatten und der Halteplatten in einer Ebene. Dadurch wird die Montage der einzelnen Elemente des Batteriemoduls verbessert, indem der Kraftfluss beim Einpressen aller im Gehäuse angeordneten Elemente über die Stege verläuft.
  • Die Erfindung wird anhand Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls in Schnittansicht,
  • 2 eine Schnittansicht A-A des in 1 dargestellten Batteriemoduls,
  • 1 zeigt eine Batteriemodulanordnung 1 mit einem mehrteiligen Gehäuse 2, bestehend aus einem Gehäusegrundkörper 4 und einem Deckel 6. Im Gehäuse 2 sind zylindrische Batteriezellen 8 angeordnet, die über eine erste Halteplatte 10 und eine zweite Halteplatte 12 im Gehäuse 2 fest angeordnet sind, wobei die erste Halteplatte 10 an einer Oberseite der Batteriezellen 8 und die zweite Halteplatte 12 an einer Unterseite der Batteriezellen 8 an den Batteriezellen 8 angreifen. Die Batteriezellen 8 sind dabei in den Halteplatten 10, 12 derart angeordnet, dass zwischen den Batteriezellen 8 Zwischenräume 14 ausgebildet sind.
  • 2 zeigt den Schnitt A-A aus 1. Zum Kühlen der Batteriezellen 8 durchströmt ein Kühlmittel den Innenraum 28 des Gehäuses 2. Hierfür sind an einer Seite des Gehäusegrundkörpers 4 ein Kühlmitteleinlass 16 und ein Kühlmittelauslass 18 ausgebildet. Der Kühlmitteleinlass 16 ist der Oberseite der Batteriezellen 8 und der Kühlmittelauslass 18 ist der Unterseite der Batteriezellen 8 zugewandt, so dass an der Oberseite der Batteriezellen 8 ein durch den Kühlmitteleinlass 16 einströmendes Kühlmittel in die Zwischenräume 14 eintritt, an der Unterseite der Batteriezellen 8 aus dem Zwischenräumen 14 austritt und durch den Kühlmittelauslass 18 aus dem Gehäuse 2 strömt. Dabei durchströmt das Kühlmittel auch die Halteplatten 10, 12.
  • Um den Kühlmittelstrom in die Zwischenräume 14 einleiten zu können, ist beabstandet zur Oberseite der Batteriezellen 8 eine erste Lochplatte 20 angeordnet, wobei das durch den Kühlmitteleinlass 16 einströmende Kühlmittel zunächst über eine zwischen der Lochplatte 20 und dem Deckel 6 angeordneten Kanalplatte 34 verteilt und zwischen der Lochplatte 20 und dem Deckel 6 gesammelt wird, bevor das Kühlmittel über die entsprechend zu den Zwischenräumen 14 ausgebildeten Öffnungen der Lochplatte 20 in die Zwischenräume 14 strömt. In gleicher Weise ist beabstandet zur Unterseite der Batteriezellen 8 eine zweite Lochplatte 22 angeordnet, durch die das Kühlmittel aus den Zwischenräumen 14 austritt und zwischen der Lochplatte 22 und einem Trennelement 24 gesammelt wird.
  • Das Trennelement 24 ist fest im Gehäusegrundkörper 4 angeordnet und unterteilt den Innenraum 28 in eine erste Kammer 30, in der die Batteriezellen 8 angeordnet sind, und eine zweite Kammer 32, die mit dem Kühlmittelauslass 18 fluidisch verbunden ist. An dem dem Kühlmitteleinlass 16 abgewandten Ende ist im Trennelement 24 eine Öffnung 26 ausgebildet, durch die die beiden Kammern 30, 32 fluidisch miteinander verbunden sind. So strömt das Kühlmittel ausgehend vom Kühlmitteleinlass 16, über die Zwischenräume 14 zur Öffnung 26, wobei das Kühlmittel über eine zweite Kanalplatte 36 von den Zwischenräumen 14 zu der Öffnung 26 geleitet wird. Von der Öffnung 26 strömt das Kühlmittel, durch eine dritte Kanalplatte 38 geführt, über die Kammer 32 zum Kühlmittelauslass 18. In der in den Figuren dargestellten Ausführung sind die Kanalplatten 34, 36, 38 und die Lochplatten 20, 22 separat ausgeführt. Die Kanalplatten 34, 36, 38 können aber auch in die beiden Lochplatten 20, 22 integriert sein, so dass die erste Lochplatte 20 die erste Kanalplatte 34 und die zweite Lochplatte 22 die zweite und die dritte Kanalplatte 36, 38 bilden.
  • Die Montage der Batteriezellen 8 in den Gehäusegrundkörper 4 erfolgt zusammen mit den Halteplatten 10, 12, den Kanalplatten 34, 36, 38 sowie mit den Lochplatten 20, 22. Dabei liegen jeweils an den Halteplatten 10, 12 ausgebildete Stege 40, 42, die Stege der Lochplatten 20, 22 und die Stege der Kanalplatten 34, 36, 38 in einer Ebene, so dass beim gemeinsamen Einpressen der Batteriezellen 8, der Halteplatten 10, 12, der Lochplatten 20, 22 und der Kanalplatten 34, 36, 38 die für das Einpressen eingeleiteten Kräfte über die Stege verlaufen.
  • Für die Kühlung der Batteriezellen 8 ist eine Gleichverteilung des Kühlmittelstroms vorteilhaft. Dies wird durch eine Z-Durchströmung des Gehäuses 2 erreicht, indem jeder Kühlmittelstrom die gleiche Strecke vom Kühlmitteleinlass 16 zum Kühlmittelauslass 18 aufweist. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Batteriemodulanordnung 1 kann die Z-förmige Durchströmung des Gehäuses 2 erreicht werden, wobei der Kühlmitteleinlass 16 und der Kühlmittelauslass 18 an einer Seiten des Gehäuses 2 ausgebildet sind und dadurch der zum Einbauen der Batteriemodulanordnung 1 erforderlich Bauraum reduziert wird.
  • 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
    • US 2006/93901 A1 [0003, 0003]

Claims (7)

  1. Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem mehrteiligen Gehäuse (2), in dem eine Mehrzahl an Batteriezellen (8) mit einer Oberseite und einer Unterseite angeordnet sind, wobei mindestens eine Halteplatte (10, 12) vorgesehen ist, durch die die Batteriezellen (8) voneinander beabstandet fixiert sind, wobei das Gehäuse (2) einen Kühlmitteleinlass (16) und einen Kühlmittelauslass (18) aufweist, derart, dass das Kühlmittel ausgehend vom Kühlmitteleinlass (16) über Zwischenräume zwischen den Batteriezellen (8) in Form einer Z-förmigen Durchströmung zum Kühlmittelauslass (18) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (16) und der Kühlmittelauslass (18) an einer Seite des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei zwischen der Unterseite der Batteriezellen (8) und einer Gehäusegrundfläche ein Trennelement (24) mit einer Öffnung (26) angeordnet ist, wobei die Öffnung (26) an der dem Kühlmittelauslass (18) und Kühlmitteleinlass (16) abgewandten Seite des Trennelements (24) ausgebildet ist.
  2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (8) mit der Oberseite durch eine im Gehäuse (2) fest angeordnete erste Halteplatte (10) und mit der Unterseite durch eine im Gehäuse (2) fest angeordnete zweite Halteplatte (12) fixiert sind.
  3. Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Batteriezellen (8) eine erste Lochplatte (20) und an der Unterseite der Batteriezellen (8) eine zweite Lochplatte (22) angeordnet sind.
  4. Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Lochplatte (20) und dem Gehäuse (2) eine Kanalplatte (34) angeordnet ist.
  5. Batteriemodul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Lochplatte (22) und dem Trennelement (24) eine Kanalplatte (36) angeordnet ist.
  6. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trennelement (24) und dem Gehäuse (2) eine Kanalplatte (38) angeordnet ist.
  7. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der Lochplatten (20, 22) und die Stege (40, 42) der Halteplatten (10, 12) in einer Ebene liegen.
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