DE102016206510A1

DE102016206510A1 - Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102016206510A1
Application number: DE102016206510.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Opfer; Kristin Wolling
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: DE102016206510B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit (1), umfassend mindestens zwei Batteriemodule (2), wobei die Batteriemodule (2) jeweils mindestens einen Plus-Pol und einen Minus-Pol aufweisen, wobei die mindestens zwei Batteriemodule (2) mindestens einpolig über einen Modulverbinder (4) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Modulverbinder (4) als mindestens eine Heatpipe (5) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit, die mindestens zwei Batteriemodule umfasst.
Batteriemodule werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Die Batteriemodule weisen dabei üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die sowohl parallel als auch in Reihe geschaltet sein können. Zur Bildung einer Batterieeinheit werden dann mehrere Batteriemodule in Reihe oder parallel geschaltet. Dabei werden die Batteriemodule mit Kabeln oder Kontaktbrücken miteinander elektrisch verbunden. Ein Problem bei derartigen Batteriemodulen ist die große Wärmeentwicklung, wobei sich die erhöhte Temperatur negativ auf das Leistungsvermögen und die Lebensdauer auswirkt.
Aus der US 8,231,996 B2 ist ein Batteriemodul bekannt, bei dem die Wärme der Batteriezellen mittels Heatpipes und einer Kühleinrichtung mit einer Kühlflüssigkeit abgeführt wird. Heatpipes sind eine besondere Art von Wärmerohren, bei der die Rückführung des Mediums durch Kapillareffekte erfolgt. Die Kühleinrichtung ist als Kühlplatte ausgebildet, die ein Gehäuse aufweist, durch das die Kühlflüssigkeit strömen kann. Dabei wird vorgeschlagen, die Elektroden der Batteriezellen bzw. deren elektrische Verbindungselemente thermisch an die Heatpipe zu koppeln, wobei dann der Kondensator der Heatpipe an die Kühleinrichtung geführt wird. Der Kondensator ist dabei um 90° zur Längsrichtung der Heatpipe geknickt bzw. gebogen, um den Kondensator möglichst großflächig mit der Oberseite der Kühlplatte zu verbinden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Batterieeinheit zu schaffen, bei der die Wärmeabfuhr verbessert ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Batterieeinheit mit den Merkmalend es Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst die Batterieeinheit mindestens zwei Batteriemodule, wobei die Batteriemodule jeweils mindestens einen Plus-Pol und einen Minus-Pol aufweisen, wobei die mindestens zwei Batteriemodule mindestens einpolig über einen Modulverbinder elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei ist der Modulverbinder als mindestens eine Heatpipe ausgebildet. Der Vorteil ist, dass neben der elektrischen Verbindung auch Wärme abgeführt werden kann.
In einer Ausführungsform ist der Modulverbinder aus mindestens zwei Heatpipes ausgebildet, wobei jeweils ein Verdampfer der Heatpipe mit jeweils einem zu verbindenden Pol eines Batteriemoduls verbunden ist, wobei Kondensatoren der mindestens zwei Heatpipes miteinander elektrisch verbunden sind.
Alternativ ist der Modulverbinder als eine Heatpipe ausgebildet, die zwei Verdampfer und einen Kondensator aufweist, wobei die Verdampfer jeweils mit einem zu verbindenden Pol verbunden sind.
In einer Ausführungsform ist zwischen den Batteriemodulen mindestens eine Zwischenwand angeordnet, wobei die Zwischenwand mindestens eine Durchbrechung oder Aussparung aufweist, durch die die mindestens eine Heatpipe geführt ist, wobei die Heatpipe thermisch mit der Zwischenwand verbunden ist, insbesondere ist der mindestens eine Kondensator der Heatpipe mit der Zwischenwand thermisch gekoppelt, über die dann die Wärme von der Heatpipe abgeführt werden kann. Die Zwischenwand dient also als Wärmesenke, wobei die Wärme aus der Zwischenwand dann über eine weitere Kühleinrichtung aus dem Gehäuse abgeführt werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Batterieeinheit ein Batteriegehäuse auf, in dem die Batteriemodule angeordnet sind, wobei das Batteriegehäuse mit mindestens einer Aufnahme ausgebildet ist, in der die mindestens eine Heatpipe mindestens teilweise geführt ist, wobei die mindestens eine Heatpipe thermisch mit dem Batteriegehäuse verbunden ist. Dabei ist insbesondere wieder der mindestens eine Kondensator in der Aufnahme geführt, wobei das Batteriegehäuse als Wärmesenke dient.
In einer weiteren Ausführungsform besteht das Batteriegehäuse aus Metall, wobei in der Aufnahme ein Element angeordnet ist, das die Heatpipe elektrisch von der Aufnahme isoliert und thermisch verbindet. Beispielsweise ist das Element als Thermopad aus Silikon oder Acryl ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Batterieeinheit ein Batteriegehäuse auf, das auf mindestens einer Außenseite Rippen aufweist, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform weist eine Mittelachse der Heatpipe vom Verdampfer zum Kondensator in Längsrichtung keine Krümmung auf. Dadurch weist die Heatpipe einen besseren Wirkungsgrad auf, da Krümmungen und/oder Abflachungen die Wärmeabfuhr behindern.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Heatpipe mit den Polen der Batteriemodule verklebt oder vercrimpt oder verlötet. Insbesondere die Vercrimpung ist vorteilhaft, um ein defektes Wärmerohr oder ein defektes Batteriemodul auswechseln zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Vorderansicht einer Zwischenwand,
3 eine Batterieeinheit in einer zweiten Ausführungsform,
4 eine Teildarstellung einer Aufnahme eines Batteriegehäuses und
5 eine Darstellung einer Heatpipe.
In der 1 ist schematisch eine Batterieeinheit 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Batterieeinheit 1 umfasst mindestens zwei Batteriemodule 2, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in Reihe verschaltet sind. Die Batteriemodule 2 weisen eine Vielzahl von Batteriezellen 3 auf, wobei beispielhaft je drei Batteriezellen 3 dargestellt sind. Dabei ist ein Minus-Pol des oberen Batteriemoduls 2 mit dem Plus-Pol des unteren Batteriemoduls 2 über einen Modulverbinder 4 in Form von zwei Heatpipes 5 elektrisch verbunden. Zwischen den beiden Batteriemodulen 2 ist eine Zwischenwand 6 angeordnet, die aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. Die beiden Heatpipes 5 werden durch eine Aussparung 7 der Zwischenwand 6 geführt (siehe auch 2). Dabei ist ein Verdampfer 8 der oberen Heatpipe 5 mit dem Minus-Pol des oberen Batteriemoduls 2 und ein Verdampfer 8 der unteren Heatpipe 5 mit dem Plus-Pol des unteren Batteriemoduls 2 verbunden. Die beiden Kondensatoren 9 der Heatpipes 5 sind elektrisch miteinander verbunden und liegen in der Aussparung 7 in der Zwischenwand 6 auf. Die Aussparung 7 ist dabei derart dimensioniert, dass die Heatpipes 5 geklemmt werden, um so die thermische Ankopplung zu verbessern. Ist die Zwischenwand 6 aus Metall, so wird die Aussparung 7 mit einem Material ausgekleidet, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, aber elektrisch isolierend ist. Das Material der Heatpipe 5 ist vorzugsweise Kupfer oder Aluminium. Die Zwischenwand 6 ist dann vorzugsweise an ein Batteriegehäuse 10 der Batterieeinheit 1 gekoppelt, das an der Außenseite Rippen 20 aufweist, um die Wärme besser abzuführen.
In der 3 ist eine alternative Bauform dargestellt, wobei der Modulverbinder 4 durch eine Heatpipe 5 gebildet wird, die zwei Verdampfer 8 und einen Kondensator 9 mittig aufweist. Ansonsten kann auf die Ausführungen zu 1 verwiesen werden. Dabei wird ausgenutzt, dass Heatpipes 5 häufig symmetrisch aufgebaut und reziprok betrieben werden können. Wird nun sichergestellt, dass der Kondensator 9 ausreichend kälter als die Verdampfer 8 sind, so stellt sich ein Druckgefälle ein und Dampf kann von beiden Verdampfern 8 zum Kondensator 9 strömen. Dabei ist die Heatpipe 5 vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Mittelachse M keine Krümmung in Längsrichtung L aufweist (siehe 5), wobei die Außenkontur trotzdem abgerundet sein kann.
In der 4 ist eine weitere alternative Bauform dargestellt, die insbesondere bei fehlenden Zwischenwänden 6 zur Anwendung kommt. Dabei weist das Batteriegehäuse 10 eine Aufnahme 11 auf. Das Batteriegehäuse 10 ist vorzugsweise aus Metall, wobei in der Aufnahme ein Element 12 angeordnet ist, das elektrisch Batteriegehäuse 10 und Heatpipe 5 isoliert, aber thermisch gut koppelt. Das Element 12 ist beispielsweise ein Thermopad aus Silikon oder Acryl.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8231996 B2 [0003]

Claims

Batterieeinheit (1), umfassend mindestens zwei Batteriemodule (2), wobei die Batteriemodule (2) jeweils mindestens einen Plus-Pol und einen Minus-Pol aufweisen, wobei die mindestens zwei Batteriemodule (2) mindestens einpolig über einen Modulverbinder (4) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulverbinder (4) als mindestens eine Heatpipe (5) ausgebildet ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulverbinder (4) aus mindestens zwei Heatpipes (5) ausgebildet ist, wobei jeweils ein Verdampfer (8) der Heatpipe (5) mit jeweils einem zu verbindenden Pol eines Batteriemoduls (2) verbunden ist, wobei Kondensatoren (9) der mindestens zwei Heatpipes (5) miteinander elektrisch verbunden sind.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulverbinder (4) als eine Heatpipe (5) ausgebildet ist, die zwei Verdampfer (8) und einen Kondensator (9) aufweist, wobei die Verdampfer (8) jeweils mit einem zu verbindenden Pol verbunden sind.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Batteriemodulen (2) mindestens eine Zwischenwand (6) angeordnet ist, wobei die Zwischenwand (6) mindestens eine Durchbrechung oder Aussparung (7) aufweist, durch die mindestens eine Heatpipe (5) geführt ist, wobei die Heatpipe (5) thermisch mit der Zwischenwand (6) verbunden ist.
Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (1) ein Batteriegehäuse (10) aufweist, in dem die Batteriemodule (2) angeordnet sind, wobei das Batteriegehäuse (10) mit mindestens einer Aufnahme (11) ausgebildet ist, in der die mindestens eine Heatpipe (5) mindestens teilweise geführt ist, wobei die mindestens eine Heatpipe (5) thermisch mit dem Batteriegehäuse (10) verbunden ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (10) aus Metall besteht, wobei in der Aufnahme (11) ein Element (12) angeordnet ist, das die Heatpipe (5) elektrisch von der Aufnahme (11) isoliert und thermisch verbindet.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (1) ein Batteriegehäuse (10) aufweist, das auf einer Außenseite Rippen (20) aufweist.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (M) der Heatpipe (5) vom Verdampfer (8) zum Kondensator (9) in Längsrichtung keine Krümmung aufweist.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe (5) mit den Polen der Batteriemodule (2) verklebt oder vercrimpt oder verlötet ist.
Verwendung einer Heatpipe (5) als elektrischer Modulverbinder (4) von mindestens zwei Batteriemodulen (2).