DE102016215850B4

DE102016215850B4 - Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge und Elektro- oder Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102016215850B4
Application number: DE102016215850.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Scherrer; Philip Rättich; Bernhard Zuck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2036-08-24
Also published as: DE102016215850A1

Abstract

Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, mit mindestens einem Stapel (1) von in einer Reihe hintereinander angeordneten Batteriezellen (2 - 4, 14 - 16) und Kühlelementen (6 - 9, 17 - 20), wobei• jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung (5) aufeinander folgenden Batteriezellen ein Kühlelement angeordnet ist,• die Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) von einem Kühlmittel durchströmt sind, und• die Batteriezellen (2 - 4, 14 - 16) und Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) mittels eines Spannelements zusammengespannt sind,wobei die Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) durch das Zusammenspannen fluiddicht miteinander verbunden sind, undjedes der Kühlelemente (6 - 8, 17 - 20) jeweils aus einem Unterteil (9a) und einem Oberteil (9b) besteht,dadurch gekennzeichnet, dassdas Oberteil (9b) und das Unterteil (9a) eines jeden Kühlelements durch das Zusammenspannen fluiddicht miteinander verbunden sind unddie Gehäuse der beiden Batteriezellen (2 - 4, 14- 16) jeweils aus einer Folie, insbesondere aus einer mit Aluminium bedampften Kunststofffolie, bestehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiger Hochvoltspeicher ist aus AT 511 887 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die DE 10 2008 057 210 A1 , DE 10 2012 000 871 A1 , DE 10 2011 109 484 A1 , US 2013 0143093 A1 sowie die DE 10 2011 087 032 A1 .
Hochvoltspeicher von Fahrzeugen bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl einzelner Speicherzellen. Eine Gruppe von Speicherzellen kann z. B. seriell miteinander verschaltet werden, wobei die einzelnen Speicherzellen geschachtelt bzw. „gestapelt“ hintereinander angeordnet sind und ein Speichermodul bilden. Mehrere miteinander verschaltete Speichermodule bilden dann den Hochvoltspeicher.
Während des Betriebs eines Hochvoltspeichers können in den Speicherzellen beträchtliche Wärmeleistungen entstehen, die abgeführt werden müssen, um eine Schädigung bzw. eine übermäßig starke Alterung der Speicherzellen zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge zu schaffen, der sich durch ein effizientes und kostengünstiges Kühlkonzept zur Kühlung der Speicherzellen und durch einen effizienten und kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, mit mindestens einem Stapel von in einer Reihe hintereinander angeordneten Speicher- bzw. Batteriezellen und Kühlelementen. In dem Stapel ist jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung aufeinander folgenden Speicher- bzw. Batteriezellen ein Kühlelement angeordnet, wobei die Kühlelemente in Fluidverbindung miteinander stehen und von einem Kühlmittel durchströmt sind. Der aus Speicher- bzw. Batteriezellen und Kühlelementen gebildete Stapel ist durch ein Spannelement zusammengespannt. Bei dem Spannelement kann es sich z.B. um ein Spannband handeln. Das Spannelement kann z.B. aus Kunststoff, insbesondere aus einem durch Verstärkungsfasern (z.B. Glas- oder Kohlefasern) verstärkten Kunststoff bestehen oder aus Metall oder aus einem anderen Werkstoff.
Ein zentraler Gedanke der Erfindung besteht darin, dass durch das Zusammenspannen des Stapels nicht nur die Speicher- bzw. Batteriezellen und die Kühlelemente zusammengehalten werden, sondern dass die in Fluidverbindung miteinander stehenden Kühlelemente durch das Zusammenspannen fluiddicht miteinander verbunden sind, so dass unter allen Betriebsbedingungen ein guter thermischer Kontakt zwischen den Speicher- bzw. Batteriezellen und den Kühlelementen sichergestellt ist. Zwischen den einzelnen Kühlelementen können zwar Fluiddichtungen angeordnet sein. Die eigentliche Dichtwirkung wird aber durch das Zusammenspannen mittels des Spannelements erreicht. Auf teure Verbindungstechniken, wie z.B. Schraub- oder Lötverbindungen kann verzichtet werden, was insgesamt zu einer sehr kompakten und kostengünstigen Lösung führt.
Vorzugsweise sind alle Kühlelemente des Stapels identisch aufgebaut, was zu weiteren Kostenvorteilen führt. Auch die Speicherzellen des Stapels können identisch aufgebaut sein.
Der Stapel kann grundsätzlich eine beliebige Zahl von Speicher- bzw. Batteriezellen aufweisen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Stapel n (n ist eine natürliche Zahl) in einer Reihe hintereinander angeordneter Speicher- bzw. Batteriezellen aufweist, von denen jede ein Gehäuse aufweist. Der Begriff „Gehäuse“ ist äußerst breit zu interpretieren. Der Begriff Gehäuse umfasst elastische Gehäuse, insbesondere sogenannte „Pouchzellen“, bei denen das Gehäuse durch ein sackartiges elastisches Gebilde gebildet ist, welches z. B. aus einer Kunststofffolie (z. B. mit Aluminium bedampfte Polyethylenfolie) besteht.
Vorzugsweise sind alle Speicher- bzw. Batteriezellen jeweils zwischen zwei Kühlelementen angeordnet. Bei n hintereinander angeordneten Speicher- bzw. Batteriezellen sind folglich n+1 Kühlelemente vorgesehen, wobei eines der n+1 Kühlelemente ein erstes, mit nur einer ersten Speicher- bzw. Batteriezelle thermisch gekoppeltes Kühlelement ist, ein anderes der n+1 Kühlelemente ein letztes, mit nur einer letzten Speicher- bzw. Batteriezelle thermisch gekoppeltes Kühlelement ist und die übrigen Kühlelemente jeweils zwischen zwei Speicher- bzw. Batteriezellen angeordnet sind, und jeweils mit diesen beiden Speicher- bzw. Batteriezellen thermisch gekoppelt sind.
Bei n Speicher- bzw. Batteriezellen müssen aber nicht zwingend n+1 Kühlelemente vorgesehen sein. Prinzipiell könnten auch nur n oder n-1 Kühlelemente vorgesehen sein, wobei dann nicht jede der Speicher- bzw. Batteriezellen zwischen zwei Kühlelementen angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Speicher- bzw. Batteriezellen jeweils mit ihrer „größten Gehäuseseite“ bzw. ihrem „größten Gehäuseseitenpaar“ thermisch mit den Kühlelementen gekoppelt.
Manche Speicherzellen ähneln hinsichtlich ihres Formats einer Schokoladentafel, d. h. sie weisen zwei vergleichsweise große Gehäuseseiten auf, die über vier relativ schmale Gehäusewände miteinander verbunden sind. Der Begriff „Gehäusewand“ umfasst, analog den obigen Ausführungen, auch elastische Folien, wie sie z. B. bei sogenannten Pouchzellen Verwendung finden.
Die Kühlelemente sind von einem Kühlmedium durchströmt. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um eine wässrige Kühlmittelflüssigkeit oder alternativ dazu auch um ein Kältemittel handeln. Begrifflich sind Kältemittel von Kühlflüssigkeiten dadurch zu unterscheiden, dass bei der Verwendung eines Kältemittels zumindest auf einem Abschnitt eines Kältemittelkreislaufs Kältemittel verdampft, d. h. in einen dampfförmigen Zustand übergeht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine (zentrale) Kühlmittelzulaufleitung vorgesehen, welche Abzweigstellen für Kühlmittel aufweist, über die kühles Medium in alle Kühlelemente (erstes Ausführungsbeispiel) oder in einen Teil bzw. die Hälfte der Kühlelemente (zweites Ausführungsbeispiel) strömt.
Ferner kann eine (zentrale) Kühlmittelrücklaufleitung vorgesehen sein, welche Abzweigstellen aufweist, über die von den Speicher- bzw. Batteriezellen erwärmtes Kühlmedium aus allen Kühlelementen (erstes Ausführungsbeispiel) oder aus einem Teil bzw. der Hälfte der Kühlelemente (zweites Ausführungsbeispiel) in die Kühlmittelrücklaufleitung abströmt.
Bei den Kühlelementen kann es sich um hohle, plattenartige Gebilde handeln, die z. B. aus Blech, insbesondere aus Aluminiumblech hergestellt sein können. Die Kühlelemente sind durch zwei fluiddicht miteinander verbundene Elemente, durch ein Unterteil und ein Oberteil, gebildet.
Gemäß der Erfindung sind das Unterteil und das Oberteil der einzelnen Kühlelemente fluiddicht zusammengespannt. Zwischen dem Unterteil dem Oberteil der Kühlelemente kann eine Dichtung (z.B. umlaufend entlang der Ränder der Unter- und Oberteile) angeordnet sein. Zum Aufbringen der Spannkraft brauchen keine separaten Spannelemente vorgesehen sein. Die Spannkraft kann von dem ohnehin vorgesehenen, den gesamten Stapel zusammenspannenden Spannelement aufgebracht werden.
Sofern das Oberteil und das Unterteil eines jeden Kühlelements entlang ihres gemeinsamen Randes fluiddicht miteinander verbunden sind, kann vorgesehen sein, dass das Oberteil und das Unterteil eines jeden Kühlelements zusätzlich in einem Bereich zwischen den Rändern, insbesondere in einem Mittelbereich des Kühlelements, miteinander verbunden sind.
Die oben erwähnte (zentrale) Kühlmittelzulaufleitung kann durch Zulaufflansche gebildet sein, die Teil der Unterteile und/oder Teil der Oberteile sind, welche die Kühlelemente bilden. Durch die stapelweise Anordnung der Kühlelemente liegen die Zulaufflansche benachbarter Kühlelemente fluiddicht aneinander an und bilden die (zentrale) Kühlmittelzulaufleitung.
Die oben erwähnte (zentrale) Kühlmittelrücklaufleitung kann durch Rücklaufflansche gebildet sein, die Teil der Unterteile und/oder Teil der Oberteile sind, welche die Kühlelemente bilden. Durch die stapelweise Anordnung der Kühlelemente liegen die Rücklaufflansche benachbarter Kühlelemente fluiddicht aneinander an und bilden die (zentrale) Kühlmittelrücklaufleitung.
Die zum Abdichten der die (zentrale) Kühlmittelzulaufleitung bildenden Zulaufflansche bzw. die zum Abdichten der die (zentrale) Kühlmittelrücklaufleitung bildenden Rücklauflaufflansche kann (z.B. ausschließlich) oder zumindest zum Teil durch das den Stapel zusammenspannende Spannelement aufgebracht werden.
Bei dem oben erwähnten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist jedes der Kühlelemente einen an die Kühlmittelzulaufleitung angeschlossenen Fluideingang und einen an die Kühlmittelrücklaufleitung angeschlossenen Ausgang auf. Über den Fluideingang strömt Kühlmittel aus der Kühlmittelzulaufleitung in das jeweilige Kühlelement ein und über den Fluidausgang strömt erwärmtes Kühlmittel aus dem Kühlelement heraus in die Kühlmittelrücklaufleitung. Bei diesem (ersten) Ausführungsbeispiel ist also jede der Speicher- bzw. Batteriezellen zwischen zwei Kühlelementen angeordnet, die jeweils einen Fluideingang und jeweils einen Fluidausgang aufweisen, wobei in jedes der Kühlelemente unmittelbar kühles Kühlmittel aus der Kühlmittelzulaufleitung einströmt.
Bei dem oben ebenfalls bereits erwähnten (zweiten) Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung bilden jeweils zwei in Stapelrichtung aufeinander folgende Kühlelemente ein Kühlelementpaar. Die beiden Kühlelemente eines Kühlmittelpaars stehen in Strömungsverbindung miteinander, wobei Kühlmittel zunächst in das erste Kühlelement eines Kühlmittelpaars einströmt. Nach Durchströmen des ersten Kühlelements eines Kühlmittelpaars strömt das bereits erwärmte Kühlmittel in das zweite Kühlelement eines Kühlelementpaars ein und wird dort weiter erwärmt. Von dem zweiten Kühlelement eines Kühlmittelpaars strömt das erwärmte Kühlmittel dann zurück in die Kühlmittelrücklaufleitung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jeweils nur das erste Kühlelement eines Kühlelementpaars mit der Kühlmittelzulaufleitung verbunden. Das erste Kühlmittelelement eines Kühlmittelpaars ist hingegen nicht unmittelbar mit der Kühlmittelrücklaufleitung verbunden, sondern mit dem zweiten Kühlelement des jeweiligen Kühlelementpaars, d. h. in dem ersten Kühlelement eines Kühlmittelpaars vorgewärmtes Kühlmittel strömt in das zweite Kühlelement des Kühlelementpaars ein, wird dort weiter erwärmt und strömt dann zurück in die Kühlmittelrücklaufleitung. Das zweite Kühlelement eines Kühlelementpaars ist also nur mit dem ersten Kühlelement des Kühlelementpaars und mit der Kühlmittelrücklaufleitung verbunden, nicht aber mit der Kühlm ittelzulaufleitung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung liegt die in Stapelrichtung gemessene Dicke der „Gehäuse“ der Speicher bzw. Batteriezellen in einem Bereich zwischen 5mm und 20mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 7mm und 14mm.
Die quer zur Stapelrichtung gemessene Breite und/oder Länge der Gehäuse der Speicher- bzw. Batteriezellen kann in einem Bereich zwischen 1 00mm und 300mm liegen.
Die Wandstärke der Gehäuse der Speicher- bzw. Batteriezellen kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,4mm und 0,6mm liegen. Die Anzahl der Speicher- bzw. Batteriezellen, die in der erfindungsgemäßen Weise hintereinander gestapelt und zu einem Speichermodul elektrisch miteinander verschaltet sein können, kann beispielsweise im Bereich von bis zu dreißig liegen..
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 - 4 verschiedene Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

1 zeigt einen Stapel 1 von Batteriezellen eines nicht näher dargestellten Hochvoltspeichers für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, wobei eine unterste Batteriezelle mit dem Bezugszeichen 2, eine oberste Batteriezelle mit dem Bezugszeichen 3 und exemplarisch eine mittlere Batteriezelle mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist. Die Batteriezellen sind als sogenannte Pouchzellen ausgebildet, d. h. als Batteriezellen, welche ein elastisches Gehäuse aufweisen, das z. B. durch einen Foliensack gebildet sein kann. Die das Gehäuse bildende Folie einer solchen Pouchzelle kann z.B. durch eine aluminiumbedampfte Polyethylenfolie gebildet sein.
Jede der Batteriezellen 2, 3, 4 weist jeweils zwei Elektroden auf, die hier mit den Bezugszeichen 2a bzw. 2b bzw. 3a bzw. 3b bzw. 4a bzw. 4b bezeichnet sind. Die Batteriezellen können so übereinander gestapelt sein, dass sich in einer Stapelrichtung 5 betrachtet die übereinander liegenden Elektroden abwechseln, d. h. dass auf einem Pluspol ein Minuspol und auf einem Minuspol ein Pluspol folgt, usw., was eine Serienschaltung der übereinander gestapelten Batteriezellen in einfacher Weise ermöglicht.
Jede der übereinander gestapelten Batteriezellen liegt mit ihren „größten Seitenflächen“ thermisch gekoppelt an je zwei Kühlelementen an. Beispielsweise ist die unterste Batteriezelle 2 sandwichartig zwischen einem untersten Kühlelement 6 und einem Kühlelement 7 angeordnet. Ganz analog ist die Batteriezelle 3 zwischen einem Kühlelement 8 und einem obersten Kühlelement 9, von dem in 1 lediglich eine untere Gehäuseschale 9a dargestellt ist, angeordnet.
Die Funktionsweise der Kühlelemente erschließt sich unmittelbar anhand der unteren Gehäuseschale 9a des obersten Kühlelements 9. Die untere Gehäuseschale 9a ist wannenartig mit einem Vorlaufkanal 9bb und einem Rücklaufkanal 9cc für Kühlmedium ausgebildet. Der Vorlaufkanal 9bb und der Rücklaufkanal 9cc sind durch einen Mittelsteg 9dd voneinander getrennt, wobei an einem rechten Ende des Vorlaufkanals Kühlmedium von dem Vorlaufkanal 9bb in den Rücklaufkanal 9cc strömen kann, was durch einen U-förmigen Pfeil 10 angedeutet ist.
Der Vorlaufkanal 9bb und der Rücklaufkanal 9cc weisen jeweils eine Vielzahl höckerartiger Ausbuchtungen 9ee auf.
Das hier nicht näher dargestellte vollständige Kühlelement 9 ist nach oben hin durch eine obere Gehäusehälfte bzw. durch eine ebene Platte 9b (vgl. 2) fluiddicht verschlossen, wobei die obere Platte 9b entlang des äußeren Randes mit der unteren Gehäusehälfte 9a verschweißt sein kann („Verschweißen“ gehört nicht zur Erfindung). Zusätzlich kann die obere Platte und die untere Gehäusehälfte 9a entlang des Mittelstegs 9dd sowie an den höckerartigen Erhebungen 9ee mit der unteren Gehäusehälfte 9a verschweißt sein, wodurch sich ein relativ formstabiles Kühlelement 9 ergibt. Erfindungsgemäß sind die untere Gehäusehälfte 9a und die Platte 9b lediglich durch das in 2 dargestellte Spannband 13, welches den gesamten aus Batteriezellen und Speicherzellen gebildeten Stapel 1 zusammenspannt, fluiddicht zusammengepresst. Durch die in der unteren Gehäuseschale 9a vorgesehenen höckerartigen Erhebungen 9ee ergeben sich Strömungsturbulenzen in dem Kühlmedium, was den Wärmeübergang von der Batteriezelle 3 auf das in dem Kühlelement 9 strömende Kühlmedium verbessert.
Bei der unteren Gehäusehälfte 9a kann es sich beispielsweise um ein Aluminiumpressteil handeln. Ebenso kann die obere hier nicht näher dargestellte Gehäusehälfte bzw. Platte des Kühlelements 9 durch eine Aluminiumplatte gebildet sein.
Der Vorlaufkanal 9bb des Kühlelements 9 steht in Fluidverbindung mit einem zentralen Vorlaufkanal 11. Der Rücklaufkanal 9cc des Kühlelements 9 steht in Fluidverbindung mit einem zentralen Rücklaufkanal 12.
Die anderen Kühlelemente, z. B. die Kühlelemente 6, 7 sowie alle anderen Kühlelemente des Stapels 1 können identisch aufgebaut sein, wie das oberste Kühlelement 9.
Analog dem obersten Kühlelement 9 weist jedes der Kühlelemente hier einen kreisrunden Vorlaufkanalflansch 11a sowie einen Rücklaufkanalflansch 12a auf. Die Vorlaufkanalflansche der Kühlelemente des Stapels 1 sind koaxial zueinander angeordnet und bilden den zentralen Kühlmittelzulauf 11, d.h. benachbarte Vorlaufkanalflansche der Kühlelemente des Stapels 1 liegen fluiddicht aneinander an, wobei zwischen den aneinander anliegenden Vorlaufkanalflanschen Dichtelemente (z.B. Dichtringe) angeordnet sein können. Ebenso sind die die Rücklaufkanalflansche 12a der Kühlelemente koaxial zueinander angeordnet und bilden den zentralen Kühlmittelrücklauf 12, d.h. benachbarte Rücklaufkanalflansche der Kühlelemente des Stapels 1 liegen fluiddicht aneinander an, wobei zwischen den aneinander anliegenden Rücklaufkanalflanschen Dichtelemente (z.B. Dichtringe) angeordnet sein können.
Die für eine Dichtigkeit erforderliche „Zusammenspannkraft“ kann durch das in 2 gezeigte Spannband aufgebracht werden, welches den gesamten Stapel 1 zusammenspannt.
Jedes der Kühlelemente des Stapels 1 wird also über den zentralen Kühlmittelzulauf 11 mit kühlem Kühlmittel versorgt. Auf dem Weg durch das betreffende Kühlelement, d. h. entlang des Vorlaufkanals 9bb und entlang des Rücklaufkanals 9cc erwärmt sich das in dem Kühlelement 9 strömende Kühlmittel durch die von der Batteriezelle 3 abgegebene Wärme. Über das Kühlmittel wird die von der Batteriezelle 3 aufgenommene Wärme über die zentrale Rücklaufleitung 12 abtransportiert.
Ein ganz charakteristische Merkmal des in 1 dargestellten Stapels aus Kühlelementen und Batteriezellen besteht darin, dass sämtliche Batteriezellen über eine zentrale Kühlmittelzulaufleitung 11 mit kühlem Kühlmittel versorgt und erwärmtes Kühlmittel über eine zentrale Kühlmittelrücklaufleitung 12 abgeführt wird.
2 zeigt den Stapel 1 der 1 in Seitenansicht. In dieser Darstellung ist besonders gut zu erkennen, dass die einzelnen Batteriezellen, z. B. die Batteriezellen 2, 3, 4, ein Gehäuse aufweisen, das eine Freiform hat, die durch einen elastischen bzw. biegsamen Foliensack gebildet sein kann.
Um einen guten Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und den Kühlelementen, z. B. zwischen der untersten Batteriezelle 2 und den unterhalb bzw. oberhalb daran anliegenden Kühlelementen 6 bzw. 7 zu erreichen, muss der Stapel 1 mit einer gewissen Spannkraft, was durch die Pfeile 13a, 13b angeordnet ist, zusammengespannt werden. Das Zusammenspannen kann beispielsweise mittels eines aus einem Kunststoffmaterial bestehenden, faserverstärkten Wickelbands oder durch eine andere geeignete Spanneinrichtung erfolgen.
Deutlich zu erkennen ist, dass die Rücklaufflansche, von denen hier lediglich der Rücklaufflansch 12a mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist, koaxial übereinander liegen und die zentrale Kühlmittelrücklaufleitung 12 bilden.
3 zeigt den Stapel der 1, 2, jedoch ohne Wickelband, was unmittelbar den Blick auf die übereinander gestapelten Batteriezellen und Kühlelemente vermittelt.
4 zeigt von dem Stapel 1 lediglich die übereinander angeordneten Batteriezellen, wobei die Kühlelemente und das Wickelband fortgelassen sind.
5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer hier nur teilweisen dargestellten Stapels 1. Von dem Stapel 1 sind hier lediglich drei Batteriezellen 14, 15, 16 dargestellt. Zwei in Stapelrichtung aufeinander folgende Kühlelemente 17, bzw. 18 sowie 19 bzw. 20 bilden jeweils ein Kühlelementpaar. Von dem Kühlelementpaar 17, 18 steht lediglich das Kühlelement 17 mit der Kühlmittelzulaufleitung 11 in Strömungsverbindung. Aus der Kühlmittelzulaufleitung 11 kommendes kühles Kühlmittel strömt also durch das Kühlelement 17 und von dem Kühlelement 17 über eine Verbindung 21 in das Kühlelement 18. Das Kühlelement 18 wiederum steht in Fluidverbindung mit der zentralen Kühlmittelrücklaufleitung 12.
Ganz analog verhält es sich bezüglich der Kühlelemente 14 und 15. Von der zentralen Kühlmittelzulaufleitung strömt Kühlmittel in das Kühlelement 19 und über eine Verbindung 22 in das Kühlelement 20 und von dem Kühlelement 20 zurück in die zentrale Rücklaufleitung 12.
Die Batteriezelle 14 ist somit flächig zwischen den Kühlelementen 19 und 20 angeordnet. Die Batteriezelle 15 ist flächig zwischen den Kühlelementen 18 und 19 angeordnet. Die Batteriezelle 16 ist flächig zwischen den Kühlelementen 17 und 18 angeordnet.

Claims

Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, mit mindestens einem Stapel (1) von in einer Reihe hintereinander angeordneten Batteriezellen (2 - 4, 14 - 16) und Kühlelementen (6 - 9, 17 - 20), wobei • jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung (5) aufeinander folgenden Batteriezellen ein Kühlelement angeordnet ist, • die Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) von einem Kühlmittel durchströmt sind, und • die Batteriezellen (2 - 4, 14 - 16) und Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) mittels eines Spannelements zusammengespannt sind, wobei die Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) durch das Zusammenspannen fluiddicht miteinander verbunden sind, und jedes der Kühlelemente (6 - 8, 17 - 20) jeweils aus einem Unterteil (9a) und einem Oberteil (9b) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (9b) und das Unterteil (9a) eines jeden Kühlelements durch das Zusammenspannen fluiddicht miteinander verbunden sind und die Gehäuse der beiden Batteriezellen (2 - 4, 14- 16) jeweils aus einer Folie, insbesondere aus einer mit Aluminium bedampften Kunststofffolie, bestehen.
Hochvoltspeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (1) n Batteriezellen (2 - 4, 14- 16), die jeweils ein Gehäuse aufweisen, und n+1 Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) aufweist, wobei - eines der Kühlelemente (6 -9, 17 - 20) ein erstes, mit nur einer ersten Batteriezelle (2) thermisch gekoppeltes Kühlelement (6) ist, - ein anderes der Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) ein letztes, mit nur einer letzten Batteriezelle (3) thermisch gekoppeltes Kühlelement (9) ist und - die übrigen Kühlelemente jeweils zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, und jeweils mit diesen beiden Batteriezellen thermisch gekoppelt sind.
Hochvoltspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelzulaufleitung (11) vorgesehen ist, welche Abzweigstellen aufweist, über die kühles Kühlmedium in die Hälfte der Kühlelemente (17, 19) oder in alle Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) einströmt.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelrücklaufleitung (12) vorgesehen ist, welche Abzweigstellen aufweist, über die von den Batteriezellen (2 - 4, 14-16) erwärmtes Kühlmedium aus der Hälfte der Kühlelemente (18, 20) oder aus allen Kühlelementen (6 - 9, 17 - 20) in die Kühlmittelrücklaufleitung (12) abströmt.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (9b) und das Unterteil (9a) eines jeden Kühlelements (6 - 8, 17 - 20) entlang ihres gemeinsamen Randes fluiddicht miteinander verbunden sind.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (9b) und das Unterteil (9a) eines jeden Kühlelements (6 - 9, 17 - 20) zusätzlich in einem Bereich (9ee) zwischen zwei Rändern miteinander verbunden sind.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kühlelemente (6 - 8) einen an die Kühlmittelzulaufleitung (11) angeschlossenen Eingang (11a) und einen an die Kühlmittelrücklaufleitung (12) angeschlossenen Ausgang (12a) aufweist.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Stapelrichtung (5) aufeinander folgende Kühlelemente (17, 18; 19, 20) jeweils ein Kühlelementpaar bilden, wobei -die beiden Kühlelemente (17, 18; 19, 20) eines Kühlmittelpaars jeweils in Strömungsverbindung miteinander stehen, -ein erstes Kühlelement (17, 19) eines Kühlelementpaars mit der Kühlmittelzulaufleitung (11) nicht aber mit der Kühlmittelrücklaufleitung (12) und -ein zweites Kühlelement (18, 20) eines Kühlelementpaars mit der Kühlmittelrücklaufleitung (12) nicht aber mit der Kühlmittelzulaufleitung (11) verbunden ist.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Stapelrichtung (5) gemessene Dicke der Gehäuse der Batteriezellen (2 - 4, 14-16) in einem Bereich zwischen 5mm und 20mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 7mm und 14mm, liegt.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Stapelrichtung (5) gemessene Breite und/oder Länge der Gehäuse der Batteriezellen (2 - 4, 14- 16) in einem Bereich zwischen 100mm und 300mm liegt.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke der Kühlelemente (6 - 9, 17 - 20) in einem Bereich zwischen 0,4 bis 0,6mm liegt.
Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (1) höchstens 30 Batteriezellen (2 - 4, 14- 16) aufweist.
Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12.