DE102016217483A1

DE102016217483A1 - Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen und Batterie

Info

Publication number: DE102016217483A1
Application number: DE102016217483.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmitt; Alexander Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (20), wobei das Batteriemodul (1) eine zumindest eine erste Batteriezelle (21) aufweisende erste Batteriezellenanordnung (11) und eine zumindest eine zweite Batteriezelle (22) aufweisende zweite Batteriezellenanordnung (12) umfasst, und weiterhin die erste Batteriezellenanordnung (11) und die zweite Batteriezellenanordnung (12) unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten ersten Strömungsraums (31) voneinander beabstandet sind, wobei der erste Strömungsraum (31) von einer ersten Fläche (51) der ersten Batteriezellenanordnung (11) und einer zweiten Fläche (62) der zweiten Batteriezellenanordnung (12) begrenzt ist und an einem ersten Ende (71) weiterhin eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den ersten Strömungsraum (31) hinein ausgebildete erste Öffnung (81) aufweist und/oder an einem zweiten Ende (91) eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem ersten Strömungsraum (31) heraus ausgebildete zweite Öffnung (101) aufweist, wobei der erste Strömungsraum (31) eine von dem ersten Ende (71) in Richtung des zweiten Endes (91) weisende erste Längsrichtung (111) und senkrecht zu der ersten Längsrichtung angeordnete erste Querschnittsflächen (121) aufweist, wobei der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen (121) in Richtung der ersten Längsrichtung (111) von dem ersten Ende (71) zu dem zweiten Ende (91) des ersten Strömungsraumes (31) zumindest abschnittsweise abnimmt oder zunimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Batterie mit einem solchen Batteriemodul.
Batteriezellen produzieren während des Betriebes aufgrund ihres elektrischen Widerstandes bei einem Stromfluss Wärme, welche abzuführen ist, um zu hohe Temperaturen zu vermeiden und um die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen aufrecht zu erhalten. Für eine Abfuhr von Wärme aus den Batteriezellen, welche bevorzugt zu einem Batteriemodul verschaltet sind und als Antriebsbatterien in Elektrofahrzeugen genutzt werden können, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Kühlkonzepte bekannt. Bekanntermaßen kann beispielsweise eine von einem Temperierfluid durchströmte Temperiervorrichtung an dem Batteriemodul angeordnet sein, wobei das Temperierfluid mittels eines Einlasses in einen Strömungsraum der Temperiervorrichtung eingeführt wird und mittels eines Auslasses aus dem Strömungsraum abgeführt wird. Dabei wird die Wärme von den Batteriezellen über die Temperiervorrichtung an das den Strömungsraum durchströmende Temperierfluid übertragen. Sogenannte Atmungs- oder Alterungsprozesse der Batteriezellen können unter Umständen zu einer Verformung des Gehäuses der Batteriezellen führen, wobei dadurch die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse der Batteriezellen und der Temperiervorrichtung verringert wird oder sogar gänzlich kein direkter Kontakt zwischen dem Gehäuse der Batteriezellen und der Temperiervorrichtung mehr ausgebildet ist. Dabei verkleinert sich auch entsprechend der Wärmeübergang von den Batteriezellen auf das in der Temperiervorrichtung strömende Temperierfluid, so dass insbesondere bei der Verwendung von Kühlflüssigkeiten als Temperierfluid trotz der höheren Wärmeleitkoeffzienten der Kühlflüssigkeiten im Vergleich zu Kühlgasen keine effiziente Wärmeabfuhr möglich ist. Bei der direkten Umströmung von Batteriezellen mit Kühlgasen hingegen entstehen allerdings häufig erhebliche Volumenanteile in der Batterie mit einer verschwindenden Strömungsgeschwindigkeit, wodurch neben einer Verringerung der Effizienz der Temperierung auch die volumetrische Energiedichte der gesamten Batteriemoduls abnimmt.
Aus der DE 10 2014 216 698 A1 ist beispielsweise ein System zum Kühlen einer Traktionsbatterie mit einer Mehrzahl an Batteriezellen bekannt, wobei die Batteriezellen durch Luftführungskanäle voneinander getrennt bzw. beabstandet sind.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2008 054 656 A1 ein Batteriesystem mit einer Kühlvorrichtung, wobei die Batterie entlang ihrer Oberfläche Elemente aufweist, welche das Kühlfluid derart beeinflussen, dass eine turbulente Strömung entsteht.
Die DE 10 2009 008 222 A1 offenbart ein Batteriesystem mit einer Wärmetauschereinheit, wobei die Wärmetauschereinheit eine Mehrzahl von Luftführungskanälen aufweist. Weiterhin weist die Wärmetauschereinheit Luftleitelemente und/oder Strömungsumlenkelemente auf, welche die Strömungseigenschaften entlang der Wärmetauschereinheit bzw. der Batterie beeinflussen.
Offenbarung der Erfindung
Das Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Temperierung, insbesondere Kühlung, der Mehrzahl an Batteriezellen mit einem Temperierfluid möglich ist.
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Dabei umfasst das Batteriemodul eine erste Batteriezellenanordnung und eine zweite Batteriezellenanordnung. Die erste Batteriezellenanordnung weist zumindest eine erste Batteriezelle auf und die zweite Batteriezellenanordnung weist zumindest eine zweite Batteriezelle auf. Weiterhin sind die erste Batteriezellenanordnung und die zweite Batteriezellenanordnung unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten ersten Strömungsraums voneinander beabstandet. Der erste Strömungsraum ist dabei von einer ersten Fläche der ersten Batteriezellenanordnung und einer zweiten Fläche der zweiten Batteriezellenanordnung begrenzt. An einem ersten Ende weist der erste Strömungsraum weiterhin eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den ersten Strömungsraum hinein ausgebildete erste Öffnung auf und/oder an einem zweiten Ende weist der erste Strömungsraum weiterhin eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem ersten Strömungsraum heraus ausgebildete zweite Öffnung auf. Der erste Strömungsraum weist ferner eine von dem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes weisende erste Längsrichtung auf und zudem jeweils senkrecht zu der ersten Längsrichtung angeordnete erste Querschnittsflächen. Dabei nimmt der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen in Richtung der ersten Längsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des ersten Strömungsraumes zumindest abschnittsweise ab oder zu.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Batteriemodul weiterhin eine dritte Batteriezellenanordnung, welche zumindest eine dritte Batteriezelle aufweist. Dabei ist die zweite Batteriezellenanordnung zwischen der ersten Batteriezellenanordnung und der dritten Batteriezellenanordnung angeordnet. Weiterhin sind die zweite Batteriezellenanordnung und die dritte Batteriezellenanordnung unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten zweiten Strömungsraums voneinander beabstandet. Der zweite Strömungsraum ist von einer ersten Fläche der zweiten Batteriezellenanordnung und einer zweiten Fläche der dritten Batteriezellenanordnung begrenzt. Des Weiteren weist der zweite Strömungsraum an einem ersten Ende eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den zweiten Strömungsraum hinein ausgebildete weitere erste Öffnung auf und/oder weist der zweite Strömungsraum an einem zweiten Ende eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem zweiten Strömungsraum heraus ausgebildete weitere zweite Öffnung auf. Ferner weist der zweite Strömungsraum eine von dem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes des zweiten Strömungsraumes weisende zweite Längsrichtung auf, welche insbesondere parallel zu der ersten Längsrichtung angeordnet ist und insbesondere in dieselbe Richtung zeigt, und zudem weist der zweite Strömungsraum jeweils senkrecht zu der zweiten Längsrichtung angeordnete zweite Querschnittsflächen auf. Dabei nimmt der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen in Richtung der ersten Längsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des ersten Strömungsraumes zumindest abschnittsweise ab und der Flächeninhalt der zweiten Querschnittsflächen nimmt in Richtung der zweiten Längsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des zweiten Strömungsraumes zumindest abschnittsweise zu. Dies hat den Vorteil, dass die ersten Querschnittsflächen des ersten Strömungsraumes und die zweiten Querschnittsflächen des zweiten Strömungsraumes in Richtung der ersten Längsrichtung bzw. in Richtung der zweiten Längsrichtung abnehmen bzw. zunehmen können und dennoch ein gleichmäßiger, insbesondere quaderförmiger, Aufbau des Batteriemoduls möglich ist, da sich in einem besonders vorteilhaften Fall die Veränderungen der ersten Querschnittsflächen bzw. zweiten Querschnittsflächen in den jeweiligen Längsrichtung gegenseitig kompensieren. Somit kann das Batteriemodul insgesamt eine konstante Höhe aufweisen.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass das erste Ende des ersten Strömungsraumes und das weitere erste Ende des zweiten Strömungsraumes sowie das zweite Ende des ersten Strömungsraumes und das weitere zweite Ende des zweiten Strömungsraumes jeweils an der gleichen Außenfläche des Batteriemoduls angeordnet sind. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass das erste Ende des ersten Strömungsraumes und das weitere erste Ende des zweiten Strömungsraumes bzw. das zweite Ende des ersten Strömungsraumes und das weitere zweite Ende des zweiten Strömungsraumes jeweils direkt benachbart zueinander sind. Weiterhin mit noch anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die erste Längsrichtung und die zweite Längsrichtung in dieselbe Richtung zeigen.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Batteriemodul eine Mehrzahl an Batteriezellenanordnungen, welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen. Dabei sind zwei direkt benachbart zueinander angeordnete Batteriezellenanordnungen jeweils unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten Strömungsraums voneinander beabstandet. Ein solcher Strömungsraum ist jeweils von einer ersten Fläche einer der zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellenanordnungen und einer zweiten Fläche einer anderen der zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellenanordnungen begrenzt. An einem ersten Ende weist der bezeichnete Strömungsraum weiterhin jeweils eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den bezeichneten Strömungsraum hinein ausgebildete erste Öffnung auf und/oder weist der bezeichnete Strömungsraum weiterhin an einem zweiten Ende jeweils eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem bezeichneten Strömungsraum heraus ausgebildete zweite Öffnung auf. Dabei weist der bezeichnete Strömungsraum zudem eine von dem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes weisende Längsrichtung auf und zudem jeweils senkrecht zu der jeweiligen Längsrichtung angeordnete jeweilige Querschnittsflächen auf. Dabei nimmt der Flächeninhalt der Querschnittsflächen in Richtung der jeweiligen Längsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des von der ersten Fläche einer Batteriezellenanordnung teilweise begrenzten Strömungsraums bereichsweise ab und der Flächeninhalt der Querschnittsflächen in Richtung der jeweiligen Längsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des von der zweiten Fläche der einen Batteriezellenanordnung teilweise begrenzten anderen Strömungsraumes bereichsweise zu. Dadurch kann insgesamt ein gleichmäßiger Aufbau des gesamten Batteriemoduls mit einer konstanten Höhe ermöglicht werden.
Es ist zweckmäßig, dass eine Batteriezellenanordnung jeweils zumindest zwei Batteriezellen umfasst, welche unter Ausbildung eines weiteren Strömungsraums voneinander beabstandet sind. Dabei begrenzen eine dritte Fläche einer ersten der zumindest zwei Batteriezellen und eine vierte Fläche einer zweiten der zumindest zwei Batteriezellen der Batteriezellenanordnung den weiteren Strömungsraum. Dadurch ist es möglich, die Batteriezellen großflächiger mit dem Temperierfluid in Kontakt zu bringen und somit eine effizientere Temperierung zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin ist es dabei zweckmäßig, dass der weitere Strömungsraum eine dritte Öffnung aufweist, welche den weiteren Strömungsraum zu einem durch die die zumindest zwei Batteriezellen umfassende Batteriezellenanordnung begrenzten einen Strömungsraum hin öffnet und/oder der weitere Strömungsraum eine vierte Öffnung aufweist, welche den weiteren Strömungsraum zu dem durch die die zumindest zwei Batteriezellen umfassende Batteriezellenanordnung begrenzten anderen Strömungsraum hin öffnet. Dadurch ist es neben der bereits erwähnten vorteilhaften Möglichkeit des großflächigeren Kontaktes der Batteriezellen mit einem Temperierfluid auch möglich, den einen durch die jeweilige Batteriezellenanordnung begrenzten Strömungsraum und den anderen durch die jeweilige Batteriezellenanordnung begrenzten Strömungsraum miteinander zu verbinden.
Weiterhin ist es dabei auch zweckmäßig, dass der weitere Strömungsraum den einen durch die die zumindest zwei Batteriezellen umfassende Batteriezellenanordnung begrenzten Strömungsraum und den anderen durch die die zumindest zwei Batteriezellen umfassende bei Batteriezellenanordnung begrenzten Strömungsraum fluidleitend miteinander verbindet. Dadurch ist es möglich, das Konzept der Strömungsführung innerhalb des Batteriemoduls zu erweitern und insbesondere an den jeweiligen Temperierungsbedarf der Batteriezellen anzupassen. Weiterhin hat dies auch den Vorteil, dass innerhalb des gesamten Batteriemoduls, insbesondere innerhalb der ausgebildeten Strömungsräume, eine gleiche Strömungsgeschwindigkeit ausgebildet werden kann.
Insbesondere ist es auch zweckmäßig, dass der weitere Strömungsraum eine von der dritten Öffnung in Richtung der vierten Öffnung weisende weitere Längsrichtung aufweist, wobei die weitere Längsrichtung des weiteren Strömungsraums und die Längsrichtung des einen Strömungsraums oder des anderen Strömungsraums, welche jeweils benachbart zu der die zumindest zwei Batteriezellen umfassende Batteriezellenanordnung angeordnet sind, senkrecht zueinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine mechanisch stabile Struktur der Batterie ausgebildet werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn die beiden einen jeweiligen Strömungsraum begrenzenden Batteriezellenanordnungen an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende des Strömungsraumes durch einen Abstand von vorzugsweise 4 mm bis 12 mm, weiter vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm und insbesondere von 8 mm voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist es auch, wenn die beiden einen jeweiligen Strömungsraum begrenzenden Batteriezellenanordnungen an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende des Strömungsraumes durch einen Abstand von vorzugsweise 0,1 mm bis 0,3 mm, weiter vorzugsweise von 0,15 mm bis 0,25 mm und insbesondere von 0,4 mm voneinander beabstandet sind. Dadurch kann bei einer Durchströmung des Strömungsraumes mit einem Gas eine zuverlässige Temperierung bei einem gleichzeitig geringen Volumen- und auch Leistungsbedarf aufgrund des so minimierten Druckverlustes zur Verfügung gestellt werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die eine der zwei einen jeweiligen weiteren Strömungsraum begrenzenden Batteriezellen und die andere der zwei den jeweiligen weiteren Strömungsraum begrenzenden Batteriezellen durch einen Abstand von vorzugsweise 1 mm bis 3 mm, weiter vorzugsweise von 5 mm 2,5 mm und insbesondere von 2 mm voneinander beabstandet sind. Dadurch kann auch hier bei einer Durchströmung mit einem Gas eine zuverlässige Temperierung bei einem gleichzeitig nicht zu hohen Druckverlust ermöglicht werden.
Insbesondere weist ein Strömungsraum jeweils eine senkrecht zu der ersten Fläche der den Strömungsraum teilweise begrenzenden einen Batteriezellenanordnung und/oder zu der zweiten Fläche der den Strömungsraum teilweise begrenzenden anderen Batteriezellenanordnung und parallel zu der Längsrichtung des Strömungsraums angeordnete Längsschnittsfläche auf. Dabei ist die Längsschnittsfläche vorteilhafterweise ein symmetrisches Trapez. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, dass der Strömungsraum auf einfache Weise ausgebildet werden kann und eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einem eben beschriebenen Batteriemodul.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der einzigen Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Batteriemoduls in einer Schnittansicht.
Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Batteriemoduls 1 in einer Schnittansicht. Dabei ist es möglich, dass die 1 das Batteriemodul 1 sowohl in einer Draufsicht als auch in einer Seitenansicht zeigt.
Das Batteriemodul 1 umfasst eine Mehrzahl an Batteriezellenanordnungen 10, wobei das in der 1 gezeigte Batteriemodul 1 beispielhaft genau vier Batteriezellenanordnungen 10 umfasst. Insbesondere umfasst das Batteriemodul 1 gemäß 1 eine erste Batteriezellenanordnung 11, eine zweite Batteriezellenanordnung 12, eine dritte Batteriezellenanordnung 13 und eine vierte Batteriezellenanordnung 14.
Jede der Batteriezellenanordnungen 10 weist jeweils Batteriezellen 20 auf, wobei bei dem in der 1 gezeigten Batteriemodul 1 beispielhaft jede der Batteriezellenanordnungen 10 genau sechs Batteriezellen 20 aufweist. Insbesondere weist die erste Batteriezellenanordnung 11 dabei sechs erste Batteriezellen 21 auf, die zweite Batteriezellenanordnung 12 sechs zweite Batteriezellen 22, die dritte Batteriezellenanordnung 13 sechs dritte Batteriezellen 23 und die vierte Batteriezellenanordnung 14 sechs vierte Batteriezellen 24.
Zwei zueinander benachbarte Batteriezellenanordnungen 10 sind dabei jeweils unter Ausbildung eines Strömungsraumes 30 voneinander beabstandet. Insbesondere sind die erste Batteriezellenanordnung 11 und die zweite Batteriezellenanordnung 12 unter Ausbildung eines ersten Strömungsraums 31 voneinander beabstandet, die zweite Batteriezellenanordnung 12 und die dritte Batteriezellenanordnung 13 unter Ausbildung eines zweiten Strömungsraumes 32 sowie die dritte Batteriezellenanordnung 13 und die vierte Batteriezellenanordnung 14 unter Ausbildung eines dritten Strömungsraumes 33.
Des Weiteren ist aus der 1 auch zu erkennen, dass die erste Batteriezellenanordnung 11 und eine erste Gehäusewand 41 des Batteriemoduls 1 zudem unter Ausbildung eines Strömungsraumes 30, insbesondere eines vierten Strömungsraumes 34, voneinander beabstandet sein können. Weiterhin ist aus der 1 auch zu erkennen, dass die vierte Batteriezellenanordnung 14 und eine zweite Gehäusewand 42 des Batteriemoduls 1 auch unter Ausbildung eines Strömungsraumes 30, insbesondere eines fünften Strömungsraums 35, voneinander beabstandet sein können.
Die Batteriezellenanordnungen 10 weisen jeweils eine erste Fläche 50 und eine zweite Fläche 60 auf, welche sich einander gegenüberliegend angeordnet sind. Ein Strömungsraum 30 ist jeweils von einer ersten Fläche 50 einer Batteriezellenanordnung 10 und einer zweiten Fläche 60 einer zu der einen Batteriezellenanordnung 10 direkt benachbarten anderen Batteriezellenanordnung 10 begrenzt. Insbesondere ist gemäß 1 der erste Strömungsraum 31 von einer ersten Fläche 51 der ersten Batteriezellenanordnung 11 und von einer zweiten Fläche 61 der zweiten Batteriezellenanordnung 12 begrenzt, der zweite Strömungsraum 32 von einer ersten Fläche 52 der zweiten Batteriezellenanordnung 12 und einer zweiten Fläche 62 der dritten Batteriezellenanordnung 13 und der dritte Strömungsraum 33 von einer ersten Fläche 53 der dritten Batteriezellenanordnung 13 und einer zweiten Fläche 63 der vierten Batteriezellenanordnung 14. An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass der vierte Strömungsraum 34 durch eine zweite Fläche 64 der ersten Batteriezellenanordnung 11 und der ersten Gehäusewand 41 des Batteriemoduls 1 begrenzt ist und, dass der fünfte Strömungsraum 35 durch eine erste Fläche 55 der vierten Batteriezellenanordnung 14 und die zweite Gehäusewand 42 des Batteriemoduls 1 begrenzt ist.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass ein Strömungsraum 30 jeweils ein erstes Ende 70 aufweist, an welchem der Strömungsraum 30 eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den jeweiligen Strömungsraum 30 hinein ausgebildete Öffnung 80 aufweisen kann.
Insbesondere weist der erste Strömungsraum 31 ein erstes Ende 71 mit einer ersten Öffnung 81 auf, der zweite Strömungsraum 32 ein erstes Ende 72 mit einer ersten Öffnung 82, der dritte Strömungsraum 33 ein erstes Ende 73 mit einer ersten Öffnung 83 auf, der vierte Strömungsraum 34 ein erstes Ende 74 mit einer ersten Öffnung 84 auf und der fünfte Strömungsraum 35 ein erstes Ende 75 mit einer ersten Öffnung 85.
Weiterhin ist aus der 1 auch zu erkennen, dass ein Strömungsraum 30 jeweils ein zweites Ende 90 aufweist, an welchem der Strömungsraum 30 eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem jeweiligen Strömungsraum 30 heraus ausgebildete Öffnung 100 aufweisen kann. Dabei ist, wie aus der 1 zu erkennen ist, das erste Ende 70 eines Strömungsraum 30 dem zweiten Ende 90 des Strömungsraumes 30 gegenüberliegend an dem Batteriemodul 1 angeordnet. Insbesondere weist der erste Strömungsraum 31 ein zweites Ende 91 mit einer zweiten Öffnung 101 auf, der zweite Strömungsraum 32 ein zweites Ende 92 mit einer zweiten Öffnung 102, der dritte Strömungsraum 33 ein zweites Ende 93 mit einer zweiten Öffnung 103 auf, der vierte Strömungsraum 34 ein zweites Ende 94 mit einer zweiten Öffnung 104 auf und der fünfte Strömungsraum 35 ein zweites Ende 95 mit einer zweites Öffnung 105 auf.
Zudem weist ein Strömungsraum 30 jeweils eine von dem ersten Ende 70 in Richtung des zweiten Endes 90 weisende Längsrichtung 110 auf. Insbesondere weist der erste Strömungsraum 31 eine erste Längsrichtung 111, der zweite Strömungsraum 32 eine zweite Längsrichtung 112, der dritte Strömungsraum 33 eine dritte Längsrichtung 113, der vierte Strömungsraum 34 eine vierte Längsrichtung 114 und der fünfte Strömungsraum 35 eine fünfte Längsrichtung 115.
Jeweils senkrecht zu der Längsrichtung 110 sind Querschnittsflächen 120 des Strömungsraumes 30 angeordnet, welche in der Darstellung gemäß 1 senkrecht auf der Zeichenebene stehen, so dass diese nur jeweils eindimensional dargestellt sind und somit dem senkrecht zu einer Längsrichtung 110 angeordneten Abstand zwischen einer ersten Fläche 50 und einer zweiten Fläche 60 entsprechen. Die 1 zeigt jeweils exemplarisch nur genau eine Querschnittsfläche 120 pro Strömungsraum 30. Insbesondere weist der erste Strömungsraum 31 erste Querschnittsflächen 121 auf, der zweite Strömungsraum 32 zweite Querschnittsflächen 122, der dritte Strömungsraum 33 dritte Querschnittsflächen 123, der vierte Strömungsraum 34 vierte Querschnittsflächen 124 und der fünfte Strömungsraum 35 fünfte Querschnittsflächen 125. An dieser Stelle sei noch explizit darauf hingewiesen, dass die eingezeichneten Querschnittsflächen 120 keine Wände darstellen, sondern nur einer Verdeutlichung dienen.
Dabei nimmt der Flächeninhalt der Querschnittsflächen 120 jeweils in Richtung der Längsrichtung 110 abschnittsweise ab oder zu. Insbesondere nimmt gemäß dem in der 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen 121 des ersten Strömungsraum 31 in Richtung der ersten Längsrichtung 111 ab, der Flächeninhalt der zweiten Querschnittsflächen 122 des zweiten Strömungsraums 32 in Richtung der zweiten Längsrichtung 112 zu, der Flächeninhalt der dritten Querschnittsflächen 123 des dritten Strömungsraums 33 in der Längsrichtung 113 ab, der Flächeninhalt der vierten Querschnittsflächen 124 des vierten Strömungsraums 34 in der Längsrichtung 114 zu und der Flächeninhalt der fünften Querschnittsflächen 125 des fünfte Strömungsraums 35 in der Längsrichtung 115 zu.
Dadurch ergibt sich insgesamt gemäß diesem in der 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 ein Aufbau mit alternierend angeordneten Strömungskanälen 30. Dabei soll an dieser Stelle unter alternierend angeordnet verstanden sein, dass bei den zu einem Strömungsraum 30, bei welchem die Flächeninhalte der Querschnittsflächen 120 in der Längsrichtung 110 abnehmen, direkt benachbart angeordneten beiden Strömungsräumen 30 die Flächeninhalte der jeweiligen Querschnittsfläche 120 in der jeweiligen Längsrichtung 110 jeweils zunehmen.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass zwei direkt zueinander benachbarte Batteriezellen 20 derselben Batteriezellenanordnung 10 unter Ausbildung eines weiteren Strömungsraumes 130 voneinander beabstandet sein können. Dabei begrenzen beispielsweise bei den beiden rechts dargestellten Batteriezellen 25 und 26 der dritten Batteriezellenanordnung 13 eine dritte Fläche 131 der Batteriezelle 25 und eine vierte Fläche 132 der Batteriezelle 26 den weiteren Strömungsraum 130, welcher durch eine Beabstandung der beiden Batteriezellen 25 und 26 ausgebildet ist.
Weiterhin weist dabei der weitere Strömungsraum 130 eine dritte Öffnung 133 und eine vierte Öffnung 134 auf. Dabei öffnet die dritte Öffnung 133 den weiteren Strömungsraum 130 in Richtung des zweiten Strömungsraumes 32 und die vierte Öffnung 134 öffnet den weiteren Strömungsraum 130 in Richtung des dritten Strömungsraumes 33. Dadurch verbindet der weitere Strömungsraum 130 den zweiten Strömungsraum 32 und den dritten Strömungsraum 33 fluidleitend miteinander, wobei darunter an dieser Stelle verstanden sein soll, dass Temperierfluid von dem zweiten Strömungsraum 32 durch den weiteren Strömungsraum 130 in den dritten Strömungsraum 33 strömen kann. Selbstverständlich gilt auch umgekehrtes, dass Temperierfluid von dem dritten Strömungsraum 33 durch den weiteren Strömungsraum 130 in den zweiten Strömungsraum 32 strömen kann.
Zudem weist der weitere Strömungsraum 130 eine von der ersten Öffnung 133 zu der zweiten Öffnung 134 weisende weitere Längsrichtung 135 auf, welche insbesondere senkrecht zu einer der Längsrichtungen 111, 112, 113, 114, 115 angeordnet ist.
An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass der zwischen den Batteriezellen 25 und 26 angeordnete weitere Strömungsraum 130 nur exemplarisch beschrieben wurde und dass zwischen allen weiteren zwei direkt zueinander benachbarten Batteriezellen 20 einer Batteriezellenanordnung 10 jeweils ein weiterer Strömungsraum 130 angeordnet sein kann, wie auch aus der 1 zu erkennen ist.
Weiterhin weist ein Strömungsraum 30 jeweils eine senkrecht zu der ersten Fläche 50 und/oder der zweiten Fläche 60, welche den jeweiligen Strömungsraum 30 begrenzen, angeordnete Längsschnittfläche 150 auf. Insbesondere weist der erste Strömungsraum 31 eine erste Längsschnittsfläche 151, der zweite Strömungsraum 32 eine zweite Längsschnittsfläche 152, der dritte Strömungsraum 33 eine dritte Längsschnittsfläche 153, der vierte Strömungsraum 34 eine vierte Längsschnittsfläche 154 und der fünfte Strömungsraum 35 eine fünfte Längsschnittsfläche 155 auf.
Die Längsschnittsflächen 151, 152, 153, 154, 155 weisen gemäß 1 jeweils die Form eines symmetrischen Trapezes auf. Vorteilhafterweise ändern sich die Längsschnittsflächen 150 in einer senkrecht zur Zeichenebene angeordneten Richtung nicht, sondern sind konstant in dieser Richtung.
Mit der in der 1 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 ist eine zuverlässige Temperierung der Batteriezellen 20 möglich. Das Temperierfluid, welches bevorzugt ein Gas ist und noch bevorzugter ein Kühlgas, wird durch die erste Öffnung 81 des ersten Strömungsraums 31 und die dritte Öffnung 83 des dritten Strömungsraums 33 in das Innere des Batteriemoduls 1 eingelassen, insbesondere wird das Temperierfluid dabei in den ersten Strömungsraum 31 und den dritten Strömungsraum 33 eingelassen. Es ist zudem möglich, dass auch durch die zweite Öffnung 82, die vierte Öffnung 84 und/oder die fünfte Öffnung 85 ebenfalls Temperfluid in das Batteriemodul 1 eingelassen werden kann. Anderenfalls ist es vorteilhaft möglich, dass die zweite Öffnungen 82, die vierte Öffnung 84 und/oder die fünfte Öffnung 85 fluiddicht verschlossen werden und somit nur durch die erste Öffnung 81 und die dritte Öffnung 83 Temperierfluid eingelassen wird. Somit ist es möglich, Temperierfluid dem gesamten Batteriemodul 1 gleichmäßig zuzuführen, wodurch insgesamt der Strömungswiderstand verringert werden kann.
Das Temperierfluid strömt nach dem Einlassen in das Batteriemodul 1 bevorzugt nicht nur in dem ersten Strömungsraum 31 und dem dritten Strömungsraum 33 bzw. dem zweiten Strömungsraum 32, dem vierten Strömungsraum 34 und dem fünften Strömungsraum 35, sollte auch in diese durch die entsprechenden ersten Öffnungen 82, 84, 85 Temperierfluid eingelassen werden, sondern strömt auch durch die weiteren Strömungsräume 130 von einem Strömungsraum 30 in einen anderen direkt dazu benachbarten Strömungsraum 30. Dadurch verringert beispielsweise ein Strömen von Temperierfluid von dem ersten Strömungsraum 31 in den zweiten Strömungsraum 32 und/oder den vierten Strömungsraum 34 die Menge des in dem ersten Strömungsraum 31 strömenden Temperierfluids, wodurch eine Abnahme der ersten Querschnittsflächen 121 in der Längsrichtung 111 vorteilhaft ist.
Dadurch erhöht beispielsweise dieses Strömen von Temperierfluid von dem ersten Strömungsraum 31 in den zweiten Strömungsraum 32 und/oder den vierten Strömungsraum 34 auch die Menge des in dem zweiten Strömungsraum 32 bzw. dem vierten Strömungsraum 34 strömenden Temperierfluids, wodurch eine Zunahme der zweiten Querschnittsflächen 122 in der Längsrichtung 112 bzw. eine Zunahme der vierten Querschnittsflächen 124 in der Längsrichtung 114 vorteilhaft ist. Insgesamt kann somit eine gleichmäßige Temperierung aller Batteriezellen 20 zur Verfügungen gestellt werden.
Das in dem Batteriemodul 1 strömende Temperierfluid, welches die Batteriezellen 20 somit, wie aus der 1 zu erkennen ist, an vier Gehäuseseiten umströmen kann, wird durch die Öffnungen 91, 92, 93, 94, 95 wieder aus dem Batteriemodul 1 ausgelassen. Vorteilhafterweise ist dabei keine dieser Öffnungen 91, 92, 93, 94, 95 fluiddicht verschlossen. Desweiteren kann es auch vorteilhaft sein, dass die Öffnungen 91 und 93 verschlossen sind.
Insgesamt kann mit der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls 1 eine Möglichkeit zur Temperierung der Batteriezellen 20, insbesondere mit einem gasförmigen Temperierfluid, zur Verfügung gestellt werden, bei der alle Batteriezelle 20 aufgrund der Ausbildung einer großflächigen Temperierfläche gleichmäßig temperiert werden können und bei dem aufgrund der gegenläufigen Anordnung der Strömungsraum 30 auch ein gleichmäßiger Aufbau des Batteriemoduls 1 ermöglicht wird, wobei innerhalb der Strömungsräume die gleiche Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014216698 A1 [0003]
DE 102008054656 A1 [0004]
DE 102009008222 A1 [0005]

Claims

Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (20), wobei das Batteriemodul (1) eine zumindest eine erste Batteriezelle (21) aufweisende erste Batteriezellenanordnung (11) und eine zumindest eine zweite Batteriezelle (22) aufweisende zweite Batteriezellenanordnung (12) umfasst, und weiterhin die erste Batteriezellenanordnung (11) und die zweite Batteriezellenanordnung (12) unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten ersten Strömungsraums (31) voneinander beabstandet sind, wobei der erste Strömungsraum (31) von einer ersten Fläche (51) der ersten Batteriezellenanordnung (11) und einer zweiten Fläche (61) der zweiten Batteriezellenanordnung (12) begrenzt ist und an einem ersten Ende (71) weiterhin eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den ersten Strömungsraum (31) hinein ausgebildete erste Öffnung (81) aufweist und/oder an einem zweiten Ende (91) eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem ersten Strömungsraum (31) heraus ausgebildete zweite Öffnung (101) aufweist, wobei der erste Strömungsraum (31) eine von dem ersten Ende (71) in Richtung des zweiten Endes (91) weisende erste Längsrichtung (111) und senkrecht zu der ersten Längsrichtung angeordnete erste Querschnittsflächen (121) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen (121) in Richtung der ersten Längsrichtung (111) von dem ersten Ende (71) zu dem zweiten Ende (91) des ersten Strömungsraumes (31) zumindest abschnittsweise abnimmt oder zunimmt.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin eine zumindest eine dritte Batteriezelle (23) aufweisende dritte Batteriezellenanordnung (13) umfasst, und die zweite Batteriezellenanordnung (12) zwischen der ersten Batteriezellenanordnung (11) und der dritten Batteriezellenanordnung (13) angeordnet ist, wobei die zweite Batteriezellenanordnung (12) und die dritte Batteriezellenanordnung (13) unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten zweiten Strömungsraums (32) voneinander beabstandet sind, wobei der zweite Strömungsraum (32) von einer ersten Fläche (52) der zweiten Batteriezellenanordnung (12) und einer zweiten Fläche (62) der dritten Batteriezellenanordnung (13) begrenzt ist und an einem ersten Ende (72) weiterhin eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den zweiten Strömungsraum (32) hinein ausgebildete weitere erste Öffnung (82) aufweist und/oder an einem zweiten Ende (92) eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem zweiten Strömungsraum (32) heraus ausgebildete weitere zweite Öffnung (102) aufweist, wobei der zweite Strömungsraum (32) eine von dem ersten Ende (72) in Richtung des zweiten Endes (92) weisende zweite Längsrichtung (112) aufweist, welche insbesondere parallel zu der ersten Längsrichtung (111) angeordnet ist, und senkrecht zu der zweiten Längsrichtung (112) angeordnete zweite Querschnittsflächen (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächeninhalt der ersten Querschnittsflächen (121) in Richtung der ersten Längsrichtung (111) von dem ersten Ende (71) zu dem zweiten Ende (91) des ersten Strömungsraumes (31) zumindest abschnittsweise abnimmt und der Flächeninhalt der zweiten Querschnittsflächen (122) in Richtung der zweiten Längsrichtung (112) von dem ersten Ende (72) zu dem zweiten Ende (92) des zweiten Strömungsraums (32) zumindest abschnittsweise zunimmt.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriemodul (1) eine Mehrzahl an zumindest eine Batteriezelle (20) aufweisenden Batteriezellenanordnungen (10) umfasst, und zwei direkt benachbart zueinander angeordnete Batteriezellenanordnungen (10) jeweils unter Ausbildung eines zur Durchströmung mit einem Temperierfluid ausgebildeten Strömungsraums (30) voneinander beabstandet sind, welcher jeweils von einer ersten Fläche (50) einer der zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellenanordnungen (10) und einer zweiten Fläche (60) einer anderen der zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellenanordnungen (10) begrenzt ist und an einem ersten Ende (70) weiterhin eine zu einem Einlassen des Temperierfluids in den jeweiligen Strömungsraum (30) hinein ausgebildete erste Öffnung (80) aufweist und/oder an einem zweiten Ende (90) eine zu einem Auslassen des Temperierfluids aus dem jeweiligen Strömungsraum (30) heraus ausgebildete zweite Öffnung (100) aufweist, wobei der jeweilige Strömungsraum (30) eine von dem ersten Ende (70) in Richtung des zweiten Endes (90) weisende jeweilige Längsrichtung (110) aufweist, und senkrecht zu der jeweiligen Längsrichtung (110) angeordnete jeweilige Querschnittsflächen (120) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächeninhalt der Querschnittsflächen (120) in Richtung der jeweiligen Längsrichtung (110) von dem ersten Ende (70) zu dem zweiten Ende (90) des von der ersten Fläche (50) einer Batteriezellenanordnungen (10) teilweise begrenzten einen Strömungsraumes (30) zumindest bereichsweise abnimmt und der Flächeninhalt der Querschnittsflächen (120) in Richtung der jeweiligen Längsrichtung (110) von dem ersten Ende (70) zu dem zweiten Ende (90) des von der zweiten Fläche (60) der einen Batteriezellenanordnungen (10) teilweise begrenzten anderen Strömungsraums (30) zumindest bereichsweise zunimmt.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Batteriezellenanordnung (10, 13) jeweils zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) der einen Batteriezellenanordnung (10, 13) unter Ausbildung eines weiteren Strömungsraums (130) voneinander beabstandet sind, wobei eine dritte Fläche (131) einer ersten der zumindest zwei Batteriezellen (25) und eine vierte Fläche (132) einer zweiten der zumindest zwei Batteriezellen (26) den weiteren Strömungsraum (130) begrenzen.
Batteriemodul nach Anspruch 4, wobei der weitere Strömungsraum (130) eine dritte Öffnung (133) aufweist, welche den weiteren Strömungsraum (130) zu einem durch die die zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) umfassende Batteriezellenanordnung (10, 13) begrenzten einen Strömungsraum (30, 32) hin öffnet und/oder der weitere Strömungsraum (130) eine vierte Öffnung (134) aufweist, welche den weiteren Strömungsraum (130) zu dem durch die die zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) umfassende Batteriezellenanordnung (10, 13) begrenzten anderen Strömungsraum (30, 33) hin öffnet.
Batteriemodul nach Anspruch 5, wobei der weitere Strömungsraum (130) den einen durch die die zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) umfassende Batteriezellenanordnung (10, 13) begrenzten Strömungsraum (30, 32) und den anderen durch die die zumindest zwei Batteriezellen (20, 25, 26) umfassende Batteriezellenanordnung (10, 13) begrenzten Strömungsraum (30, 33) fluidleitend miteinander verbindet.
Batteriemodul nach Anspruch 6, wobei der weitere Strömungsraum (130) eine von der dritten Öffnung (133) in Richtung der vierten Öffnung (134) weisende weitere Längsrichtung (135) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Längsrichtung (135) des weiteren Strömungsraums (130) und die Längsrichtung (110, 112, 113) des einen Strömungsraums (30, 32) oder des anderen Strömungsraums (30, 33) senkrecht zueinander angeordnet sind.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine einen jeweiligen Strömungsraum (30) begrenzende Batteriezellenanordnung (10) und die andere den jeweiligen Strömungsraum (30) begrenzende Batteriezellenanordnung (10) an dem ersten Ende (70) oder dem zweiten Ende (90) des jeweiligen Strömungsraumes (30) durch einen Abstand von vorzugsweise 4 mm bis 12 mm, weiter vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm und insbesondere von 8 mm voneinander beabstandet sind und/oder an dem zweiten Ende (90) des jeweiligen Strömungsraums (30) durch Abstand von vorzugsweise 0,1 mm bis 0,3 mm, weiter vorzugsweise von 0,15 mm bis 0,25 mm und insbesondere von 0,4 mm voneinander beabstandet sind.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die eine der zwei einen jeweiligen weiteren Strömungsraum (130) begrenzenden Batteriezellen (20, 25) und die andere der zwei den jeweiligen weiteren Strömungsraum (130) begrenzenden Batteriezellen (20, 26) durch einen Abstand von vorzugsweise 1 mm bis 3 mm, weiter vorzugsweise von 1,5 mm bis 2,5 mm und insbesondere von 2 mm voneinander beabstandet sind.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Strömungsraum (30) jeweils eine senkrecht zu der ersten Fläche (50) der den Strömungsraum (30) teilweise begrenzenden einen Batteriezellenanordnung (10) oder zu der zweiten Fläche (60) der den Strömungsraum (30) teilweise begrenzenden anderen Batteriezellenanordnung (10) und parallel zu der Längsrichtung (110) des Strömungsraums (30) angeordnete Längsschnittsfläche (140) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschnittsfläche (140) ein symmetrisches Trapez ist.
Batterie mit einem Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.