DE102017004723A1 - Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit einer sicheren und effektiven Kühlung - Google Patents

Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit einer sicheren und effektiven Kühlung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit zumindest einem Zellblock (11), der zumindest zwei Batteriezellen (12) und zumindest ein spannungsführendes Verbindungsbauteil (13, 13', 14) aufweist, und mit zumindest einem in das spannungsführende Verbindungsbauteil (13, 13', 14) integrierten Kühlmittelkanal (15, 15', 16), welcher zu einer Kühlung des Zellblocks (11) dazu vorgesehen ist, von einem Kühlfluid durchströmt zu werden, wobei der Kühlmittelkanal (15, 15', 16) im Schadensfall dazu vorgesehen ist, das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere eine HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit einer sicheren und effektiven Kühlung.
  • Aus der WO 2013/000908 A1 ist bereits eine Kraftfahrzeugbatterie bekannt, mit zumindest einem Zellblock, der zumindest zwei Batteriezellen und zumindest ein spannungsführendes Verbindungsbauteil aufweist, und mit zumindest einem in das spannungsführende Verbindungsbauteil integrierten Kühlmittelkanal, welcher zu einer Kühlung des Zellblocks dazu vorgesehen ist, von einem Kühlfluid durchströmt zu werden. Ferner sind Kraftfahrzeugbatterien mit separaten Kühlmittelschläuchen bekannt.
  • Die Kühlung von Zellen für verschiedenste Batterieanwendungen ist momentan eine Herausforderung. Der Zwang, die Kühlflüssigkeiten wegen der möglichen Zersetzung des Wärmeträgers unter Spannung von dieser elektrisch sicher und dauerhaft zu isolieren, führt zu einer schlechten thermischen Anbindung des Wärmeträgers an die zu kühlenden Zellen. Alternative Wärmeträger, die unter Spannung keine Zersetzung zeigen (z.B. Fluorkohlenwasserstoffe), zeigen eine extrem hohe Flüchtigkeit und sind nur schwer mit polymeren Materialien zu handhaben, da die Diffusion und entstehende kleinere Undichtigkeiten schnell zu einem größeren Verlust des teuren Wärmeträgers führen.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft sichere Kraftfahrzeugbatterie mit einer sicheren und effektiven Kühlung, insbesondere Ableiterkühlung, bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere von einer HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit zumindest einem Zellblock, der zumindest zwei Batteriezellen und zumindest ein spannungsführendes Verbindungsbauteil aufweist, und mit zumindest einem in das spannungsführende Verbindungsbauteil integrierten Kühlmittelkanal, welcher zu einer Kühlung des Zellblocks dazu vorgesehen ist, von einem Kühlfluid durchströmt zu werden.
  • Es wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelkanal im Schadensfall dazu vorgesehen ist, das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen. Vorzugsweise ist der Kühlmittelkanal im Schadensfall der Kraftfahrzeugbatterie, wie beispielsweise bei hoher Hitzeentwicklung durch einen Defekt oder bei einem Crash, dazu vorgesehen, das Kühlfluid definiert als Löschmittel freizusetzen. Bevorzugt wird das Kühlfluid dazu an definierten Positionen des Kühlmittelkanals als Löschmittel freigesetzt. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein von einem zufälligen, ungewollten Freisetzen des Kühlfluids verschiedenes Freisetzen verstanden werden. Bevorzugt kann das Kühlfluid im Schadensfalls insbesondere an vorgegebenen Punkten des Kühlmittelkanals, welche sich im Schadensfall insbesondere selbstständig öffnen, aus dem Kühlmittelkanal austreten. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhaft sichere Kraftfahrzeugbatterie bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine vorteilhaft sichere und effektive Kühlung erreicht werden. Es ist insbesondere eine extrem hohe Kühlleistung absehbar, insbesondere von mehr als 300 W/K. Ferner kann im Schadensfall der Kraftfahrzeugbatterie, wie beispielsweise bei hoher Hitzeentwicklung durch einen Defekt oder bei einem Crash, ein Brand der Kraftfahrzeugbatterie vermieden werden. Es kann insbesondere eine vorteilhaft schnelle Abkühlung der Kraftfahrzeugbatterie erreicht werden. Darunter, dass das Kühlfluid als Löschmittel freigesetzt wird, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Kühlfluid in zumindest einem Betriebszustand zu einem Löschen eines Brandes und/oder zu einer akuten Abkühlung der Kraftfahrzeugbatterie genutzt wird. Vorzugsweise ist das Kühlfluid dazu von einem als Löschmittel tauglichen Wärmeträger gebildet. Ferner sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende spannungsführende, insbesondere hochvoltführende, Verbindungsbauteile bekannt. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Bauteil zu einer Verbindung der Batteriezellen des Zellblocks und/oder zu einer Verbindung des Zellblocks mit einem weiteren Zellblock verstanden werden. Bevorzugt soll darunter insbesondere ein Ableiter und/oder ein Zellverbinder und/oder eine Busbar des Zellblocks verstanden werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende spannungsführende Verbindungsbauteile denkbar, wie beispielsweise Stromschienen des Zellblocks. Unter integriert soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Kühlmittelkanal fest mit dem spannungsführenden Verbindungsbauteil verbunden ist. Vorzugsweise soll darunter insbesondere verstanden werden, dass das spannungsführende Verbindungsbauteil und der Kühlmittelkanal einstückig ausgebildet sind. Bevorzugt bildet das spannungsführende Verbindungsbauteil den Kühlmittelkanal aus. Vorzugsweise wird das spannungsführende Verbindungsbauteil, insbesondere direkt, von Kühlfluid des Kühlmittelkanals durchströmt. Dabei soll unter einstückig insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Des Weiteren sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Kühlfluide denkbar. Vorzugsweise ist das Kühlfluid, insbesondere das Kühlfluid und der Kühlmittelkanal, Teil eines Kühlkreislaufs der Kraftfahrzeugbatterie. Unter einer Hochvolt-Batterie und/oder einer Hochvolt-Kraftfahrzeugbatterie soll insbesondere eine Batterie mit einer Gleichspannung von zumindest 60 V und/oder mit einer Wechselspannung von zumindest 25 V verstanden werden. Unter vorgesehen soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelkanal zumindest eine Sollbruchstelle und/oder zumindest eine Lötstelle aufweist, welche dazu vorgesehen ist, im Schadensfall zerstört zu werden und das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen. Vorzugsweise weist der Kühlmittelkanal zumindest eine Sollbruchstelle in Form einer Lötstelle auf. Besonders bevorzugt weist der Kühlmittelkanal in gewissen Abständen mehrere, als Löststelle ausgebildete Sollbruchstellen auf, welche im Schadenfall definiert zerstört werden und zu einer gewollten Freisetzung des Kühlfluids vorgesehen sind. Die Sollbruchstelle kann dabei insbesondere sowohl von einer umlaufenden Sollbruchstelle gebildet sein, welche dazu vorgesehen ist, den Kühlmittelkanal im Schadensfall zu trennen, als auch von einer Öffnung, insbesondere Bohrung, welche mit Lötmaterial verschlossen ist, das sich im Schadensfall auflöst und die Öffnung freigibt. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhaft sichere Kraftfahrzeugbatterie bereitgestellt werden. Es kann im Schadensfall der Kraftfahrzeugbatterie, wie beispielsweise bei hoher Hitzeentwicklung durch einen Defekt oder bei einem Crash, ein Brand der Kraftfahrzeugbatterie vermieden oder zumindest vorteilhaft schnell gelöscht werden. Es kann insbesondere eine vorteilhaft schnelle Abkühlung der Kraftfahrzeugbatterie erreicht werden.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Kühlfluid von einem inerten, unter Spannung sich nicht zersetzenden Wärmeträger gebildet ist. Dadurch kann insbesondere die Gefahr durch Knallgasbildung oder sich zersetzendes Gykol gering gehalten werden. Ferner kann das Kühlfluid auch durch das spannungsführende Verbindungsbauteil geführt werden. Es ist insbesondere keine Isolation notwendig. Es ist insbesondere eine extrem hohe Kühlleistung absehbar, insbesondere von mehr als 300 W/K. Vorzugsweise besteht der Kühlmittelkanal ferner zumindest teilweise aus Metall. Durch Verwendung von Metall als Führung für das Kühlfluid, beispielsweise durch ein an das spannungsführende Bauteil angeformtes Rohr und/oder durch eine Ausführung des spannungsführenden Bauteils als Rohr, kann eine Minimierung der Verluste durch Diffusion oder andere Undichtigkeiten erreicht werden.
  • Ferner geht die Erfindung aus von einem Kraftfahrzeug mit der Kraftfahrzeugbatterie.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie,
    • 2 die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbatterie mit einem Zellblock, der Batteriezellen und spannungsführende Verbindungsbauteile aufweist, in einer schematischen Schnittdarstellung und
    • 3 ein Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie mit dem Zellblock, der die Batteriezellen und die spannungsführenden Verbindungsbauteile aufweist, in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie III-III.
  • Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 19. Das Kraftfahrzeug 19 umfasst einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor 20, der zum Antrieb von Antriebsrädern 21 vorgesehen ist. Ferner weist das Kraftfahrzeug 19 eine Kraftfahrzeugbatterie 10 auf. Die Kraftfahrzeugbatterie 10 ist als Hochvolt-Kraftfahrzeugbatterie, wie beispielsweise für Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeuge, ausgeführt. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausbildung und/oder Anwendung denkbar, wie beispielsweise für eine Stationäranwendung, beispielsweise zur Stromversorgung und/oder -speicherung. Ferner weist die Kraftfahrzeugbatterie 10 ein Batteriegehäuse 22 und einen in dem Batteriegehäuse 22 aufgenommenen Zellblock 11 auf. Das Batteriegehäuse 22 ist zu einer Aufnahme und einem Schutz des Zellblocks 11 der Kraftfahrzeugbatterie 10 vorgesehen. Grundsätzlich wäre jedoch auch denkbar, dass das Batteriegehäuse 22 zudem zu einer Aufnahme von nötigen Einrichtungen zur elektrischen Steuerung und/oder Absicherung der Batterie, wie beispielsweise eines BMS (battery management system), Schützen zur Zu- und Abschaltung des Stroms, Sicherungen und/oder Strommessern vorgesehen ist. Die Kraftfahrzeugbatterie 10 weist den Zellblock 11 auf. Grundsätzlich wäre jedoch auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugbatterie 10 mehrere Zellblöcke 11 umfasst. Der Zellblock 11 umfasst zumindest zwei Batteriezellen 12. Der Zellblock 11 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 12. Die Batteriezellen 12 sind zur Speicherung und Abgabe einer elektrischen Leistung vorgesehen. Die Batteriezellen 12 des Zellblocks 11 sind beispielhaft gestapelt angeordnet.
  • Ferner weist der Zellblock 11 zumindest ein spannungsführendes Verbindungsbauteil 13, 13', 14 auf. Der Zellblock 11 weist mehrere spannungsführende Verbindungsbauteile 13, 13', 14 auf. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 sind jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 sind jeweils beispielhaft von einem Ableiter und/oder einer Busbar gebildet. Zwei erste spannungsführende Verbindungsbauteile 13, 13' sind jeweils beispielhaft von einem Ableiter gebildet. Die ersten spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13' sind zu einer Verbindung der Batteriezellen 12 des Zellblocks 11 vorgesehen. Ferner ist ein zweites spannungsführendes Verbindungsbauteil 14 von einer Busbar der Kraftfahrzeugbatterie 10 gebildet. Das zweite spannungsführende Verbindungsbauteil 14 ist zu einer Verbindung mehrerer Zellblöcke 11 und/oder des Zellblocks 11 mit einem Abnehmer vorgesehen. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 sind von einem Metallstreifen gebildet. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 bestehen aus Metall (2).
  • Des Weiteren weist die Kraftfahrzeugbatterie 10 in die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 integrierte Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 auf. Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 sind rohrförmig ausgebildet. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 sind jeweils mit einem der Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 einstückig ausgebildet. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 bilden jeweils einen der Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 aus. Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 bestehen daher ebenfalls aus Metall. Die spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13', 14 weisen dazu einen durchgehenden rohrförmigen Teilabschnitt auf, welcher zu einer direkten Führung eines durch die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 geführten Kühlfluids vorgesehen ist. Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 und das darin geführte Kühlfluid bilden einen Teil eines Kühlkreislaufs 23 der Kraftfahrzeugbatterie 10. Die Kraftfahrzeugbatterie 10 weist den Kühlkreislauf 23 auf. Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 sind zu einer Kühlung des Zellblocks 11 dazu vorgesehen, von dem Kühlfluid durchströmt zu werden. Das Kühlfluid ist von einem inerten, unter Spannung sich nicht zersetzenden Wärmeträger gebildet. Eine Durchströmung erfolgt daher zumindest direkt in den als Busbars ausgebildeten spannungsführenden Verbindungsbauteilen 14 der Kraftfahrzeugbatterie 10 mit einem inerten, unter Spannung sich nicht zersetzenden, Wärmeträger. Die als Busbars ausgebildeten spannungsführenden Verbindungsbauteile 14 sind über die direkte Anbindung an die als Ableiter ausgebildeten spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13' der Batteriezellen 12 extrem gut thermisch an die Elektrochemie der Batteriezellen 12 angekoppelt. Entsprechendes gilt auch für die als Ableiter ausgebildeten spannungsführenden Verbindungsbauteile 13, 13' (2).
  • Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 sind im Schadensfall, wie beispielsweise bei hoher Hitzeentwicklung durch einen Defekt oder bei einem Crash, dazu vorgesehen, das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen. Das Kühlfluid ist dazu von einem als Löschmittel tauglichen Wärmeträger gebildet. Die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 weisen mehrere Sollbruchstellen 17 auf. Die Sollbruchstellen 17 sind beispielhaft von Lötstellen 18 gebildet, welche Öffnungen in den Kühlmittelkanälen 15, 15', 16 verschließen. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausbildung der Sollbruchstellen 17 denkbar. Die Sollbruchstellen 17 sind in regelmäßigen Abständen in die Kühlmittelkanäle 15, 15', 16 eingebacht. Die Sollbruchstellen 17 sind dazu vorgesehen, im Schadensfall zerstört zu werden und das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen. Dazu schmelzen die Lötstellen 18 bei einer definierten Temperatur und geben die Öffnungen in den Kühlmittelkanälen 15, 15', 16 frei. Hierdurch wird das Kühlfluid als Löschmittel freigesetzt und verteilt (3).
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeugbatterie
    11
    Zellblock
    12
    Batteriezelle
    13
    Verbindungsbauteil
    14
    Verbindungsbauteil
    15
    Kühlmittelkanal
    16
    Kühlmittelkanal
    17
    Sollbruchstelle
    18
    Lötstelle
    19
    Kraftfahrzeug
    20
    Elektromotor
    21
    Antriebsrad
    22
    Batteriegehäuse
    23
    Kühlkreislauf
  • 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
    • WO 2013/000908 A1 [0002]

Claims (4)

  1. Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere HV-Kraftfahrzeugbatterie, mit zumindest einem Zellblock (11), der zumindest zwei Batteriezellen (12) und zumindest ein spannungsführendes Verbindungsbauteil (13, 13', 14) aufweist, und mit zumindest einem in das spannungsführende Verbindungsbauteil (13, 13', 14) integrierten Kühlmittelkanal (15, 15', 16), welcher zu einer Kühlung des Zellblocks (11) dazu vorgesehen ist, von einem Kühlfluid durchströmt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (15, 15', 16) im Schadensfall dazu vorgesehen ist, das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen.
  2. Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (15, 15', 16) zumindest eine Sollbruchstelle (17) und/oder zumindest eine Lötstelle (18) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, im Schadensfall zerstört zu werden und das Kühlfluid als Löschmittel freizusetzen.
  3. Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid von einem inerten, unter Spannung sich nicht zersetzenden Wärmeträger gebildet ist.
  4. Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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