DE102017127807B4

DE102017127807B4 - Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017127807B4
Application number: DE102017127807.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jens Bohlien
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-11-25
Also published as: DE102017127807A1; CN109841773A; US20190165437A1; US11223080B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung (1) für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (100). Die Batterieeinrichtung (1) umfasst wenigstens ein Batteriemodul (2) mit einer Modulgehäuseeinrichtung (3), welche einen Aufnahmeraum (13) für eine Mehrzahl von Batteriezellen (102) bereitstellt und gehäuseartig umschließt und welche mit einem Kanalsystem (4) zur Führung eines Temperiermediums zur Temperierung der Batteriezellen (102) ausgestattet ist. Dabei sind wenigstens zwei Kühlkanäle (14) des Kanalsystems (4) in einen Gehäuseabschnitt (5) der Modulgehäuseeinrichtung (3) integriert und werden dort umgelenkt und/oder zusammengeführt und/oder aufgetrennt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung, insbesondere Hochvoltenergiespeicher, für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Batterieeinrichtung umfasst wenigstens ein Batteriemodul mit wenigstens einer Modulgehäuseeinrichtung, welche wenigstens einen Aufnahmeraum für eine Mehrzahl von Batteriezellen bereitstellt und gehäuseartig umschließt. Die Modulgehäuseeinrichtung ist mit wenigstens einem Kanalsystem zur Führung wenigstens eines Temperiermediums zur Temperierung der Batteriezellen ausgestattet.
Für die Funktion und Haltbarkeit der Batterie eines Elektrofahrzeugs ist ein zuverlässiges Temperaturmanagement in der Regel von großer Bedeutung. Oft sind solche Batterien mit einer Temperiereinrichtung ausgestattet, welche beispielsweise die Batteriezellen kühlen oder auch erwärmen kann.
Im Stand der Technik sind beispielsweise Batterien bekannt geworden, bei denen die Batteriezellen in Gruppen zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die Batteriemodule sind entlang von Kühlkanälen angeordnet. Allerdings ist oft eine teure und aufwendige Anbindung der Kühlkanäle an die Batteriemodule nötig. Zudem ist die Kühlwirkung einer solchen Anordnung verbesserungsfähig.
Es sind daher Batterien bekannt geworden, bei denen die Kühlkanäle entlang der Batteriezellen angeordnet sind. Beispielsweise zeigt die DE 10 2008 014 155 A1 ein Batteriesystem mit Batteriezellen, welche an einem von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkörper angeordnet sind. Allerdings benötigt ein solcher Kühlkörper ausreichend Bauraum. Zudem ist oft ein deutlich erhöhter Herstellungs- und Kostenaufwand nötig.
Die US 2017/0047624 A1 zeigt eine Batterieeinrichtung für ein Hybridfahrzeug mit einem Gehäusemittelteil mit integrierten Kühlkanälen. Die Kanäle sind durch Wände voneinander abgegrenzt. Einige Wände sind verkürzt ausgebildet, sodass ein Überströmen des Kühlmittels von einem zum anderen Kanal möglich ist. Das Gehäusemittelteil wird durch Endplatten verschlossen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte und vorzugsweise eine kostengünstige und Bauraum optimierte und gewichtsoptimierte Temperierung der Batteriezellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung ist insbesondere als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet. Die Batterieeinrichtung ist insbesondere für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug geeignet und ausgebildet. Die Batterieeinrichtung umfasst wenigstens ein Batteriemodul mit wenigstens einer Modulgehäuseeinrichtung, welche wenigstens ein Aufnahmeraum für eine Mehrzahl von Batteriezellen bereitstellt und gehäuseartig umschließt. Die Modulgehäuseeinrichtung ist mit wenigstens einem Kanalsystem zur Führung wenigstens eines Temperiermediums zur Temperierung der Batteriezellen ausgestattet. Dabei ist eine Vielzahl von Kühlkanälen des Kanalsystems wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, in wenigstens einen Gehäuseabschnitt der Modulgehäuseeinrichtung integriert. Die Kühlkanäle werden dort zusammengeführt und/oder aufgetrennt. Der Gehäuseabschnitt zur Zusammenführung und/oder Auftrennung der Kühlkanäle weist wenigstens eine Verkürzung wenigstens eines zwischen den Kühlkanälen verlaufenden Steges auf. Die Modulgehäuseeinrichtung umfasst wenigstens zwei Gehäuseendteile und wenigstens ein zwischen den Gehäuseendteilen anordenbares Gehäusemittelteil. Das Gehäusemittelteil stellt den Gehäuseabschnitt mit den Kühlkanälen bereit. Die Kühlkanäle verlaufen innerhalb einer oberen und einer unteren Wand des Gehäusemittelteils. Das Gehäuseendteil ist mit weiteren Kühlkanälen ausgestattet, welche die oben angeordneten Kühlkanäle mit den unten angeordneten Kühlkanälen verbinden.
Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Integration der Kühlkanäle in den Gehäuseabschnitt der Modulgehäuseeinrichtung. Das ermöglicht eine Unterbringung mit einem besonders geringen Bauraumbedarf. Zudem ergibt sich eine besonders vorteilhafte Funktionsintegration, da die Modulgehäuseeinrichtung neben der Einhausung zugleich auch eine Funktion bei der Temperierung der Batteriezellen erfüllt. So werden Gewicht und Herstellungsaufwand erheblich reduziert. Zudem bietet die erfindungsgemäße Anordnung der Kühlkanäle eine erhebliche Verbesserung der Kühlungseffizienz.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung ist, dass eine besonders kompakte Umlenkung bzw. Zusammenführung bzw. Auftrennung der Kühlkanäle ermöglicht wird. So kann beispielsweise auf strömungstechnische Bauteile verzichtet werden, welche den Herstellungsaufwand weiter erhöhen und den Bauraum reduzieren würden.
Die wenigstens zwei Kühlkanäle sind insbesondere von der Modulgehäuseeinrichtung umschlossen. Die Kühlkanäle sind vorzugsweise mediendicht von der Modulgehäuseeinrichtung umschlossen. Insbesondere stellt die Modulgehäuseeinrichtung wenigstens eine Wandung für die Kühlkanäle bereit, welche die Kühlkanäle kanalartig und vorzugsweise mediendicht umschließt. Der Gehäuseabschnitt umfasst insbesondere wenigstens eine Wandung oder wird durch wenigstens eine solche bereitgestellt.
Es ist besonders bevorzugt, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens abschnittsweise innerhalb wenigstens einer Wandung des Gehäuseabschnitts der Modulgehäuseeinrichtung verlaufen. Insbesondere verlaufen die Kühlkanäle innerhalb einer Außenwand der Modulgehäuseeinrichtung. Insbesondere sind die wenigstens zwei Kühlkanäle außerhalb des Aufnahmeraums angeordnet. Es ist bevorzugt, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle nicht im Aufnahmeraum verlaufen. Die wenigstens zwei Kühlkanäle sind insbesondere mediendicht zu dem Aufnahmeraum und/oder zur Umgebung des Batteriemoduls abgegrenzt.
Der Gehäuseabschnitt ist vorzugsweise einstückig mit den Kühlkanälen ausgebildet. Möglich ist auch eine separate Ausgestaltung von Gehäuseabschnitt und Kühlkanälen. Der Gehäuseabschnitt kann einteilig oder mehrteilig sein.
Zur Umlenkung und/oder Zusammenführung und/oder Auftrennung der wenigstens zwei Kühlkanäle weist der Gehäuseabschnitt vorzugsweise wenigstens eine lokale Ausnehmung auf. Erfindungsgemäß weist der Gehäuseabschnitt zur Umlenkung und/oder Zusammenführung und/oder Auftrennung der wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens eine Verkürzung wenigstens eines zwischen den wenigstens zwei Kühlkanälen verlaufenden Steges auf. Solche Ausgestaltungen bieten eine besonders unaufwendige und zugleich Bauraum optimierte Strömungsführung. Möglich ist auch, dass der Gehäuseabschnitt wenigstens eine andere zur Umlenkung und/oder Zusammenführung und/oder Auftrennung geeignete Struktur aufweist.
Insbesondere ist zwischen den Kühlkanälen jeweils wenigstens ein Steg angeordnet. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt einstückig mit dem Steg ausgebildet. Möglich ist auch eine separate Ausgestaltung von Gehäuseabschnitt und Steg. Die Stege verlaufen insbesondere zwischen benachbarten Kühlkanälen.
Vorzugsweise ist die lokale Ausnehmung und/oder die Verkürzung des zwischen den Kühlkanälen verlaufenden Steges mittels wenigstens einer nachträglichen mechanischen Bearbeitung und vorzugsweise mittels eines Fräsverfahrens hergestellt. Das bietet eine kostengünstige und unaufwendige Herstellung. Möglich ist auch, dass die lokale Ausnehmung und/oder die Verkürzung mittels wenigstens eines anderen geeigneten Fertigungsverfahrens und insbesondere eines anderen geeigneten spanabhebenden Verfahrens hergestellt ist.
Erfindungsgemäß umfasst die Modulgehäuseeinrichtung wenigstens ein zwischen wenigstens zwei Gehäuseendteilen anordenbares Gehäusemittelteil. Erfindungsgemäß stellt das Gehäusemittelteil den Gehäuseabschnitt mit den wenigstens zwei Kühlkanälen bereit oder umfasst wenigstens einen solchen. Vorzugsweise besteht der Gehäuseabschnitt aus dem Gehäusemittelteil. Ein solches Gehäusemittelteil hat viele Vorteile und ermöglicht insbesondere eine besonders zügige Montage. Das Gehäusemittelteil ist insbesondere einteilig ausgebildet. Möglich ist auch, dass das Gehäusemittelteil mehrteilig ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Kühlkanäle und insbesondere auch der wenigstens eine dazwischen verlaufende Steg in das Gehäusemittelteil integriert. Bevorzugt sind die Kühlkanäle und der Steg einstückig mit dem Gehäusemittelteil ausgebildet. Möglich ist auch eine separate Ausgestaltung.
Die Modulgehäuseeinrichtung umfasst insbesondere wenigstens zwei Gehäuseendteile. Das Gehäusemittelteil und die Gehäuseendteile sind vorzugsweise als separate Bauteile ausgebildet. Die Gehäuseendteile können direkt oder indirekt mit dem Gehäusemittelteil verbunden sein.
Es ist möglich und bevorzugt, dass das Gehäusemittelteil den Aufnahmeraum an wenigstens zwei Seiten und vorzugsweise an wenigstens vier Seiten begrenzt. Besonders bevorzugt umschließt das Gehäusemittelteil den Aufnahmeraum längsseitig und insbesondere rohrartig. Dabei begrenzen die Gehäuseendteile den Aufnahmeraum insbesondere an den in Längsrichtung liegenden Enden bzw. an den Stirnseiten des Gehäusemittelteils. Insbesondere schließen das Gehäusemittelteil und die wenigstens zwei Gehäuseendteile den Aufnahmeraum wenigstens teilweise ab und vorzugsweise vollständig ab. Dabei sind insbesondere Anschlüsse und/oder Zugänge vorgesehen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die lokale Ausnehmung und/oder die Verkürzung des zwischen den Kühlkanälen verlaufenden Steges lokal an einem Ende oder an beiden Enden des Gehäusemittelteils angeordnet. Ein solches Gehäusemittelteil ermöglicht eine besonders vorteilhafte Funktionsintegration. Es ist möglich, dass die lokale Ausnehmung an einem Ende und die Verkürzung des Steges an einem anderen Ende vorgesehen sind.
Das Gehäusemittelteil besteht vorzugsweise wenigstens teilweise und insbesondere vollständig aus wenigstens einem extrudierten und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellten Profilbauteil oder umfasst wenigstens ein solches. Das bietet eine kostengünstige Bereitstellung eines besonders stabilen und zugleich mit einer besonders guten Kühlwirkung ausgestatteten Gehäusemittelteils. Das Gehäusemittelteil kann auch aus wenigstens einem Profilbauteil bestehen, welches durch ein anderes geeignetes Fertigungsverfahren hergestellt ist. Das Profilbauteil ist vorzugsweise rohrartig ausgebildet.
Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens an einem Ende des Gehäusemittelteils durch wenigstens ein Gehäusebauteil und vorzugsweise durch wenigstens ein Gehäuseendteil verschlossen. Möglich und bevorzugt ist auch, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens an einem Ende des Gehäusemittelteils an wenigstens einen Temperieranschluss angeschlossen sind. Eine solche Ausgestaltung bietet beispielsweise den Vorteil, dass gemeinsam mit dem Verschließen des Aufnahmeraums auch ein Verschließen bzw. Anschließen der Kühlkanäle erfolgt. Dadurch ergibt sich eine besonders wirtschaftliche und zügige Montage.
Insbesondere sind die wenigstens zwei Kühlkanäle an einem Ende des Gehäusemittelteils durch ein Gehäuseendteil verschlossen und an einem anderen Ende des Gehäusemittelteils durch ein anderes Gehäuseendteil verschlossen und/oder an den Temperieranschluss angeschlossen. Es ist möglich, dass das Gehäuseendteil den Temperieranschluss bereitstellt. Möglich ist auch, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle an wenigstens einem Ende des Gehäusemittelteils durch wenigstens ein anderes separates Gehäusebauteil und beispielsweise durch ein Zusatzbauteil verschlossen und/oder an den Temperieranschluss angeschlossen sind.
Der Temperieranschluss umfasst insbesondere wenigstens einen Zulaufkanal und/oder wenigstens einen Rücklaufkanal für das Temperiermedium in das Batteriemodul bzw. aus dem Batteriemodul. Der Temperieranschluss dient insbesondere zur strömungstechnischen Anbindung des Kanalsystems des Moduls an Versorgungsleitungen und/oder an Sammler für weitere Batteriemodule.
Insbesondere umfasst die Modulgehäuseeinrichtung wenigstens ein Gehäuseendteil. Das Gehäuseendteil ist insbesondere das zuvor beschriebene Gehäuseendteil. Das Gehäuseendteil umfasst insbesondere wenigstens einen Temperieranschluss für wenigstens einen der wenigstens zwei Kühlkanäle im Gehäusemittelteil. Der Temperieranschluss ist dabei insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildet. Möglich und bevorzugt ist auch, dass das Gehäuseendteil wenigstens einen weiteren Kühlkanal mit wenigstens einer Umlenkung und/oder mit wenigstens einer Schnittstelle zum Gehäusemittelteil umfasst. Ein solches Gehäuseendteil bietet eine unaufwendige Anbindung der Kühlkanäle und stellt zugleich eine besonders zuverlässige Gehäusestruktur bereit.
Der weitere Kühlkanal ist insbesondere als Zulauf und/oder Rücklauf des Temperiermediums in das Gehäusemittelteil bzw. aus dem Gehäusemittelteil geeignet und ausgebildet. Der weitere Kühlkanal ist insbesondere mit den wenigstens zwei Kühlkanälen im Gehäusemittelteil strömungsverbunden. Insbesondere ist als Zulauf und Rücklauf jeweils wenigstens ein weiterer Kühlkanal vorgesehen. Der weitere Kühlkanal ist insbesondere in das Gehäuseendteil integriert. Es ist möglich, dass der weitere Kühlkanal wenigstens abschnittsweise innerhalb einer Wandung des Gehäuseendteils verläuft.
Es ist bevorzugt, dass das Gehäusemittelteil zur Abdichtung des Gehäusemittelteils zu den Gehäuseendteilen und/oder zum Verschließen der Kühlkanäle mit wenigstens einem der wenigstens zwei Gehäuseendteile verschraubt und/oder verschweißt und/oder verklebt und/oder verpresst ist. Möglich und bevorzugt ist auch, dass zwischen dem Gehäusemittelteil und wenigstens einem der wenigstens zwei Gehäuseendteile wenigstens eine plastische und/oder elastische Dichtungseinrichtung angeordnet ist. Möglich sind auch andere geeignete Dichtungseinrichtungen. Die Dichtungseinrichtung kann beispielsweise verschraubt und/oder verschweißt und/oder verklebt und/oder verpresst sein. Das bietet eine zuverlässige und zugleich unaufwendige Abdichtung bzw. Verschließung.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens abschnittsweise in einer oder in beiden Seitenwänden des Gehäusemittelteils verlaufen. Erfindungsgemäß verlaufen die wenigstens zwei Kühlkanäle wenigstens abschnittsweise in einer oberen und unteren Wand des Gehäusemittelteils. So kann eine besonders wirksame Temperierung der Batteriezellen erreicht werden. Beispielsweise verlaufen zwei oder mehr Kühlkanäle in jeweils einer Seitenwand. Alternativ oder zusätzlich verlaufen jeweils zwei oder mehr Kühlkanäle in der oberen und unteren Wand des Gehäusemittelteils verlaufen.
Das Gehäusemittelteil ist vorzugsweise wenigstens teilweise und insbesondere vollständig aus wenigstens einem Leichtmetallwerkstoff gefertigt. Der Leichtmetallwerkstoff besteht vorzugsweise aus Aluminium und/oder Magnesium und/oder ihren jeweiligen Legierungen. Das ermöglicht eine besonders vorteilhafte Gewichtsreduktion und eine vorteilhafte Kühlwirkung.
Möglich und bevorzugt ist auch, dass das Gehäusemittelteil wenigstens teilweise und insbesondere vollständig aus wenigstens einem Faser-Kunststoff-Verbund insbesondere mittels Flechten und/oder Pultrusion hergestellt ist. Es ist auch möglich, dass das Gehäusemittelteil wenigstens teilweise und insbesondere vollständig aus wenigstens einem unverstärkten oder faserverstärkten Kunststoff insbesondere mittels Extrusion hergestellt ist. Auch solche Ausgestaltungen bieten erhebliche Vorteile hinsichtlich des Gewichts und der Gehäusefunktion sowie der Kühlwirkung.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass als Temperiermedium Wasser und/oder ein Wasser-Glykol-Gemisch und/oder ein verdampfbares Kältemittel und/oder Öl vorgesehen ist. Möglich ist auch ein anderes geeignetes Temperiermedium. Das Temperiermedium ist insbesondere ein Fluid.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einem wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrantrieb ausgestattet. Zur Energieversorgung des Fahrantriebs umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens eine Batterieeinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat viele Vorteile und kann z. B. besonders wirtschaftlich und unaufwendig hergestellt werden. Zudem bietet es ein optimiertes Gesamtgewicht. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Modulgehäuseeinrichtung vorzugsweise nicht ein Gehäuse für die gesamte Batterie bzw. die Gesamtheit aller Batteriezellen verstanden, sondern ein Gehäuse für eine Gruppe von Batteriezellen, welche zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind.
Die Batteriezellen der Batterieeinrichtung sind insbesondere in Gruppen zu Batteriemodulen zusammengefasst. Die Batteriemodule sind insbesondere untereinander elektrisch verbunden und vorzugsweise auch hinsichtlich des Temperiermediums strömungsverbunden. Die Batterieeinrichtung umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Batteriemodulen. Die Batterieeinrichtung kann auch nur ein Batteriemodul umfassen.
Die Batterieeinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung für das wenigstens eine Batteriemodul und vorzugsweise für eine Mehrzahl von Batteriemodulen. Die Aufnahmeeinrichtung ist beispielsweise als ein Gehäuse oder dergleichen ausgebildet. Dabei sind die Batteriemodule insbesondere mitsamt ihrer Modulgehäuseeinrichtungen in die Aufnahmeeinrichtung aufnehmbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind wenigstens drei Kühlkanäle und vorzugsweise eine Vielzahl von Kühlkanälen in den Gehäuseabschnitt der Modulgehäuseeinrichtung integriert. Insbesondere werden benachbarte Kühlkanäle umgelenkt und/oder zusammengeführt und/oder aufgetrennt. Die Kühlkanäle verlaufen vorzugsweise wenigstens abschnittsweise im Wesentlichen parallel zueinander. Das ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Kühlkanäle, beispielsweise in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess. Die wenigstens zwei Kühlkanäle können auch derartig zusammengeführt und/oder umgelenkt werden, dass sich beispielsweise ein kreisförmiger und/oder spiralförmiger Verlauf ergibt.
Die Modulgehäuseeinrichtung ist insbesondere als ein Außengehäuse ausgebildet. Insbesondere haust die Modulgehäuseeinrichtung den Aufnahmeraum und die darin aufgenommenen Batteriezellen und insbesondere auch weitere darin aufgenommene Komponenten ein. Insbesondere grenzt die Modulgehäuseeinrichtung den Aufnahmeraum nach außen hin wenigstens teilweise und insbesondere vollständig ab. Dabei können Anschlüsse und/oder Zugänge vorgesehen sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Kühlen vorzugsweise im Sinne von Temperieren verwendet, sodass darunter auch ein Erwärmen bzw. Erhitzen verstanden wird.
Das Kanalsystem ist insbesondere Teil wenigstens einer Temperiereinrichtung. Die Temperiereinrichtung kann wenigstens eine Fördereinrichtung zur Förderung des Temperiermediums und/oder wenigstens einen Wärmetauscher und/oder andere zur Temperierung vorgesehene Komponenten umfassen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.

1 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung in einem Kraftfahrzeug;
2 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls einer Batterieeinrichtung in einer Seitenansicht;
3 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls in einer entlang der Linie A-A der 2 geschnittenen Vorderansicht;
4 eine schematische Darstellung einer Modulgehäuseeinrichtung einer Batterieeinrichtung in einer geschnittenen Ansicht;
5 eine schematische Darstellung der Modulgehäuseeinrichtung vor einer Bearbeitung in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
6 eine schematische Darstellung einer Modulgehäuseeinrichtung in einer geschnittenen Draufsicht; und
7 eine schematische Darstellung einer Modulgehäuseeinrichtung in einer teiltransparenten perspektivischen Explosionsdarstellung.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 bzw. Personenkraftwagen, welches als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Das Fahrzeug 100 kann auch als ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug 100 ist mit einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung 1 ausgestattet, welche als Hochvoltenergiespeicher 101 für einen elektrischen Fahrantrieb 103 dient. Die Batterieeinrichtung 1 ist hier beispielhaft in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs 100 untergebracht. Die Batterieeinrichtung 1 kann aber auch an einem anderen Ort im Kraftfahrzeug 100 angeordnet werden.
Die Batterieeinrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Batteriemodulen 2, welche jeweils eine Mehrzahl bzw. eine funktionelle Gruppe von Batteriezellen 102 aufweisen. Es können auch mehr oder weniger Batteriemodule 2 als hier gezeigt vorgesehen sein. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hier nur eine Batteriezelle 102 exemplarisch eingezeichnet.
Die 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 in einer Seitenansicht bzw. in einer Schnittdarstellung. Die dem Batteriemodul 2 zugehörigen Batteriezellen 102 sind hier in einer Modulgehäuseeinrichtung 3 eingehaust. Die Modulgehäuseeinrichtung 3 stellt einen Aufnahmeraum 13 für die Zellen 102 zur Verfügung. Der Aufnahmeraum 13 ist hier durch eine Verstärkung 55 unterteilt.
Die Modulgehäuseeinrichtung 3 umfasst ein Gehäusemittelteil 35, welches an den Enden mit jeweils einem Gehäuseendteil 15, 25 verschlossen ist. Das Gehäusemittelteil 35 ist hier ein Profilbauteil 45, welches beispielsweise ein extrudiertes Profil ist und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellt ist.
Das Gehäusemittelteil 35 umschließt den Aufnahmeraum 13 bzw. die Batteriezellen 102 längsseitig und in einer rohrartigen Weise. Dazu weist das Gehäusemittelteil 35 zwei gegenüberliegende Seitenwände 351 sowie eine obere Wand 352 und eine untere Wand 352 auf.
Die Batterieeinrichtung 1 ist hier mit einer Temperiereinrichtung zur Temperierung der Batteriezellen 102 ausgestattet. Dazu ist ein Kanalsystem 4 vorgesehen, durch welches ein Temperiermedium geführt wird. Das Kanalsystem 4 umfasst hier eine Mehrzahl von Kühlkanälen 14, durch welche das Temperiermedium strömen kann. Die Kühlkanäle 14 sind hierdurch Stege 26 voneinander getrennt.
Die Kühlkanäle 14 verlaufen innerhalb eines Gehäuseabschnitts 5 und sind in diesen integriert. Der Gehäuseabschnitt 5 wird hier durch das Gehäusemittelteil 35 gebildet. Dabei befinden sich die Kühlkanäle 14 in der hier gezeigten Ausgestaltung sowohl in der oberen als auch in der unteren Wand 352. Die Kühlkanäle 14 können auch nur in der oberen oder der unteren Wand 352 angeordnet sein. Es kann aber auch ein Gehäusemittelteil 35 vorgesehen sein, welches alternativ oder zusätzlich in einer oder in beiden Seitenwänden 351 mit Kühlkanälen 14 ausgestattet ist. Die Kühlkanäle 14 sind dabei in Längsrichtung vollständig von der entsprechenden Wandung 351, 352 umschlossen.
Die Kühlkanäle 14 werden hier innerhalb des Gehäusemittelteils 35 zusammengeführt und umgelenkt und durch die Stege 26 aufgetrennt.
Zur Zusammenführung oder auch zur Umlenkung der Kühlkanäle 14 sind hier eine oder mehrere Verkürzungen 16 bestimmter Stege 26 vorgesehen. Die Stege 26 können auch mit einer lokalen Ausnehmung 6 ausgestattet sein, durch welche das Temperiermedium beispielsweise einen Kühlkanal 14 verlassen kann bzw. in einen anderen Kühlkanal 14 eingeleitet werden kann.
In der hier gezeigten Schnittebene sind die Verkürzungen 16 bzw. Ausnehmungen 6 jedoch nicht sichtbar. Beispielsweise sind die Verkürzungen 16 bzw. Ausnehmungen 6 an einem oder beiden Endbereichen des Gehäusemittelteils 35 angeordnet.
In der 4 ist das Gehäusemittelteil 35 der 3 näher dargestellt. In der hier gezeigten Darstellung sind die Verkürzungen 16 der Stege 26 besonders gut zu erkennen. Die Verkürzungen 16 sind hier an einem Endbereich bzw. an einer Stirnseite des Gehäusemittelteils 35 angeordnet.
Die Verkürzungen 16 der Stege 26 wurden hier durch eine nachträgliche mechanische Bearbeitung des Profilbauteils 45 und beispielsweise durch ein Fräsverfahren hergestellt. In entsprechender Weise können auch die Ausnehmungen 6 hergestellt werden.
Die 5 zeigt das Gehäusemittelteil 35 vor der Herstellung der Verkürzungen 16. Die Stege 26 erstrecken sich daher bis zum Ende bzw. zur Stirnseite des Gehäusemittelteils 35.
In der 6 ist die Modulgehäuseeinrichtung 3 in einer geschnittenen Draufsicht gezeigt. Die Schnittebene verläuft dabei durch die obere Wand 352, sodass der Verlauf der Kühlkanäle 14 und der Stege 26 besonders gut zu erkennen ist. Die Strömungsrichtungen sind hier durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Zudem sind in der hier gezeigten Darstellung besonders gut die Verkürzungen 16 an den Enden bzw. im Bereich der Stirnseite des Gehäusemittelteils 35 zu erkennen. Zudem ist hier eine lokale Ausnehmung 6 stark schematisch dargestellt.
Das Gehäusemittelteil 35 ist hier an beiden Enden bzw. stirnseitig durch jeweils ein Gehäuseendteil 15, 25 verschlossen. Dadurch werden auch die Kühlkanäle 14 an ihren Enden verschlossen.
Das eine Gehäuseendteil 25 ist hier mit einem Temperieranschluss 24 ausgestattet. Der Temperieranschluss 24 ist mit einem Zulauf 241 und zwei Abläufen 242 für das Temperiermedium ausgestattet. Dazu sind in dem Gehäuseendteil 25 weitere Kühlkanäle 34 eingearbeitet, welche mit den Kühlkanälen 14 strömungsverbunden sind. Das Gehäuseendteil 25 stellt hier somit eine Schnittstelle zum Gehäusemittelteil 35 dar, über welche das Batteriemodul 2 beispielsweise mit anderen Batteriemodulen 2 bzw. externen Versorgungsleitungen gekoppelt werden kann.
Das andere Gehäuseendteil 15 verschließt hier das andere Ende bzw. die andere Stirnseite des Gehäusemittelteils 35.
Der Kühlkanal 14, welcher an den Zulauf 241 angrenzt, ist hier mit durchgehenden Stegen 26 ausgestattet. So kann eine unerwünschte Vermischung des einströmenden Temperiermediums vermieden werden.
Die Gehäuseendteile 15, 25 sind hier mit dem Gehäusemittelteil 35 mediendicht verschraubt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Verschweißung und/oder Verklebung und/oder Verpressung oder dergleichen vorgesehen sein.
Zudem ist hier zwischen dem Gehäusemittelteil 35 und den Gehäuseendteilen 15, 25 jeweils eine Dichtungseinrichtung 7 angeordnet. Beispielsweise ist eine plastische oder elastische Dichtung vorgesehen.
Die 7 zeigt eine teilweise transparent dargestellte Modulgehäuseeinrichtung 3, welche beispielsweise wie zuvor beschrieben ausgebildet ist. Die Kühlkanäle 14 verlaufen hier innerhalb der oberen und der unteren Wand des Gehäusemittelteils 35. Die Strömungsrichtungen sind hier durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Die Gehäuseendteile 15, 25 sind hier mit weiteren Kühlkanälen 34 ausgestattet, welche die oben angeordneten Kühlkanäle 14 mit den unten angeordneten Kühlkanälen 14 verbinden. Dazu sind die Gehäuseendteile 15, 25 mit quer zu den oberen bzw. unteren Kühlkanälen 14 verlaufenden Kühlkanälen 34 ausgestattet. So wird eine umlaufende Strömung des Temperiermediums ermöglicht.
Das in der hier gezeigten Darstellung vordere Gehäuseendteil 25 ist mit einem Temperieranschluss 24 ausgestattet. Darüber kann das Batteriemodul 2 mit weiteren Batteriemodulen bzw. mit externen Leitungen für das Temperiermedium gekoppelt werden.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet eine Modulgehäuseeinrichtung 3, bei welcher das Temperiermedium bzw. die Kühlkanäle 14 direkt in das Gehäuse integriert sind. So kann die Kühleffizienz deutlich verbessert werden. Beispielsweise ergibt sich dadurch ein besonders geringer thermischer Widerstand zwischen Temperiermedium und Batteriezellen 102.
Ein weiterer Vorteil sind Kosteneinsparungen aufgrund von Funktionsintegration bzw. Teilereduktion. Dadurch können separate Kühlleitungen entfallen, welche beispielsweise mittels teurer Wärmeleitpasten thermisch zum Batteriemodul kontaktiert werden müssten.
Insgesamt bietet der Erfindung eine erhebliche Verbesserung der Kühlungseffizienz. Zudem werden eine erhebliche Gewichtsreduktion und eine deutliche Kostenreduktion sowie ein erheblich geringerer Bauraumbedarf erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Batterieeinrichtung
2: Batteriemodul
3: Modulgehäuseeinrichtung
4: Kanalsystem
5: Gehäuseabschnitt
6: Ausnehmung
7: Dichtungseinrichtung
13: Aufnahmeraum
14: Kühlkanal
15: Gehäuseendteil
16: Verkürzung
24: Temperieranschluss
25: Gehäuseendteil
26: Steg
34: Kühlkanal
35: Gehäusemittelteil
45: Profilbauteil
55: Verstärkung
65: Verschraubung
100: Kraftfahrzeug
101: Hochvoltenergiespeicher
102: Batteriezelle
103: Fahrantrieb
241: Zulauf
242: Rücklauf
351: Seitenwand
352: Wand

Claims

Batterieeinrichtung (1) für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (100), umfassend wenigstens ein Batteriemodul (2) mit wenigstens einer Modulgehäuseeinrichtung (3), welche wenigstens einen Aufnahmeraum (13) für eine Mehrzahl von Batteriezellen (102) bereitstellt und gehäuseartig umschließt und welche mit wenigstens einem Kanalsystem (4) zur Führung wenigstens eines Temperiermediums zur Temperierung der Batteriezellen (102) ausgestattet ist, wobei Kühlkanäle (14) des Kanalsystems (4) wenigstens teilweise in wenigstens einen Gehäuseabschnitt (5) der Modulgehäuseeinrichtung (3) integriert sind und dort zusammengeführt und/oder aufgetrennt werden und wobei der Gehäuseabschnitt (5) zur Zusammenführung und/oder Auftrennung der Kühlkanäle (14) wenigstens eine Verkürzung (16) wenigstens eines zwischen den Kühlkanälen (14) verlaufenden Steges (26) aufweist und wobei die Modulgehäuseeinrichtung (3) wenigstens zwei Gehäuseendteile (15, 25) und wenigstens ein zwischen den Gehäuseendteilen (15, 25) anordenbares Gehäusemittelteil (35) umfasst und wobei das Gehäusemittelteil (35) den Gehäuseabschnitt (5) mit den Kühlkanälen (14) bereitstellt, wobei die Kühlkanäle (14) innerhalb einer oberen und einer unteren Wand des Gehäusemittelteils (35) verlaufen und wobei das Gehäuseendteil (25) mit weiteren Kühlkanälen (34) ausgestattet ist, welche die oben angeordneten Kühlkanäle (14) mit den unten angeordneten Kühlkanälen (14) verbinden.
Batterieeinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Gehäuseabschnitt (5) zur Zusammenführung und/oder Auftrennung der Kühlkanäle (14) wenigstens eine lokale Ausnehmung (6) wenigstens eines zwischen den Kühlkanälen (14) verlaufenden Steges (26) aufweist.
Batterieeinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die lokale Ausnehmung (6) und/oder die Verkürzung (16) des zwischen den Kühlkanälen (14) verlaufenden Steges (26) mittels wenigstens einer nachträglichen mechanischen Bearbeitung hergestellt ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokale Ausnehmung (6) und/oder die Verkürzung (16) des zwischen den Kühlkanälen (14) verlaufenden Steges (26) lokal an einem Ende oder an beiden Enden des Gehäusemittelteils (35) angeordnet ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäusemittelteil (35) wenigstens teilweise aus wenigstens einem extrudierten und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellten Profilbauteil (45) besteht oder wenigstens ein solches umfasst.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (14) wenigstens an einem Ende des Gehäusemittelteils (35) durch wenigstens ein Gehäusebauteil verschlossen sind und/oder an wenigstens einen Temperieranschluss (24) angeschlossen sind.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulgehäuseeinrichtung (3) wenigstens ein Gehäuseendteil (15, 25) umfasst, welches wenigstens einen Temperieranschluss (24) für wenigstens einen der Kühlkanäle (14) im Gehäusemittelteil (35) umfasst und/oder welches wenigstens einen weiteren Kühlkanal (34) mit wenigstens einer Umlenkung und/oder mit wenigstens einer Schnittstelle zum Gehäusemittelteil (35) umfasst.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Abdichtung des Gehäusemittelteils (35) zu wenigstens einem Gehäuseendteil (15, 25) und/oder zum Verschließen der Kühlkanäle (14) das Gehäusemittelteil (35) mit wenigstens einem der wenigstens zwei Gehäuseendteile (15, 25) verschraubt und/oder verschweißt und/oder verklebt und/oder verpresst ist und/oder wobei zwischen dem Gehäusemittelteil (35) und wenigstens einem der wenigstens zwei Gehäuseendteile (15, 25) wenigstens eine plastische oder elastische Dichtungseinrichtung (7) angeordnet ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (14) wenigstens abschnittsweise in einer oder in beiden Seitenwänden (351) des Gehäusemittelteils (35) verlaufen.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäusemittelteil (35) wenigstens teilweise aus wenigstens einem Leichtmetallwerkstoff gefertigt ist und wobei der Leichtmetallwerkstoff aus Aluminium und/oder aus Magnesium und/oder ihren jeweiligen Legierungen besteht.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der acht vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäusemittelteil (35) wenigstens teilweise aus wenigstens einem Faser-Kunststoff-Verbund mittels Flechten und/oder Pultrusion hergestellt ist und/oder wobei das Gehäusemittelteil (35) wenigstens teilweise aus wenigstens einem unverstärkten oder faserverstärkten Kunststoff mittels Extrusion hergestellt ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Temperiermedium Wasser und/oder ein Wasser-Glykol-Gemisch und/oder ein verdampfbares Kältemittel und/oder Öl vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug (100) mit einem wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrantrieb (103), umfassend eine Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Energieversorgung des Fahrantriebs (103).