DE102017128529A1

DE102017128529A1 - Kraftfahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102017128529A1
Application number: DE102017128529.6A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jens Bohlien; Reyk Bienert; Bernd Schäfer; Marcus Zacher
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-12-02
Also published as: US10741893B2; US20190173139A1; CN109873101B; CN109873101A; DE102017128529B4

Abstract

Kraftfahrzeugbatterie (10), nämlich Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse (11), das einen von einem Gehäuserahmen (13) und einem Gehäuseboden (14) abschnittsweise begrenzten Gehäuseinnenraum (20) aufweist, mit mehreren in dem Gehäuseinnenraum (20) angeordneten Batteriemodulen (12), mit mindestens einem im Bereich des Gehäusebodens (14) ausgebildeten ersten Kühlkanal (22) zum Kühlen der Batteriemodule (12) von einer ersten Seite. Der Gehäuseinnenraum (20) ist gegenüberliegend zum Gehäuseboden (14) von einer Gehäusedecke (15) oder von einem Gehäusedeckel begrenzt, wobei im Bereich der Gehäusedecke (15) oder des Gehäusedeckels mindestens ein zweiter Kühlkanal (23) zum Kühlen der Batteriemodule (12) von einer zweiten Seite ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie.
Aus der DE 10 2015 115 875 A1 ist eine als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ausgeführte Kraftfahrzeugbatterie bekannt. Die dort offenbarte Kraftfahrzeugbatterie umfasst ein Batteriegehäuse, das einen Gehäuseinnenraum definiert, der zumindest abschnittsweise von einem Gehäuserahmen und einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses begrenzt ist. In dem Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses der Kraftfahrzeugbatterie sind mehrere Batteriemodule positioniert. Die Kraftfahrzeugbatterie verfügt im Bereich des Gehäusebodens über mindestens einen Kühlkanal, um die Batteriemodule über den Gehäuseboden des Batteriegehäuses zu kühlen. Jedes Batteriemodul verfügt über mehrere Batteriezellen.
Aus der DE 10 2012 022 765 A1 ist eine Anordnung aus zwei Batteriemodulen einer Kraftfahrzeugbatterie bekannt, wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen aufweist. Die Batteriezellen jedes Batteriemoduls sind miteinander verpresst, wobei zwischen den übereinander angeordneten Batteriemodulen bzw. den Batteriezellen der übereinander angeordneten Batteriemodule eine Kühlplatte zum Kühlen der Batteriezellen vorgesehen ist.
Aus der DE 10 2013 021 597 A1 ist ein weiteres Batteriemodul einer Kraftfahrzeugbatterie, welches mehrere Batteriezellen aufweist, bekannt. Das dort offenbarte Batteriemodul verfügt über ein Wärmeabfuhrsystem, um von einem Gehäuse des Batteriemoduls, welches die mehreren Batteriezellen aufnimmt, Wärme abzuführen.
Aus der DE 10 2012 012 663 A1 ist ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen bekannt, welches als Batteriepaket bezeichnet wird. Die Batteriezellen sind in einem Gehäuse des Batteriemoduls aufgenommen. Das Gehäuse ist aus einem Trog und einem dem Trog abschließenden Deckel zusammengesetzt. Zwischen dem Trog und den Batteriezellen des Batteriemoduls ist ein Trennkörper angeordnet. Der Trennkörper und der Trog begrenzen einen Zwischenraum zur Führung eines Kühlmittels.
Aus der DE 10 2013 210 932 A1 ist ein weiteres Batteriegehäuse für ein Batteriemodul bekannt, welches mehrere Batteriezellen umfasst. Das Gehäuse des Batteriemoduls umfasst eine Wandung mit einem Kanal zur Aufnahme eines Temperiermittels, welches der Temperierung der Batteriezellen des Batteriemoduls dient.
Aus dem oben erwähnten Stand der Technik ist es demnach bekannt, entweder die Batteriemodule der Kraftfahrzeugbatterie über das Batteriegehäuse der Kraftfahrzeugbatterie zu kühlen, oder die Kühlung der Batteriezellen eines Batteriemoduls über ein Gehäuse des Batteriemoduls vorzunehmen. Die hier vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung von Batteriemodulen der Kraftfahrzeugbatterie über das Batteriegehäuse der Kraftfahrzeugbatterie und nicht die Kühlung von Batteriezellen der einzelnen Batteriemodule über das Gehäuse von einzelnen Batteriemodulen.
Aus dem oben zitierten Stand der Technik, der die Kühlung von Batteriemodulen über das Batteriegehäuse einer Kraftfahrzeugbatterie betrifft, ist es bekannt, die Batteriemodule vom Gehäuseboden aus zu kühlen. Damit kann im gewissen Umfang eine Kühlung der Batteriemodule gewährleistet werden, eine gleichmäßige Kühlung der Batteriemodule ist jedoch nicht möglich. Hierdurch wird die Lebensdauer der Batteriemodule beschränkt.
Es besteht Bedarf an einer Kraftfahrzeugbatterie mit verbesserter Kühlung der Batteriemodule. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Kraftfahrzeugbatterie zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugbatterie gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Gehäuseinnenraum gegenüberliegend zum Gehäuseboden von einer Gehäusedecke oder von einem Gehäusedeckel begrenzt, wobei im Bereich der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels mindestens ein zweiter Kühlkanal zum Kühlen der Batteriemodule von einer zweiten Seite ausgebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie sind die Batteriemodule derselben über den Gehäuseboden und die Gehäusedecke bzw. den Gehäusedeckel von zwei gegenüberliegenden Seiten aus kühlbar. Hiermit ist eine gleichmäßige Kühlung und damit Temperierung der Batteriemodule möglich, wodurch die Lebensdauer der Batteriemodule erhöht werden kann.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist jedes Batteriemodul sowohl mit dem Gehäuseboden als auch mit der Gehäusedecke oder dem Gehäusedeckel thermisch gekoppelt, um das jeweilige Batteriemodul beidseitig zu kühlen. Über die thermische Kopplung der Batteriemodule einerseits mit dem Gehäuseboden und andererseits mit der Gehäusedecke oder dem Gehäusedeckel ist eine besonders vorteilhafte, beidseitige Kühlung der Batteriemodule der Kraftfahrzeugbatterie möglich. Die Lebensdauer der Batteriemodule kann hierdurch weiter erhöht werden.
Vorzugsweise sind die Batteriemodule mit dem Gehäuseboden und der Gehäusedecke oder dem Gehäusedeckel über ein Wärmeleitmedium thermisch gekoppelt, welches zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäuseboden sowie der Gehäusedecke oder dem Gehäusedeckel angeordnet ist.
Das zwischen dem Gehäuseboden und den Batteriemodulen sowie zwischen dem Gehäusedeckel bzw. der Gehäusedecke und den Batteriemodulen angeordnete Wärmeleitmedium kann Toleranzen, Unebenheiten und dergleichen des Batteriegehäuses kompensieren und stets eine optimale thermische Kontaktierung der Batteriemodule mit dem Gehäuseboden und der Gehäusedecke bzw. dem Gehäusedeckel gewährleisten, um so die Lebensdauer der Batteriemodule weiter zu erhöhen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Gehäuseboden ein den Batteriemodulen zugewandtes Wandsegment und ein von den Batteriemodulen abgewandtes Wandsegment auf, zwischen welchen der oder jeder erste Kühlkanal ausgebildet ist. Die Batteriemodule sind mit dem den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment des Gehäusebodens thermisch gekoppelt.
Die Gehäusedecke oder der Gehäusedeckel weist ein den Batteriemodulen zugewandtes Wandsegment und ein von den Batteriemodulen abgewandtes Wandsegment auf, zwischen welchen der oder jeder zweite Kühlkanal ausgebildet ist. Die Batteriemodule sind mit dem den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels thermisch gekoppelt.
Das den Batteriemodulen zugewandte Wandsegment des Gehäusebodens und das von den Batteriemodulen abgewandte Wandsegment des Gehäusebodens sind in ersten Abschnitten, in welchen der oder jeder erste Kühlkanal ausgebildet, beabstandet und in zweiten Abschnitten, in welchen kein Kühlkanal ausgebildet ist, direkt oder indirekt über ein mittleres Wandsegment verbunden.
Das den Batteriemodulen zugewandte Wandsegment der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels und das von den Batteriemodulen abgewandte Wandsegment der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels sind in ersten Abschnitten, in welchen der oder jeder zweite Kühlkanal ausgebildet, beabstandet und in zweiten Abschnitten, in welchen kein Kühlkanal ausgebildet ist, direkt oder indirekt über ein mittleres Wandsegment verbunden.
Die Kühlkanäle sind von dem jeweiligen den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment und dem jeweiligen von den Batteriemodulen abgewandten Wandsegment oder von dem jeweiligen den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment und dem jeweiligen mittleren Wandsegment begrenzt.
Eine derartige Ausführung des Batteriegehäuses im Bereich des Gehäusebodens sowie der Gehäusedecke oder dem Gehäusedeckel ist besonders bevorzugt, um die Kühlkanäle auszubilden, die der beidseitigen Kühlung der Batteriemodule dienen. Die Kühlkanäle, die zwischen dem jeweiligen den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment und dem jeweiligen den Batteriemodulen abgewandten Wandsegment ausgebildet sind, sind zumindest von dem jeweiligen den Batteriemodulen zugewandten Wandsegment begrenzt und gegenüberliegend entweder von dem von den Batteriemodulen abgewandten Wandsegment oder einem zusätzlichen mittleren Wandsegment begrenzt. Dies erlaubt bei einfacher Bauform eine optimale beidseitige Kühlung der Batteriemodule zur Erhöhung der Lebensdauer derselben.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Gehäuserahmen äußere Längsträger und innere Längsträger sowie äußere Querträger und innere Querträger auf. Der Gehäuseboden ist mit den äußeren und inneren Längsträgern und den äußeren und inneren Querträgern des Gehäuserahmens verbunden.
Die Gehäusedecke oder der Gehäusedeckel ist mit den äußeren und inneren Längsträgern und den äußeren und inneren Querträgern des Gehäuserahmens verbunden.
Der Gehäuseboden und die Gehäusedecke oder der Gehäusedeckel sind in Randabschnitten angrenzend an die äußeren Querträgern und Längsträgern einschalig ausgebildet. Der Gehäuseboden und die Gehäusedecke oder der Gehäusedeckel sind in einem an den jeweiligen Randabschnitt angrenzenden Mittelabschnitt mehrschalig ausgebildet. Vorzugweise weisen der Gehäuseboden und die Gehäusedecke oder der Gehäusedeckel in den Randabschnitten, in welchen dieselben einschalig ausgebildet sind, Deformationssicken auf. Ein derartiges Batteriegehäuse gewährleistet nicht nur eine beidseitige Kühlung der Batteriemodule ausgehend vom Gehäuseboden sowie ausgehend von der Gehäusedecke bzw. dem Gehäusedeckel, sondern darüber hinaus auch eine optimale Versteifung der Kraftfahrzeugbatterie, um die Crash-Sicherheit der Kraftfahrzeugbatterie zu erhöhen. Über die Deformationssicken können im Crash-Fall auf die Kraftfahrzeugbatterie, nämlich auf das Batteriegehäuse, einwirkende Kräfte angebaut werden, um die Batteriemodule als solche vor einer Beschädigung zu schützen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Bereich des Gehäusebodens und der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels mäanderförmige Kühlkanäle und/oder Kühlkanäle im Gegenstromprinzip mit einem Vorlauf und einem gegenläufigen Rücklauf ausgebildet. Derartige Kühlkanäle erlauben eine optimale beidseitige Wärmeabfuhr von den Batteriemodulen und so eine gleichmäßige Kühlung derselben, wodurch die Lebensdauer der Batteriemodule weiter erhöht werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeugbatterie;
2 den Querschnitt A-A der 1;
3 den Querschnitt B-B der 1;
4 das Detail C der 3;
5 das Detail D der 3;
6 die Draufsicht der 1 mit einer Hervorhebung von Batteriemodulen; und
7 die Draufsicht der 1 mit einer Hervorhebung eines Gehäuserahmens.

Die Erfindung betrifft eine als Traktionsbatterie ausgebildete Kraftfahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs, wie sie in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen zur Anwendung kommt.
1, 6 und 7 zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbatterie 10. Eine solche Kraftfahrzeugbatterie 10 verfügt über ein Batteriegehäuse 11 sowie über mehrere im Batteriegehäuse 11 aufgenommene Batteriemodule 12.
In 6 sind in gestrichelter Linienführung vertikale Projektionsflächen der vom Batteriegehäuse 11 aufgenommenen Batteriemodule 12 gezeigt.
Jedes der Batteriemodule 12 verfügt über nicht-gezeigte Batteriezellen, die unter Ausbildung des jeweiligen Batteriemoduls 12 elektrisch kontaktiert sind.
Das Batteriegehäuse 11 verfügt über einen Gehäuserahmen 13, einen Gehäuseboden 14, eine Gehäusedecke 15 bzw. einen Gehäusedeckel 15. Der Gehäuserahmen 13 verfügt über äußere Längsstreben 16 sowie mindestens eine innere Längsstrebe 17. Ferner verfügt der Gehäuserahmen 13 über äußere Querstreben 18 sowie im gezeigten Ausführungsbeispiel über mehrere innere Querstreben 19. 7 zeigt in gestrichelter Linienführung vertikale Projektionsflächen der äußeren und inneren Längsstreben 16, 17 sowie der äußeren und inneren Querstreben 18, 19.
Der Gehäuserahmen 13 mit seinen Längsstreben 16, 17 und seinen Querstreben 18, 19 erstreckt sich zwischen dem Gehäuseboden 14 und der Gehäusedecke 15 bzw. dem Gehäusedeckel 15. Der Gehäuserahmen 13, der Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 definieren einen Innenraum 20 des Batteriegehäuses 11, in welchem die Batteriemodule 12 aufgenommen sind.
Unterhalb des Gehäusebodens 14 des Batteriegehäuses 13 erstreckt sich eine Schutzplatte 21, um die im Bereich eines Kraftfahrzeugunterbodens verbaute Kraftfahrzeugbatterie 10 vor Beschädigungen zu schützen, wobei die Schutzplatte 21 am Gehäuserahmen 13 des Batteriegehäuses 11 montiert ist.
Die Batteriemodule 12 der Kraftfahrzeugbatterie 10 sind einerseits im Bereich des Gehäusebodens 14 über mindestens einen im Bereich des Gehäusebodens 14 ausgebildeten ersten Kühlkanal 22 sowie andererseits im Bereich der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 über mindestens im Bereich der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 ausgebildeten zweiten Kühlkanal 23 kühlbar, um so die Batteriemodule 12 von zwei gegenüberliegenden Seiten aus zu kühlen und so gleichmäßig zu temperieren.
Jedes Batteriemodul 12 ist demnach einerseits von einer ersten, unteren Seite aus über den oder jeden Kühlkanal 22 des Gehäusebodens 14 und andererseits von einer gegenüberliegenden oberen, zweiten Seite aus über den oder jeden Kühlkanal 23 der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 kühlbar bzw. temperierbar.
Jedes Batteriemodul 15 ist hierzu sowohl mit dem Gehäuseboden 14 als auch mit der Gehäusedecke 15 bzw. dem Gehäusedeckel 15 thermisch gekoppelt, im gezeigten Ausführungsbeispiel über ein zwischen dem jeweiligen Batteriemodul 12 und dem Gehäuseboden 14 sowie über ein zwischen dem jeweiligen Batteriemodul 12 und dem Gehäusedeckel 15 bzw. der Gehäusedecke 15 positionierten Wärmeleitmedium 24. Über das Wärmeleitmedium 24 bzw. die Wärmeleitsubstanz können Toleranzen und Unebenheiten in der Struktur des Batteriegehäuses 11 ausgeglichen werden, sodass stets eine optimale thermische Kontaktierung der Batteriemodule 12 nach unten mit dem Gehäuseboden 14 und nach oben mit der Gehäusedecke 15 bzw. dem Gehäusedeckel 15 gewährleistet ist.
Der Gehäuseboden 14 verfügt über ein den Batteriemodulen 12 zugewandtes Wandsegment 14a und über ein von den Batteriemodulen 12 abgewandtes Wandsegment 14b. Zwischen diesen Wandsegmenten 14a, 14b des Gehäusebodens 14 sind der oder jede erste Kühlkanal 22 ausgebildet. Die Batteriemodule 12 sind mit dem den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegment 14a des Gehäusebodens 14 thermisch gekoppelt, insbesondere über das zwischen dem den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegment 14a und den Batteriemodulen 12 positionierten Wärmeleitmedium 24.
Die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 verfügt ebenso wie der Gehäuseboden 14 über ein den Batteriemodulen 12 zugewandtes Wandsegment 15a sowie über ein von den Batteriemodulen 12 abgewandtes Wandsegment 15b. Zwischen diesen Wandsegmenten 15a, 15b der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 ist der oder jeder zweite Kühlkanal 23 ausgebildet. Die Batteriemodule 12 stehen mit dem den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegment 15a der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 in Kontakt, insbesondere über das zwischen den Batteriemodulen 12 und dem den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegment 15a positionierten Wärmeleitmedium 24.
Wie am besten 4 und 5 entnommen werden kann, sind das den Batteriemodulen 12 zugewandte Wandsegment 14a und das von den Batteriemodulen 12 abgewandte Wandsegment 14b des Gehäusebodens 14 in ersten Abschnitten 25 voneinander beabstandet, wohingegen in zweiten Abschnitten 26 diese Wandsegmente 14a, 14b im gezeigten Ausführungsbeispiel direkt miteinander verbunden sind. Ebenso sind im Bereich der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 das den Batteriemodulen 12 zugewandte Wandsegment 15a und das von den Batteriemodulen 12 abgewandte Wandsegment 15b in ersten Abschnitten 27 voneinander beabstandet und in zweiten Abschnitten 28 im gezeigten Ausführungsbeispiel direkt miteinander verbunden.
Die Kühlkanäle 22, 23 sind dann im Bereich der ersten Abschnitte 25, 27 von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sin die Kühlkanäle 22, 23 im Bereich der ersten Abschnitte 25, 27 von den voneinander beabstandeten Wandsegmenten 14a, 14b bzw. 15a, 15b begrenzt.
Es ist möglich, dass im Unterschied zum geziegten Ausführungsbeispiel zwischen dem jeweiligen Wandsegment 14a bzw. 15a, welches den Batteriemodulen 12 zugewandt ist, und dem jeweiligen von den Batteriemodulen 12 abgewandten Wandsegment 14b bzw. 15b im Bereich des Gehäusebodens 14 und/oder im Bereich der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 ein mittleres Wandsegment angeordnet ist, über welches dann im Bereich der zweiten Abschnitte 26, 28 von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 die Wandsegmente 14a, 14b bzw. 15a, 15b derselben mittelbar miteinander verbunden sind. In diesem Fall sind dann die Kühlkanäle 22, 23 durch die den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegmente 14a, 15b sowie die nicht gezeigten mittleren Wandsegmente begrenzt.
Die Verbindung der Wandsegmente 14a, 14b bzw. 15a, 15b von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 kann stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig, zum Beispiel durch Schweißen, insbesondere Kaltpressschweißen, Löten, Kleben oder dergleichen erfolgen. Die Wandsegmente 14a, 14b sowie 15a, 15b von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 bestehen dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel einem Stahlblech oder Aluminiumblech. Auch die Längsträger 16, 17 sowie Querträger 18, 19 des Gehäuserahmens 13 sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, wie zum Beispiel als Strangpressprofile aus Stahl oder Aluminium. Die Verbindung des Gehäusebodens 14 mit dem Gehäuserahmen 13 sowie der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 mit dem Gehäuserahmen 13 kann wiederum stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen, insbesondere wiederum über Schweißen, insbesondere Kaltpressschweißen, Löten, Kleben oder dergleichen.
Wie bereits ausgeführt, umfasst der Gehäuserahmen 13 die äußeren Längsträger 16, die äußeren Querträger 18, mindestens einen inneren Längsträger 17 sowie die inneren Querträger 19. Der Gehäuseboden 14 sowie der Gehäusedeckel 15 bzw. die Gehäusedecke 15 umfassen die den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegmente 14a, 15a sowie die von den Batteriemodulen 12 abgewandten Wandsegmente 14b, 15b.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 in einem vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt derselben, der an die äußeren Querträger 18 und die äußeren Längsträger 16 angrenzt, lediglich einschalig ausgeführt sind, wobei in 2 ein Ausschnitt eins derartiger Randabschnitts 29 gezeigt ist.
Innen angrenzend an einen solchen einschaligen Randabschnitt 29 in einem Mittelabschnitt 30 sind Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 oder Gehäusedeckel 15 mehrschalig ausgebildet.
Im mehrschaligen Mittelabschnitt 30 sind sowohl die den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegmente 14a, 15a sowie die von den Batteriemodulen 12 abgewandten Wandsegmente 14b, 15b vorhanden, gegebenfalls zusätzlich ein mittleres Wandsegment, welches nicht gezeigt ist.
Im einschaligen Randabschnitt 29 hingegen ist lediglich eines dieser Wandsegmente vorhanden, im gezeigten Ausführungsbeispiel das den Batteriemodulen 12 zugewandte Wandsegment 14a, 15a, welches ausgehend vom mehrschaligen Mittelabschnitt 30 in den einschaligen Randbereich 29 hinein verlängert ist.
Dort, wo der Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 mehrschalig ausgebildet sind, sind die bereits erwähnten Kühlkanäle 22, 23 ausgebildet. Die Kühlkanäle 22, 23 sind dabei dort ausgebildet, wo in der vertikalen Projektion der Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 die Batteriemodul 12 überdecken.
Zur Ausbildung dieser Kühlkanäle 22, 23 sind dabei in den ersten Abschnitten 25, 27 die den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegmente 14a, 15a und die von den Batteriemodulen abgewandten Wandsegmente 14b, 15b von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 unter Ausbildung von Zwischenräumen oder Hohlräumen beabstandet. Die Kühlkanäle 22, 23 sind darüber hinaus in diesen Bereichen, in welchen der Gehäuseboden 14 und der Gehäusedeckel 15 bzw. die Gehäusedecke 15 die Batteriemodule 12 in vertikaler Projektion überdecken, über die zweiten Abschnitte 26, 28 voneinander getrennt bzw. beabstandet. Dort, wo in der vertikalen Projektion der Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 die inneren Querstreben 19 sowie die innere Längsstrebe 17 überdecken, sind ausschließlich die zweiten Abschnitte 26, 28 des mehrschaligen Gehäusebodens 14 bzw. der mehrschaligen Gehäusedecke 15 bzw. des mehrschaligen Gehäusedeckels 15 ausgebildet, also keine Kühlkanäle, wodurch dann eine optimale Anbindung von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 an den inneren Längsträger 17 bzw. die inneren Querträger 19 gewährleistet ist.
Der Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 ist in dem jeweiligen Randabschnitt 29, in welchen der Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 an den äußeren Längsträgern 16 und den äußeren Querträgern 18 angreift, einschalig ausgeführt.
In diesem Randabschnitt 29 sind der Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 umlaufen mit dem Gehäuserahmen 13 verbunden, nämlich mit den äußeren Längsträgern 16 und äußeren Querträgern 18.
Der Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. der Gehäusedeckel 15 sind mit dem Gehäuserahmen 13 weiterhin im Bereich der inneren Träger 17, 19 verbunden. Dies erlaubt eine optimale Versteifung der Kraftfahrzeugbatterie und auch eine optimale Kühlung der Batteriemodule 12, da das Eindringen von Luft zwischen die Batteriemodule 12 und den Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. den Gehäusedeckel 15 verhindert und eine optimale thermische Kopplung der Batteriemodule 12 an den Gehäuseboden 14 sowie die Gehäusedecke 15 bzw. den Gehäusedeckel 15 ermöglicht wird.
In diesen Verbindungbereichen, die wie bereits erwähnt stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/ kraftschlüssig ausgeführt sein können, kann zusätzlich eine Abdichtung vorgesehen sein. Ein Dichtelement ist dabei vorzugsweise zwischen dem jeweiligen den Batteriemodulen 12 zugewandten Wandsegment 14a, 15a von Gehäuseboden 14 bzw. Gehäusedecke 15 und dem jeweiligen Träger 16, 17, 18, 19 des Gehäuserahmens 13 angeordnet.
In dem Randabschnitt 29 sind vorzugsweise Deformationssicken 31 ausgebildet. Durch die Deformationssicken 31 können im Crash-Fall auf das Batteriegehäuse 11 einwirkende Kräfte durch eine gezielte Deformation im Bereich der Deformationssicken 31 abgebaut werden, um eine Beschädigung der Batteriemodule 12 zu vermeiden.
In dem jeweiligen Randabschnitt 29, in welchem Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 vorzugsweise einschalig ausgeführt sind, und welchen keine Kühlung der Batteriemodule 12 erforderlich ist, können Kräfte im Crash-Fall aufgefangen werden.
Im Mittelabschnitt 30 hingegen, in welchem die Batteriemodule 12 gekühlt werden müssen, und in welchem eine höhere Steifigkeitsanforderung gegeben ist, besteht keine Gefahr einer Beschädigung der Kühlkanäle 22, 23 und der Batteriemodule 12.
Wie am besten 1, 6 und 7 entnommen werden kann, die jeweils eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeugbatterie 10 und demnach auf Gehäusedeckel 15 bzw. die Gehäusedecke 15 zeigen, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Gehäusedecke 15 bzw. des Gehäusedeckels 15 zwei mäanderförmige Kühlkanäle 23 ausgeführt, die jeweils im Gegenstrom-Prinzip ausgeführt sind, und zwar mit einem Vorlauf 23a und einem gegenläufigen Rücklauf 23b.
Dabei sind ein Zulaufanschluss 32 für den Vorlauf 23a des jeweiligen Kühlkanals 23 und ein Ablaufanschluss 33 für den Rücklauf 23b des jeweiligen Kühlkanals 23 an einer gemeinsamen Querseite des Batteriegehäuses 11 der Kraftfahrzeugbatterie 10 ausgebildet.
Der jeweilige Kühlkanal 23 erstreckt sich ausgehend von dieser Querseite, an welcher der Zulaufanschluss 32 und der Ablaufanschluss 33 ausgebildet sind, in Längsrichtung der Kraftfahrzeugbatterie 10 in Richtung auf die gegenüberliegende Querseite derselben.
Zulaufanschluss 32 und der Ablaufanschluss 33 können an dem den Batteriemodulen 12 zugewandtes Wandsegment 14a, 15a oder an dem den Batteriemodulen 12 abgewandtes Wandsegment 14b, 15b von Gehäuseboden 14 und Gehäusedecke 15 bzw. Gehäusedeckel 15 ausgebildet sein.
Der jeweilige Kühlkanal 23 erstreckt sich über mehrere in Längsrichtung hintereinander angeordneten Batteriemodule 12 unter Ausbildung der mäanderförmigen Verschachtelung von Vorlauf 23a und Rücklauf 23b.
Der Vorlauf 23a erstreckt sich dabei, bezogen auf den inneren Längsträger 17, innen in einem inneren Bereich der Kraftfahrzeugbatterie. Der jeweilige Rücklauf 23b erstreckt sich außen. Im inneren Bereich, in welchen die Batteriemodule 12 die höchste Temperatur aufweisen, verläuft demnach der Vorlauf 23a. Der Rücklauf 23b erstreckt sich außen über kältere Abschnitte der Batteriemodule 12. Hierdurch kann Wärme von den Batteriemodule 12 homogen bei geringerer Temperaturspreizung in den Batteriemodulen 12 abgeführt werden.
Die in 1, 6 und 7 für die Gehäusedecke 15 bzw. den Gehäusedeckel 15 gezeigte Konturierung der Kühlkanäle 23 ist auch im Bereich des Gehäusebodens 14 vorhanden. Hierdurch ist eine optimale beidseitige Kühlung der Batteriemodule 12 möglich.
Der Zulaufanschluss 32 und der Ablaufanschluss 33 des jeweiligen Kühlkanals 23 erstrecken sich jeweils vorzugsweise senkrecht zur Gehäusedecke 15 bzw. zum Gehäusedeckel 15, wobei entsprechende Anschlüsse auch im Bereich des Gehäusebodens 14 vorhanden sind.
Die Erfindung erlaubt eine optimale Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie 10, die als Traktionsbatterie ausgebildet ist, nämlich eine beidseitige und gleichzeitige Kühlung mehrerer Batteriemodule 12 der Kraftfahrzeugbatterie 10 über den Gehäuseboden 14 und die Gehäusedecke 15 bzw. den Gehäusedeckel 15 des Batteriegehäuses 11. Hierdurch kann die Lebensdauer der Batteriemodule 12 erhöht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann darüber hinaus die Crash-Sicherheit für die Kraftfahrzeugbatterie 10 erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015115875 A1 [0002]
DE 102012022765 A1 [0003]
DE 102013021597 A1 [0004]
DE 102012012663 A1 [0005]
DE 102013210932 A1 [0006]

Claims

Kraftfahrzeugbatterie (10), nämlich Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse (11), das einen von einem Gehäuserahmen (13) und einem Gehäuseboden (14) abschnittsweise begrenzten Gehäuseinnenraum (20) aufweist, mit mehreren in dem Gehäuseinnenraum (20) angeordneten Batteriemodulen (12), mit mindestens einem im Bereich des Gehäusebodens (14) ausgebildeten ersten Kühlkanal (22) zum Kühlen der Batteriemodule (12) von einer ersten Seite, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseinnenraum (20) gegenüberliegend zum Gehäuseboden (14) von einer Gehäusedecke (15) oder von einem Gehäusedeckel begrenzt ist, im Bereich der Gehäusedecke (15) oder des Gehäusedeckels mindestens ein zweiter Kühlkanal (23) zum Kühlen der Batteriemodule (12) von einer zweiten Seite ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (12) sowohl mit dem Gehäuseboden (14) als auch mit der Gehäusedecke (15) oder dem Gehäusedeckel thermisch gekoppelt ist, um das jeweilige Batteriemodul (12) beidseitig zu kühlen.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (14) ein den Batteriemodulen (12) zugewandtes Wandsegment (14a) und ein von den Batteriemodulen (14) abgewandtes Wandsegment (14b) aufweist, zwischen welchen der oder jeder erste Kühlkanal (22) ausgebildet ist, die Batteriemodule (12) mit dem den Batteriemodulen (12) zugewandten Wandsegment (14a) des Gehäusebodens (14) thermisch gekoppelt sind, die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel ein den Batteriemodulen (12) zugewandtes Wandsegment (15a) und ein von den Batteriemodulen (12) abgewandtes Wandsegment (15b) aufweist, zwischen welchen der oder jeder zweite Kühlkanal (23) ausgebildet ist, die Batteriemodule (12) mit dem den Batteriemodulen (12) zugewandten Wandsegment (15a) der Gehäusedecke (15) oder des Gehäusedeckels thermisch gekoppelt sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (14a) und das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (14b) des Gehäusebodens (14) in ersten Abschnitten (25), in welchen der oder jeder erste Kühlkanal (22) ausgebildet ist, beabstandet und in zweiten Abschnitten (26), in welchen kein Kühlkanal ausgebildet ist, direkt oder indirekt über ein mittleres Wandsegment verbunden sind, das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (15a) und das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (15b) der Gehäusedecke (15) oder des Gehäusedeckels in ersten Abschnitten (27), in welchen der oder jeder zweite Kühlkanal (23) ausgebildet ist, beabstandet und in zweiten Abschnitten (28), in welchen kein Kühlkanal ausgebildet ist, direkt oder indirekt über ein mittleres Wandsegment verbunden sind, die Kühlkanäle (22, 23) von dem jeweiligen den Batteriemodulen (12) zugewandten Wandsegment (14a, 15a) und dem jeweiligen von den Batteriemodulen (12) abgewandten Wandsegment (14b, 15b) oder von dem jeweiligen den Batteriemodulen (12) zugewandten Wandsegment (14a, 15a) und dem jeweiligen mittleren Wandsegment begrenzt sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (12) mit dem Gehäuseboden (14) und der Gehäusedecke (15) oder dem Gehäusedeckel über ein Wärmeleitmedium (24) thermisch gekoppelt sind, welches zwischen den Batteriemodulen (12) und dem Gehäuseboden (14) sowie der Gehäusedecke (15) oder dem Gehäusedeckel angeordnet ist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (13) äußere Längsträger (16) und mindestens einen inneren Längsträger (17) sowie äußere Querträger (18) und innere Querträger (19) aufweist, der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel jeweils mit den äußeren und inneren Längsträgern (16, 17) und den äußeren und inneren Querträgern (18, 19) des Gehäuserahmens (13) verbunden sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel in einem Randabschnitt (19) angrenzend an die äußeren Querträger (18) und Längsträger (16) einschalig ausgebildet sind, der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel in einem an den Randabschnitt (19) angrenzenden Mittelabschnitt (30) mehrschalig ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel in dem einschaligen Randabschnitt (19) ausschließlich das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (14a, 15a) oder das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (14b, 14c) oder ein mittleres Wandsegment aufweisen, der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel in dem mehrschaligen Mittelabschnitt (30) sowohl das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (14a, 15a) und das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (14b, 15b) und gegebenenfalls das mittleres Wandsegment aufweisen.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Abschnitte (25, 27) des mehrschaligen Mittelabschnitts (30) von Gehäuseboden (14) und Gehäusedecke (15) oder Gehäusedeckel, in welchen das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (14a, 15a) und das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (14b, 15b) von Gehäuseboden (14) und Gehäusedecke (15) oder Gehäusedeckel beabstandet und in welchen die Kühlkanäle (22, 23) ausgebildet sind, in der vertikalen Projektion der Batteriemodule (12) ausgebildet oder positioniert sind, die zweiten Abschnitte (26, 28) des mehrschaligen Mittelabschnitts (30) von Gehäuseboden (14) und Gehäusedecke (15) oder Gehäusedeckel, in welchen das den Batteriemodulen (12) zugewandte Wandsegment (14a, 15a) und das von den Batteriemodulen (12) abgewandte Wandsegment (14b, 15b) von Gehäuseboden (14) und Gehäusedecke (15) oder Gehäusedeckel direkt oder indirekt verbunden sind und in welchen keine Kühlkanäle (22, 23) ausgebildet sind, in der vertikalen Projektion der inneren Querträger (19) und Längsträger (17) und zwischen den ersten Abschnitten (25, 27) ausgebildet oder positioniert sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (14) und die Gehäusedecke (15) oder der Gehäusedeckel in dem einschaligen Randabschnitt (19), in welchen dieselben einschalig ausgebildet sind, Deformationssicken (31) aufweisen.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (22, 23) mäanderförmig ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (22, 23) im Gegenstromprinzip mit einem Vorlauf (22a, 23a) und einem gegenläufigen Rücklauf (22b, 23b) ausgebildet sind.