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Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Batteriemodul, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist. Das wenigstens eine Batteriemodul ist in einem Batteriegehäuse der Batterie angeordnet. Des Weiteren ist eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriezellen mittels eines Kühlmediums vorgesehen. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
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Derzeit werden Batteriegehäuse für Batterien, wie sie als elektrische Energiespeicher etwa in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, meist aus einem Stück gefertigt und zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs angeordnet. Als Kühleinrichtung können hierbei Strangpressprofile vorgesehen sein, durch welche eine Kühlflüssigkeit strömt. Derartige Strangpressprofile sind dann mit jeweiligen Batteriemodulen der Batterie verklebt und gegen das Batteriemodul gepresst.
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So beschreibt die
DE 10 2014 218 137 A1 ein Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein zu kühlendes Energiespeichermodul mehrere Speicherzellen aufweist. Ein Kühlelement in Form von mehreren Flachrohren wird mittels einer Federplatte von unten gegen eine zu kühlende Modulseite gedrückt.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass das Vorsehen eines derartigen Kühlelements in Hochrichtung der Batterie vergleichsweise viel Bauraum beansprucht. Dadurch sind Konzepte kaum umzusetzen, bei welchen mehrere Batteriemodule in Stockwerken oder Ebenen in Hochrichtung der Batterie übereinander angeordnet werden sollen. Zudem würde das Anordnen mehrerer Batteriemodule mit jeweiligen Kühlelementen oder Kühleinrichtungen in übereinander angeordneten Stockwerken die Kosten für die Batterie stark erhöhen. Denn für einen Kühlmittelzulauf und für einen Kühlmittelablauf müssten jeweilige Querprofile vorgesehen werden. Dies vergrößert auch den Bauraumbedarf der Batterie senkrecht zur Hochrichtung, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung. Denn zum Anbringen derartiger Sammelleitungen an den Seiten der übereinander gestapelten Batteriemodule müssten zudem vergleichsweise viel Bauraum beanspruchende Halterungen oder Träger vorgesehen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Kühleinrichtung besonders wenig Bauraum beansprucht, und ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Batterie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens ein Batteriemodul, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist. Das wenigstens eine Batteriemodul ist in einem Batteriegehäuse der Batterie angeordnet. Zum Kühlen der Batteriezellen mittels eines Kühlmediums weist die Batterie eine Kühleinrichtung auf. Die Kühleinrichtung umfasst wenigstens eine Wand des Batteriegehäuses, an welcher das wenigstens eine Batteriemodul anliegt. Die wenigstens eine Wand ist zumindest bereichsweise aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff gebildet. Der wärmeleitfähige Kunststoff begrenzt zumindest einen in der wenigstens einen Wand des Batteriegehäuses ausgebildeten Kanal für das Kühlmedium. Ein Wärmeübergang erfolgt also aus dem wenigstens einen zu kühlenden Batteriemodul über den wärmeleitfähigen Kunststoff in das Kühlmedium, insbesondere in eine Kühlflüssigkeit. Da der zumindest eine Kanal für das Kühlmedium in der wenigstens einen Wand ausgebildet ist, beansprucht die Kühleinrichtung hierbei besonders wenig Bauraum.
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Dies bringt Vorteile hinsichtlich des Packages, also der Unterbringung der Batterie in dem Kraftfahrzeug mit sich. Insbesondere kann durch die geringere Größe des von der Batterie beanspruchten Bauraums in dem Kraftfahrzeug mehr Platz für eine Deformation bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können entsprechende Deformationselemente in dem nun nicht mehr von der Batterie beanspruchten Bauraum untergebracht werden. Dies verbessert die Crashperformance des Kraftfahrzeugs.
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Zudem geht das Integrieren der Kühleinrichtung in die wenigstens eine Wand des Batteriegehäuses mit Kosteneinsparungen einher. Denn es braucht keine separate, aufwändige Kühleinrichtung vorgesehen zu werden, und der Aufwand zum Anpressen einer solchen Kühleinrichtung an das Batteriemodul entfällt. Da keine zusätzliche Verrohrung benötigt wird, werden auch der damit einhergehende Bauraumbedarf und die damit einhergehenden Kosten vermieden.
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Des Weiteren kann durch das Vorsehen des zumindest einen Kanals in der wenigstens einen Wand des Batteriegehäuses die zu erzielende Wärmeabfuhr frei gewählt werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Wand des Batteriegehäuses zumindest bereichsweise als Spritzgussteil ausgebildet ist. Es kann so insbesondere eine besonders große Kühlleistung bei zugleich besonders geringem Kühlmitteldurchfluss beziehungsweise Kühlmedienstrom erreicht werden.
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Das Ausbilden des zumindest einen Kanals in der wenigstens einen Wand des Batteriegehäuses ermöglicht darüber hinaus die Bereitstellung komplexer dreidimensionaler Kühlerstrukturen und die Erzeugung kleiner, lokaler Kreisläufe des Kühlmediums am Ort der Entstehung der Wärme. Zudem kann durch das Ausbilden des zumindest einen Kanals in der wenigstens einen Wand des Batteriegehäuses sichergestellt werden, dass kein Kühlmedium in das Batteriemodul gelangt. Dies gilt auch im Falle einer Leckage des zumindest einen Kanals. Denn die durch die Wand bereitgestellte Kühlebene der Batterie liegt außerhalb einer Ebene der Batterie, in welcher sich das wenigstens eine Batteriemodul befindet. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass es infolge der Verwendung eines leitfähigen Kühlmediums, etwa einer leitfähige Bestandteile enthaltenden Kühlflüssigkeit, zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Batteriemoduls etwa in Form eines Kurzschlusses oder dergleichen kommt.
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Die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs ist bevorzugt größer als 0,8 W/mK, insbesondere größer als 1 W/mK. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Kunststoff mit wärmeleitfähigen Partikeln versehen wird, welche etwa aus Graphit, einer Aluminiumlegierung und/oder dergleichen gut Wärme leitenden Materialien gebildet sind.
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Die wenigstens eine Wand kann als Boden des Batteriegehäuses ausgebildet sein. So lässt sich einerseits aufgrund des Gewichts des Batteriemoduls eine gute, der Wärmeübertragung förderliche Anlage des Batteriemoduls an der Wand erreichen. Dies gilt insbesondere, wenn das Batteriemodul mittels Spannelementen wie etwa Schrauben an den Boden angepresst ist.
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Alternativ, bevorzugt jedoch zusätzlich ist die wenigstens eine Wand als Zwischenboden des Batteriegehäuses ausgebildet. Der Zwischenboden ist zwischen einem ersten Batteriemodul und einem in eine Hochrichtung der Batterie oberhalb des ersten Batteriemoduls angeordneten zweiten Batteriemodul angeordnet. Insbesondere bei einer derartigen Batterie, bei welcher die Batteriemodule in übereinandergestapelten Ebenen beziehungsweise Stockwerken angeordnet sind, ist das Integrieren der Kühleinrichtung in den Boden beziehungsweise Zwischenboden besonders vorteilhaft. Denn so reduziert sich die Größe der Batterie in die Hochrichtung. Bei in dem Kraftfahrzeug angeordneter Batterie kann die Hochrichtung der Batterie insbesondere mit der Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) zusammenfallen. Eine Reduzierung der Höhe der Batterie in z-Richtung schafft Vorteile hinsichtlich des Packages und der Crashperformance.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Sammelkanal, über welchen das Kühlmedium in den wenigstens einen in dem Boden ausgebildeten Kanal und in den wenigstens einen in dem Zwischenboden ausgebildeten Kanal einbringbar ist, in einer Seitenwand des Batteriegehäuses ausgebildet. Durch eine derartige Integration von als Steigleitungen dienenden Sammelkanälen in das Batteriegehäuse lassen sich besonders geringe Abmessungen der Batterie senkrecht zu der Hochrichtung erreichen, bei Anordnung der Batterie in dem Kraftfahrzeug beispielsweise in die Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung). Auch diese kompakte Ausbildung der Batterie ist im Hinblick auf das Einsparen von Bauraum und das Bereitstellen von Bauraum für eine Deformation beziehungsweise für Deformationselemente vorteilhaft. Auch durch diese Ausgestaltung lässt sich somit die Crashperformance verbessern. Des Weiteren kann auf separate Verrohrungen zum Bereitstellen des wenigstens einen Sammelkanals verzichtet werden. Dies geht mit einer Kostenersparnis einher.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine Sammelkanal durch Zusammenstecken von Gehäuseteilen des Batteriegehäuses gebildet. Dadurch ergibt sich eine einfache Montage beim Herstellen des Batteriegehäuses mittels einer solchen Steckverbindung. Auch dies geht mit Kostenvorteilen einher.
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Insbesondere kann ein Sammelkanalabschnitt eines ersten Gehäuseteils in einen Sammelkanalabschnitt eines zweiten Gehäuseteils eingeführt sein. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach die Dichtigkeit des Sammelkanals beim Zusammenstecken der Gehäuseteile sicherstellen.
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Der zumindest eine Kanal kann als umfangsseitig geschlossener Kanal in dem wärmeleitfähigen Kunststoff bei der Herstellung der wenigstens einen Wand bereitgestellt werden. Besonders einfach, insbesondere in einem Spritzgießprozess, lässt sich der zumindest eine Kanal jedoch bereitstellen, wenn dieser eine in dem wärmeleitfähigen Kunststoff ausgebildete Vertiefung umfasst. Der wärmeleitfähige Kunststoff bildet dann bereits einen Teilbereich, insbesondere einen wesentlichen Bestandteil, des Kanals für das Kühlmedium. Der zumindest eine Kanal kann hierbei direkt auf der dem Batteriemodul abgewandten Seite des wärmeleitfähigen Kunststoffs in den Kunststoff eingebracht beziehungsweise abgeformt sein.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Vertiefung auf einer dem Batteriemodul abgewandten Seite des wärmeleitfähigen Kunststoffs mittels eines Abdeckelements verschlossen. Beispielsweise kann als ein solches Abdeckelement eine Folie verwendet werden, welche stoffschlüssig, etwa durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, mit dem wärmeleitfähigen Kunststoff verbunden sein kann. Dadurch, dass diese Folie beziehungsweise dieses Abdeckelement auf der dem Batteriemodul abgewandten Seite des wärmeleitfähigen Kunststoffs angeordnet ist, befindet sich die durch das Abdeckelement verschlossene Seite des zumindest einen Kanals nicht im Bereich des Batteriemoduls beziehungsweise in der Modulebene. Dadurch ist erreichbar, dass selbst bei einer Beschädigung des Abdeckelements kein Kühlmedium in das Batteriemodul eindringen kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann der zumindest eine Kanal eine Vertiefung umfassen, welche auf einer dem Batteriemodul abgewandten Seite des wärmeleitfähigen Kunststoffs in einer weiteren Lage der wenigstens einen Wand ausgebildet ist. Hierbei deckt der wärmeleitfähige Kunststoff die weitere Lage ab. Dies erlaubt es, bei einem besonders einfachen Aufbau der durch den wärmeleitfähigen Kunststoff gebildeten Lage der wenigstens einen Wand die Kühleinrichtung in einfacher und aufwandsarmer Weise bereitzustellen.
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Die weitere Lage kann aus einem Metall gebildet sein, damit die wenigstens eine Wand den Strukturanforderungen insbesondere im Hinblick auf mechanische Eigenschaften des Batteriegehäuses gerecht wird.
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Besonders einfach lässt sich jedoch der zumindest eine Kanal bereitstellen, wenn die weitere Lage aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist. Vorzugsweise weist das Kunststoffmaterial eine größere Festigkeit und/oder Steifigkeit auf als der wärmeleitfähige Kunststoff. Hierfür kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial als faserverstärkter Kunststoff ausgebildet ist.
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Auf diese Weise lassen sich besonders einfach die strukturellen Anforderungen wie etwa die Aufnahme der Batteriemodule, die Übertragung von Lasten im Falle von Beschleunigungen, bei einem Aufprall oder Crash, Vibrationen oder dergleichen Krafteinleitungen besonders einfach erfüllen. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften wie etwa die Festigkeit, die Steifigkeit und Zähigkeit ist das, insbesondere faserverstärkte, Kunststoffmaterial somit belastbarer als der wärmeleitfähige Kunststoff. Zudem lässt sich das Kunststoffmaterial, welches den strukturellen Anforderungen an die Batterie in verbesserter Weise genügt, besonders kostengünstig und somit wirtschaftlich bereitstellen. Insbesondere ist dieses Kunststoffmaterial kostengünstiger als der wärmeleitfähige Kunststoff.
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Vorzugsweise ist ein Bereich, in welchem die wenigstens eine Wand den wärmeleitfähigen Kunststoff aufweist, kleiner als eine Fläche, mit welcher das wenigstens eine Batteriemodul an der Wand anliegt. Dies ermöglicht es insbesondere, in an diesen Bereich angrenzenden Bereichen der wenigstens einen Wand die Wand aus dem im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften stärker belastbaren Kunststoffmaterial auszubilden. So kann einerseits eine effiziente Wärmeabfuhr von dem wenigstens einen Batteriemodul erreicht werden. Zugleich kann sichergestellt werden, dass die wenigstens eine Wand den, insbesondere bei der Verwendung der Batterie in dem Kraftfahrzeug, auftretenden Belastungen problemlos standhält.
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Um in der wenigstens einen Wand den Bereich mit dem wenigstens einen wärmeleitfähigen Kunststoff bereitzustellen und die übrigen Bereiche der wenigstens einen Wand aus dem mechanisch stärker belastbaren Kunststoffmaterial auszubilden, kann insbesondere ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren zum Einsatz kommen. Insbesondere durch Bi-Injektion lässt sich eine besonders große Festigkeit erreichen. Es kann jedoch auch in eine Spritzgießform ein Einlegeteil eingelegt und umspritzt werden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Zulauf zu und ein Ablauf von dem wenigstens einen Kanal einstückig mit dem Batteriegehäuse ausgebildet ist. Es können also Anschlüsse für die Zufuhr und Abfuhr des Kühlmediums direkt in die Wand, insbesondere direkt in den Boden beziehungsweise Zwischenboden integriert werden. Auch dies trägt dazu bei, dass zusätzliche Verrohrungen entfallen und zusätzlicher Bauraum gewonnen wird.
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In Abhängigkeit von Bauteilabmessungen und auszugleichenden Toleranzen kann des Weiteren eine wärmeleitfähige Folie oder Matte zwischen der wenigstens einen Wand, insbesondere zwischen dem Boden beziehungsweise Zwischenboden, und einer Wand des Batteriemoduls angeordnet sein. Eine derartige Folie oder Matte kann dem Toleranzausgleich dienen und schafft zugleich eine besonders gleichmäßige Kontaktfläche, mit welcher das Batteriemodul an der wenigstens einen Wand des Batteriegehäuses anliegt. Auf eine zusätzliche Kühlplatte oder einen Wärmetauscher kann jedoch verzichtet werden.
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Die Batteriezellen können insbesondere als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein, welche ein jeweiliges Zellgehäuse aufweisen. Über aus dem jeweiligen Zellgehäuse herausgeführte elektrische Anschlüsse oder Pole sind die Batteriezellen in dem jeweiligen Batteriemodul elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Vorzugsweise ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgebildet, welche eine Mehrzahl der Batteriemodule aufweist. Eine solche Hochvoltbatterie, welche eine Nennspannung von mehr als 60 Volt, beispielsweise eine Nennspannung von etwa 300 Volt bis etwa 600 Volt bereitstellt, lässt sich besonders gut als elektrischer Energiespeicher für das Kraftfahrzeug verwenden, etwa wenn das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Batterie. Bevorzugt ist mittels der Batterie elektrische Energie für ein zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildetes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs bereitstellbar.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der Batterie beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 schematisch und geschnitten einen Ausschnitt einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei in einem Boden und in einem Zwischenboden eines Batteriegehäuses der Batterie Kanäle für ein Kühlmittel ausgebildet sind;
- 2 schematisch und ausschnittsweise Gehäuseteile einer Variante des Batteriegehäuses, wobei die Kanäle für das Kühlmedium in einem wärmeleitfähigen Kunststoff eines Zwischenbodens des Batteriegehäuses ausgebildet sind;
- 3 in einer Perspektivansicht eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Gehäuseteilen gemäß 2; und
- 4 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt des Batteriegehäuses gemäß 3.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in 1 ausschnittsweise und geschnitten gezeigte Batterie 10 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Batteriemodulen 12, 14, wobei in 1 lediglich ein erstes Batteriemodul 12 und ein zweites Batteriemodul 14 gezeigt sind. Wie aus der Perspektivansicht eines Batteriegehäuses 16 der Batterie 10 hervorgeht, welches in 3 gezeigt ist, können jedoch auch mehr als zwei solcher Ebenen beziehungsweise Stockwerke (beispielsweise vier Stockwerke) von übereinander gestapelten Batteriemodulen 12, 14 in der Batterie 10 vorgesehen sein. Jedes der Batteriemodule 12, 14 umfasst ein Modulgehäuse 18, in welchem vorliegend nicht näher gezeigte, elektrisch leitend miteinander verbundene Batteriezellen angeordnet sind. Dementsprechend stellt das Batteriemodul 12, 14 eine größere elektrische Spannung und/oder einen größeren elektrischen Strom bereit, als dies eine einzelne Batteriezelle vermag.
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Wände des Batteriegehäuses 16 umfassen eine Seitenwand 20, einen Boden 22 und einen Zwischenboden 24 (vergleiche 1). Das erste Batteriemodul 12 liegt an dem Boden 22 an. Insbesondere ist das erste Batteriemodul 12 mittels Schrauben 26 an dem Boden 22 befestigt beziehungsweise gegen den Boden 22 gepresst. In analoger Weise ist das zweite Batteriemodul 14, welches in eine Hochrichtung z der Batterie 10 oberhalb des ersten Batteriemoduls 12 angeordnet ist, mittels Schrauben 26 an dem Zwischenboden 24 festgelegt.
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Bei einer derartigen Anordnung der Batteriemodule 12, 14 in Hochrichtung z der Batterie 10 übereinander erweist es sich als schwierig, Kühleinrichtungen zum Kühlen der Batteriezellen der Batteriemodule platzsparend unterzubringen. Dies wird jedoch vorliegend dadurch in bauraumsparender Weise erreicht, dass den jeweiligen Batteriemodulen 12, 14 zugeordnete Kühleinrichtungen in Wände des Batteriegehäuses 16, nämlich in den Boden 22 und den Zwischenboden 24 integriert ausgebildet sind.
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Hierfür umfassen der Boden 22 und der Zwischenboden 24 eine Lage aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff 28. Auf dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 des Bodens 22 beziehungsweise Zwischenbodens 24 ist das jeweilige Batteriemodul 12, 14 angeordnet. Mit anderen Worten liegt das jeweilige Batteriemodul 12, 14 an dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 an. Der wärmeleitfähige Kunststoff 28 begrenzt hierbei eine Mehrzahl von Kanälen 30, welche in einer weiteren Lage 32 des Bodens 22 beziehungsweise des Zwischenbodens 24 ausgebildet sind.
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Der bevorzugt thermoplastische, wärmeleitfähige Kunststoff 28 weist vorliegend eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,8 W/mK, insbesondere von mehr als 1 W/mK auf. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Wärmeübergang von den zu kühlenden Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls 12, 14 über den wärmeleitfähigen Kunststoff 28 in ein Kühlmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, erfolgt. Das Kühlmedium strömt im Kühlbetrieb durch die Kanäle 30. In analoger Weise kann durch das Kühlmedium auch ein Erwärmen der Batteriemodule 12, 14 erreicht werden, etwa um die Batteriezellen rasch auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen.
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Ein Bereich des Bodens 22 beziehungsweise des Zwischenbodens 24, in welchem die unter dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 angeordnete Lage 32 die Kanäle 30 aufweist, ist vorliegend mittels einer Dichtung 34 etwa in Form eines O-Rings abgedichtet. Für eine zusätzliche Abdichtung des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28 gegenüber der Lage 32 des Bodens 22 beziehungsweise Zwischenbodens 24 kann ein Randbereich des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28 mittels eines Klebstoffs 36 mit der Lage 32 verbunden sein.
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Die Lage 32 des Bodens 22 beziehungsweise des Zwischenbodens 24, in welche die Schrauben 26 eingreifen, ist vorliegend aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet. Dadurch ist sichergestellt, dass das Batteriegehäuse 16 den an dieses gestellten mechanischen Strukturanforderungen gerecht wird. Beispielsweise ist das Kunststoffmaterial der Lage 32 so ausgebildet, dass es den im Falle von Beschleunigungen, einem Unfall, Vibrationen und dergleichen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auftretenden Belastungen standhält. Dennoch ist das Thermomanagement der Batterie 10 durch die in den Boden 22 beziehungsweise Zwischenboden 24 integrierte Kühleinrichtung gewährleistet.
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Zudem liegen die Kanäle 30, durch welche das Kühlmedium strömt, außerhalb der Modulebene, also außerhalb der Batteriemodule 12, 14. Da das Kühlmedium üblicherweise elektrisch leitfähig ist, ist so sichergestellt, dass im Falle einer Leckage des Kühlsystems beziehungsweise der Kühleinrichtung das Kühlmedium nicht in das jeweilige Batteriemodul 12, 14 gelangt.
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Dadurch sind Gefahren einer Fehlfunktion wie etwa eines elektrischen Kurzschlusses verhindert.
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Durch den Verbund des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28 mit der Lage 32 aus dem vorzugsweise faserverstärkten Kunststoffmaterial ist durch den Boden 22 beziehungsweise Zwischenboden 24 ein Wärmetauscher aus Kunststoff bereitgestellt. Dies ist insofern vorteilhaft, als bei üblichen Wärmetauschern aus Metall der Gestaltungsfreiheit bedingt durch das Herstellungsverfahren sowie durch den Einsatz von Metall enge Grenzen gesetzt sind. Durch die Verwendung von Kunststoff für die Lage 32 und für die Lage des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28, an welcher das jeweilige Batteriemodul 12, 14 anliegt, lässt sich daher ein Wärmetauscher mit komplexen Kühlkanälen einfach bereitstellen.
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Beispielsweise können an der dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 zugewandten Oberfläche der Lage 32 Rippen ausgebildet sein (vergleiche 1), welche die Kanäle 30 seitlich begrenzen. Hierbei begrenzt der wärmeleitfähige Kunststoff 28 die Kanäle 30 in dem Boden 22 beziehungsweise Zwischenboden 24 nach oben hin. Demgemäß sind die Kanäle 30 nur teilweise in das Kunststoffmaterial der Lage 32 integriert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Kanäle 30 umfangsseitig vollständig geschlossen in der Lage 32 auszubilden. Dann sind die Kanäle 30 vollständig in die Lage 32 integriert. Eine Dicke der Lage 32 in die Hochrichtung z der Batterie 10 kann beispielsweise etwa 5 Millimeter betragen.
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Bei der in 2 gezeigten Variante der Batterie 10 sind lediglich zwei Gehäuseteile 38, 40 des Batteriegehäuses 16 schematisch gezeigt. Durch das haubenförmige erste Gehäuseteil 40 ist hierbei ein Deckel bereitgestellt, welcher die in einer jeweiligen Ebene der Batterie angeordneten Batteriemodule 12, 14 oberseitig abdeckt. Des Weiteren ist durch ein vorliegend trogförmiges oder wannenförmiges zweites Gehäuseteil 38 ein Aufnahmebereich für das in der jeweiligen Ebene angeordnete Batteriemodul 12, 14 bereitgestellt. In 2 sind beispielhaft das haubenförmige Gehäuseteil 40 für das in der untersten Ebene der Batterie 10 angeordnete Batteriemodul 12 und das trogförmige Gehäuseteil 38 für das in der Ebene darüber angeordnete Batteriemodul 14 gezeigt.
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Bei der schematisch in 2 gezeigten Variante der Batterie 10 ist lediglich in einem Bereich 42 des Zwischenbodens 24, welcher durch das trogförmige Gehäuseteil 38 bereitgestellt ist, der wärmeleitfähige Kunststoff 28 vorhanden. In an diesen Bereich 42 beidseitig angrenzenden Bereichen 44 ist demgegenüber der Zwischenboden 24 aus dem mechanisch besser belastbaren Kunststoffmaterial, insbesondere faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet.
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Des Weiteren sind bei dieser Variante die Kanäle 30 in dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 ausgebildet. Um die Kanäle 30, welche durch in dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 ausgebildete Rippen seitlich begrenzt sind, auch nach unten hin zu begrenzen, ist an der nach außen ursprünglich offenen Seite der Kanäle 30 ein Abdeckelement etwa in Form einer Folie 46 angeordnet. Die Folie 46 kann beispielsweise durch Laserschweißen mit dem wärmeleitfähigen Kunststoff 28 verbunden sein, um die Kanäle 30 umfangsseitig zu verschließen. Jedoch kann auch auf eine andere Weise, etwa durch dauerhaftes beziehungsweise vollständiges Umspritzen, sichergestellt sein, dass die Kanäle 30 dicht sind. In einem Randbereich 48 des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28 können Verzahnungen oder dergleichen Strukturelemente vorgesehen sein, welche einer Verbindung des wärmeleitfähigen Kunststoffs 28 mit dem diesen umgebenden faserverstärkten Kunststoff dienen.
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Eine Wandstärke des jeweiligen Gehäuseteils 38, 40 ist bevorzugt derart bemessen, dass in Querrichtung y , welche beim Einbau der Batterie 10 in das Kraftfahrzeug insbesondere mit der Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) zusammenfallen kann, eine möglichst kompakte Größe der Batterie 10 erreicht wird.
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Vorzugsweise sind an den Gehäuseteilen 38, 40 in Querrichtung y an der jeweiligen Außenseite Rippen 50 vorgesehen. Derartige Rippen 50 können der Anbringung eines Profilteils 52 dienen welches beispielsweise aus Stahl beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildet sein kann. Ein derartiges Profilteil 52 kann beispielsweise so von außen auf das Batteriegehäuse 16 aufgesteckt sein, dass die Rippen 50 in entsprechende Nuten in dem Profilteil 52 eingreifen. Vorzugsweise ist das Profilteil 52 durchgängig ausgebildet, sodass es sich in die Hochrichtung z über mehrere, insbesondere alle, Ebenen erstreckt, in welchen die Batteriemodule 12, 14 angeordnet sind. Durch das Eingreifen der aus Kunststoff gebildeten Rippen 50 in das insbesondere aus Stahl gebildete Profilteil 52 lässt sich eine gute Verankerung des Profilteils 52 an dem Batteriegehäuse 16 erreichen. Ein derartiges Profilteil 52 dient insbesondere als Schutz bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Batterie 10.
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Eine Trennebene, in welcher das haubenförmige Gehäuseteil 40 und das trogförmige Gehäuseteil 38 aneinander angrenzen, ist vorliegend im Bereich von zur Außenseite der Batterie 10 hin vorstehenden Stegen 54, 56 der Gehäuseteile 38, 40 ausgebildet. Vorzugsweise liegen diese Stege 54, 56 in die Hochrichtung z gesehen im Wesentlichen mittig bezogen auf die Höhe der jeweiligen Batteriemodule 12, 14. Dies führt dazu, dass eine Entformschräge der Gehäuseteile 38, 40 zu einer besonders geringen Abmessung des Batteriegehäuses 16 in Querrichtung y führt.
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Im Bereich der Stege 54, 56 können an den aufeinander gestapelten Gehäuseteilen 38, 40 weitere, beispielsweise leistenförmige Profilteile 58 vorgesehen sein (vergleiche 3). In 3 ist zudem eine Längsrichtung x des Batteriegehäuses 16 angegeben, welche bevorzugt bei dem Einbau der Batterie 10 in das Kraftfahrzeug mit der Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) zusammenfällt. Dementsprechend erstrecken sich die Profilteile 58 in die Längsrichtung x.
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Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass in jeder durch das Gehäuseteil 38 und das darauf gesetzte Gehäuseteil 40 begrenzten Ebene in Querrichtung y der Batterie 10 mehrere Batteriemodule 12, 14 nebeneinander angeordnet sein können. Vorliegend sind beispielsweise durch Trennwände 60 in jeder Ebene der Batterie 10 Kammern für vier Batteriemodule 12, 14 abgegrenzt. In Varianten können auch mehr oder weniger als die vorliegend beispielhaft gezeigten Anzahlen an Batteriemodulen 12, 14 je Ebene beziehungsweise Stockwerk der Batterie 10 vorgesehen sein.
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Insbesondere in Zusammenschau mit 4 ist ersichtlich, dass vorzugsweise in einer in Längsrichtung x vorderen oder rückwärtigen Seitenwand 62 des Batteriegehäuses 16 Sammelkanäle 64 beziehungsweise Steigleitungen ausgebildet sind. Durch die Integration der Steigleitungen beziehungsweise Sammelkanäle 64 in die Seitenwand 62 des Batteriegehäuses 16 lässt sich der Bauraumbedarf der Batterie 10 in die Längsrichtung x besonders weitgehend reduzieren. Die Sammelkanäle 64 ermöglichen vorliegend eine Beaufschlagung der jeweiligen Kanäle 30 in dem Boden 22 und den Zwischenböden 24 über sämtliche vier Stockwerke des Batteriegehäuses 16. Im Vergleich zu einem Batteriegehäuse, bei welchem die Batteriemodule 12, 14 zwar in vier Stockwerken übereinander angeordnet sind, jedoch die Kanäle 30 nicht in den Boden 22 und die Zwischenböden 24 integriert sind, sondern separate Strangpressprofile vorgesehen sind, lässt sich bei dem Batteriegehäuse 16 gemäß 3 eine Verkürzung in die Hochrichtung z um 12 Zentimeter erreichen.
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Aus der Schnittansicht eines der Sammelkanäle 64 in 4 ist ersichtlich, dass die Gehäuseteile 38, 40 durch Zusammenstecken beziehungsweise eine Steckverbindung miteinander gekoppelt sind. Hierbei kann ein Sammelkanalabschnitt 66 des ersten Gehäuseteils 40 in einen Sammelkanalabschnitt 68 des zweiten Gehäuseteils 38 eingeführt sein. Des Weiteren ist aus 4 gut ersichtlich, dass einstückig mit dem Wandmaterial der jeweiligen Gehäuseteile 38, 40 ein Zulauf 70 und ein Ablauf 72 für das Kühlmedium ausgebildet sind. Über den Zulauf 70 können die Kanäle 30 mit dem Kühlmedium beaufschlagt werden, und über den Ablauf 72 kann das Kühlmedium aus den Kanälen 30 abgeführt werden.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein funktionsintegrierter Zwischenboden 24 inklusive Steigleitungen für eine Kühlmittelverteilung in der Batterie 10 geschaffen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014218137 A1 [0003]
