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Die Erfindung betrifft eine Batteriemodulanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batteriemodulanordnung mindestens ein Batteriemodul und eine Modulaufnahmeeinrichtung aufweist, in welcher das mindestens eine Batteriemodul derart angeordnet ist, dass mindestens eine Seite des Batteriemoduls zumindest einer Wand der Modulaufnahmeeinrichtung zugewandt ist, und wobei mindestens ein Wärmeleitelement zumindest zum Teil formschlüssig zwischen der mindestens einen Seite des Batteriemoduls und zumindest einem Bereich der zumindest einen Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Zur Erfindung gehören auch eine Batterie mit einer Batteriemodulanordnung, ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, sowie ein Verfahren zum Anordnen zumindest eines Batteriemoduls in einer Modulaufnahmeeinrichtung.
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Bei der Fertigung von Kraftfahrzeugbatterien werden üblicherweise einzelne Batteriemodule in eine entsprechende Modulaufnahmeeinrichtung, wie beispielsweise eine Batteriewanne, gesetzt. Zur Kühlung der Batteriemodule wird weiterhin eine entsprechende Batteriekühlung außenseitig an der Batteriewanne angeklebt. Durch die Press- und Schweißprozesse zur Herstellung der Batteriewanne ergeben sich jedoch Unebenheiten und somit isolierende Luftschichten zwischen den Batteriemodulen und der Batteriewanne, die zur besseren Wärmeableitung nivelliert werden müssen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise vor dem Setzen der Batteriemodule in die Batteriewanne ein so genannter Spaltfüller, auch Gapfiller genannt, eingefüllt. Dieser besteht aus einem viskosen, wärmeleitenden Material, welches nach Setzen der Module aushärtet.
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Das Einbringen des Spaltfüllers und das Verdrängen dessen im noch nicht ausgehärteten Zustand durch die Batteriemodule beim Setzen bedeuten große Nachteile in Bezug auf Zeitaufwand, Kosten und Gewicht. Insbesondere ist bei der Verwendung eines solchen Spaltfüllers nur ein sehr langsames und vorsichtiges Einsetzen der Batteriemodule möglich. Die Verdrängung des Spaltfüllers beim Setzen der Module birgt außerdem Prozessrisiken. Beispielsweise besteht die Gefahr, dass der Roboter, mittels welchen die Module in die Batteriewanne eingesetzt werden, durch das Drücken des Moduls zur Seite verzieht.
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Die
DE 10 2014 226 249 A 1 beschreibt ein Batteriesystem mit einem Wärmeleitmittel. Dabei ist das Wärmeleitmittel zwischen einer Temperierplatte und den Batteriezellen angeordnet. Das Wärmeleitmittel kann dabei ein Polymer und einen wärmeleitenden Füllstoff oder ein sonstiges spaltfüllendes Material umfassen. Auch kann das Wärmeleitmittel als Paste ausgebildet sein, als Elastomermatte oder Elastomerkissen oder als Folie. Das Problem bei nicht viskosen Materialien, wie dies bei einer Elastomermatte oder einem Elastomerkissen der Fall ist, ist, dass diese in kleine Spalten nicht oder nicht sonderlich tief eindringen können, sodass sich hierbei wiederum unerwünschte isolierende Luftschichten ergeben können.
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Verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten eines Spaltfüller sind auch in der
EP 2 262 354 A1 beschrieben. Dieser wird dort insbesondere zur Wärmeableitung für ein mobiles elektronisches Gerät verwendet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriemodulanordnung, eine Batterie, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anordnen zumindest eines Batteriemoduls in einer Modulaufnahmeeinrichtung bereitzustellen, welche eine möglichst gute Wärmeabfuhr bei gleichzeitig möglichst geringem Fertigungsaufwand ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriemodulanordnung, eine Batterie, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug weist mindestens ein Batteriemodul und eine Modulaufnahmeeinrichtung auf, in welcher das mindestens eine Batteriemodul derart angeordnet ist, dass mindestens eine Seite des Batteriemoduls zumindest einer Wand der Modulaufnahmeeinrichtung zugewandt ist, und wobei mindestens ein Wärmeleitelement zumindest zum Teil formschlüssig zwischen der mindestens einen Seite des Batteriemoduls und zumindest einem Bereich der zumindest einen Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Dabei ist das Wärmeleitelement als ein Gebilde aus mehreren zumindest ein Metall umfassenden Fasern gebildet.
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Die Ausbildung des Wärmeleitelements als ein Gebilde aus mehreren zumindest ein Metall umfassenden Fasern hat dabei vielzählige Vorteile gegenüber bisherigen Lösungen. Zum einen ist dadurch das Wärmeleitelement nicht viskos ausgebildet, wodurch die aus der Viskosität der üblicherweise verwendeten Spaltfüller resultierenden Probleme vermieden werden können. Insbesondere kann hierdurch die Fertigungszeit und der Fertigungsaufwand beim Zusammenbau einer Batterie deutlich reduziert werden, da bei der Verwendung eines nicht viskosen Wärmeleitelements das Einsetzen der Batteriemodule in die Modulaufnahmeeinrichtung, wie beispielsweise eine Batteriewanne, deutlich schneller erfolgen kann. Auch besteht beim Einsetzen nicht die Gefahr eines Verziehens in eine Richtung, wodurch auch Prozessrisiken deutlich verringert werden können. Im Gegensatz zu elastischen, wärmeleiteten Matten, die kein Gebilde aus einer Faserstruktur bereitstellen, besteht der große Vorteil der Ausbildung des Wärmeleitelements als Gebilde mit mehreren ein Metall umfassenden Fasern zudem darin, dass sich diese dünnen Fasern auch in kleinste Hohlräume pressen lassen, da die Fasern nicht in eine Matrix oder ein sonstiges Material eingebettet sind, sondern lediglich durch Luftzwischenräume beabstandet sind, die sich beim Einsetzen des zumindest einen Batteriemoduls in die Modulaufnahmeeinrichtung reduzieren. Hierdurch lässt sich ein besonders guter Formschluss zwischen dem betreffenden Batteriemodul und dem Wärmeleitelement einerseits und der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung andererseits, und damit auch ein besonders guter Wärmeleitpfad bereitstellen. Vor allem aber lässt sich durch die Verwendung eines metallischen Materials trotz der zum Teil zwischen den Fasern befindlichen Luftzwischenräume eine deutlich höhere thermische Leitfähigkeit erzielen als durch übliche Spaltfüller, da die Wärmeleitfähigkeit von typischen Metallen um mindestens eine Größenordnung größer ist als die von typischen Spaltfüllern. Selbst wenn ein Formschluss nicht über den gesamten Bereich zwischen der Seite des Batteriemoduls und dem Bereich der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung bereitgestellt werden könnte und noch Luftspalte verbleiben würden, so würde die dadurch verminderte Wärmeabfuhr durch die um mindestens das 10-fache höhere Wärmeleitfähigkeit, die durch die Fasern bereitgestellt wird, mehr als kompensiert werden. Hierdurch kann also eine deutlich bessere Wärmeableitung vom Batteriemodul zur Wand der Modulaufnahmeeinrichtung bereitgestellt werden. Auch sind Metalle deutlich kostengünstiger als die herkömmlich verwendeten Spaltfüller und durch die deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit kann auch der Materialaufwand für die Ausbildung eines solchen Wärmeleitelements und dadurch das Gewicht reduziert werden. So wird insgesamt eine deutlich bessere Wärmeabfuhr bei gleichzeitig verringertem Fertigungsaufwand, geringeren Kosten und geringerem Gewicht ermöglicht.
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Die Modulaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise als Batteriewanne ausgebildet sein. Ein nach Einsetzten des Batteriemoduls in die Batteriewanne auf das Batteriemodul aufgesetzter Deckel oder Deckplatte kann ebenfalls Teil der Modulaufnahmeeinrichtung sein. Des Weiteren kann die Modulaufnahmeeinrichtung, insbesondere die Batteriewanne, eine Aussparung, in welcher das Batteriemodul positioniert ist, aufweisen, wobei die Aussparung durch eine Bodenseite und vier dazu senkrechte weitere Seiten gebildet sein kann. Die Bodenseite kann dann entsprechend einen Teil der oben genannten Wand der Modulaufnahmeeinrichtung bereitstellen. Beim Zusammenbau der Batterie kann dann entsprechend vor dem Einsetzen des Batteriemoduls in die betreffende Aussparung zunächst das Wärmeleitelement in der Aussparung auf der Bodenseite angeordnet werden und anschließend das Batteriemodul darauf gesetzt werden. Zur Optimierung der Wärmeleitung ist das Wärmeleitelement in seiner Ausdehnung senkrecht zur Richtung von dem Batteriemodul zur Wand bzw. Bodenseite vorzugsweise auf die Geometrie der Bodenseite angepasst, d.h. das Wärmeleitelement bedeckt die Bodenseite innerhalb der vier weiteren Seiten vollständig. Alternativ oder zusätzlich kann auch der auf dem Batteriemodul aufgebrachte Deckel einen Teil der oben genannten Wand bereitstellen. Wenn das Batteriemodul in die Batteriewanne eingesetzt wurde kann entsprechend auf die Oberseite des Batteriemoduls, das heißt der Batteriewanne abgewandten Seite, das Wärmeleitelement aufgebracht und anschließen der Deckel auf das Wärmeleitelement aufgesetzt werden. Mit anderen Worten kann sich also das Wärmeleitelement zwischen dem Boden der Batteriewanne und der Unterseite des Batteriemoduls befinden oder alternativ oder zusätzlich ein weiteres solches Wärmeleitelement zwischen der Oberseite des Batteriemoduls und dem Deckel angeordnet sein. Die Modulaufnahmeeinrichtung kann auch zur Aufnahme mehrerer Batteriemodule ausgebildet sein. Hierzu kann die Modulaufnahmeeinrichtung beispielsweise mehrere solche gerade beschriebenen Aussparungen aufweisen, in welchen jeweilige Wärmeleitelemente auf den betreffenden Bodenseiten und damit zwischen der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung und den jeweiligen Batteriemodulen angeordnet sind. Weiterhin ist es auch denkbar, dass ein solches Wärmeleitelement nicht nur zwischen einer einzigen Seite des zumindest einen Batteriemoduls und der Wand angeordnet ist, sondern auch zwischen mehreren Seiten des Batteriemoduls und mehreren Wänden, zum Beispiel der Bodenseite und weiteren Seiten der Batteriewanne oder wie beschrieben auch zwischen einer der Batteriewanne gegenüberliegenden Oberseite des Batteriemoduls und einer darüber befindlichen Abdeckung.
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Die Batteriemodulanordnung kann dabei als Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Motorfahrrad, einen Roller, ein Motorrad, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, einen Bus, oder auch für motorisierte Wasserfahrzeuge, wie Schiffe, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, oder Ähnliches ausgebildet sein. Die Batteriemodulanordnung kann auch zur Verwendung in einem Energiespeicher in einem Gebäude ausgebildet sein, zum Beispiel zur Speicherung von Solarenergie.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmeleitelement als Maschenware, insbesondere Gewirke oder Gestricke, oder Gewebe oder Geflecht ausgebildet. Das wärmeleitfähige Gebilde kann damit also eine textilartige Struktur aufweisen. Hierdurch lassen sich oben beschriebene Vorteile auf besonders einfache und vorteilhafte Weise erreichen. Durch eine solche Ausbildung lassen sich die metallischen Fasern in einer Form bereitstellen, in welcher sie beim Setzen der Batteriemodule auf besonders einfache und effiziente Weise in mögliche Zwischenräume gepresst werden können. Zudem kann es hierdurch erreicht werden, dass das aus den Fasern gebildete Wärmeleitelement deformierbar ist, und sogar elastisch ist, wodurch sich dieses beim Einsetzen der Batteriemodule besonders gut an zu nivellierende Unebenheiten und die Hohlräume zwischen dem zumindest einen Batteriemodul und der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung anpassen kann.
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Zudem kann es vorgesehen sein, dass die einzelnen metallischen Fasern einen oder mehrere Fäden bereitstellen, die aus den Fasern geflochten, gewebt, verdrillt, oder anderweitig gebildet sind, wobei aus den Fäden wiederum das Gewirke, Gestricke, Gewebe oder Geflecht gebildet wird. Zum Beispiel können die Fäden einen Durchmesser von 0,5 mm bis 3,5 mm aufweisen, und zum Beispiel auch bandartig mit einer Breite von beispielsweise 2 mm ausgebildet sein. Die Ausbildung des Gebildes aus Fäden, die wiederum aus mehreren Fasern gebildet sind, hat dabei den Vorteil, dass sich hierdurch mehr Flexibilität und Elastizität des Gebildes bereitstellen lässt. Dadurch kann sich das Gebilde besonders gut an die Formgebung der Wand der Batterieaufnahmeeinrichtung und der betreffenden dieser Wand zugewandten Seite des Batteriemoduls anpassen.
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Daher stellt es eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Wärmeleitelement zumindest in einer Richtung von der Seite des Batteriemoduls zur Wand der Modulaufnahmeeinrichtung deformierbar, insbesondere auch elastisch, ausgebildet ist. Hierdurch kann das Wärmeleitelement besonders gut an Unebenheiten und auszugleichende Hohlräume zwischen dem Batteriemodul und der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angepasst werden. Beim Einsetzen der Batteriemodule in die Modulaufnahmeeinrichtung wird dann das Wärmeleitelement derart komprimiert, dass sich die zwischen den einzelnen Fasern befindlichen Luftzwischenräume auf ein Minimum reduzieren und sich dabei vorteilhafterweise gleichzeitig an die Formgebung der Seite des Batteriemoduls und der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung anpassen.
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Darüber hinaus kann das mindestens eine Wärmeleitelement derart in der einen Richtung elastisch ausgebildet ist, dass ein zum Beispiel um mindestens 0,5 mm bis 3,5 mm variierender Abstand zwischen der mindestens einen Seite des Batteriemoduls und der zumindest einen Wand der Batterieaufnahmeeinrichtung durch das mindestens eine Wärmeleitelement ausgleichbar ist. Eine derartige Abstandsvariation entspricht typischen Toleranzen zwischen Batteriemodulen und der Modulaufnahmeeinrichtung, die damit vorteilhafterweise durch das elastische, metallische Gebilde ausgeglichen werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Fasern, und insbesondere das Wärmeleitelement vollständig aus metallischem Material gebildet. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise die Wärmeleitfähigkeit maximieren und infolgedessen die Wärmeableitung besonders effizient gestalten.
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Das Wärmeleitelement kann aber auch ein von Metall verschiedenes, insbesondere elastisches Material umfassen. Zum Beispiel kann zur Erhöhung der Elastizität des Wärmeleitelements zusätzlich zum Metall oder zur Legierung auch ein anderer Werkstoff verwendet werden, wie beispielsweise Kautschuk oder Gummi. Beispielsweise kann das metallische Gebilde, auch in ein elastisches Material eigebettet sein.
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Grundsätzlich können dabei die Metallfasern aus jedem beliebigen Metall oder Legierung gebildet sein. Vorteilhaft ist es zum Beispiel, wenn das Wärmeleitelement Aluminium und/oder Kupfer umfasst. Beide Materialien sind vergleichsweise kostengünstig, zumindest im Vergleich zu herkömmlichen Spaltfüllern, und weisen andererseits eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise weist Aluminium eine Wärmeleitfähigkeit von 229 W/mK auf und Kupfer eine Wärmeleitfähigkeit von 372 W/mK. Demgegenüber kann bei üblichen Spaltfüllern lediglich eine Wärmeleitfähigkeit von 10 W/mK erreicht werden. Weiterhin liegen die Rohstoffkosten für Aluminium pro Kilogramm bei 1,80 €, und für Kupfer pro Kilogramm bei 5,70 €. Demgegenüber belaufen sich die Kosten für einen handelsüblichen Spaltfüller pro Kilogramm aktuell auf 14 €. Daraus wird ersichtlich, dass sich durch ein aus Metallfasern gebildetes Wärmeleitelement, insbesondere aus Aluminium und/oder Kupfer, deutliche Vorteile in Bezug auf Wärmeableitung und Kosten erzielen lassen. Besonders vorteilhaft erweist sich auch die Verwendung von Legierungen als Fasermaterial. Durch Legierungen lassen sich die Eigenschalten der metallischen Fasern noch deutlich besser an bestimmte Anforderungen anpassen, wie zum Beispiel um ein besonders elastisches und flexibles Gebilde bereitzustellen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gebilde zudem korrosionsbeständig ist. Eine besonders korrosionsbeständige Legierung stellt beispielsweise eine Kupfer-Nickel-Legierung dar, aus welcher die Fasern gebildet sein können. Die Fasern können aber auch aus zahlreichen anderen Legierungen gebildet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batteriemodulanordnung einen Kühlmechanismus auf, der mit der zumindest einen Wand der Modulaufnahmeeinrichtung gekoppelt ist. Hierdurch lässt sich nun über das Wärmeleitelement vom Batteriemodul zur Wand führbare Wärme auf besonders effiziente Weise mittels des Kühlmechanismus ableiten.
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Der Kühlmechanismus kann beispielsweise einen mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkörper umfassen, der auf einer dem Modul abgewandten Seite der zumindest einen Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. So wird eine besonders effiziente Wärmeabfuhr und ein besonders effizienter und kompakter Aufbau der Anordnung ermöglicht.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriemodulanordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batteriemodulanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten somit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Anordnen zumindest eines Batteriemoduls in einer Modulaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls. Dabei wird die Modulaufnahmeeinrichtung und das zumindest eine Batteriemodul bereitgestellt. Weiterhin wird das zumindest eine Batteriemodul in der Modulaufnahmeeinrichtung derart angeordnet, dass mindestens eine Seite des Batteriemoduls zumindest einer Wand der Modulaufnahmeeinrichtung zugewandt ist. Darüber hinaus wird mindestens ein als Gebilde mit mehreren zumindest ein Metall umfassenden Fasern ausgebildetes Wärmeleitelement derart angeordnet, dass dieses sich, wenn das Batteriemodul in der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet ist, zwischen zumindest einem Bereich der zumindest einen Wand und der mindestens einen Seite des Batteriemoduls befindet.
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Zum Beispiel kann das Wärmeleitelement nach dem Bereitstellen und vor dem Anordnen des zumindest einen Batteriemoduls in der Modulaufnahmeeinrichtung auf dem zumindest einen Bereich der Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet werden, wobei weiterhin beim Anordnen des zumindest einen Batteriemoduls in der Modulaufnahmeeinrichtung die Seite des Batteriemoduls auf dem Wärmeleitelement angeordnet wird.
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Es kann aber auch zunächst das Batteriemodul in der Modulaufnahmeeinrichtung angerordnet werden, das Wärmeleitelement auf dem Batteriemodul und anschließend ein als Deckel ausgebildeter und die Wand bereitstellender Teil der Modulaufnahmeeinrichtung auf dem Wärmeleitelement.
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Beide Vorgehensweisen sind auch kombinierbar, wobei entsprechend dann auf beiden Seiten des Batteriemoduls ein Wärmeleitelement zwischen den betreffenden Seiten des Batteriemoduls und den diesen zugewandten Wänden der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet ist.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batteriemodulanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriemodulanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batteriemodulanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batteriewanne für eine Batteriemodulanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines als Gewebe ausgebildeten Gebildes für ein Wärmeleitelement für eine Batteriemodulanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines als Gestricke ausgebildeten Gebildes für ein Wärmeleitelement für eine Batteriemodulanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5 eine schematische Explosionsdarstellung eine Batteriemodulanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen 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 sind die beschriebenen Ausführungsformen 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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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriemodulanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriemodulanordnung 10 weist mindestens ein Batteriemodul 12 und eine Modulaufnahmeeinrichtung 14 auf, von welcher in diesem Beispiel lediglich ein Teil einer Wand 16 der Modulaufnahmeeinrichtung 14 dargestellt ist. Die Modulaufnahmeeinrichtung 14 kann beispielsweise eine Batteriewanne 18 umfassen, die in 2 schematisch und perspektivisch dargestellt ist. Eine solche Batteriewanne 18 kann zur Aufnahme mehrerer Batteriemodule 12 ausgebildet sein und zum Beispiel wie in 2 dargestellt zur Aufnahme eines jeweiligen Batteriemoduls 12 eine entsprechende Kammer 20 aufweisen. Die in 1 dargestellte Wand 16 der Modulaufnahmeeinrichtung 14 kann beispielsweise einen Boden der in 2 dargestellten Batteriewanne 18 bilden.
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Bedingt durch den Herstellungsprozess solcher Batteriewannen ergeben sich üblicherweise Unebenheiten und somit isolierende Luftschichten zwischen Batteriemodulen und der Wanne. Da derartige Luftschichten die Wärmeabfuhr beeinträchtigen, werden üblicherweise Spaltfüller verwendet, die zwischen der Batteriewanne und den Batteriemodulen eingebracht werden. Solche viskosen Spaltfüller verkomplizieren jedoch den Herstellungsprozess von Batterien, erhöhen den Fertigungsaufwand und sind zudem relativ teuer und schwer.
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Die Batteriemodulanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist dagegen ein Wärmeleitelement auf, welches als ein Gebilde 22 aus mehreren zumindest ein Metall umfassenden Fasern 24 gebildet ist. Diese Fasern 24 können zudem auch wiederum zu Fäden verarbeitet sein, aus denen das Gebilde 22 gebildet wird.
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Ein solches Gebilde 22 kann beispielsweise als Gewirke oder Gestricke oder Gewebe oder Geflecht oder Ähnliches ausgebildet sein.
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3 und 4 zeigen jeweils schematische Darstellungen von Beispielen solcher Gebilde 22a, 22b. Das Gebilde 22a aus 3 ist dabei als Gewebe ausgebildet und das Gebilde 22 aus 4 exemplarisch als Gerstricke. In beiden Fällen umfassen die Gebilde 22 mehrere Fäden 23, die wiederum aus mehreren metallischen Fasern 24 bestehen. Das Gebilde 22 kann aber im Allgemeinen jede beliebige Struktur aufweisen.
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Durch eine derartige textilartige metallische Gebildestruktur kann vorteilhafterweise gleichzeitig eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit des Gebildes 22 sowie auch ein hohes Maß an Flexibilität und Elastizität bereitgestellt werden. Wird ein Batteriemodul 12 in die Modulaufnahmeeinrichtung 14 eingesetzt, was durch die Pfeile 26 in 1 veranschaulicht ist, so passt sich das Gebilde 22 durch seine elastische Ausbildung sowohl der Oberfläche der Wand 16 der Batteriewanne 18 einerseits sowie andererseits auch der Oberfläche der entsprechenden Seite 12a des Batteriemoduls 12, die der Wand 16 zugewandt ist, an und fügt sich and diese zumindest bereichsweise formschlüssig an. Dabei können die Metallfäden vorteilafterweise in kleinste isolierende Hohlräume gelegt bzw. gepresst werden.
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Ein solches Gebilde 22, wie beispielsweise ein Metallgeflecht, kann zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer, oder beliebigen Legierungen, wie zum Beispiel als eine Kupfer-Nickel-Legierung, gebildet sein. Vorzugsweise wird zur Ausbildung dieses metallischen Gebildes 22 ein korrosionsbeständiges Metall oder eine korrosionsbeständige Legierung verwendet. Dadurch, dass Metalle eine um zumindest eine Größenordnung höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als typische Spaltfüller, kann durch dieses metallische Gebilde 22 insgesamt eine deutlich höhere und bessere Wärmeableitung bereitgestellt werden, selbst wenn kleine Luftspalte zwischen dem Batteriemodul 12 und der Wand 16 oder auch zwischen den Fasern 24 verbleiben. Aufgrund dieser enorm höheren Wärmeleitfähigkeit kann auch deutlich Material eingespart werden und somit sowohl Gewicht als auch Kosten gegenüber typischen Spaltfüllern deutlich reduziert werden.
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Ein solches metallisches Gebilde 22 aus metallischen Fasern 24 kann nicht nur zwischen der hier dargestellten Unterseite 12a des Batteriemoduls 12 und dem Boden der Batteriewanne 18, der zur hier dargestellten Wand 16 korrespondiert, eingebracht werden, sondern alternativ oder zusätzlich auch zwischen der Oberseite 12b des Batteriemoduls 12 und einem entsprechenden Deckel 28 (vergleiche 3).
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3 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Batteriemodulanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriemodulanordnung 10 kann insbesondere wie bereits zu 1 und 2 beschrieben ausgebildet sein und weist in diesem Beispiel mehrere Batteriemodule 12 auf, sowie wiederum eine Modulaufnahmeeinrichtung 14, die eine Batteriewanne 18 mit mehreren Kammern 20 zur Aufnahme der jeweiligen Batteriemodule 12 umfasst, wie diese auch in 2 dargestellt ist. Bevor die Batteriemodule 12 in die Batteriewanne 18 eingesetzt werden, wird in die jeweiligen Kammern 20 ein entsprechendes metallisches Gebilde 22 eingebracht und anschließend die Batteriemodule 12 darauf gesetzt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 3 nur zwei der Batteriemodule 12 und ein metallisches Gebilde 22 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die Modulaufnahmeeinrichtung 14 weist in diesem Beispiel auch einen Deckel 28 auf, der auf den Batteriemodulen 12 angeordnet wird. Darüber hinaus können auch eines oder mehrere metallische Gebilde 22 als Wärmeleitelement zwischen den jeweiligen Oberseiten 12b der Batteriemodule und dem Deckel 28 angeordnet werden.
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Die Batteriemodulanordnung 10 weist in diesem Beispiel auch eine Batteriekühlung 30 auf, die als eine mit einem Kühlmedium durchströmbare Kühlplatte ausgebildet ist, die unterseitig an der Batteriewanne 18 angeordnet, zum Beispiel angeklebt, wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Batteriekühlung 30 auch am Deckel 28 angeordnet werden oder durch den Deckel 28 selbst bereitgestellt sein.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Batteriemodulanordnung bereitgestellt wird, die durch die Ausbildung eines Wärmeleitelements als metallisches Gebilde aus einzelnen Metallfasern eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr vom Batteriemodul zur einer Wand der Modulaufnahmeeinrichtung bereitstellen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014226249 A [0004]
- EP 2262354 A1 [0005]
