DE102017219552B4

DE102017219552B4 - Batteriemodul, Kühlelement und Verwendung eines solchen Batteriemoduls

Info

Publication number: DE102017219552B4
Application number: DE102017219552.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Giuseppe Marino; Nils Ohmer
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2026-07-30
Anticipated expiration: 2037-11-04
Also published as: WO2019086392A1; DE102017219552A1

Abstract

Batteriemodul (1) mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2),
insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, wobei die Mehrzahl an Batteriezellen (2) elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet ist, und
zwischen zwei Batteriezellen (2) ein Kühlelement (4) angeordnet ist, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle (2) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Kühlelements (4) ein Temperierfluid (14) aufgenommen ist, welches
eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C aufweist, bevorzugt mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C aufweist und insbesondere mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C aufweist,
wobei das Kühlelement (4) weiterhin eine Mehrzahl von Sicherheitsventilen (9) umfasst, welche bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnen, wobei die Mehrzahl der Sicherheitsventile (9) an einer von einer größten Seitenfläche (12) des Kühlelements (4) verschiedenen Seitenfläche (10) des Kühlelements (4) gleichmäßig verteilt angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kühlelement eines Batteriemoduls. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch die Verwendung eines Batteriemoduls zur Kühlung einer einen sicherheitskritischen Temperaturwert überschreitenden Batteriezelle.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können.
Zum Betrieb von Batteriezellen in einem bevorzugten Temperaturbereich ist es dazu weiterhin bekannt, dass Batteriemodule ein Kühlsystem umfassen können, welches insbesondere dafür sorgen soll, dass die Batteriezellen eine vorgegebene Temperatur nicht überschreiten. Solche Kühlsysteme führen üblicherweise zu einer Reduktion der Energiedichte des Batteriemoduls.
Überschreiten die Batteriezellen hingegen diese vorgegebene sicherheitskritische Temperatur kann dies zu einem als „thermal runaway“ bezeichneten Durchgehens der Batteriezelle führen, was zu erheblichen Sicherheitsrisiken führt.
Weiterhin kann dies wiederrum zu einem „thermal runaway“ benachbarter Batteriezellen, einer sogenannten „Propagation“ führen. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
Ein solches Durchgehen der Batteriezelle kann beispielsweise auf internen Kurzschlüssen innerhalb der Batteriezelle, auf überhöhten Stromflüssen oder auf einer überhöhten Aufladung beruhen. Das Durchgehen der Batteriezelle kann dabei zu einem Überhitzten der Batteriezelle führen, wodurch innerhalb der Batteriezelle ablaufende exotherme chemische Reaktionen weiter beschleunigt werden und schließlich zu einem Feuer oder einer Explosion der Batteriezelle und auch des gesamten Batteriemoduls führen können.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 024 869 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, bei welchem die Batteriezellen gekühlt werden können.
JP 2017- 103 110 A beschreibt ein Energiespeichermodul, das eine oder mehrere Batteriezellen und ein daran wärmeleitend angekoppeltes Kühlelement umfasst. Das Kühlelement weist ein flüssigkeitsdichtes Umschließungselement auf, worin Kältemittel und ein Absorberelement zur Aufnahme des Kältemittels eingeschlossen sind.
US 2013 / 0 130 074 A1 beschreibt ein System zur thermischen Verwaltung von Batteriemodulen, das Batteriezellen, Kühlmedien mit Phasenwechselmedium und eine Berstscheibe umfasst. Die Kühlelemente sind so angeordnet, dass sie Wärme von den Zellen aufnehmen und bei Überdruck das Medium gezielt freisetzen.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass auf einfache Weise die Sicherheit des Batteriemoduls erhöht werden kann.
Insbesondere kann damit eine Propagation einer Batteriezelle verhindert werden, wodurch auch die Sicherheit weiter erhöht werden kann.
Des Weiteren wird mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls die geometrische Energiedichte gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Batteriemodulen nicht erhöht.
Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet.
Des Weiteren ist die Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet.
Weiterhin ist zwischen zwei Batteriezellen ein Kühlelement angeordnet, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle verbunden ist.
Insbesondere ist das Kühlelement dabei wärmeleitend mit einer der zwei Batteriezellen verbunden und bevorzugt mit den beiden Batteriezellen wärmeleitend verbunden.
Innerhalb des Kühlelements des Batteriemoduls ist dabei ein Temperierfluid aufgenommen. Das Temperierfluid weist dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C auf. Bevorzugt weist das Temperierfluid dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C auf.
Insbesondere weist das Temperierfluid dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf.
Weiterhin kann die Verdampfungstemperatur auch einen Wert zwischen und 0 °C 80 °C aufweisen, und insbesondere oberhalb von 0 °C aufweisen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
An dieser Stelle soll unter „Propagation“ ein Verhindern des weiteren Erwärmens einer eine bestimmte, sicherheitskritische Temperatur überschreitenden Batteriezelle verstanden sein.
Somit kann diese wieder in einen unkritischen Zustand überführt werden und ein Durchgehen der Batteriezelle verhindert werden.
Weiterhin soll unter „Propagation“ an dieser Stelle auch das Verhindern eines Erwärmens einer Batteriezelle, welche benachbart zu einer Batteriezelle angeordnet ist, die eine bestimmte, sicherheitskritische Temperatur überschritten hat, verstanden sein.
Insbesondere bietet ein erfindungsgemäßes Batteriemodul den Vorteil, dass eine zuverlässige Möglichkeit zur Kühlung der Mehrzahl an Batteriezellen geschaffen wird, welche auf einfache Weise und ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen in das Batteriemodul integriert werden kann und insbesondere welche auch zusätzlich zu bereits vorhandenen Kühlelementen angeordnet werden kann.
Des Weiteren kann mittels eines solchen Kühlelements auch die Sicherheit des Batteriemoduls erhöht werden, wobei es möglich ist, einen Propagationsschutz und ein Kühlsystem miteinander zu kombinieren.
Dabei ist es möglich, dass der Phasenübergang des Temperierfluids von fest nach gasförmig oder von flüssig nach gasförmig bei einer Temperatur unterhalb einer sicherheitskritischen Temperatur der Batteriezelle abläuft und diese somit kühlen kann, insbesondere bevor ein sicherheitskritischer Zustand erreicht wird. An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass die jeweilige Verdampfungstemperatur in Abhängigkeit des Drucks des Temperierfluids innerhalb des Kühlelements gewählt ist.
Von Vorteil ist es dabei, wenn das Kühlelement unmittelbar mechanisch kontaktierend mit der Batteriezelle angeordnet ist.
Insbesondere ist das Kühlelement dabei unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem Batteriezellengehäuse der Batteriezelle angeordnet, wobei in dem Batteriezellengehäuse die elektrochemischen Komponenten der Batteriezelle aufgenommen sind.
Somit ist es möglich, eine zuverlässige Kühlung der Batteriezelle auszubilden, da aufgrund der unmittelbaren mechanischen Kontaktierung eine hohe Wärmeleitfähigkeit ausgebildet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Batteriemodul weiterhin ein weiteres Kühlelement, welches insbesondere als eine Kühlplatte ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist dabei das weitere Kühlelement unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement des Batteriemoduls verbunden. Somit ist es möglich, die Kühlwirkung des Kühlelements mittels einer wärmeleitenden Verbindung mit einem weiteren Kühlelement zu erhöhen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, das Kühlelement alleine in dem Batteriemodul anzuordnen, ohne ein weiteres Kühlelement vorzusehen.
Vorteilhafterweise umfasst das Kühlelement zumindest einen Temperierkanal. Dabei ist der Temperierkanal beispielsweise zu einer Durchströmung mit dem Temperierfluid ausgebildet.
Dabei ist der Temperierkanal beispielsweise zu einer Aufnahme des Temperierfluids ausgebildet. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Ausführungsformen zur Verfügung zu stellen, welche an die jeweiligen Anforderungen an das Kühlelement angepasst werden können.
Insbesondere ist die Mehrzahl an Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls nebeneinander angeordnet. Dabei sind jeweils zwei Batteriezellen bevorzugt mit den jeweilig größten Seitenflächen benachbart zueinander angeordnet.
Insbesondere ist das Kühlelement zwischen zwei Batteriezellen angeordnet und weiterhin wärmeleitend und bevorzugt auch unmittelbar kontaktierend mit jeweils einer der größten Seitenfläche der beiden Batteriezellen verbunden.
Somit kann eine zuverlässige Wärmeübertragung ausgebildet werden.
Gemäß der Erfindung umfasst das Kühlelement weiterhin zumindest ein Sicherheitsventil. Dabei ist das Sicherheitsventil in der Art ausgebildet, dass dieses bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnet.
Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass bei einem Überschreiten der Verdampfungstemperatur des Temperierfluids, welches innerhalb des Kühlelements aufgenommen ist, aufgrund eines Phasenübergangs von flüssig nach gasförmig oder von fest nach gasförmig sich entwickelndes Gas aus dem Kühlelement entweichen kann.
Somit kann beispielsweise der aufgrund der Verdampfung des Temperierfluids erzeugte Innendruck für ein Öffnen des Sicherheitsventils sorgen.
Hierzu ist eine ausreichende Druckerhöhung nötig. Hierzu sei an dieser Stelle noch bemerkt, dass das Sicherheitsventil bevorzugt in der Art ausgebildet ist, dass dieses ohne die Notwendigkeit einer elektronischen oder mechanischen Steuerung bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur öffnet.
Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil, beispielsweise bei einem Überschreiten einer bestimmten sicherheitskritischen Temperatur der Batteriezelle zum Beispiel aufgrund eines Durchgehens der Batteriezelle, selbstständig und ohne eine elektronische oder mechanische Steuerung, wodurch aufgrund einer endothermen Verdampfung des Temperierfluids die Temperatur des Kühlelements verringert oder konstant gehalten werden kann, und wodurch somit die Batteriezellen gekühlt werden können.
An dieser Stelle sei hierzu noch angemerkt, dass ein Phasenübergang des Temperierfluids nach gasförmig zu einem Druckanstieg innerhalb des Kühlelements führen kann.
Somit ist es beispielsweise möglich, ein erstes Durchgehen einer Batteriezelle der Mehrzahl an Batteriezellen zu verhindern, da eine räumlich nahe Kühlung der jeweiligen Batteriezelle möglich ist. Des Weiteren ist auch auf zuverlässige Weise eine Verhinderung der Ausbreitung des thermischen Durchgehens auf weitere Batteriezellen möglich. Des Weiteren sind die Sicherheitsventile derart angeordnet, dass ein ausströmendes Gas ungehindert expandieren kann.
Gemäß der Erfindung ist das zumindest eine Sicherheitsventil an einer von einer größten Seitenfläche des Kühlelements verschiedenen Seitenfläche des Kühlelements angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass das Kühlelement derart angeordnet werden kann, dass deren jeweils größten Seitenflächen, welche auch unmittelbar gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wärmeleitend und bevorzugt auch unmittelbar mechanisch kontaktierend mit den Batteriezellen angeordnet werden können.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine Sicherheitsventil in der Art angeordnet, dass das zumindest eine Sicherheitsventil stets einer Batteriezelle zugeordnet ist. Beispielsweise kann das zumindest eine Sicherheitsventil dabei näher zu einer Batteriezelle angeordnet sein, als zu einer anderen Batteriezelle.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kühlelement insbesondere eines eben beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
Dabei ist das Kühlelement zu einer Anordnung zwischen zwei Batteriezellen eines Batteriemoduls ausgebildet.
Weiterhin ist innerhalb des Kühlelements ein Temperierfluid aufgenommen, welches eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C aufweist.
Bevorzugt weist das Temperierfluid eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C auf. Insbesondere weist das Temperierfluid eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf. Das Kühlelement umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Sicherheitsventilen, welches bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnet, wobei die Mehrzahl der Sicherheitsventile an einer von einer größten Seitenfläche des Kühlelements verschiedenen Seitenfläche des Kühlelements gleichmäßig verteilt angeordnet ist. Weiterhin kann das Temperierfluid auch eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 0 °C und 80 °C aufweisen, und insbesondere oberhalb von 0 °C aufweisen.
Selbstverständlich ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Kühlelement mit allen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul beschriebenen Weiterbildungen weiterzubilden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
Dabei wird das Kühlelement in der Art ausgebildet, dass eine Batteriezelle der Mehrzahl an Batteriezellen, welche einen Wert der Temperatur aufweist, welche oberhalb eines bestimmten sicherheitskritischen Wertes für die Batteriezelle liegt, gekühlt wird.
Somit ist es möglich, mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls die Sicherheit des Batteriemoduls weiter zu erhöhen, da insbesondere eine thermische Propagation aufgrund des Durchgehens einer Batteriezelle verhindert oder verlangsamt werden kann.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt

1 in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
2 in einer perspektivischen Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
3 in einer Schnittansicht von der Seite eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,
4 in einer Schnittansicht von der Seite eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,
5 in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,
6 in einer perspektivischen Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,
7 eine erste Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle und
8 eine zweite Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle.

Die 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Das Batteriemodul 1 weist eine Mehrzahl an Batteriezellen 2 auf, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.
Die Mehrzahl an Batteriezellen 2 ist dabei mittels Zellverbindern 3 elektrisch leitend miteinander verschaltet, wobei das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eine elektrisch serielle Verschaltung der einzelnen Batteriezellen 2 miteinander zeigt.
Insbesondere weisen die Batteriezellen 2 jeweils ein Batteriezellengehäuse 21 auf, in welchen die elektrochemischen Komponenten der Batteriezellen 2 angeordnet sind.
Weiterhin weisen die Batteriezellen 2 jeweils Spannungsabgriffe 22 auf, welche elektrisch leitend mit den Zellverbindern 3 verbunden sind.
Weiterhin weist das Batteriemodul 1 Kühlelemente 4 auf, welche jeweils zwischen zwei Batteriezellen 2 angeordnet sind.
Die Kühlelemente 4 sind dabei wärmeleitend mit einer Batteriezelle 2 verbunden.
Weiterhin ist, wie später noch beschrieben wird, innerhalb des Kühlelements 4 ein Temperierfluid aufgenommen.
Die Kühlelemente 4 sind, wie aus der 1 zu erkennen ist, jeweils unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einer jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet. Insbesondere sind die Kühlelemente 4 gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 jeweils unmittelbar mechanisch kontaktierend mit dem Batteriezellengehäuse 21 der jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet.
Des Weiteren zeigt die 1, dass das Batteriemodul 1 weiterhin ein weiteres Kühlelement 5 umfassen kann.
Dabei kann das weitere Kühlelement 5 gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 beispielsweise als eine Kühlplatte 6 ausgebildet sein.
Dabei ist das weitere Kühlelement 5 und insbesondere die Kühlplatte 6 unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement 4 verbunden.
Beispielsweise kann dieser unmittelbare wärmeleitende Kontakt zwischen dem weiteren Kühlelement 5 und insbesondere der Kühlplatte 6 sowie dem Kühlelement 4 aufgrund eines unmittelbaren mechanischen Kontakts ausgebildet sein oder auch durch gemeinsam ausgebildete Temperierkanäle.
Die Mehrzahl an Batteriezellen 2 ist dabei in einer Längsrichtung 7 des Batteriemoduls 1 nebeneinander angeordnet.
Weiterhin sind jeweils zwei Batteriezellen 2 mit ihren größten Seitenflächen 8 jeweils benachbart zueinander angeordnet.
Dabei ist weiterhin zu erkennen, dass die Kühlelemente 4 jeweils auch unmittelbar benachbart und bevorzugt auch mechanisch kontaktierend zu den größten Seitenflächen 8 der Batteriezellen 2 angeordnet sind.
An dieser Stelle sei schon einmal bemerkt, dass die Kühlelemente 4 Sicherheitsventile 9 umfassen können, welche bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnen, so dass innerhalb des Kühlelements 4 sich befindliches Gas entweichen kann, wobei die Sicherheitsventile 9 später noch beschrieben werden.
Die Sicherheitsventile 9 sind dabei, wie aus der 1 zu erkennen ist, an einer Seitenfläche 10 des Kühlelements 4 angeordnet.
Dabei ist die Seitenfläche 10 von einer größten Seitenfläche des Kühlelements verschieden. Die größte Seitenfläche des Kühlelements 4 ist dabei unmittelbar benachbart und insbesondere auch mechanisch kontaktierend mit der größten Seitenfläche 8 der jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet.
Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Dabei unterscheidet sich die in der 2 gezeigte zweite Ausführungsform des Batteriemoduls 1 von der in der 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 1 zum einen dadurch, dass bei dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ein weiteres Kühlelement 5 angeordnet ist, worauf bei dem in der 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel verzichtet ist. Zum anderen unterscheidet sich Fdie in der ig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform des Batteriemoduls 1 von der in der 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 1 dadurch, dass bei dem in der 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel zwischen zwei Batteriezellen 2 stets ein Kühlelement 4 angeordnet ist, wohingegen bei dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in der Längsrichtung 7 alternierend zwischen zwei Batteriezellen 2 ein Kühlelement 4 angeordnet ist und zwischen zwei Batteriezellen 2 kein Kühlelement 4 angeordnet ist.
Selbstverständlich ist es möglich, die beiden Ausführungsformen auch miteinander zu kombinieren.
Sowohl in der 1 als auch der 2 sind durch mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Pfeile Kühlströme exemplarisch gezeigt, welche verdeutlichen sollen, dass mittels der Kühlelemente 4 eine zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der Mehrzahl an Batteriezellen 2 ausgebildet ist.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die Pfeile mit dem Bezugszeichen 11 entgegen der Richtung der Wärmeströme, welche von der Mehrzahl an Batteriezellen 2 auf die Kühlelemente 4 übertragen werden, zeigen und einzig einer Verdeutlichung der gleichmäßigen und effizienten Kühlung dienen sollen.
Die 3 zeigt in einer Schnittansicht von der Seite eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4, welches insbesondere ein Kühlelement 4 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 gemäß den 1 oder 2 ist.
Insbesondere ist dabei der Blick auf eine größte Seitenfläche 12 des Kühlelements 4 gezeigt, welche unmittelbar benachbart und bevorzugt auch mechanisch kontaktierend mit der größten Seitenfläche 8 der jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet wird.
Zu einer Verdeutlichung sind weiterhin auch die Seitenflächen 10 eingezeichnet, welche von der größten Seitenfläche 12 verschieden sind.
Bei dem in der 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Kühlelements 4 weist das Kühlelement 4 einen Temperierkanal 13 auf, welcher von einem Temperierfluid 14 durchströmt wird. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausbildung des Temperierkanals 13 beschränkt, sondern es sind auch weitere Gestaltungsmöglichkeiten denkbar.
Weiterhin kann der Strömungskanal 13 auch mit einer in der 1 gezeigten Kühlplatte 6 fluidleitend verbunden sein.
Weiterhin ist aus der 3 zu erkennen, dass die Sicherheitsventile 9 in der Art angeordnet sind, dass diese mit dem Temperierkanal 13 in der Art verbunden sind, dass sich innerhalb des Temperierkörpers 13 bildendes Gas mittels der Sicherheitsventile 9 aus dem Temperierkanal 13 entweichen kann.
Die 4 zeigt in einer Schnittansicht von der Seite eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4, welches insbesondere ein Kühlelement 4 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 gemäß den 1 oder 2 ist.
Insbesondere unterscheidet sich die in der 4 gezeigte zweite Ausführungsform des Kühlelements 4 von der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform des Kühlelements 4 dadurch, dass das Kühlelement 4 gemäß 4 im Gegensatz zu dem in der 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Kühlelements 4 einen Innenraum 15 ausbildet, in welchem das Temperierfluid 14 aufgenommen ist.
Der Innenraum 15 kann dabei auch als Reservoir 16 bezeichnet sein und ist insbesondere in der Art ausgebildet, dass eine gleichmäßige Verteilung des Temperierfluids 14 über das gesamte Kühlelement 4 möglich ist.
Auch hierbei ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausbildung des Innenraums 15 beschränkt ist, sondern auch weitere Gestaltungsmöglichkeiten denkbar sind.
Weiterhin ist aus der 4 zu erkennen, dass die Sicherheitsventile 9 in der Art angeordnet sind, dass diese mit dem Innenraum 15 in der Art verbunden sind, dass sich innerhalb des Innenraums 15 bildendes Gas mittels der Sicherheitsventile 9 aus dem Temperierkanal 13 entweichen kann.
Das in den 3 und 4 zu erkennende Temperierfluid 14 weist eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C auf.
Bevorzugt weist das Temperierfluid 14 eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C auf.
Insbesondere weist das Temperierfluid 14 eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf.
Überschreitet eine Batteriezelle 2, welche wärmeleitend mit dem Kühlelement 4 verbunden ist, eine sicherheitskritische Temperatur für die jeweilige Batteriezelle 2, so führt die von der Batteriezelle 2 auf das Kühlelement 4 übertragene Wärme dazu, dass die Verdampfungstemperatur des Temperierfluids 14 überschritten wird.
Dadurch verdampft das Temperierfluid 14 und geht somit zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand über, wobei jeweilige Verdampfungsenthalpie die von der Batteriezelle 2 abgegebene Wärme aufnehmen kann und somit die Batteriezelle 2 kühlen kann.
Der gasförmige Anteil des Temperierfluids 14 kann mittels der Sicherheitsventile 9 entweichen.
Die 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4.
Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 gleichmäßig über kleinste Seitenflächen 10 verteilt, wobei hier insbesondere darunter verstanden sein soll, dass die Sicherheitsventile 9 in der Längsrichtung 7 mit einem gleichen Abstand von den benachbarten Batteriezellen 2 angeordnet sind.
Die 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4.
Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 an der vorderen Seitenfläche 101 gleichmäßig über die vordere Seitenfläche 101 verteilt, und insbesondere analog zu 5, angeordnet.
Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 an der oberen Seitenfläche 102 in der Art angeordnet, dass die Sicherheitsventile 9 stets einer Batteriezelle 2 zugeordnet werden können. Insbesondere sind die mit dem Bezugszeichen 91 bezeichneten Sicherheitsventile 9 einer rechts von dem Kühlelement 4 angeordneten Batteriezelle 2 zugeordnet und die mit dem Bezugszeichen 92 bezeichneten Sicherheitsventile 9 einer links von dem Kühlelement 4 angeordneten Batteriezelle 2 zugeordnet.
Dabei ist in den 5 und 6 noch einmal zu erkennen, dass die Sicherheitsventile 9 jeweils an einer kleinsten Seitenfläche 10 angeordnet sind, welche von einer größten Seitenfläche 12 des Kühlelements 4 verschieden ist.
Die 7 zeigt eine erste Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle 200, welche beispielsweise eine Temperatur oberhalb eines sicherheitskritischen Werts aufweist, was in der linken Darstellung der 7 angedeutet sein soll.
In der rechten Darstellung der 7 ist zu erkennen, dass das Temperierfluid 14 verdampft und somit die Batteriezelle 200 gekühlt werden kann. Dabei öffnen die Sicherheitsventile 9 an den Seitenflächen 10.
An dieser Stelle sei hierzu angemerkt, dass das Kühlelement 4 insbesondere gemäß 5 ausgebildet ist.
Die 8 zeigt eine zweite Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle 200, welche beispielsweise eine Temperatur oberhalb eines sicherheitskritischen Wertes aufweist, was in der linken Darstellung der 8 angedeutet sein soll.
In der rechten Darstellung der 8 ist zu erkennen, dass Temperierfluid 14 entweicht, und somit die Batteriezelle 200 gekühlt werden kann. Dabei öffnen die Sicherheitsventile 91 an der oberen Seitenfläche 102 und die Sicherheitsventile 9 an der vorderen Seitenfläche 10.
An dieser Stelle sei hierzu angemerkt, dass das Kühlelement 4 insbesondere gemäß 6 ausgebildet ist.
Des Weiteren kann selbstverständlich auch durch die Sicherheitsventile 9 ausfließendes, flüssiges Temperierfluid 14 zu einer Kühlung beitragen.
Insgesamt sei an dieser Stelle noch bemerkt, dass alle gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich einer Beschreibung der Erfindung dienen und insbesondere auch miteinander kombiniert werden können.

Claims

Batteriemodul (1) mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, wobei die Mehrzahl an Batteriezellen (2) elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet ist, und zwischen zwei Batteriezellen (2) ein Kühlelement (4) angeordnet ist, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kühlelements (4) ein Temperierfluid (14) aufgenommen ist, welches eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C aufweist, bevorzugt mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C aufweist und insbesondere mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C aufweist, wobei das Kühlelement (4) weiterhin eine Mehrzahl von Sicherheitsventilen (9) umfasst, welche bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnen, wobei die Mehrzahl der Sicherheitsventile (9) an einer von einer größten Seitenfläche (12) des Kühlelements (4) verschiedenen Seitenfläche (10) des Kühlelements (4) gleichmäßig verteilt angeordnet ist.
Batteriemodul (1) nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (4) unmittelbar mechanisch kontaktierend mit der Batteriezelle (2) angeordnet ist, insbesondere unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem Batteriezellengehäuse (21) der Batteriezelle (2) angeordnet ist.
Batteriemodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) weiterhin ein weiteres Kühlelement (5), insbesondere eine Kühlplatte (6), umfasst, welches insbesondere unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement (4) verbunden ist.
Batteriemodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (4) zumindest einen Temperierkanal (13) umfasst, welcher zu einer Durchströmung mit dem Temperierfluid (14) ausgebildet oder welcher zu einer Aufnahme des Temperierfluids (14) ausgebildet ist.
Batteriemodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (2) in einer Längsrichtung (7) des Batteriemoduls (1) nebeneinander angeordnet ist, und weiterhin jeweils zwei Batteriezellen (2) mit den jeweiligen größten Seitenflächen (8) benachbart zueinander angeordnet sind.
Batteriemodul (1) nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sicherheitsventil (9) derart angeordnet ist, dass die Mehrzahl von Sicherheitsventilen (9, 91, 92) stets einer Batteriezelle (2) zugeordnet ist.
Kühlelement (4) eines Batteriemoduls (1) insbesondere eines Batteriemoduls (1) gemäß der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kühlelement (4) zu einer Anordnung zwischen zwei Batteriezellen (2) eines Batteriemoduls (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kühlelements (4) ein Temperierfluid (14) aufgenommen ist, welches eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C aufweist, bevorzugt mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C aufweist und insbesondere mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C aufweist, wobei das Kühlelement (4) weiterhin eine Mehrzahl von Sicherheitsventilen (9) umfasst, welche bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnen, wobei die Mehrzahl der Sicherheitsventile (9) an einer von einer größten Seitenfläche (12) des Kühlelements (4) verschiedenen Seitenfläche (10) des Kühlelements (4) gleichmäßig verteilt angeordnet ist.
Verwendung eines Batteriemoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kühlelement (4) in der Art ausgebildet wird, dass eine Batteriezelle (2) der Mehrzahl an Batteriezellen (2), welche einen Wert der Temperatur aufweist, welcher oberhalb eines bestimmten sicherheitskritischen Temperaturwertes für die Batteriezelle (2) liegt, gekühlt wird.