DE102017221605A1 - Battery module, in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle - Google Patents

Battery module, in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1), insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen (2), welche in einem Gehäuse (3) angeordnet sind, und eine ein Federelement (4) aufweisende Temperiereinrichtung zum Temperieren der Batteriezellen (2), wobei das Federelement (4) sich in einem vorgespannten Zustand zumindest mittelbar am Gehäuse (3) des Batteriemoduls (1) und unmittelbar sowie flächig an den Batteriezellen (2) abstützt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, welche wenigstens ein Batteriemodul (1) aufweist.

Figure DE102017221605A1_0000
The invention relates to a battery module (1), in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising a plurality of interconnected battery cells (2) which are arranged in a housing (3), and a tempering device having a spring element (4) for tempering the battery cells (2 ), wherein the spring element (4) is supported in a prestressed state at least indirectly on the housing (3) of the battery module (1) and directly and extensively on the battery cells (2). The invention further relates to a motor vehicle having a battery, in particular a high-voltage battery, which has at least one battery module (1).
Figure DE102017221605A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, welche wenigstens ein solches Batteriemodul aufweist.The invention relates to a battery module, in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle, specified in the preamble of claim 1. Art. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with a battery having at least one such battery module.

Insbesondere im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen gewinnt das Thema der effektiven Kühlung von Batterien und somit auch Batteriemodulen sowie letztlich Batteriezellen immer mehr an Bedeutung. Batteriemodule umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen. Während des Betriebs der Batteriezellen entsteht Wärme, sei es während Ladevorgängen oder auch während der Energiebereitstellung, die oftmals über eine Flüssigkeitskühlung abgeführt wird. Bei einer solchen Vorgehensweise ist es üblicherweise immer notwendig, ein wärmeleitendes Material zwischen den Batteriezellen und beispielsweise einer Kühlplatte vorzusehen, welche zur Flüssigkeitskühlung von einem Kühlmedium durchströmt wird. Dafür kommen beispielsweise sogenannte Gap-Filler oder auch Gap-Pats zum Einsatz.Particularly in the course of the increasing electrification of motor vehicles, the topic of the effective cooling of batteries and thus battery modules as well as ultimately battery cells is becoming more and more important. Battery modules usually include a plurality of interconnected battery cells. During operation of the battery cells heat is generated, either during charging or during the energy supply, which is often dissipated via a liquid cooling. In such a procedure, it is usually always necessary to provide a heat-conducting material between the battery cells and, for example, a cooling plate, which is flowed through by a cooling medium for liquid cooling. For example, so-called Gap-Filler or Gap-Pats are used.

Diese Flüssigkeitskühlung kann beispielsweise mittels Aluminium-Strangpressprofilen realisiert werden. Um Fertigungstoleranzen auszugleichen, sind die zuvor erwähnten Gap-Filler beziehungsweise Gap-Pats notwendig, damit eine möglichst flächige Anbindung solcher Aluminium-Strangpressprofile an Batteriezellen realisiert werden kann. Zum einen sind derartige Aluminium-Strangpressprofile relativ teuer und zum anderen sind auch die Gap-Filler beziehungsweise Gap-Pats relativ teuer sowie aufwendig in Montageprozessen zu handhaben.This liquid cooling can be realized for example by means of extruded aluminum profiles. In order to compensate for manufacturing tolerances, the aforementioned Gap-Filler or Gap-Pats are necessary so that the widest possible connection of such extruded aluminum profiles can be realized in battery cells. On the one hand, such extruded aluminum profiles are relatively expensive, and on the other hand, the gap fillers or gap patens are relatively expensive and expensive to handle in assembly processes.

Die WO 2013/171205 A1 zeigt eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie. Die Kühlvorrichtung umfasst eine Kühlmittelleitung und ein Anpresselement, das elastisch ausgebildet ist, um die Kühlmittelleitung an eine Flachseite der Fahrzeugbatterie anzupressen.The WO 2013/171205 A1 shows a cooling device for a vehicle battery. The cooling device comprises a coolant line and a pressing element, which is designed to press the coolant line to a flat side of the vehicle battery.

Die DE 10 2009 030 017 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst mehrere Speicherzellenmodule, die neben- und/oder übereinander angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Kühlerblock mit einer Aufnahme für die Speicherzellenmodule und eine Struktur zur Wärmeabfuhr. Der Kühlerblock weist eine Spannvorrichtung auf, um die zur Wärmeabfuhr dienende Struktur an die Speicherzellenmodule anzupressen.The DE 10 2009 030 017 A1 shows a device for powering a motor vehicle. The device comprises a plurality of memory cell modules, which are arranged side by side and / or one above the other. Furthermore, the device comprises a radiator block with a receptacle for the memory cell modules and a structure for heat dissipation. The radiator block has a chuck to press the heat dissipating structure to the memory cell modules.

Die WO 2017/016830 A1 beschreibt eine Haltevorrichtung, mittels welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Einheit an eine Fahrzeugbatterie gedrückt werden kann. Dafür weist die Haltevorrichtung ein Federelement auf.The WO 2017/016830 A1 describes a holding device, by means of which a device through which a coolant can flow, can be pressed against a vehicle battery. For this purpose, the holding device has a spring element.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache Lösung zur Kühlung von Batteriezellen zu ermöglichen.It is the object of the present invention to enable a particularly simple solution for cooling battery cells.

Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a battery module, in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle, having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfasst mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen, welche in einem Gehäuse angeordnet sind, und eine ein Federelement aufweisende Temperiereinrichtung zum Temperieren der Batteriezellen. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement sich in einem vorgespannten Zustand zumindest mittelbar an einem Gehäuse des Batteriemoduls und unmittelbar sowie flächig an den Batteriezellen abstützt. Das zum Temperieren der Batteriezellen dienende Federelement liegt also direkt und flächig an den Batteriezellen, also z.B. an jeweiligen Ummantelungen bzw. Gehäuseteilen der Batteriezellen, an. Bei den Batteriezellen kann es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Zellen, aber auch um andere Arten von Batteriezellen handeln. Dadurch, dass das Federelement der Temperiereinrichtung unmittelbar und flächig an den Batteriezellen vorgespannt anliegt, sind die eingangs erwähnten Gap-Filler beziehungsweise Gap-Pats nicht mehr notwendig. Denn aufgrund des vorgespannten Zustands und der federnden Wirkung des Federelements kann dieses unterschiedliche Herstelltoleranzen am Batteriemodul und insbesondere auch an den Batteriezellen ausgleichen, infolgedessen das Federelement besonders großflächig und unmittelbar an den Batteriezellen anliegen kann. Über das Federelement kann so beispielsweise überschüssige Wärme von den Batteriezellen zuverlässig abgeführt werden, da das Federelement aus einem besonders gut wärmeleitenden Material hergestellt ist.The battery module according to the invention, in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprises a plurality of interconnected battery cells, which are arranged in a housing, and a spring element having a tempering device for controlling the temperature of the battery cells. It is inventively provided that the spring element is supported in a biased state, at least indirectly on a housing of the battery module and directly and flat on the battery cells. The spring element serving for tempering the battery cells is thus located directly and flat on the battery cells, thus e.g. on respective sheaths or housing parts of the battery cells, to. The battery cells can be, for example, lithium-ion cells, but also other types of battery cells. Due to the fact that the spring element of the tempering device bears against the battery cells in a direct and planar manner, the gap fillers or gap pates mentioned in the introduction are no longer necessary. Because due to the prestressed state and the resilient action of the spring element, this can compensate for different manufacturing tolerances on the battery module and in particular also on the battery cells, as a result, the spring element can rest against a particularly large area and directly to the battery cells. Excess heat, for example, can be reliably dissipated by the battery cells via the spring element, since the spring element is produced from a material which is particularly highly thermally conductive.

Beispielsweise ist es möglich, dass das Gehäuse des Batteriemoduls an seiner Unterseite eine Aussparung aufweist, in welche das Federelement im vorgespannten Zustand hineinragt und so an jeweiligen Unterseiten der Batteriezellen flächig anliegt. Zudem ist es möglich, dass das Federelement beispielsweise an seinen Außenseiten durch Schweißen, Kleben oder dergleichen mit dem Gehäuse des Batteriemoduls verbunden ist. Auch ist es möglich, dass das Gehäuse beispielsweise geschlossen ist, wobei sich das Federelement zwischen einer Innenseite des Gehäuses und einer Unterseite der Batteriezellen im vorgespannten Zustand abstützt. Auch in dem Fall ist es auf einfache Weise möglich, sicherzustellen, dass aufgrund der federnden Wirkung des Federelements und im vorgespannten Zustand eine flächige Anlage des Federelements an den Batteriezellen realisiert wird, infolgedessen insbesondere Wärme besonders gut von den Batteriezellen über das Federelement abgeführt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul wird also ermöglicht, dass insbesondere Wärme direkt durch die Andrückkraft des Federelements unter Vermittlung des Federelements von den Batteriezellen abgeführt wird. Wie bereits erwähnt, sind aufgrund der federnden Wirkung des vorgespannten Federelements kein zusätzlicher Toleranzausgleich und auch beispielsweise keine Wärmeleitpaste notwendig. Das Batteriemodul als solches kann dadurch günstiger hergestellt werden, da zum einen Materialkosten und zum anderen auch Montageaufwände eingespart werden können.For example, it is possible that the housing of the battery module has on its underside a recess into which the spring element protrudes in the prestressed state and thus bears flat against respective undersides of the battery cells. In addition, it is possible that the spring element is connected, for example, on its outer sides by welding, gluing or the like to the housing of the battery module. It is also possible that the housing is closed, for example, with the spring element between an inner side of the housing and a bottom of the battery cells is supported in the prestressed state. Even in the case it is possible in a simple manner to ensure that due to the resilient action of the spring element and in the prestressed state a flat contact of the spring element is realized on the battery cells, consequently heat in particular can be dissipated particularly well by the battery cells on the spring element. In the case of the battery module according to the invention, therefore, it is possible in particular for heat to be dissipated directly from the battery cells by the pressing force of the spring element, mediated by the spring element. As already mentioned, no additional tolerance compensation and, for example, no thermal compound are necessary due to the resilient action of the prestressed spring element. The battery module as such can be made cheaper, since on the one hand material costs and on the other hand assembly costs can be saved.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Federelement aus einem Metall, insbesondere aus einem Federstahl, hergestellt ist. Zum einen kann das Federelement dadurch besonders gut Wärme ableiten und zum anderen, wenn es denn aus einem Federstahl hergestellt ist, wird eine besonders gute federnde Wirkung und somit eine entsprechend hohe Anpresskraft des Federelements an den Batteriezellen ermöglicht. Es ist auch möglich, das Federelement aus einem nichtmetallischen Werkstoff herzustellen, sofern dieser Werkstoff gute federnde und wärmeleitende Eigenschaften aufweist.An advantageous embodiment of the invention provides that the spring element is made of a metal, in particular of a spring steel. On the one hand, the spring element can thereby dissipate heat particularly well and, on the other hand, if it is made of a spring steel, a particularly good resilient effect and thus a correspondingly high contact pressure of the spring element on the battery cells is made possible. It is also possible to produce the spring element from a non-metallic material, provided that this material has good elastic and heat-conducting properties.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Federelement massiv ausgebildet ist. Dadurch kann das Federelement besonders gut Wärme von den Batteriezellen wegleiten, da ein relativ großer Querschnitt zur Wärmeableitung zur Verfügung steht, und zwar im Gegensatz dazu, wenn das Federelement hohl ausgebildet wäre.A further advantageous embodiment of the invention provides that the spring element is solid. This allows the spring element particularly good heat away from the battery cells, since a relatively large cross section for heat dissipation is available, in contrast to when the spring element would be hollow.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Federelement entsprechend einer jeweiligen Breite der hintereinander angeordneten Batteriezellen in jeweilige durch Schlitze voneinander getrennte Segmente aufgeteilt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die jeweiligen Segmente des Federelements mehr oder weniger unabhängig voneinander sich an die jeweiligen Batteriezellen anschmiegen können. Dadurch wird sichergestellt, dass das Federelement besonders großflächig an den jeweiligen Batteriezellen anliegen und somit überschüssige Wärme von den Batteriezellen wegleiten kann. Während einer Herstellung des Federelements ist es beispielsweise möglich, dass dieses zunächst als durchgängiges Teil hergestellt wird, wobei erst im Anschluss die Schlitze in das Federelement eingebracht werden, um die voneinander getrennten Segmenten herzustellen. Dies kann individuell angepasst an eine jeweilige Konfiguration des Batteriemoduls, insbesondere im Hinblick auf die verbauten Batteriezellen und ihre geometrischen Abmaße erfolgen. Dadurch kann im Zuge der Herstellung des Federelements sichergestellt werden, dass dieses geometrisch besonders gut an die verwendeten Batteriezellen angepasst ist, sodass eine besonders gute Wärmeableitung durch die flächig anliegenden Segmente des Federelements an den einzelnen Batteriezellen sichergestellt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the spring element is divided according to a respective width of the successively arranged battery cells in respective slots separated by segments. This can ensure that the respective segments of the spring element can more or less independently cling to the respective battery cells. This ensures that the spring element abut particularly large area of the respective battery cells and thus can dissipate excess heat from the battery cells. During manufacture of the spring element, it is possible, for example, for this to be initially produced as a continuous part, with the slots only then being introduced into the spring element in order to produce the segments separated from one another. This can be done individually adapted to a respective configuration of the battery module, in particular with regard to the installed battery cells and their geometric dimensions. This can be ensured in the course of the production of the spring element, that this is geometrically particularly well adapted to the battery cells used, so that a particularly good heat dissipation is ensured by the surface adjacent segments of the spring element to the individual battery cells.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung nur das Federelement zur passiven Temperierung der Batteriezellen aufweist. Dadurch ist die Temperiereinrichtung besonders einfach aufgebaut. Der Aufbau des Batteriemoduls kann dadurch besonders einfach gehalten werden, was sich natürlich dann auch auf den Preis des Batteriemoduls auswirkt.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the tempering device has only the spring element for passive temperature control of the battery cells. As a result, the temperature control is particularly simple. The structure of the battery module can be kept very simple, which of course then affects the price of the battery module.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung zur aktiven Temperierung der Batteriezellen wenigstens ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Kühlprofil aufweist, welches flächig an dem Federelement anliegt. Insbesondere wenn besonders viel Wärme von den Batteriezellen abgeführt werden muss, ist es von Vorteil, wenn die Temperiereinrichtung zur aktiven Temperierung der Batteriezellen das besagte Kühlprofil aufweist, welches von Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Durch die flächige Anlage des Federelements an dem Kühlprofil kann die Wärme unter Vermittlung des Federelements besonders gut von den Batteriezellen auf die Kühlflüssigkeit des Kühlprofils übertragen werden. Vorzugsweise ist das Kühlprofil auf einer von den Batteriezellen abgewandten Seite des Federelements angeordnet. Dadurch geht keine Anlagefläche an den Batteriezellen verloren, sodass eine besonders große Fläche zur Wärmeübertragung von den Batteriezellen an das Federelement und letztlich auch an die Kühlflüssigkeit des Kühlprofils zur Verfügung steht.According to an alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that the tempering device for actively controlling the temperature of the battery cells has at least one cooling profile through which a cooling liquid can flow which abuts flat against the spring element. In particular, when a lot of heat has to be dissipated from the battery cells, it is advantageous if the tempering device for active temperature control of the battery cells has the said cooling profile, through which cooling liquid can flow. Due to the planar contact of the spring element on the cooling profile, the heat can be transmitted particularly well from the battery cells to the cooling liquid of the cooling profile by means of the spring element. Preferably, the cooling profile is arranged on a side facing away from the battery cells side of the spring element. As a result, no contact surface is lost to the battery cells, so that a particularly large area is available for heat transfer from the battery cells to the spring element and ultimately also to the cooling liquid of the cooling profile.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Federelement und das Kühlprofil zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zumindest in dem Bereich, in dem sie aneinander anliegen, mit demselben metallischen Material beschichtet sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Kühlprofil beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist, wobei das Federelement aus einem herkömmlichen Federstahl hergestellt ist. Durch die Beschichtung des Federelements und des Kühlprofils zumindest in dem Bereich, in dem sie aneinander anliegen, mit demselben metallischen Material, kann Kontaktkorrosion verhindert werden. Beispielsweise ist es möglich, sowohl das Federelement als auch das Kühlprofil mit Nickel oder einem anderen, gut wärmeleitenden Metall zu beschichten.A further advantageous embodiment of the invention provides that the spring element and the cooling profile are coated with the same metallic material in order to avoid contact corrosion at least in the region in which they abut each other. For example, it is conceivable that the cooling profile is made for example of aluminum, wherein the spring element is made of a conventional spring steel. By the coating of the spring element and the cooling profile at least in the area in which they rest against each other, with the same metallic material, can Contact corrosion can be prevented. For example, it is possible to coat both the spring element and the cooling profile with nickel or another, good heat conducting metal.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kühlprofil ein Strangpressprofil ist. Dadurch kann eine Vielzahl von Kühlkanälen auf einfache Weise in dem Kühlprofil hergestellt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the cooling profile is an extruded profile. As a result, a plurality of cooling channels can be produced in a simple manner in the cooling profile.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Federelement zur aktiven Temperierung der Batteriezellen wenigstens ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kanal aufweist. Vorzugsweise weist das Federelement mehrere dieser Kanäle auf. Es ist also auch möglich, dass das Federelement selbst von einer Flüssigkeit durchströmt wird, um die Batteriezellen aktiv zu kühlen. Dies kann auch mit dem zuvor erwähnten Kühlprofil kombiniert werden. Natürlich ist es auch möglich, das mit dem Kanal versehene Federelement ohne das zusätzliche Kühlprofil zu verwenden. Das mit dem von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kanal versehene Federelement kann beispielsweise auch ein Strangpressprofil sein. Auch ist es möglich, dass das Federelement in dem Fall mehrteilig hergestellt wird, wobei gewisse Teile dazu dienen, einen Zu- beziehungsweise Rücklauf der Kühlflüssigkeit an sich zu ermöglichen, wobei beispielsweise ein mittlerer Teil des Federelements, welcher dann auch flächig an den Batteriezellen anliegt, dazu dient, den Zu- und Rücklauf miteinander zu verbinden und dadurch die eigentliche Wärmeabfuhr von den Batteriezellen zu ermöglichen.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the spring element for active temperature control of the battery cells has at least one channel through which a coolant can flow. Preferably, the spring element has a plurality of these channels. It is therefore also possible that the spring element itself is flowed through by a liquid in order to actively cool the battery cells. This can also be combined with the aforementioned cooling profile. Of course, it is also possible to use the channeled spring element without the additional cooling profile. The spring element provided with the channel through which the coolant can flow can also be an extruded profile, for example. It is also possible that the spring element is made in several parts in the case, with certain parts serve to allow a supply or return of the cooling liquid per se, for example, a middle part of the spring element, which then also rests flat against the battery cells, serves to connect the supply and return together and thereby allow the actual heat dissipation from the battery cells.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, welche das erfindungsgemäße Batteriemodul oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls aufweist. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Hybridfahrzeug oder auch um ein reines Elektrofahrzeug handeln, wobei in dem Fall dann die Batterie als Traktionsbatterie dient.The motor vehicle according to the invention comprises a battery, in particular a high-voltage battery, which has the battery module according to the invention or an advantageous embodiment of the battery module according to the invention. The motor vehicle may, for example, be a hybrid vehicle or even a pure electric vehicle, in which case the battery then serves as a traction battery.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Seitenschnittansicht eines Batteriemoduls entlang einer Querschnittsebene;
  • 2 eine Seitenschnittansicht desselben Batteriemoduls in einer Längsschnittebene, wobei mehrere hintereinander angeordnete Batteriezellen in dieser Ansicht zu erkennen sind;
  • 3 eine weitere Querschnittsansicht des Batteriemoduls, wobei unterseitig zwei Kühlprofile angeordnet sind;
  • 4 eine Draufsicht auf ein mehrteilig ausgebildetes Federelement, welches zur Temperierung des Batteriemoduls dient und mehrere Kühlkanäle aufweist; und in
  • 5 eine Perspektivansicht des Federelements, wobei dieses durch mehrere Schlitze unterteilt in mehrere Segmente unterteilt ist.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic side sectional view of a battery module along a cross-sectional plane;
  • 2 a side sectional view of the same battery module in a longitudinal sectional plane, wherein a plurality of successively arranged battery cells can be seen in this view;
  • 3 a further cross-sectional view of the battery module, wherein two cooling profiles are arranged on the underside;
  • 4 a plan view of a multi-part spring element, which serves for temperature control of the battery module and has a plurality of cooling channels; and in
  • 5 a perspective view of the spring element, which is divided by a plurality of slots divided into several segments.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.In the figures, identical or functionally identical elements have been provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Batteriemodul 1 entlang einer durch die Querrichtung y und Hochrichtung z aufgespannten Querschnittsebene gezeigt. Aufgrund der Darstellung ist nur eines von mehreren Batteriezellen 2, bei welchen es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Zellen handeln kann, des Batteriemoduls 1 erkennbar. Die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 1 sind durch ein Gehäuse 3 eingefasst beziehungsweise von diesem umgeben. Das Gehäuse 3 weist an seiner Unterseite eine Aussparung auf, in welche ein Federelement 4 hineinragt. Das Federelement 4 ist gemäß der vorliegenden Darstellung links und rechts an einer Unterseite des Gehäuses 3 angebracht, beispielsweise indem es angeklebt oder auch angeschweißt wurde.In 1 is a battery module 1 along a through the transverse direction y and high direction z shown clamped cross-sectional plane. Due to the illustration is only one of several battery cells 2 , which may be, for example, lithium-ion cells, the battery module 1 recognizable. The battery cells 2 of the battery module 1 are through a housing 3 bordered or surrounded by this. The housing 3 has on its underside a recess into which a spring element 4 protrudes. The spring element 4 is according to the present illustration, left and right at an underside of the housing 3 attached, for example, by being glued or welded.

Das Federelement 4 ist derart vorgespannt, dass es sich an dem Gehäuse 3 abstützt und dabei von unten gegen die Batteriezellen 2 drückt. Dadurch liegt das Federelement 4 im vorgespannten Zustand unmittelbar und flächig an den Batteriezellen 2 an.The spring element 4 is biased so that it is on the housing 3 supports and from the bottom against the battery cells 2 suppressed. This is the spring element 4 in the prestressed state directly and flat on the battery cells 2 on.

In 2 ist das Batteriemodul 1 in einer durch die Längsrichtung x und Hochrichtung z aufgespannten Längsschnittebene dargestellt, wobei das Gehäuse 3 in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt ist. In der vorliegenden Darstellung ist gut zu erkennen, dass die Batteriezellen 2 in einer Reihe entlang der Längsrichtung x hintereinander angeordnet sind. Zudem kann man hier gut erkennen, dass das Federelement 4 in einzelne Segmente 5 untergliedert ist, die durch jeweilige Schlitze 6 voneinander getrennt sind.In 2 is the battery module 1 in a longitudinal direction x and high direction z clamped longitudinal section plane, wherein the housing 3 not shown in the present description. In the present illustration, it is easy to see that the battery cells 2 in a row along the longitudinal direction x arranged one behind the other. In addition, it is easy to see that the spring element 4 into individual segments 5 subdivided through respective slots 6 are separated from each other.

Sollten sich beispielsweise aufgrund von Herstelltoleranzen und/oder Montagetoleranzen die jeweiligen Unterseiten der Batteriezellen 2 nicht auf der gleichen Höhe befinden, so kann das Federelement 4 dennoch flächig an den jeweiligen Unterseiten der Batteriezellen 2 anliegen, da es in die einzelnen Segmente 5 unterteilt ist. Entgegen der vorliegenden Darstellung ist es auch denkbar, dass die Batteriezellen 2 jeweils eine unterschiedliche Breite b aufweisen. In dem Fall ist es beispielsweise möglich, das Federelement 4 zunächst vollflächig herzustellen und danach erst angepasst an die jeweilige Breite b der Batteriezellen 2 die Schlitze 6 einzubringen und dadurch die Breite der einzelnen Segmente 5 an die jeweilige Breite b der Batteriezellen 2 anzupassen.Should, for example, due to manufacturing tolerances and / or mounting tolerances, the respective undersides of the battery cells 2 not on the same height, so can the spring element 4 nevertheless flat on the respective undersides of the battery cells 2 lie, as it is in the individual segments 5 is divided. Contrary to the present illustration, it is also conceivable that the battery cells 2 each have a different width b. In that case, it is possible, for example, the spring element 4 first to produce full surface and then adapted only to the respective width b the battery cells 2 the slots 6 and thereby the width of the individual segments 5 to the respective width b the battery cells 2 adapt.

Das Federelement 4 dient dazu, überschüssige Wärme von den Batteriezellen 2 abzuführen. Dabei ist es möglich, dass das Federelement 4 vollständig alleine als Temperiereinrichtung zum Temperieren, insbesondere zum Abführen von Wärme von den Batteriezellen 2, dient. Insbesondere in dem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Federelement 4 massiv ausgebildet ist. Das Federelement 4 ist in jedem Fall aus einem gut wärmeleitenden und federnden Material hergestellt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Federelement 4 aus einem Federstahl hergestellt ist.The spring element 4 serves to dissipate excess heat from the battery cells 2 dissipate. It is possible that the spring element 4 completely alone as tempering device for tempering, in particular for dissipating heat from the battery cells 2 , serves. In particular, in the case it is advantageous if the spring element 4 is solid. The spring element 4 is made in any case of a good heat-conducting and resilient material. This can be realized, for example, in that the spring element 4 made of spring steel.

Eine rein passive Kühlung der Batteriezellen 2 mittels des Federelements 4 ist also möglich. Dadurch, dass das Federelement 4 vorgespannt ist und sich selbst an der Unterseite der Batteriezellen 2 herandrückt, müssen keine Ausgleichselemente oder auch Wärmeleitpasten verwendet werden, um eine gute Wärmeübertragung von den Batteriezellen 2 auf das Federelement 4 sicherzustellen.A purely passive cooling of the battery cells 2 by means of the spring element 4 is possible. Due to the fact that the spring element 4 is biased and itself at the bottom of the battery cells 2 no equalizing elements or heat conducting pastes must be used to ensure good heat transfer from the battery cells 2 on the spring element 4 sure.

In 3 ist das Batteriemodul 1 in derselben Querschnittsansicht wie in 1 gezeigt. Zusätzlich zu dem Federelement 4 sind gemäß der vorliegenden Darstellung links und rechts unten jeweilige Kühlprofile 7 angeordnet. Die Kühlprofile 7 weisen mehrere Kanäle 8 auf, die von einem Kühlmedium, im einfachsten Fall beispielsweise von Wasser, durchströmt werden können. Im hier gezeigten Fall bilden das Federelement 4 und die Kühlprofile 7 eine aktive Temperiereinrichtung zum Temperieren der Batteriezellen 2 aus. Das wiederum vorgespannte und flächig an der Unterseite der Batteriezellen 2 anliegende Federelement 4 leitet überschüssige Wärme von den Batteriezellen 2 zu den Kühlprofilen 7. Da die Kühlprofile 7 von Kühlflüssigkeit durchströmt werden, kann die überschüssige Wärme von den Batteriezellen 2 mittels der Kühlflüssigkeit abtransportiert werden.In 3 is the battery module 1 in the same cross-sectional view as in 1 shown. In addition to the spring element 4 are according to the present illustration left and right below respective cooling profiles 7 arranged. The cooling profiles 7 have several channels 8th on, which can be traversed by a cooling medium, in the simplest case, for example, of water. In the case shown here form the spring element 4 and the cooling profiles 7 an active tempering for tempering the battery cells 2 out. This, in turn, pre-tensioned and flat at the bottom of the battery cells 2 adjacent spring element 4 dissipates excess heat from the battery cells 2 to the cooling profiles 7 , Because the cooling profiles 7 can be traversed by coolant, the excess heat from the battery cells 2 be removed by means of the cooling liquid.

Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Federelement 4 und die Kühlprofile 7 zumindest in dem Bereich, in dem sie aneinander anliegen, mit demselben metallischen Material beschichtet sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Kühlprofile 7 als Aluminium-Strangpressprofile hergestellt worden sind. Wenn das Federelement 4, wie bereits erwähnt, aus einem Federstahl hergestellt ist, bestünde gegebenenfalls die Gefahr von Kontaktkorrosion, wenn blankes Metall auf blankes Metall treffen würde. Daher können das Federelement 4 und die Kühlprofile 7 zur Vermeidung von Kontaktkorrosion beispielsweise mit Nickel oder auch mit anderen Materialien beschichtet sein, vorzugsweise mit Materialien, die zumindest die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie das Federelement 5 und die Kühlprofile 7 aufweisen.To avoid contact corrosion, it is preferably provided that the spring element 4 and the cooling profiles 7 at least in the area in which they abut each other, coated with the same metallic material. For example, it is conceivable that the cooling profiles 7 have been produced as aluminum extruded profiles. When the spring element 4 As already mentioned, it is made from a spring steel, if necessary there would be the risk of contact corrosion if bare metal would hit bare metal. Therefore, the spring element 4 and the cooling profiles 7 To avoid contact corrosion, for example, be coated with nickel or other materials, preferably with materials that have at least the same thermal conductivity as the spring element 5 and the cooling profiles 7 respectively.

In 4 ist eine weitere mögliche Ausführungsform des Federelements 4 gezeigt. Im vorliegend gezeigten Fall umfasst das Federelement 4 zwei äußere Teile 9 und ein mittleres Teil 10. Sowohl die äußeren Teile 9 als auch das mittlere Teil 10 sind von mehreren Kühlkanälen 11 durchzogen. Diese Teile 9, 10 können beispielsweise ebenfalls mittels Strangpressen hergestellt werden. Die außenseitigen Teile 9 dienen als Zu- beziehungsweise Rücklauf von Kühlflüssigkeit, wobei der mittlere Teil 10, wie in den 1 bis 3 gezeigt, flächig an den Batteriezellen 2 anliegt.In 4 is another possible embodiment of the spring element 4 shown. In the case shown here, the spring element comprises 4 two outer parts 9 and a middle part 10 , Both the outer parts 9 as well as the middle part 10 are of several cooling channels 11 traversed. These parts 9 . 10 For example, they can also be produced by means of extrusion. The outside parts 9 serve as inflow or return of coolant, the middle part 10 as in the 1 to 3 shown, flat on the battery cells 2 is applied.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform des Federelements 4 ist das Federelement 4 also selbst zur aktiven Kühlung der Batteriezellen 2 ausgelegt, da in dem Federelement 4 selbst die Kühlkanäle 11 vorgesehen sind. Die in 3 gezeigte Variante mit den separaten Kühlprofilen 7 kann zudem mit der in 4 gezeigten Ausführungsform der von Kühlmedium durchströmbaren Teile 9, 10 des Federelements 4 kombiniert werden. Zumindest der mittlere Teil 10 des Federelements 4 ist wiederum aus einem Federstahl hergestellt, wobei auch die äußeren Teile 9 ebenfalls aus einem Federstahl hergestellt sein können. Denn die in 4 gezeigte Ausführungsform des Federelements 4 ist, wie bereits erwähnt, ebenfalls dazu geeignet, vorgespannt zu werden und sich dadurch auch flächig an die Batteriezellen 2 anzudrücken.In the embodiment of the spring element shown here 4 is the spring element 4 So even for active cooling of the battery cells 2 designed as in the spring element 4 even the cooling channels 11 are provided. In the 3 shown variant with the separate cooling profiles 7 can also with the in 4 shown embodiment of the flow-through of cooling medium parts 9 . 10 of the spring element 4 be combined. At least the middle part 10 of the spring element 4 is in turn made of a spring steel, with the outer parts 9 may also be made of a spring steel. Because the in 4 shown embodiment of the spring element 4 is, as already mentioned, also suitable to be biased and thereby also flat to the battery cells 2 to press.

In 5 ist das Federelement 4 in einer Perspektivansicht gezeigt. Es kann sich hierbei sowohl um das Federelement 4 mit den Kühlkanälen 11 als auch um das Federelement 4 ohne die Kühlkanäle 11 handeln. In der vorliegenden Darstellung sind nochmals gut die einzelnen Segmente 5 des Federelements 4 zu erkennen, welche durch die Schlitze 6 unterteilt sind.In 5 is the spring element 4 shown in a perspective view. It may be both the spring element 4 with the cooling channels 11 as well as the spring element 4 without the cooling channels 11 act. In the present presentation are again good the individual segments 5 of the spring element 4 to recognize which through the slots 6 are divided.

Bei dem beschriebenen Batteriemodul 1 kann also eine zuverlässige Wärmeabfuhr von den Batteriezellen 2 durch das Federelement 4, gegebenenfalls in Kombination mit den Kühlprofilen 7, zuverlässig sichergestellt werden. Unabhängig davon, ob das Federelement 4 zur aktiven oder nur zur passiven Kühlung dient, drückt sich das Federelement 4 flächig und unmittelbar an die Unterseite der Batteriezellen 2 heran, infolgedessen eine besonders gute Wärmeübertragung von den Batteriezellen 2 auf das Federelement 4 erfolgen kann.In the described battery module 1 So can a reliable heat dissipation from the battery cells 2 by the spring element 4 , optionally in combination with the cooling profiles 7 to be reliably ensured. Regardless of whether the spring element 4 is used for active or passive cooling, the spring element presses 4 flat and directly to the bottom of the battery cells 2 as a result, a particularly good one Heat transfer from the battery cells 2 on the spring element 4 can be done.

Zwar wurde in den Figuren nur der Fall gezeigt, dass das Federelement 4 unterseitig an den Batteriezellen 2 angeordnet ist, jedoch ist es natürlich auch möglich, dass je nach Aufbau beziehungsweise Anordnung der Batteriezellen 2 das Federelement 4 auch beispielsweise seitlich oder auch an anderen Stellen angeordnet sein kann, um eine zuverlässige Wärmeabfuhr von den Batteriezellen 2 zu ermöglichen.Although in the figures, only the case has been shown that the spring element 4 on the underside of the battery cells 2 is arranged, but it is of course also possible that, depending on the structure or arrangement of the battery cells 2 the spring element 4 Also, for example, laterally or at other locations may be arranged to a reliable heat dissipation from the battery cells 2 to enable.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/171205 A1 [0004]WO 2013/171205 A1 [0004]
  • DE 102009030017 A1 [0005]DE 102009030017 A1 [0005]
  • WO 2017/016830 A1 [0006]WO 2017/016830 A1 [0006]

Claims (11)

Batteriemodul (1), insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen (2), welche in einem Gehäuse (3) angeordnet sind, und eine ein Federelement (4) aufweisende Temperiereinrichtung zum Temperieren der Batteriezellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) sich in einem vorgespannten Zustand zumindest mittelbar am Gehäuse (3) des Batteriemoduls (1) und unmittelbar sowie flächig an den Batteriezellen (2) abstützt.Battery module (1), in particular for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising a plurality of interconnected battery cells (2) which are arranged in a housing (3), and a tempering device having a spring element (4) for tempering the battery cells (2), characterized in that, in a prestressed state, the spring element (4) is supported at least indirectly on the housing (3) of the battery module (1) and directly and extensively on the battery cells (2). Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) aus einem Metall, insbesondere aus einem Federstahl, hergestellt ist.Battery module (1) to Claim 1 , characterized in that the spring element (4) is made of a metal, in particular of a spring steel. Batteriemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) massiv ausgebildet ist.Battery module (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the spring element (4) is solid. Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) entsprechend einer jeweiligen Breite (b) der hintereinander angeordneten Batteriezellen (2) in jeweilige durch Schlitze (6) voneinander getrennte Segmente (5) aufgeteilt ist.Battery module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (4) corresponding to a respective width (b) of the battery cells (2) arranged one behind the other is divided into respective segments (5) separated from one another by slots (6). Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung nur das Federelement (4) zur passiven Temperierung der Batteriezellen (2) aufweist.Battery module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering device only the spring element (4) for passive temperature control of the battery cells (2). Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung zur aktiven Temperierung der Batteriezellen (2) wenigstens ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Kühlprofil (7) aufweist, welches flächig an dem Federelement (4) anliegt.Battery module (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the temperature control device for active temperature control of the battery cells (2) has at least one cooling profile (7) through which a cooling liquid can flow, which areally rests against the spring element (4). Batteriemodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlprofil (7) auf einer von den Batteriezellen (2) abgewandten Seite des Federelements (4) angeordnet ist.Battery module (1) to Claim 6 , characterized in that the cooling profile (7) on one of the battery cells (2) facing away from the spring element (4) is arranged. Batteriemodul (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und das Kühlprofil (7) zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zumindest in dem Bereich, in dem sie aneinander anliegen, mit demselben metallischen Material beschichtet sind.Battery module (1) to Claim 6 or 7 , characterized in that the spring element (4) and the cooling profile (7) to avoid contact corrosion, at least in the region in which they rest against each other, are coated with the same metallic material. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlprofil (7) ein Strangpressprofil ist.Battery module (1) according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the cooling profile (7) is an extruded profile. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Federelement (4) zur aktiven Temperierung der Batteriezellen (2) wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kanal (11) aufweist.Battery module (1) according to one of Claims 1 . 2 . 4 or 6 to 9 , characterized in that spring element (4) for active temperature control of the battery cells (2) has at least one channel (11) through which a cooling liquid can flow. Kraftfahrzeug mit einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, welche wenigstens ein Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Motor vehicle with a battery, in particular a high-voltage battery, which has at least one battery module (1) according to one of the preceding claims.
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