DE102017223476A1 - Kühlmodul für einen Zellstapel, Zellstapel, Batterievorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Zellen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Batterievorrichtungen und ermöglicht insbesondere eine vereinfachte Herstellung und/oder einen optimierten Betrieb derselben, indem ein Kühlmodul, ein Zellstapel, die gesamte Batterievorrichtung und/oder ein Verfahren zum Kühlen von Zellen optimiert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem das Gebiet der Batterievorrichtungen, welche insbesondere längs einer Stapelrichtung gestapelte Zellen aufweisen. Abhängig von einer erforderlichen Kapazität und Leistung der Batterievorrichtung ist eine Kühlung der Zellen unumgänglich. Hierfür kommen insbesondere Kühlmodule zum Einsatz.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bestehende Batterievorrichtungen und Komponenten hiervon im Sinne einer vereinfachten Herstellung sowie einer optimierten Funktionsweise weiterzubilden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Kühlmodul für einen Zellstapel, insbesondere einen Akkumulatorzellstapel, ein Kühlelement zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst.
  • Das Kühlelement dient insbesondere der Kühlung einer oder mehrerer Zellen des Zellstapels, kann jedoch auch zur Erwärmung einer oder mehrerer Zellen des Zellstapels genutzt werden, beispielsweise um den Zellstapel in einer Startphase zügig auf eine optimale Betriebstemperatur zu bringen oder um ein Einfrieren der Zellen bei sehr kalten Umgebungstemperaturen zu vermeiden.
  • Das Kühlelement umfasst vorzugsweise zwei eine Außenhülle des Kühlelements bildende, plattenförmige, flexible Lagen.
  • Die Lagen sind vorzugsweise in einem umlaufenden Randbereich fluiddicht miteinander verbunden und umgeben einen Innenraum des Kühlelements.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kühlelement im Wesentlichen rechteckig und/oder quaderförmig ausgebildet ist.
  • Das Kühlelement ist vorzugsweise ein flexibler Kühlbeutel.
  • Insbesondere in einem mittigen Zentralbereich des Kühlelements, das heißt beabstandet von dem umlaufenden Randbereich, ist das Kühlelement vorzugsweise dickenvariabel, das heißt, dass ein Abstand der beiden Lagen voneinander variieren kann.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Lagen eines Kühlelements, welche eine Außenhülle des Kühlelements bilden, in dem umlaufenden Randbereich dichtgeschweißt und/oder durch Umspritzen mit Kunststoff miteinander verbunden und/oder abgedichtet sind.
  • Die Lagen sind im Randbereich vorzugsweise unmittelbar miteinander verbunden. Insbesondere liegen die Lagen vorzugsweise unmittelbar aneinander an.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Lagen stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine plattenförmige flexible Lage des Kühlelements oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen des Kühlelements ein metallisches Blech umfassen oder hieraus gebildet sind.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Materialstärke der Lagen höchstens ungefähr 0,5 mm, beispielsweise höchstens ungefähr 0,3 mm, insbesondere ungefähr 0,25 mm, beträgt.
  • Die Materialstärke ergibt sich insbesondere als Summe aus einem Trägermaterial, beispielsweise einem metallischen Blech, und einer optionalen Beschichtung.
  • Eine Innenseite und/oder eine Außenseite einer jeden Lage kann beispielsweise mit einer Beschichtung versehen sein. Eine solche Beschichtung ist insbesondere eine Isolationsschicht zur elektrischen Isolation und/oder eine die Haftung an einer Zelle erhöhende Schicht.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass eine plattenförmige flexible Lage des Kühlelements oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen des Kühlelements aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Organoblech, gebildet sind oder ein solches umfassen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kühlelement in einem Wärmeübertragungsbereich des Kühlelements einen oder mehrere Abstandshalter zur Vermeidung einer flächigen Anlage der beiden Lagen aneinander umfasst.
  • Ein Wärmeübertragungsbereich ist insbesondere ein beabstandet von dem Randbereich angeordneter zentraler Bereich des Kühlelements.
  • Der eine oder die mehreren Abstandshalter weisen vorzugsweise eine maximale Erstreckung längs einer Dickenrichtung und/oder längs einer Stapelrichtung auf, welche höchstens ungefähr 60 %, insbesondere höchstens ungefähr 40 %, beispielsweise höchstens ungefähr 25 %, einer Dicke des Kühlelements im Wärmeübertragungsbereich entspricht, insbesondere dann, wenn das Kühlelement in einem Zustand vorliegt, in welchem die die Außenhülle bildenden Lagen des Kühlelements im Wärmeübertragungsbereich eben sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
  • In diesem Zustand des Kühlelements sind die Lagen insbesondere im Wärmeübertragungsbereich vorzugsweise weder konkav noch konvex verformt.
  • Günstig kann es sein, wenn der eine oder die mehreren Abstandshalter als ein oder mehrere Vorsprünge in eine oder beide Lagen des Kühlelements eingeformt sind.
  • Insbesondere kann hierdurch eine punktuelle Anlage einer Lage an der weiteren Anlage erzielt werden, um einen Strömungsquerschnitt zwischen den beiden Lagen möglichst wenig zu beeinträchtigen.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass einer oder mehrere Abstandshalter durch eine Strukturierung, insbesondere eine Prägung, in einer der beiden Lagen gebildet sind.
  • Die zwei Lagen, welche die Außenhülle des Kühlelements bilden, sind vorzugsweise bezüglich einer Mittelebene des Kühlelements, längs welcher die zwei Lagen im Randbereich aneinander anliegen, zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die zwei Lagen identisch miteinander ausgebildet und lediglich in unterschiedlichen Drehausrichtungen angeordnet werden, um letztlich miteinander verbunden zu werden.
  • Günstig kann es sein, wenn die Lagen jeweils einen Stutzen zum Zuführen von Kühlmedium und/oder einen Stutzen zum Abführen von Kühlmedium umfassen.
  • Insbesondere kann ein Stutzen vorgesehen sein, welcher Teil eines Zuführkanals zum Zuführen von Kühlmedium zu dem Innenraum des Kühlelements ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Stutzen vorgesehen sein, welcher Teil eines Abführkanals zum Abführen von Kühlmedium von dem Kühlelement ist.
  • Ein oder mehrere Stutzen, insbesondere sämtliche Stutzen, sind vorzugsweise als in die jeweilige Lage eingebrachte Durchtrittsöffnung ausgebildet.
  • Jede dieser Durchtrittsöffnungen ist vorzugsweise mit einem aus der Lage herausgeformten kragenförmigen Vorsprung umgeben.
  • Jede Lage samt der darin oder daran angeordneten Stutzen ist somit insbesondere einstückig, beispielsweise in einem einzelnen Herstellungsschritt, mit den Stutzen ausgebildet.
  • Insbesondere kann ein Stanzvorgang, Prägevorgang und/oder Tiefziehvorgang zur Formgebung einer Lage samt der Stutzen vorgesehen sein.
  • Auf die kragenförmigen Vorsprünge der Stutzen wird nachfolgend auch vereinfacht als „Kragen“ Bezug genommen.
  • Der Kragen eines jeden Stutzens ragt vorzugsweise von dem Innenraum des Kühlelements weg.
  • Insbesondere umfasst der Kragen einen zylindrischen Abschnitt, vorzugsweise einen kreiszylindrischen Abschnitt.
  • Eine Rotationsachse, bezüglich welcher der Kragen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist, ist vorzugsweise senkrecht zu zwei Haupterstreckungsrichtungen der Lagen, senkrecht zu einer Mittelebene des Kühlelements und/oder parallel zu einer Stapelrichtung angeordnet.
  • Die Zuführöffnung und die Abführöffnung sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Positionen des umlaufenden Randbereichs des Kühlelements angeordnet.
  • Insbesondere sind die Zuführöffnung und die Abführöffnung einander diagonal gegenüberliegend angeordnet.
  • Vorzugsweise weisen die Lagen in einem Randbereich, in welchem die Lagen miteinander verbunden sind, Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen zum formschlüssigen Festlegen eines Trägerelements auf.
  • Im Bereich der Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen sind die Lagen vorzugsweise fluiddicht miteinander verbunden. Insbesondere ist ein Innenraum des Kühlelements durch die Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen vorzugsweise nicht zugänglich.
  • Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Innenraum einen sich von einer Zuführöffnung wegerstreckenden Verteilerkanal und/oder einen sich zu einer Abführöffnung hin erstreckenden Sammelkanal umfasst, wobei zwischen der Zuführöffnung und der Abführöffnung, insbesondere zwischen dem Verteilerkanal und dem Sammelkanal, ein Wärmeübertragungsbereich des Kühlmoduls gebildet ist.
  • Der Verteilerkanal und der Sammelkanal sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.
  • Insbesondere sind der Verteilerkanal und der Sammelkanal auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Wärmeübertragungsbereichs des Kühlmoduls angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Der Verteilerkanal und/oder der Sammelkanal können insbesondere seitliche Anschläge für die Zelle im Falle einer (unerwünschten) Bewegung derselben relativ zu dem Kühlelement sein.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Zellanschluss oder beide Zellanschlüsse mindestens einer Zelle über einen Verteilerkanal hinweg geführt sind. Der eine oder die beiden Zellanschlüsse sind dann insbesondere mittels des Verteilerkanals kühlbar.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Verteilerkanal längs der Strömungsrichtung des Kühlmediums verjüngend ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sammelkanal längs der Strömungsrichtung des Kühlmediums erweiternd ausgebildet ist.
  • Ein Wärmeübertragungsbereich des Kühlelements weist in einer Dickenrichtung vorzugsweise eine räumlich und/oder zeitlich durchschnittliche Dicke (Erstreckung längs der Dickenrichtung und/oder Stapelrichtung) von höchstens ungefähr 20 mm, beispielsweise höchstens ungefähr 15 mm, insbesondere höchstens ungefähr 10 mm, auf.
  • Das Kühlmodul eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Zellstapel und dient dort vorzugsweise der Temperierung von Zellen, insbesondere Akkumulatorzellen.
  • Der Zellstapel ist somit insbesondere ein Akkumulatorzellstapel.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Zellstapel, welcher insbesondere Folgendes umfasst:
    • mehrere Zellen, insbesondere Akkumulatorzellen;
    • mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen.
  • Die Zellen und die Kühlmodule sind vorzugsweise längs einer Stapelrichtung insbesondere alternierend aufeinander gestapelt.
  • Unter einer alternierenden Stapelung ist insbesondere zu verstehen, dass längs der Stapelrichtung eine, zwei oder mehr als zwei Zellen, dann ein, zwei oder mehr als zwei Kühlmodule, dann erneut eine, zwei oder mehr als zwei Zellen, dann ein, zwei oder mehr als zwei weitere Kühlmodule, etc. aufeinander folgen. Beispielsweise können folgende Anordnungen vorgesehen sein:
    • ABABABABA etc. oder
    • ABBABBABBABBA etc. oder
    • BAABAABAABAABAAB etc.,
    • wobei „A“ ein Kühlmodul und „B“ eine Zelle bezeichnet.
  • Insbesondere ist ein unmittelbarer Kontakt zwischen der mindestens einen Zelle, dem darauffolgenden mindestens einen Kühlmodul, dann erneut mindestens einer Zelle, dann dem mindestens einen weiteren Kühlmodul, etc. vorgesehen.
  • Die Zellen des Zellstapels sind insbesondere sogenannte Pouchzellen.
  • Günstig kann es sein, wenn die Kühlelemente mittels Verbindungselementen fluidwirksam miteinander verbunden sind.
  • Die Verbindungselemente sind vorzugsweise Steckelemente.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente jeweils zwei an einander gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Verbindungselements angeordnete und/oder ausgebildete Anschlussabschnitte aufweisen.
  • Jeder Anschlussabschnitt ist vorzugsweise an jeweils einem Kühlelement festgelegt.
  • Jeder Anschlussabschnitt ist vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zu einem an dem jeweiligen Kühlelement angeordneten und/oder ausgebildeten Stutzen ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist jeder Anschlussabschnitt durch Einstecken in den Stutzen an dem jeweiligen Kühlelement festgelegt oder festlegbar.
  • Günstig kann es sein, wenn die Verbindungselemente Positionierelemente bilden, mittels welchen die Kühlelemente längs der Stapelrichtung und/oder in einer oder zwei senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtungen positionierbar sind.
  • Die Verbindungselemente bilden ferner vorzugsweise Stützelemente zum Abstützen der Kühlelemente aufeinander längs der Stapelrichtung.
  • Die Verbindungselemente weisen hierzu insbesondere einen oder mehrere Stützringe auf, welche beispielsweise als radial nach außen ragende Positioniervorsprünge ausgebildet sind.
  • Ein Verbindungselement umfasst vorzugsweise einen Grundkörper, welcher insbesondere ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ist.
  • Der Grundkörper ist insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und umfasst eine, zwei oder mehr als zwei ringförmige Nuten zur Aufnahme eines oder mehrerer Dichtelemente, insbesondere Dichtringe, beispielsweise O-Ringe.
  • Zwei mittels eines Verbindungselements miteinander verbundene Kühlelemente liegen insbesondere an einander abgewandten Anlageflächen des Stützrings des Verbindungselements an und werden hierdurch längs der Stapelrichtung relativ zueinander positioniert. Insbesondere kann hierdurch ein vorgegebener Abstand zwischen den zwei Kühlelementen zumindest im Bereich der Stutzen gewährleistet werden.
  • Zudem wird mittels eines Verbindungselements ein Stutzen des einen Kühlelements relativ zum Stutzen des weiteren Kühlelements vorzugsweise so positioniert, dass die beiden Stutzen und das Verbindungselement eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, wobei die Rotationsachse insbesondere parallel zur Stapelrichtung verläuft.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlelemente zusammen mit den Verbindungselementen mindestens einen Zuführkanal zur Zuführung von Kühlmedium zu den Kühlelementen und/oder mindestens einen Abführkanal zur Abführung von Kühlmedium von den Kühlelementen bilden.
  • Sowohl der mindestens eine Zuführkanal als auch der mindestens eine Abführkanal sind vorzugsweise im Wesentlichen linear ausgebildet und/oder zumindest näherungsweise parallel zur Stapelrichtung ausgerichtet.
  • Der mindestens eine Zuführkanal und/oder der mindestens eine Abführkanal sind vorzugsweise an den zwischen den Kühlelementen angeordneten Zellen vorbeigeführt.
  • Insbesondere sind die Zellen vorzugsweise so dimensioniert, dass diese von dem Wärmeübertragungsbereich der Kühlelemente im Wesentlichen vollständig abgedeckt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kühlmodul, welches ein Kühlelement zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst. Vorzugsweise umfasst das Kühlmodul ein Trägerelement, an welchem das Kühlelement festgelegt ist, wobei das Trägerelement insbesondere ein Kunststoff-Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühlelement an demselben festgelegt ist.
  • Das Kühlelement ist somit insbesondere ein Einleger, welcher beim Herstellen des Trägerelements mit Kunststoff umspritzt wird.
  • Das Trägerelement ist vorzugsweise ein Rahmenelement, welches das Kühlelement an dessen Randbereich ringförmig umgibt.
  • „Ringförmig“ bezieht sich dabei insbesondere auf eine geschlossene Form. Vorzugsweise ist ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Stapelrichtung genommener, rechteckiger Querschnitt des Rahmenelements und/oder des Kühlelements vorgesehen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Trägerelement ein oder mehrere Eckelemente umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement angespritzt sind.
  • Die Eckelemente sind vorzugsweise in sich inflexibel und weisen vorzugsweise eine Verstärkungsstruktur auf.
  • Insbesondere sind die Eckelemente ohne die Möglichkeit einer Relativbewegung relativ zu dem Kühlelement an dem Kühlelement festgelegt.
  • Ein oder mehrere Eckelemente umfassen vorzugsweise eine Verstärkungsstruktur derart, dass das eine oder die mehreren Eckelemente einer längs der Stapelrichtung wirkenden Druckkraft widerstehen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Eckelemente mit Inserts und/oder Inlays versehen sind.
  • Insbesondere kann eine als Insert oder Inlay ausgebildete Hülse vorgesehen sein, welche der Aufnahme eines Spannelements, insbesondere einer Spannstange einer Spannvorrichtung, dient.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement einen oder mehrere Stapelbereiche umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente längs einer Stapelrichtung aufeinander stapelbar sind.
  • Der eine oder die mehreren Stapelbereiche sind insbesondere in das eine oder die mehreren Eckelemente integriert.
  • Günstig kann es sein, wenn mittels mehrerer Trägerelemente mehrerer Kühlmodule ein Stapel aus Trägerelementen herstellbar ist.
  • Insbesondere sind durch die Verwendung mehrerer baugleicher Kühlmodule, mehrerer baugleicher Trägerelemente, mehrerer baugleicher Zellen, etc. ein Stapel aus Trägerelementen und/oder ein Zellstapel herstellbar.
  • Der eine oder die mehreren Stapelbereiche umfassen vorzugsweise jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich und/oder mindestens einen Spannabschnitt zum Einspannen mehrerer Trägerelemente mittels einer Spannvorrichtung.
  • Insbesondere umfasst der eine oder die mehreren Stapelbereiche eine Durchführungsöffnung zur Durchführung einer Spannstange.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement, insbesondere ein oder mehrere Eckelemente, eine Positionierhilfe zur korrekten Positionierung der Trägerelemente beim Stapeln derselben umfasst.
  • Eine Positionierhilfe kann beispielsweise ein Vorsprung, ein Dorn und/oder eine Nut sein, wobei eine bezüglich der Stapelrichtung obere oder vordere Seite des Trägerelements zumindest abschnittsweise komplementär zu einer bezüglich der Stapelrichtung unteren bzw. hinteren Seite des Trägerelements ausgebildet ist. Mehrere baugleiche Trägerelemente können somit einfach aufeinander gestapelt und dabei einfach relativ zueinander positioniert werden.
  • Das Trägerelement umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Seitenteile, welche jeweils ein oder mehrere Verankerungsabschnitte zur Verankerung des Trägerelements an dem Kühlelement umfassen.
  • Der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte umfassen vorzugsweise jeweils Folgendes:
    • ein oder mehrere Anspritzelemente, welche unmittelbar an das Kühlelement angespritzt sind; und
    • ein oder mehrere Stegelemente zum Verbinden der Anspritzelemente mit einem Wandungsabschnitt eines Seitenteils des Trägerelements.
  • Das Stegelement ragt vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Stapelrichtung und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einem Randbereich des Kühlelements, in welchem das jeweilige Anspritzelement festgelegt ist, von dem jeweiligen Anspritzelement weg.
  • Der Wandungsabschnitt des Seitenteils ist vorzugsweise beabstandet von dem Randbereich des Kühlelements angeordnet und lediglich mittels des Stegelements mit dem Kühlelement verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement ein oder mehrere Seitenteile umfasst, welche jeweils einen oder mehrere Kompensationsbereiche umfassen, die längs einer Umfangsrichtung des Trägerelements, längs welcher das Trägerelement das Kühlelement umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
  • Der eine oder die mehreren Kompensationsbereiche dienen insbesondere dazu, eine unterschiedliche thermische Ausdehnung des Kühlelements einerseits und des Trägerelements andererseits zu kompensieren, insbesondere um Spannungen zwischen dem Trägerelement und dem Kühlelement möglichst zu vermeiden.
  • Die Kompensationsbereiche sind insbesondere in einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Ebene elastisch wirksam. Hierdurch können insbesondere die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen in den Haupterstreckungsrichtungen des Kühlelements kompensiert werden.
  • Die Kompensationsbereiche sind insbesondere durch eine Wellenstruktur in einem Wandungsabschnitt des Seitenteils gebildet, da sich durch die Wellenstruktur eine einfache Längenvariabilität des Wandungsabschnitts ergeben kann.
  • Das Material des Trägerelements ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass der wellenförmige Wandungsabschnitt elastisch verformbar und dabei verlängerbar oder verkürzbar ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement ein oder mehrere Seitenteile umfasst, welche jeweils mehrere Verankerungsabschnitte und mehrere Kompensationsbereiche umfassen.
  • Die Verankerungsabschnitte und die Kompensationsbereiche sind vorzugsweise längs einer Umfangsrichtung des Trägerelements, längs welcher das Trägerelement das Kühlelement umgibt, alternierend angeordnet.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement vier Eckelemente und vier jeweils zwei Eckelemente miteinander verbindende Seitenteile umfasst, wobei die Eckelemente und die Seitenteile gemeinsam ein das Kühlelement umgebendes Rahmenelement bilden.
  • Das Trägerelement bildet vorzugsweise einen Wandungsabschnitt eines Gehäuses eines Zellstapels und/oder einer Batterievorrichtung.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wandungsabschnitt zumindest teilweise eine Wellenstruktur aufweist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche zum Ausgleichen von materialbedingt unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen gebildet sind.
  • Der Wandungsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise durchgängig von einem Eckelement zu einem weiteren Eckelement und vorzugsweise über eine gesamte Höhe des Trägerelements.
  • Das vorstehend beschriebene Kühlmodul eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Zellstapel, insbesondere Akkumulatorstapel, wobei der Zellstapel mehrere Zellen und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen umfasst.
  • Günstig kann es sein, wenn eine Stapelhöhe des Trägerelements zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke mindestens eines Kühlelements in einem Wärmeübertragungsbereich einerseits und einer Dicke mindestens einer Zelle andererseits entspricht.
  • Eine Stapelhöhe des Trägerelements ist dabei insbesondere ein Abstand zwischen einer senkrecht zu einer Stapelrichtung ausgerichteten Mittelebene eines ersten Trägerelements einerseits und einer senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Mittelebene eines auf dem ersten Trägerelement gestapelten weiteren Trägerelements andererseits.
  • Eine Dicke des Kühlelements und/oder der Zelle ist insbesondere eine durchschnittliche Dicke in einem Normalzustand des Kühlelements und/oder der Zelle, wenn die aneinander angrenzenden Flächen des Kühlelements und der Zelle im Wesentlichen eben und parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Die Trägerelemente der Kühlmodule bilden im gestapelten Zustand vorzugsweise eine sowohl in einer Stapelrichtung als auch in einer Umfangsrichtung zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen und die Kühlelemente umhüllenden Gehäuses.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn jedes Trägerelement jeweils eine oder mehrere Durchführungsöffnungen umfasst, durch welche Zellanschlüsse der Zellen aus dem Gehäuse nach außen führbar oder geführt sind.
  • Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Zellstapel einen Stapel aus Trägerelementen umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte versehen ist, wobei die beiden Endplatten Spannplatten bilden oder umfassen, zwischen welchen die Trägerelemente eingespannt sind.
  • Insbesondere können eine oder mehrere Spannstangen, insbesondere zwei oder vier Spannstangen, zum Einspannen des Stapels aus Trägerelementen zwischen die beiden Endplatten vorgesehen sein.
  • Eine Spannstange ist insbesondere eine Gewindestange, welche mittels einer oder mehrerer zugehöriger Schraubmuttern den Stapel aus Trägerelementen längs der Stapelrichtung umgreifen und hierdurch einspannen.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Zellstapel mehrere Zellen und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen umfasst, wobei jeweils mindestens eine Zelle zwischen jeweils mindestens zwei Kühlelementen zweier Kühlmodule klemmend festgelegt ist.
  • Die Kühlelemente bilden somit vorzugsweise eine Klemmvorrichtung zum Festlegen der jeweiligen mindestens einen Zelle.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Zellen in einer Stapelrichtung ausschließlich klemmend mittels der Kühlelemente fixiert sind.
  • Die Kühlelemente und die Zellen sind vorzugsweise längs einer Stapelrichtung des Zellstapels alternierend angeordnet und liegen insbesondere unmittelbar aneinander an.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Kühlelemente flexibel ausgebildet sind. Die Form der Kühlelemente passt sich vorzugsweise an die Form der jeweils benachbarten mindestens einen Zelle an.
  • Insbesondere sind die Kühlelemente zumindest abschnittsweise im Wesentlichen komplementär zu der Form der jeweils benachbarten Zellen ausgebildet und/oder angeordnet.
  • Günstig kann es sein, wenn der Zellstapel als tragende Struktur mehrere längs einer Stapelrichtung gestapelte Trägerelemente umfasst.
  • Die Kühlelemente sind vorzugsweise unmittelbar an den Trägerelementen festgelegt.
  • Insbesondere sind die Trägerelemente Rahmenelemente, welche die Kühlelemente längs einer Umfangsrichtung der Kühlelemente, insbesondere bezogen auf eine senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende Ebene, umlaufend umgeben.
  • Die Trägerelemente sind vorzugsweise formschlüssig mit den Kühlelementen verbunden, insbesondere durch Anspritzen an die Kühlelemente in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Trägerelemente gemeinsam ein Gehäuse des Zellstapels bilden, welches die Zellen und die Kühlelemente mindestens vierseitig umgibt.
  • Insbesondere umgibt das Gehäuse den Zellstapel bezüglich der Stapelrichtung in radialer Richtung. In axialer Richtung wird das Gehäuse vorzugsweise mittels zweier Endplatten zu einem geschlossenen Gehäuse vervollständigt.
  • Der Zellstapel umfasst vorzugsweise Zellanschlüsse zur elektrischen Kontaktierung der Zellen, welche zwischen jeweils zwei Trägerelementen nach außen geführt sind.
  • Unter dem Begriff „nach außen“ ist insbesondere eine Führung derart zu verstehen, dass die Zellanschlüsse aus einem durch die Trägerelemente gebildeten Innenraum des Zellstapels herausgeführt sind.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn der Zellstapel eine Spannvorrichtung umfasst, mittels welcher ausschließlich die Trägerelemente längs der Stapelrichtung verspannt sind.
  • Die Zellen sind dann vorzugsweise allenfalls noch senkrecht zur Stapelrichtung dadurch in Position gehalten, dass ein oder mehrere Anschlagelemente, welche ein unerwünschtes Verschieben in einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung verhindern, vorgesehen sind.
  • Insbesondere sind ein oder mehrere Anschlagelemente durch das Trägerelement gebildet.
  • Die Trägerelemente bilden zusammen mit den Kühlelementen vorzugsweise Aufnahmen für die Zellen, in welchen die Zellen abgesehen von der Klemmwirkung zwischen den Kühlelementen lediglich eingelegt sind.
  • Günstig kann es sein, wenn der Zellstapel eine Fluiddruckvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente geführtes Kühlmedium aufgebracht wird oder aufbringbar ist, so dass die Zellen längs einer Stapelrichtung des Zellstapels einseitig oder beidseitig jeweils zumindest abschnittsweise an dem jeweils benachbarten Kühlelement anliegen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Fluiddruckvorrichtung zugleich eine Pumpvorrichtung zum Antreiben des durch die Kühlelemente geführten Kühlmediums ist.
  • Insbesondere kann hierbei ein zusätzlicher Druckreduzierer vorgesehen sein, mittels welchem in Kombination mit der Fluiddruckvorrichtung eine Steuerung und/oder Regelung des Drucks sowie der Menge des durch die Kühlelemente hindurchgeführten Kühlmediums möglich ist.
  • Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Fluiddruckvorrichtung eine von einer Pumpvorrichtung zum Antreiben des durch die Kühlelemente geführten Kühlmediums verschiedene Vorrichtung ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Fluiddruckvorrichtung mehrere Drucksensoren umfasst, mittels welchen insbesondere ein Eingangsdruck des den Kühlelementen zugeführten Kühlmediums und/oder ein Ausgangsdruck des von den Kühlelementen abgeführten Kühlmediums ermittelbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Kühlmodul und/oder der erfindungsgemäße Zellstapel eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Batterievorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Batterievorrichtung, welche einen oder mehrere Zellstapel, insbesondere einen oder mehrere erfindungsgemäße Zellstapel, umfasst. Die Zellen der Batterievorrichtung sind insbesondere Akkumulatorzellen.
  • Günstig kann es sein, wenn die Zellvorrichtung eine Fluiddruckvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente geführtes Kühlmedium an einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der Zellen anpassbar ist.
  • Insbesondere kann eine Steuerung und/oder Regelung des Kühlmediumdrucks vorgesehen sein.
  • Die Zellen können hierdurch vorzugsweise zuverlässig klemmend zwischen den Kühlelementen aufgenommen werden. Zugleich kann vorzugsweise eine optimale Formanpassung der Kühlelemente an die Zellen erzielt werden, um letztlich einen optimierten Wärmeübertrag zu ermöglichen.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kühlelemente ohne eine Füllung mit Kühlmedium und/oder ohne einen mittels einer Fluiddruckvorrichtung auf das Kühlmedium aufgebrachten Druck so instabil und/oder nachgiebig sind, dass keine klemmende Aufnahme der Zellen möglich ist. Vielmehr ergibt sich die Klemmwirkung vorzugsweise erst durch Füllung der Kühlelemente mit Kühlmedium und/oder durch Aufbringen eines Drucks mittels der Fluiddruckvorrichtung.
  • Eine Batterievorrichtung, welche optional einzelne oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Batterievorrichtung umfasst, kann ferner Folgendes umfassen:
    • Einen insbesondere erfindungsgemäßen Zellstapel, welcher mehrere als Akkumulatorzellen ausgebildete Zellen umfasst, und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen,
    • wobei die Kühlmodule jeweils mindestens ein flexibles Kühlelement aufweisen, das an der Zelle anliegt.
  • Die Batterievorrichtung umfasst ferner vorzugsweise eine Messvorrichtung zur Ermittlung einer Gesamtmenge eines in mindestens einem der Kühlelemente der Kühlmodule angeordneten Kühlmediums.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Messvorrichtung ein Innenraumvolumen innerhalb des mindestens einen Kühlelements ermittelbar ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mittels der Messvorrichtung eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelbar ist.
  • Ein Innenraumvolumen kann insbesondere durch Verwendung eines Ausgleichsbehälters ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Gesamtmenge des insgesamt vorliegenden Kühlmediums bekannt ist.
  • Insbesondere umfasst die Messvorrichtung vorzugsweise einen Ausgleichsbehälter zur Aufnahme von Kühlmedium. Mittels der Messvorrichtung ist vorzugsweise aus einem Füllstand des Ausgleichsbehälters auf die Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums schließbar.
  • Insbesondere zur Ermittlung der gesamten Masse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums kann insbesondere eine Waage oder sonstige Gewichtsmessvorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise durch eine Entkopplung des Zellstapels von einem Ausgleichsbehälter zur Aufnahme von Kühlmedium kann mittels eines Gewichtssensors auf die Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums geschlossen werden.
  • Mittels der Messvorrichtung sind vorzugsweise ein oder mehrere Korrekturfaktoren berücksichtigbar, insbesondere eine Korrektur aufgrund der Temperaturausdehnung und/oder aufgrund eines variierenden Drucks.
  • Günstig kann es sein, wenn die Batterievorrichtung eine Fluiddruckrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck innerhalb des mindestens einen Kühlelements einstellbar, insbesondere auf einen vorgegebenen Druck steuerbar oder regelbar, ist.
  • Die Messvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums auf einen Komprimierungszustand oder Ausdehnungszustand mindestens einer an dem mindestens einen Kühlelement anliegenden Zelle schließbar ist.
  • Die Messvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums auf einen Zustand mindestens einer mittels des mindestens einen Kühlelements gekühlten Zelle schließbar ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Messvorrichtung auf ein Ladezustand und/oder Betriebszustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle schließbar ist.
  • Die Zellen und die Kühlelemente weisen gemeinsam vorzugsweise eine im Wesentlichen längeninvariable Erstreckung längs einer Stapelrichtung des Zellstapels auf.
  • Die Kühlelemente werden somit vorzugsweise komprimiert, wenn sich die Zelle ausdehnt und umgekehrt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen von beispielsweise als Akkumulatorzellen ausgebildeten Zellen. Das Verfahren umfasst vorzugsweise Folgendes:
    • Zuführen eines Kühlmediums zu mindestens einem Kühlelement eines Kühlmoduls;
    • Übertragen von Wärme von mindestens einer Zelle auf das Kühlelement oder von dem Kühlelement auf die mindestens eine Zelle;
    • Ermitteln einer Gesamtmenge eines in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit den beschriebenen Kühlmodulen, Zellstapeln und/oder Batterievorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
  • Ferner eignen sich die beschriebenen Kühlmodule, Zellstapel und Batterievorrichtungen vorzugsweise zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein Gesamtvolumen des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelt wird.
  • Die ermittelte Gesamtmenge wird vorzugsweise zur Ermittlung eines Betriebszustands und/oder Ladezustands und/oder Alterungszustands der mindestens einen Zelle verwendet. Ein weitergehender Betrieb, insbesondere eine weitergehende Nutzung, der mindestens einen Zelle wird vorzugsweise abhängig von dem ermittelten Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle gesteuert und/oder geregelt.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass für mehrere Kühlelemente mehrerer Kühlmodule die jeweils darin angeordnete Menge des Kühlmediums separat ermittelt wird, insbesondere um hieraus für jede Zelle separat einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand zu ermitteln.
  • Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels:
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Zellstapels einer Batterievorrichtung, wobei der Zellstapel mehrere aufeinandergestapelte Trägerelemente zur Aufnahme von Kühlelementen der Kühlmodule und mehrere zwischen den Kühlelementen angeordnete Zellen umfasst;
    • 2 eine schematische perspektivische Darstellung mehrerer voneinander getrennter Trägerelemente samt der daran angeordneten Kühlelemente;
    • 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Trägerelements, einer Lage eines an dem Trägerelement anzuordnenden Kühlelements, einer Zelle sowie einer Lage eines weiteren Kühlelements;
    • 4 eine schematische Draufsicht auf ein Kühlmodul des Zellstapels mit Blickrichtung längs einer Stapelrichtung des Zellstapels;
    • 5 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der Linie 5-5 in 4;
    • 6 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der Linie 6-6 in 4;
    • 7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs VII in 6;
    • 8 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der Linie 8-8 in 4; und
    • 9 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der Linie 9-9 in 4.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Eine in den 1 bis 9 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Batterievorrichtung dient insbesondere der Speicherung von elektrischer Energie und kommt beispielsweise als Energiespeicher in elektrischen Fahrzeugen zum Einsatz.
  • Die Batterievorrichtung 100 umfasst einen Zellstapel 102, welcher mehrere längs einer Stapelrichtung 104 gestapelte Zellen 106 umfasst.
  • Die Zellen 106 sind insbesondere sogenannte Pouchzellen 108.
  • Zwischen jeweils zwei Zellen 106 ist jeweils ein Kühlelement 110 eines Kühlmoduls 112 des Zellstapels 102 angeordnet.
  • Somit sind insbesondere mehrere Kühlmodule 112 mit Kühlelementen 110 einerseits und Zellen 106 andererseits längs der Stapelrichtung 104 alternierend aufeinander gestapelt.
  • Die Kühlelemente 110 und die Zellen 106 liegen dabei vorzugsweise großflächig aneinander an, um eine optimierte Wärmeübertragung zu ermöglichen.
  • Wie insbesondere den 3 und 7 zu entnehmen ist, umfasst jedes Kühlelement 110 zwei Lagen 114, welche gemeinsam eine Außenhülle 116 des Kühlelements 110 bilden.
  • Die Lagen 114 sind insbesondere aus einem metallischen Material gebildet oder umfassen ein solches. Insbesondere sind die Lagen 114 als Blechlagen ausgebildet.
  • Die Lagen 114 sind dabei insbesondere in eine Form gebracht, so dass sich ein umlaufender Randbereich 118 ergibt, in welchem die beiden Lagen 114 aneinander anliegen. Ferner ergibt sich durch die gewählte Form der Lagen 114 ein zwischen den beiden Lagen 114 ausgebildeter und von dem Randbereich 118 umgebener Innenraum 120 des Kühlelements 110.
  • Die Lagen 114 sind im Randbereich 118 vorzugsweise fluiddicht miteinander verbunden, insbesondere dichtgeschweißt.
  • Ferner sind in dem Randbereich 118 vorzugsweise mehrere Durchspritzöffnungen 122 angeordnet und/oder ausgebildet, mittels welchen das Kühlelement 110 an einem noch näher zu beschreibenden Trägerelement festlegbar ist.
  • Die Lagen 114 weisen jeweils eine oder mehrere, beispielsweise zwei, Durchtrittsöffnungen 124 auf, durch welche der Innenraum 120 des Kühlelements 110 zugänglich ist.
  • Die Durchtrittsöffnungen 124 sind insbesondere von einem aus der jeweiligen Lage 114 gebildeten Kragen 126 umgeben, welcher einen Stutzen 128 zur Aufnahme eines Verbindungselements 130 bildet.
  • Ein Verbindungselement 130 dient insbesondere der Verbindung zweier längs der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgender Kühlelemente 110.
  • Das Verbindungselement 130 umfasst hierzu insbesondere zwei Anschlussabschnitte 132, von denen jeweils einer in jeweils einen Stutzen 128 des jeweiligen Kühlelements 110 einsteckbar ist.
  • Das Verbindungselement 130 ist somit insbesondere ein Steckelement 134 zum Einstecken in die Stutzen 128 der Kühlelemente 110.
  • Bezüglich der Stapelrichtung 104 im Wesentlichen mittig sind beispielsweise ein oder mehrere radiale Positioniervorsprünge 136 des Verbindungselements 130 ausgebildet und/oder angeordnet.
  • Die radialen Positioniervorsprünge 136 bilden insbesondere Anschläge zur Positionierung der beiden Kühlelemente 110 relativ zueinander längs der Stapelrichtung 104.
  • Das Verbindungselement 130 ist somit zugleich ein Positionierelement 138 zum Positionieren der Kühlelemente 110 relativ zueinander bezüglich der Stapelrichtung 104 und/oder relativ zu zwei senkrecht hierzu verlaufenden Richtungen.
  • Wie insbesondere 7 zu entnehmen ist, sind die Lagen 114 eines jeden Kühlelements 110 bezüglich einer Mittelebene 140 zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, spiegelsymmetrisch ausgebildet.
  • Die Stutzen 128 zur Anordnung der Verbindungselemente 130 sind somit längs der Stapelrichtung 104 linear aufeinanderfolgend angeordnet, wodurch letztlich in Kombination mit den Verbindungselementen 130 ein Fluidkanal 142, beispielsweise ein Zuführkanal 144 und/oder ein Abführkanal 145, gebildet ist.
  • Über den Fluidkanal 142 kann ein Kühlmedium zu den Innenräumen 120 der Kühlelemente 110 zugeführt oder von denselben abgeführt werden.
  • Ein oder mehrere Dichtelemente 146 dienen vorzugsweise der Abdichtung im Kontaktbereich zwischen den Verbindungselementen 130 und den Stutzen 128. Insbesondere sind als O-Ringe ausgebildete Dichtelemente 146 vorgesehen.
  • Ein Grundkörper 148 eines jeden Verbindungselements 130 weist vorzugsweise ringförmige Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente 146 auf.
  • Wie insbesondere den 2, 3, 7 und 9 zu entnehmen ist, umfasst der Zellstapel 102 mehrere Trägerelemente 150 zur Aufnahme und Festlegung der Kühlelemente 110.
  • Insbesondere umfasst jedes Kühlmodul 112 jeweils ein Trägerelement 150 und ein daran angeordnetes Kühlelement 110.
  • Die Trägerelemente 150 bilden insbesondere Rahmenelemente 152, welche das jeweilige Kühlelement 110 längs einer Umfangsrichtung 154 rahmenartig umgeben und durch Anspritzen in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren an dem jeweiligen Kühlelement 110 festgelegt sind.
  • Die Trägerelemente 150 sind somit insbesondere Kunststoff-Spritzgussbauteile.
  • Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, umfasst jedes Trägerelement 150 mehrere, beispielsweise vier, Eckelemente 156, wobei jeweils zwei Eckelemente 156 mittels jeweils eines Seitenteils 158 miteinander verbunden sind.
  • Die Eckelemente 156 sind insbesondere unmittelbar an den Randbereich 118 des Kühlelements 110 angespritzt und dabei relativ zu dem Kühlelement 110 unbeweglich an demselben befestigt.
  • Die Seitenteile 158 umfassen vorzugsweise Wandungsabschnitte 160 einer Wandung 162 eines noch zu beschreibenden Gehäuses 164.
  • Die Wandungsabschnitte 160 verbinden die beiden das jeweilige Seitenteil 158 längs der Umfangsrichtung 154 begrenzenden Eckelemente 156 miteinander.
  • Die Wandungsabschnitte 160 eines jeden Seitenteils 158 sind vorzugsweise wellenförmig ausgebildet. Hierdurch sind insbesondere Kompensationsbereiche 166 zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungsänderungen gebildet.
  • Die Kompensationsbereiche 166 ermöglichen somit insbesondere eine Verformung des Wandungsabschnitts 160 eines jeden Seitenteils 158, wodurch sich die Abstände der Eckelemente 156 voneinander verändern können. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des aus Kunststoff gebildeten Trägerelements 150 einerseits und des beispielsweise aus Metall gebildeten Kühlelements 110 andererseits können hierdurch vorzugsweise kompensiert werden.
  • Die Seitenteile 158 umfassen vorzugsweise Verankerungsabschnitte 168, mittels welchen die Seitenteile 158 an dem Randbereich 118 des jeweiligen Kühlelements 110 festgelegt sind.
  • Die Verankerungsabschnitte 168 umfassen dabei jeweils ein Anspritzelement 170, welches unmittelbar an dem Randbereich 118 des Kühlelements 110 angreift und beispielsweise sich durch eine Durchspritzöffnung 122 in dem Randbereich 118 hindurch erstreckt.
  • Das Anspritzelement 170 ist somit insbesondere formschlüssig an dem Kühlelement 110 festgelegt.
  • Jeweils ein Stegelement 172 verbindet vorzugsweise ein Anspritzelement 170 mit der Wandung 162, insbesondere dem Wandungsabschnitt 160 des jeweiligen Seitenteils 158.
  • Die Wandung 162 ist somit im Bereich der Seitenteile 158 vorzugsweise beabstandet von dem Randbereich 118 der Kühlelemente 110 angeordnet.
  • Die Eckelemente 156 umfassen vorzugsweise einen Stapelbereich 174, an welchem mehrere identisch ausgebildete Trägerelemente 150 aufeinander stapelbar sind und insbesondere unmittelbar aneinander anliegen.
  • Jeder Stapelbereich 174 umfasst beispielsweise einen Verstärkungsbereich 176, mittels welchem das jeweilige Eckelement 156 längs der Stapelrichtung 104 stabilisiert wird.
  • Die Eckelemente 156 umfassen ferner einen Spannabschnitt 178, welcher insbesondere im Bereich des Stapelbereichs 174 angeordnet ist.
  • Insbesondere dient der Spannabschnitt 178 der Hindurchführung eines Spannelements 180 durch das jeweilige Eckelement 156, um letztendlich eine Spannvorrichtung 182 bereitzustellen, mittels welcher die Trägerelemente 150 längs der Stapelrichtung 104 eingespannt werden können.
  • Die Spannvorrichtung 182 umfasst hierzu ferner vorzugsweise noch eine oder mehrere Spannplatten 184, welche insbesondere durch zwei Endplatten 186 an beiden Enden des Zellstapels 102 gebildet sind und eine gleichmäßige Krafteinleitung in die Trägerelemente 150 ermöglichen.
  • Die Spannelemente 180 der Spannvorrichtung 182 sind beispielsweise Spannstangen 188 oder Gewindestangen 190, welche insbesondere mittels einer oder mehreren Schraubenmuttern 192 abschließen und somit ein Einspannen der Trägerelemente 150 längs der Stapelrichtung 104 ermöglichen.
  • Wie insbesondere den 3, 5 und 8 zu entnehmen ist, sind die Zellen 106 vorzugsweise lediglich zwischen jeweils zwei Kühlelemente 110 eingelegt, beispielsweise eingeklemmt.
  • Eine zusätzliche seitliche Befestigung in einer oder mehreren senkrecht zur Stapelrichtung 104 verlaufenden Richtungen ist für die Zellen 106 vorzugsweise nicht vorgesehen.
  • Die Kühlelemente 110 umfassen insbesondere einen von dem Randbereich 118 umgebenen mittigen Wärmeübertragungsbereich 194, in welchem die Kühlelemente 110 an den Zellen 106 anliegen.
  • Insbesondere sind die Zellen 106 zwischen den Wärmeübertragungsbereichen 194 zweier Kühlelemente 110 eingeklemmt und somit längs der Stapelrichtung 104 positioniert.
  • Eine Dicke DZ der Zelle 106 und eine Dicke DK eines Kühlelements 110 sowie eine Stapelhöhe H des Trägerelements 150 sind vorzugsweise so gewählt, dass die beiden Dicken DZ und DK zusammen im Wesentlichen der Stapelhöhe H entsprechen.
  • Die Trägerelemente 150 können hierdurch unmittelbar aufeinander aufgelegt und hierdurch gestapelt werden, während zugleich die Zellen 106 eng anliegend zwischen den Kühlelementen 110 positioniert, insbesondere eingeklemmt, werden.
  • Zellanschlüsse 196 der Zellen 106 sind insbesondere durch hierfür vorgesehene Ausnehmungen oder Durchtrittsöffnungen in den Trägerelementen 150 aus dem Zellstapel 102 nach außen geführt.
  • Wie ferner beispielsweise 4 und 8 zu entnehmen ist, umfassen die Kühlelemente 110 beispielsweise einen Verteilerkanal 198 zur gleichmäßigen Verteilung von zugeführtem Kühlmedium zu dem Wärmeübertragungsbereich 194.
  • Optional kann zudem ein in 4 angedeuteter Sammelkanal 200 zur Zusammenführung von aus dem Wärmeübertragungsbereich 194 abzuführendem Kühlmedium vorgesehen sein.
  • Im Betrieb der Batterievorrichtung 100 können sich Schwankungen in der Ausdehnung der Zellen 106 ergeben, welche insbesondere abhängig von dem jeweiligen Betriebszustand, dem Ladezustand und/oder dem Alterungszustand der Zellen 106 sind.
  • Die Ausdehnungsschwankungen resultieren insbesondere in variierenden Dicken DZ der Zellen 106.
  • Zur Kompensation dieser Ausdehnungsschwankungen sind die Kühlelemente 110 vorzugsweise flexibel ausgebildet, so dass bei einer Ausdehnung der Zellen 106 die Kühlelemente 110 vorzugsweise komprimiert werden können. Hierdurch kann eine zuverlässige Anlage und somit eine zuverlässige Wärmeübertragung auch bei variierenden Ausdehnungen der Zellen 106 gewährleistet werden.
  • Zudem ergibt sich hierdurch vorzugsweise eine zuverlässige Klemmwirkung zur Positionierung der Zellen 106 zwischen den Kühlelementen 110.
  • Eine optimale Kühlung kann jedoch nur dann gewährleistet werden, wenn die Kühlelemente 110 stets mit Kühlmedium durchströmt werden können.
  • Hierzu sind die Kühlelemente 110 vorzugsweise mit Abstandshaltern 202 versehen.
  • Die Abstandshalter 202 sind beispielsweise als Vorsprünge oder sonstige Ausbuchtungen oder Einbuchtungen in den Lagen 114 der Kühlelemente 110 ausgebildet und gelangen im Falle einer zu starken Kompression des jeweiligen Kühlelements 110 an der jeweils gegenüberliegenden Lage 114 zur Anlage. Eine flächige Anlage der beiden Lagen 114 aneinander kann hierdurch vermieden werden. Somit kann auch eine Unterbrechung des Kühlmediumstroms wirksam vermieden werden.
  • Wie insbesondere der schematischen Darstellung in 6 zu entnehmen ist, umfasst der Zellstapel 102 ferner vorzugsweise eine Pumpvorrichtung 204, mittels welcher ein Kühlmediumstrom durch die Kühlelemente 110 antreibbar ist.
  • Ferner ist vorzugsweise eine Fluiddruckvorrichtung 206 vorgesehen, mittels welcher ein Druck innerhalb der Kühlelemente 110 gesteuert und/oder geregelt werden kann.
  • Insbesondere kann hierdurch eine zuverlässige Anlage der Kühlelemente 110 an den Zellen 106 gewährleistet werden, ohne zu starken Druck auf die Zellen 106 auszuüben.
  • Mittels einer Messvorrichtung 208 kann ferner vorzugsweise ein Zustand der Zellen 106 ermittelt werden.
  • Beispielsweise kann über einen Ausgleichsbehälter 210 der Messvorrichtung 208 eine aktuell innerhalb der Kühlelemente 110 angeordnete Menge von Kühlmedium ermittelt werden. Aus dieser Menge kann auf das aktuelle Volumen der Innenräume 120 der Kühlelemente 110 und somit auf die Ausdehnung der Kühlelemente 110 sowie der Zellen 106 geschlossen werden.
  • Die Ausdehnung der Zellen 106 wiederum kann insbesondere in Kombination mit weiteren Parametern, wie beispielsweise der Temperatur und/oder einem Zelleninnendruck, zur Ermittlung eines aktuellen Zustands der Zelle 106 genutzt werden.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Merkmale der Batterievorrichtung 100, des Zellstapels 102 und/oder des Kühlmoduls 112 können vorzugsweise eine optimierte Kühlung der Zellen 106 und/oder ein vereinfachter Aufbau und/oder ein effizienter und zuverlässiger Betrieb der gesamten Vorrichtung ermöglicht werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind die folgenden:
    1. 1. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), insbesondere einen Akkumulatorzellstapel, wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlelement (110) zwei eine Außenhülle (116) des Kühlelements (110) bildende, plattenförmige, flexible Lagen (114) umfasst, welche an einem umlaufenden Randbereich (118) fluiddicht miteinander verbunden sind und welche einen Innenraum (120) des Kühlelements (110) umgeben.
    2. 2. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine plattenförmige flexible Lage (114) des Kühlelements (110) oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen (114) des Kühlelements (110) ein metallisches Blech umfassen oder hieraus gebildet sind.
    3. 3. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) des Kühlelements (110) einen oder mehrere Abstandshalter (202) zur Vermeidung einer flächigen Anlage der beiden Lagen (114) aneinander umfasst.
    4. 4. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Abstandshalter (202) eine maximale Erstreckung längs einer Dickenrichtung und/oder Stapelrichtung (104) aufweisen, welche höchstens ungefähr 60 %, insbesondere höchstens ungefähr 40 %, beispielsweise höchstens ungefähr 25 %, einer Dicke (DK ) des Kühlelements (110) im Wärmeübertragungsbereich (194) entspricht, wenn das Kühlelement (110) in einem Zustand vorliegt, in welchem die die Außenhülle (116) bildenden Lagen (114) des Kühlelements (110) im Wärmeübertragungsbereich (194) eben sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
    5. 5. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Abstandshalter (202) als ein oder mehrere Vorsprünge in eine oder beide Lagen (114) des Kühlelements (110) eingeformt sind.
    6. 6. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lagen (114) bezüglich einer Mittelebene (140) des Kühlelements (110), längs welcher die zwei Lagen (114) im Randbereich (118) aneinander anliegen, zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.
    7. 7. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (114) jeweils einen Stutzen (128) zum Zuführen von Kühlmedium und/oder einen Stutzen (128) zum Abführen von Kühlmedium umfassen.
    8. 8. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stutzen (128) als eine in die jeweilige Lage (114) eingebrachte Durchtrittsöffnung (124) ausgebildet ist, wobei die Durchtrittsöffnung (124) mit einem aus der Lage (114) herausgeformten kragenförmigen Vorsprung umgeben ist.
    9. 9. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (114) in einem Randbereich (118), in welchem die Lagen (114) miteinander verbunden sind, Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen (122) zum formschlüssigen Festlegen eines Trägerelements (150) aufweisen.
    10. 10. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (120) einen sich von einer Zuführöffnung weg erstreckenden Verteilerkanal (198) und/oder einen sich zu einer Abführöffnung hin erstreckenden Sammelkanal (200) umfasst, wobei zwischen der Zuführöffnung und der Abführöffnung, insbesondere zwischen dem Verteilerkanal (198) und dem Sammelkanal (200), ein Wärmeübertragungsbereich (194) des Kühlmoduls (112) gebildet ist.
    11. 11. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst:
      • - mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen;
      • - mehrere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, zum Kühlen der Zellen (106),
      wobei die Zellen (106) und die Kühlmodule (112) längs einer Stapelrichtung (104) vorzugsweise alternierend aufeinander gestapelt sind.
    12. 12. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) mittels Verbindungselementen (130) fluidwirksam miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungselemente (130) insbesondere Steckelemente (134) sind und/oder wobei die Verbindungselemente (130) jeweils zwei an einander gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Verbindungselements (130) angeordnete und/oder ausgebildete Anschlussabschnitte (132) aufweisen, wobei jeder Anschlussabschnitt (132) an jeweils einem Kühlelement (110) festgelegt ist.
    13. 13. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussabschnitt (132) im Wesentlichen komplementär zu einem an dem jeweiligen Kühlelement (110) angeordneten Stutzen (128) ausgebildet und durch Einstecken in den Stutzen (128) an dem jeweiligen Kühlelement (110) festgelegt oder festlegbar ist.
    14. 14. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (130) Positionierelemente (138) bilden, mittels welchen die Kühlelemente (110) längs der Stapelrichtung (104) und/oder in einer oder zwei senkrecht zur Stapelrichtung (104) verlaufenden Richtungen positionierbar sind.
    15. 15. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) zusammen mit den Verbindungselementen (130) mindestens einen insbesondere linearen Zuführkanal (144) zur Zuführung von Kühlmedium zu den Kühlelementen (110) und/oder mindestens einen insbesondere linearen Abführkanal (145) zur Abführung von Kühlmedium von den Kühlelementen (110) bilden.
    16. 16. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), insbesondere Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15, wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlmodul (112) vorzugsweise ein Trägerelement (150) umfasst, an welchem das Kühlelement (110) festgelegt ist, wobei das Trägerelement (150) insbesondere ein Kunststoff-Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühlelement (110) an demselben festgelegt ist.
    17. 17. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Eckelemente (156) umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind.
    18. 18. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen oder mehrere Stapelbereiche (174) umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente (150) längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander stapelbar sind.
    19. 19. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Stapelbereiche (174) jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich (176) und/oder mindestens einen Spannabschnitt (178) zum Einspannen mehrerer Trägerelemente (150) mittels einer Spannvorrichtung (182) umfassen.
    20. 20. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils ein oder mehrere Verankerungsabschnitte (168) zur Verankerung des Trägerelements (150) an dem Kühlelement (110) umfassen.
    21. 21. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte (168) jeweils Folgendes umfassen:
      • - ein oder mehrere Anspritzelemente (170), welche unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind; und
      • - ein oder mehrere Stegelemente (172) zum Verbinden der Anspritzelemente (170) mit einem Wandungsabschnitt (160) eines Seitenteils (158) des Trägerelements (150).
    22. 22. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils einen oder mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, welche längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
    23. 23. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils mehrere Verankerungsabschnitte (168) und mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, wobei die Verankerungsabschnitte (168) und die Kompensationsbereiche (166) längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, alternierend angeordnet sind.
    24. 24. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) vier Eckelemente (156) und vier jeweils zwei Eckelemente (156) miteinander verbindende Seitenteile (158) umfasst, wobei die Eckelemente (156) und die Seitenteile (158) gemeinsam ein das Kühlelement (110) umgebendes Rahmenelement (152) bilden.
    25. 25. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen Wandungsabschnitt (160) eines Gehäuses (164) eines Zellstapels (102) und/oder einer Batterievorrichtung (100) bildet.
    26. 26. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (160) zumindest teilweise eine Wellenstruktur aufweist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche (166) zum Ausgleichen von materialbedingt unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen gebildet sind.
    27. 27. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst:
      • - mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen;
      • - mehrere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 26 zum Kühlen der Zellen (106).
    28. 28. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stapelhöhe (H) des Trägerelements (150) zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke (DK ) mindestens eines Kühlelements (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) einerseits und einer Dicke (DZ ) mindestens einer Zelle (106) andererseits entspricht.
    29. 29. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) der Kühlmodule (112) im gestapelten Zustand eine sowohl in einer Stapelrichtung (104) als auch in einer Umfangsrichtung (154) zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) umhüllenden Gehäuses (164) bilden.
    30. 30. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) einen Stapel aus Trägerelementen (150) umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte (186) versehen ist, wobei die beiden Endplatten (186) Spannplatten (184) bilden oder umfassen, zwischen welchen die Trägerelemente (150) eingespannt sind.
    31. 31. Zellstapel (102), insbesondere nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15 oder 27 bis 30, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst:
      • - mehrere Zellen (106);
      • - mehrere Kühlmodule (112), insbesondere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder 16 bis 26, zum Kühlen der Zellen (106),
      wobei jeweils mindestens eine Zelle (106) zwischen jeweils mindestens zwei Kühlelementen (110) zweier Kühlmodule (112) klemmend festgelegt ist.
    32. 32. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (106) in einer Stapelrichtung (104) ausschließlich klemmend mittels der Kühlelemente (110) fixiert sind.
    33. 33. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) und die Zellen (106) längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) alternierend angeordnet sind und unmittelbar aneinander anliegen.
    34. 34. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) flexibel ausgebildet sind und dass deren Form sich an die Form der jeweils benachbarten einen oder zwei Zellen (106) anpasst.
    35. 35. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) als tragende Struktur mehrere längs einer Stapelrichtung (104) gestapelte Trägerelemente (150) umfasst.
    36. 36. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) unmittelbar an den Trägerelementen (150) festgelegt sind.
    37. 37. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) formschlüssig mit den Kühlelementen (110) verbunden sind, insbesondere durch Anspritzen an die Kühlelemente (110) in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt sind.
    38. 38. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) gemeinsam ein Gehäuse (164) des Zellstapels (102) bilden, welches die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) mindestens vierseitig umgibt.
    39. 39. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) Zellanschlüsse (196) zur elektrischen Kontaktierung der Zellen (106) umfasst, wobei die Zellanschlüsse (196) zwischen jeweils zwei Trägerelementen (150) nach außen geführt sind.
    40. 40. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) eine Spannvorrichtung (182) umfasst, mittels welcher ausschließlich die Trägerelemente (150) längs der Stapelrichtung (104) verspannt sind.
    41. 41. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) eine Fluiddruckvorrichtung (206) umfasst, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente (110) geführtes Kühlmedium aufbringbar ist, so dass die Zellen (106) längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) einseitig oder beidseitig jeweils zumindest abschnittsweise an dem jeweils benachbarten Kühlelement (110) anliegen.
    42. 42. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddruckvorrichtung (206) zugleich eine Pumpvorrichtung (204) zum Antreiben des durch die Kühlelemente (110) geführten Kühlmediums ist.
    43. 43. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddruckvorrichtung (206) mehrere Drucksensoren umfasst, mittels welchen insbesondere ein Eingangsdruck des den Kühlelementen (110) zugeführten Kühlmediums und/oder ein Ausgangsdruck des von den Kühlelementen (110) abgeführten Kühlmediums ermittelbar ist.
    44. 44. Batterievorrichtung (100), umfassend einen oder mehrere Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 43, wobei die Zellen (106) Akkumulatorzellen sind.
    45. 45. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 44, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Zellstapel (102) eine Fluiddruckvorrichtung (206) umfassen, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente (110) geführtes Kühlmedium an einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der Zellen (106) anpassbar ist.
    46. 46. Batterievorrichtung (100), insbesondere nach einer der Ausführungsformen 44 oder 45, umfassend einen Zellstapel (102), insbesondere einen Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15 oder 27 bis 43, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst:
      • - mehrere als Akkumulatorzellen ausgebildete Zellen (106);
      • - mehrere Kühlmodule (112), insbesondere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder 16 bis 26, zum Kühlen der Zellen (106), wobei die Kühlmodule (112) jeweils mindestens ein flexibles Kühlelement (110) aufweisen, das an mindestens einer der Zellen (106) anliegt,
      wobei die Batterievorrichtung (100) eine Messvorrichtung (208) zur Ermittlung einer Gesamtmenge eines in mindestens einem der Kühlelemente (110) der Kühlmodule (112) angeordneten Kühlmediums umfasst.
    47. 47. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 46, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) ein Innenraumvolumen innerhalb des mindestens einen Kühlelements (110) ermittelbar ist.
    48. 48. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelbar ist.
    49. 49. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) einen Ausgleichsbehälter (210) zur Aufnahme von Kühlmedium umfasst, wobei mittels der Messvorrichtung (208) aus einem Füllstand des Ausgleichsbehälters (210) auf die Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums schließbar ist.
    50. 50. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterievorrichtung (100) eine Fluiddruckvorrichtung (206) umfasst, mittels welcher ein Druck innerhalb des mindestens einen Kühlelements (110) einstellbar, insbesondere auf einen vorgegebenen Druck steuerbar oder regelbar, ist.
    51. 51. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums auf einen Komprimierungszustand oder Ausdehnungszustand mindestens einer an dem mindestens einen Kühlelement (110) anliegenden Zelle (106) schließbar ist.
    52. 52. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums auf einen Zustand mindestens einer mittels des mindestens einen Kühlelements (110) gekühlten Zelle (106) schließbar ist.
    53. 53. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 52, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) auf einen Ladezustand und/oder Betriebszustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle (106) schließbar ist.
    54. 54. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) gemeinsam eine im Wesentlichen längeninvariable Erstreckung längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) aufweisen.
    55. 55. Verfahren zum Kühlen von beispielsweise als Akkumulatorzellen ausgebildeten Zellen (106), umfassend:
      • - Zuführen eines Kühlmediums zu mindestens einem Kühlelement (110) eines Kühlmoduls (112);
      • - Übertragen von Wärme von mindestens einer Zelle (106) auf das Kühlelement (110) oder von dem Kühlelement (110) auf die mindestens eine Zelle (106);
      • - Ermitteln einer Gesamtmenge eines in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums.
    56. 56. Verfahren nach Ausführungsform 55, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtvolumen des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelt wird.
    57. 57. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelt wird.
    58. 58. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 55 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Gesamtmenge zur Ermittlung eines Betriebszustands und/oder Ladezustands und/oder Alterungszustands der mindestens einen Zelle (106) verwendet wird.
    59. 59. Verfahren nach Ausführungsform 58, dadurch gekennzeichnet, dass ein weitergehender Betrieb, insbesondere eine weitergehende Nutzung, der mindestens einen Zelle (106) abhängig von dem ermittelten Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle (106) gesteuert und/oder geregelt wird.
    60. 60. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Kühlelemente (110) mehrerer Kühlmodule (112) die jeweils darin angeordnete Menge des Kühlmediums separat ermittelt wird, insbesondere um hieraus für jede Zelle (106) separat einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand zu ermitteln.

Claims (15)

  1. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlmodul (112) ein Trägerelement (150) umfasst, an welchem das Kühlelement (110) festgelegt ist, wobei das Trägerelement (150) ein Kunststoff-Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühlelement (110) an demselben festgelegt ist.
  2. Kühlmodul (112) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Eckelemente (156) umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind.
  3. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen oder mehrere Stapelbereiche (174) umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente (150) längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander stapelbar sind.
  4. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Stapelbereiche (174) jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich (176) und/oder mindestens einen Spannabschnitt (178) zum Einspannen mehrerer Trägerelemente (150) mittels einer Spannvorrichtung (182) umfassen.
  5. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils ein oder mehrere Verankerungsabschnitte (168) zur Verankerung des Trägerelements (150) an dem Kühlelement (110) umfassen.
  6. Kühlmodul (112) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte (168) jeweils Folgendes umfassen: - ein oder mehrere Anspritzelemente (170), welche unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind; und - ein oder mehrere Stegelemente (172) zum Verbinden der Anspritzelemente (170) mit einem Wandungsabschnitt (160) eines Seitenteils (158) des Trägerelements (150).
  7. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils einen oder mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, welche längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
  8. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils mehrere Verankerungsabschnitte (168) und mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, wobei die Verankerungsabschnitte (168) und die Kompensationsbereiche (166) längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, alternierend angeordnet sind.
  9. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) vier Eckelemente (156) und vier jeweils zwei Eckelemente (156) miteinander verbindende Seitenteile (158) umfasst, wobei die Eckelemente (156) und die Seitenteile (158) gemeinsam ein das Kühlelement (110) umgebendes Rahmenelement (152) bilden.
  10. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen Wandungsabschnitt (160) eines Gehäuses (164) eines Zellstapels (102) und/oder einer Batterievorrichtung (100) bildet.
  11. Kühlmodul (112) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (160) zumindest teilweise eine Wellenstruktur aufweist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche (166) zum Ausgleichen von materialbedingt unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen gebildet sind.
  12. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst: - mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen; - mehrere Kühlmodule (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Kühlen der Zellen (106).
  13. Zellstapel (102) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stapelhöhe (H) des Trägerelements (150) zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke (DK) mindestens eines Kühlelements (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) einerseits und einer Dicke (DZ) mindestens einer Zelle (106) andererseits entspricht.
  14. Zellstapel (102) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) der Kühlmodule (112) im gestapelten Zustand eine sowohl in einer Stapelrichtung (104) als auch in einer Umfangsrichtung (154) zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) umhüllenden Gehäuses (164) bilden.
  15. Zellstapel (102) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) einen Stapel aus Trägerelementen (150) umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte (186) versehen ist, wobei die beiden Endplatten (186) Spannplatten (184) bilden oder umfassen, zwischen welchen die Trägerelemente (150) eingespannt sind.
DE102017223476.8A 2017-12-20 2017-12-20 Kühlmodul für einen Zellstapel, Zellstapel, Batterievorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Zellen Pending DE102017223476A1 (de)

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