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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul zur Energieversorgung eines Elektromotors zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Folienzelle sowie zumindest eine Kühleinheit, die zum Kühlen der wenigstens einen Folienzelle zumindest abschnittsweise an der wenigstens einen Folienzelle angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriezellenmodul zur Energieversorgung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs zum Antreiben des Kraftfahrzeugs.
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Bisherige Bauweisen von Batteriezellenmodulen für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, die mit Folienzellen wie Pouche-Bag-Zellen oder Coffee-Bag-Zellen arbeiten, bedingen durch die Art und den Anbau von Kühl- und Heizungseinrichtungen ein relativ geringes Leistungsgewicht. In Abhängigkeit vom konstruktiven Aufbau können 30% und mehr des Gesamtbatteriebauraums für Temperierungsmittel verwendet werden. Da eine thermische Überlastung von Batteriezellenmodulen, insbesondere im Bereich der Folienzellen, unbedingt zu vermeiden ist, und die Batteriezellen stets im optimalen thermischen Betriebsfenster zu halten sind, um eine vom Hersteller prognostizierte Lebensdauer zu erreichen, ist es unabdingbar, die Batteriezellen thermisch zu regulieren.
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Bei der thermischen Regulierung der Batteriezellenmodule beziehungsweise der Folienzellen ist jedoch zu beachten, dass Folienzellen einer Dickenänderung über jeden einzelnen Lade-/Entladevorgang unterliegen, die überlagert wird von einer irreversible Dickenzunahme über die Gesamtlebensdauer der jeweiligen Folienzelle.
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Die Kompensation der Dickenänderungen erfolgt üblicherweise über zwischen den Folienzellen eingebrachte Schaumlagen. Die Kühlung der Folienzellen erfolgt über Kühlplatten, auf welchen die Folienzellen stehend in Halterahmen montiert sind, oder über Kühlplatten, die seitlich an einer Seite der Folienzelle angebracht sind. Bei der Verwendung von Schaumlagen ist eine direkte Kühlung an den Zelloberflächen nicht möglich, da der Schaumstoff nicht vom Kühlmedium durchströmt werden kann. Des Weiteren können die an der Zelloberfläche angebrachten Kühlplatten die Dickenänderungen im Ladezyklus sowie der irreversiblen Dickenzunahme über die Lebenszeit der Batteriezellen nicht aufnehmen.
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Ferner sind Kühlsysteme bekannt, bei welchen fluiddurchströmte Kühlstrukturen zwischen den Folienzellen angeordnet sind, wodurch das Kühlmedium dicht an der Oberfläche der Zelle entlanggeführt werden kann. Ein solches System ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 021 922 A1 bekannt. Das dort gezeigte System weist eine gewellte Folie auf, welche zur Bildung von Fluidleitabschnitten zwischen den Folienzellen angeordnet ist. Diese Folie ist derart ausgestaltet, dass sie sich bei einem steigenden Innendruck in den Fluidleitabschnitten, welcher durch das darin geführte Kühlmedium erzeugt wird, in einer Dicken- beziehungsweise Stapelrichtung elastisch verformen beziehungsweise strecken kann. Das in der
DE 10 2010 021 922 A1 gezeigte System weist jedoch nicht die gewünschte Kompaktheit auf. Entsprechend gering ist die Leistungsdichte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Batteriezellenmodulen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriezellenmodul sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriezellenmodul mit einer verbesserten Kühleinheit zu schaffen, mit welcher einer Dickenänderung von Folienzellen des Batteriezellenmoduls über die Lebenszeit des Batteriezellenmoduls ausreichend Rechnung getragen werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Batteriezellenmodul gemäß Anspruch 1 sowie das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Batteriezellenmodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Batteriezellenmoduls und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriezellenmodul zur Energieversorgung eines Elektromotors zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt. Das Batteriezellenmodul weist wenigstens eine Folienzelle sowie zumindest eine Kühleinheit auf. Die Kühleinheit ist zum Kühlen der wenigstens einen Folienzelle zumindest abschnittsweise an der wenigstens einen Folienzelle angeordnet. Die zumindest eine Kühleinheit weist wenigstens ein elastisch verformbares Vorspannmittel auf, das eine vordefinierte Vorspannkraft auf die wenigstens eine Folienzelle aufbringt. Außerdem ist in der zumindest einen Kühleinheit wenigstens ein Fluidleitabschnitt zum Leiten eines Kühlfluids zumindest abschnittsweise entlang des wenigstens einen Vorspannmittels ausgestaltet.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination des wenigstens einen Fluidleitabschnitts mit dem wenigstens einen elastisch verformbaren Vorspannmittel, entlang von welchem der wenigstens eine Fluidleitabschnitt verläuft, können sowohl die gewünschte Kühlung der Folienzellen sichergestellt, als auch die erforderliche Dickenänderung der Folienzellen kompensiert werden. Mit dem vorliegenden Batteriezellenmodul können demnach Funktionen hinsichtlich der Vorspannung, der Kompensation der Dickenänderung der Folienzellen sowie der Kühlung der Folienzellen miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung resultiert insbesondere aus der elastischen Gestaltung der mit Kühlfluid durchströmbaren Kühleinheit an der wenigstens einen Folienzelle oder zwischen mehreren Folienzellen. Das heißt, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante weist das Batteriezellenmodul mehre Folienzellen und mehrere Kühleinheiten auf, wobei die wenigstens eine Kühleinheit sandwichartig zwischen zwei Folienzellen angeordnet ist und/oder die wenigstens eine Folienzelle sandwichartig zwischen zwei Kühleinheiten aufgenommen ist. Demnach weist das Batteriezellenmodul insbesondere mehrere Folienzellen und mehrere Kühleinheiten auf, welche zumindest teilweise abwechselnd nacheinander gestapelt und miteinander verpresst beziehungsweise mit einem vordefinierten Vorspanndruck zusammengebaut sind.
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Die Kühleinheit weist infolge ihrer Geometrie eine definierte Federwirkung auf, sodass die Kühleinheit zusätzlich zur Führung des Kühl- beziehungsweise Temperiermediums die Dickenänderungen der Folienzellen kompensieren kann und dabei eine die Lebensdauer begünstigende Verpresskraft auf die Folienzellen ausübt. Mit Hilfe des wenigstens einen elastisch verformbaren Vorspannmittels kann im Vergleich zu einem Fall, in welchem keine elastisch verformbaren Elemente innerhalb des Batteriezellenmoduls beziehungsweise zwischen den Folienzellen vorhanden sind, eine deutlich geringere Krafteinleitung von entstehenden Kräften in einen Verspannrahmen des Batteriezellenmoduls erreicht werden.
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Die Steifigkeit beziehungsweise Elastizität des wenigstens einen elastisch verformbaren Vorspannmittels kann über die Vorgabe der Geometrie desselben beliebig eingestellt und exakt auf die jeweiligen Anforderungen des verwendeten Batteriezellenmoduls abgestimmt werden. Bei einem bevorzugten Batteriezellenmodul weist die Kühleinheit mehrere elastisch verformbare Vorspannmittel auf. Das elastisch verformbare Vorspannmittel kann in Form eines Federkörpers, insbesondere in Form eines Druckfederkörpers, ausgestaltet sein. Der Federkörper kann als Biegefeder, Torsionsfeder oder Tellerfeder ausgestaltet sein.
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Entscheidend ist, dass zwischen den jeweiligen Federkörpern beziehungsweise zwischen dem Vorspannmittel und der jeweiligen Folienzelle noch ein ausreichend großer Hohlraum zur Bereitstellung des wenigstens einen Fluidleitabschnitts gebildet werdet kann. So weist das wenigstens eine elastische Vorspannmittel vorzugsweise eine Wellen- oder Zickzackform auf, die sich in Richtung der Scheitelpunkte der Wellen beziehungsweise Zacken entlang der jeweiligen Folienzelle erstreckt. Das wenigstens eine elastisch verformbare Vorspannmittel kann so beispielsweise einen wellen- oder zickzackförmigen Folien- oder Plattenabschnitt aufweisen oder als ein solcher ausgestaltet sein.
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Untersuchungen haben ergeben, dass eine kontinuierliche Verspannung beziehungsweise Druckbeaufschlagung der Folienzellen zu jedem Zeitpunkt der Zelllebensdauer die Langlebigkeit der Folienzellen deutlich verbessern kann. Durch das erfindungsgemäße Vorspannmittel wird eine solche Druckbeaufschlagung erreicht. Durch die direkte Umströmung beziehungsweise großflächige Kontaktierung der jeweiligen Folienzelle mit Kühlfluid können kurze thermische Pfade zwischen der Wärmequelle in der jeweiligen Folienzelle und einer Wärmesenke im Kühlfluid erreicht werden. Dadurch kann gegenüber Systemen, bei welchen nur an Stirnseiten der Folienzellen gekühlt wird, eine verbesserte Kühlperformance erzielt werden.
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Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul ist darüber hinaus besonders material- und bauteilsparend aufgebaut. Durch die Reduzierung von Bauteilen können der Komplexitätsgrad und somit eine etwaige Fehlerquelle reduziert werden. Durch eine Reduzierung von Material und Bauteilen können außerdem entsprechende Kosten gespart werden.
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Das Batteriezellenmodul ist vorzugsweise zur Energieversorgung eines Elektromotors zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs in Form eines reinen Elektrofahrzeugs oder eines Hybrid-Elektrofahrzeugs ausgestaltet.
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Die Kühleinheit kann plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig geformt sein. Die Kühleinheit weist außerdem in einer Stapelrichtung bezüglich eines Stapels von mehreren Folienzellen und mehreren Kühleinheiten eine geringere Dicke als eine Folienzelle auf. Die Kühleinheit ist erfindungsgemäß insbesondere flächig an die wenigstens eine Folienzelle gepresst. Besonders bevorzugt ist die Kühleinheit direkt an die wenigstens eine Folienzelle beziehungsweise zwischen zwei Folienzellen gepresst oder eingepresst. Dadurch kann das Batteriezellenmodul besonders kompakt mit einer entsprechend hohen Leistungsdichte bereitgestellt werden.
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Die Kühleinheit kann außerdem wenigstens einen Thermosensor, insbesondere einen flächigen Thermosensor, aufweisen, über den ein Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs Temperaturen der Kühleinheit erfassen kann, damit die Steuerung und Regelung der Klimatisierungsleistung der Kühleinheit unter Berücksichtigung des von dem Thermosensor gelieferten Temperaturwertes erfolgen können, und das Batteriezellenmodul dadurch im optimalen thermischen Betriebsfenster gehalten werden kann.
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Weiterhin ist es möglich, dass in dem wenigstens einen Fluidleitabschnitt mindestens eine Klappe zur Begrenzung und/oder Veränderung des Kühlfluids angeordnet ist. Die Klappe kann ebenfalls sensorisch durch das Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs gesteuert werden. Das Kühlfluid kann dann entsprechend dem Kühlbedarf an der wenigstens einen ersten Folienzelle und/oder an der wenigstens einen zweiten Folienzelle gesteuert und/oder geregelt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Batteriezellenmodul das wenigstens eine elastisch verformbare Vorspannmittel wenigstens ein Federelement zur zumindest abschnittsweisen Druckbeaufschlagung der wenigstens einen Folienzelle mit einer Kraft in einem Bereich zwischen 0,5 kN und 12 kN aufweist. Das heißt, die wenigstens eine Folienzelle ist in dem Batteriezellenmodul über das wenigstens eine Federelement mit einer Kraft in einem Bereich zwischen 0,5 kN und 12 kN vorgespannt beziehungsweise eingepresst gelagert. Das wenigstens eine Federelement weist hierzu eine entsprechende Federkonstante auf. Durch die Auslegung des wenigstens einen Federelements auf eine solche Federkonstante beziehungsweise zur Ausübung der erwähnten Krafteinwirkung auf die wenigstens eine Folienzelle kann ein problemloses Durchströmen des Kühlfluids durch den wenigstens einen Fluidleitabschnitt über die Lebenszeit des Batteriezellenmoduls gewährleistet werden. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass sich eine besonders vorteilhafte Druckbeaufschlagung beziehungsweise Kraft in einem Bereich zwischen 1 kN und 3 kN, insbesondere in einem Bereich zwischen 1,5 kN und 2,5 kN ergibt. Die vorstehend beschriebene Kraft wurde beispielsweise auf eine Fläche von ca. 300 cm2, vorzugsweise auf eine Fläche von ca. 10 cm auf ca. 30 cm, aufgebracht, wobei selbstverständlich auch andere Flächengrößen und/oder Geometrien möglich sind.
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Ferner ist es möglich, dass bei einem Batteriezellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung in dem wenigstens einen Fluidleitabschnitt zumindest abschnittsweise flüssiges Kühlfluid vorliegt. Durch das flüssige Kühlfluid kann die wenigstens eine Folienzelle besonders wirkungsvoll gekühlt werden. Unter einer Kühleinheit kann im Sinne der Erfindung ein Bauelement verstanden werden, das in der Lage ist, an der Kühleinheit angrenzende Flächen zu kühlen. Unter dem flüssigen Kühlfluid wird im Sinne der Erfindung ein flüssiges Medium verstanden, das in der Lage ist, Wärme aufzunehmen und zu transportieren, um sie beispielsweise an einer anderen Stelle wieder abzugeben. Die Kühleinheit weist vorzugsweise einen Kühlfluidzuführabschnitt und einen Kühlfluidabführabschnitt auf, durch welche das Kühlfluid in den wenigstens einen Fluidleitabschnitt hinein und wieder hinaus förderbar ist. Über den Kühlfluidzuführabschnitt und den Kühlfluidabführabschnitt kann die Kühleinheit besonders einfach mit einem Kühlfluidversorgungskreis verbunden werden beziehungsweise in Fluidverbindung stehen.
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Bei einem Batteriezellenmodul kann es außerdem von Vorteil sein, wenn in dem wenigstens einen Fluidleitabschnitt zumindest abschnittsweise elektrisch nicht leitfähiges Kühlfluid vorliegt. Dadurch können mögliche elektrische Störeinflüsse zwischen den jeweiligen Folienzellen sowie zwischen der Kühleinheit und der wenigstens einen Folienzelle zuverlässig verhindert werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem Batteriezellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung die zumindest eine Kühleinheit vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig an einer Seitenfläche der wenigstens einen Folienzelle oder zwischen zwei Folienzellen angepresst ist. Durch das vollflächige Anpressen der Kühleinheit an die wenigstens eine Folienzelle kann diese besonders wirksam gekühlt werden. Unter dem vollflächigen Anpressen ist vorliegend eine vollflächige oder zumindest im Wesentlichen vollflächige Positionierung der Kühleinheit an der gesamten oder zumindest im Wesentlichen gesamten Seitenfläche der wenigstens einen Folienzelle zu verstehen. Das heißt, wenigstens eine Seitenfläche der Kühleinheit bedeckt wenigstens eine gegenüberliegende Seitenfläche der wenigstens einen Folienzelle vollständig oder im Wesentlichen vollständig. Durch das vollflächige Anpressen der Kühleinheit an die wenigstens eine Folienzelle kann außerdem eine homogene Druckverteilung auf die jeweilige Folienzelle und mithin auch ein vorteilhafter Effekt hinsichtlich der Langlebigkeit der Folienzellen erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Batteriezellenmodul die wenigstens eine Folienzelle sandwichartig zwischen zwei Kühleinheiten angeordnet ist und die Fluidleitabschnitte der Kühleinheiten miteinander in Fluidverbindung stehen. Dadurch kann das Kühlfluid besonders einfach in allen Kühleinheiten zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus kann der hierfür benötigte Kühlfluidförderkreis besonders platzsparend bereitgestellt werden. Dies resultiert wiederum in einer hohen Leistungsdichte des Batteriezellenmoduls. Wie vorstehend bereits erwähnt, weist die Kühleinheit beziehungsweise jede Kühleinheit vorzugsweise einen Kühlfluidzuführabschnitt und einen Kühlfluidabführabschnitt auf, durch welche das Kühlfluid in den wenigstens einen Fluidleitabschnitt hinein und wieder hinaus förderbar ist. Für die Fluidverbindung zwischen den Kühleinheiten stehen beispielsweise ein Kühlfluidzuführabschnitt einer ersten Kühleinheit mit einem Kühlfluidabführabschnitt einer zweiten Kühleinheit sowie ein Kühlfluidzuführabschnitt der zweiten Kühleinheit mit einem Kühlfluidabführabschnitt einer dritten Kühleinheit in Fluidverbindung.
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Bei einer alternativen Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Batteriezellenmodul die wenigstens eine Folienzelle sandwichartig zwischen zwei Kühleinheiten angeordnet ist und die Fluidleitabschnitte der Kühleinheiten fluidtechnisch voneinander getrennt ausgestaltet sind. Das heißt, zwischen einer ersten Kühleinheit und einer zweiten Kühleinheit besteht keine Fluidverbindung. Die jeweiligen Kühleinheiten sind hinsichtlich des darin geführten Kühlfluids entsprechend gekapselt ausgestaltet. Durch eine solche Ausgestaltungsvariante kann eine hohe Sicherheit hinsichtlich einer etwaigen Beschädigung einer Kühleinheit erreicht werden. Wenn beispielsweise eine Kühleinheit aufgrund einer Fehlfunktion oder einer Beschädigung der Kühleinheit ausfällt, muss sich dies nicht direkt auf die anderen Kühleinheiten auswirken und das Batteriezellenmodul könnte auch in diesem Fall zumindest noch bis zu einem vorsorglichen Abschalten des Batteriezellenmoduls sicher betrieben werden.
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Weiterhin ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Batteriezellenmodul das wenigstens eine elastisch verformbare Vorspannmittel sandwichartig zwischen zwei Deckplatten aufgenommen ist, wobei der wenigstens eine Fluidleitabschnitt zwischen dem wenigstens einen elastisch verformbaren Vorspannmittel und wenigstens einer der beiden Deckplatten ausgestaltet ist. Durch die Deckplatten kann der Druck von den Vorspannmitteln gleichmäßig auf die jeweilige Folienzelle übertragen werden. Lastspitzen auf der Folienzelle und eine daraus möglicherweise resultierende Beschädigung der Folienzelle können dadurch verhindert werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Kühleinheit kann zwischen den Deckplatten und dem Vorspannmittel der wenigstens eine Fluidleitabschnitt außerdem besonders einfach und materialsparend bereitgestellt werden. Der wenigstens eine Fluidleitabschnitt ergibt sich sozusagen von ganz alleine zwischen den Deckplatten und dem Vorspannmittel. Die Deckplatten liegen bevorzugt plan auf der Folienzelle beziehungsweise auf den Folienzellen auf beziehungsweise an.
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Bei einem Batteriezellenmodul der vorliegenden Erfindung weist die wenigstens eine Folienzelle jeweils wenigstens eine Lithium-Ionen-Batterie auf. Lithium-Ionen-Batterien haben sich vorliegend hinsichtlich ihres Alterungsverhaltens, der Betriebsweise und der Leistungsdichte als besonders geeignete Batterieelemente herausgestellt. Gleichwohl kann der erfindungsgemäße Systemaufbau auch bei NiMH-Batterien sowie Festkörperbatterien angewandt werden.
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Vorliegend soll auch eine erfindungsgemäße Kühleinheit mit dem wenigstens einen elastisch verformbaren Vorspannmittel, das eine vordefinierte Vorspannkraft auf die wenigstens eine Folienzelle aufbringt, und in welcher wenigstens ein Fluidleitabschnitt zum Leiten eines Kühlfluids zumindest abschnittsweise entlang des wenigstens einen Vorspannmittels ausgestaltet ist, geschützt sein. Die wenigstens eine Kühleinheit kann während des Herstellungsprozesses des Batteriezellenmoduls mit diesem zusammen gefertigt werden. Alternativ ist es möglich, dass die wenigstens eine Kühleinheit mit integriertem Kühlfluid separat gefertigt und nachträglich in eine oder mehrere bereits bestehende Batteriezellenmodule eingebracht wird. Eine solche separat gefertigte Kühleinheit kann auch als Ergänzungskomponente für ein Batteriezellenmodul verwendet werden, das nachträglich einen stärkeren Bedarf an Kühlleistung hat.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend im Detail beschriebenen Batteriezellenmodul Energieversorgung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul beschrieben worden sind. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als reines Elektrofahrzeug oder zumindest als Hybrid-Elektrofahrzeug bereitgestellt. Unter dem Fahrzeug ist insbesondere ein Straßenfahrzeug wie ein PKW oder ein LKW zu verstehen. Die Erfindung soll jedoch nicht darauf beschränkt betrachtet werden. So kann unter dem Fahrzeug auch ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein Roboter verstanden werden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul in einem ersten Betriebszustand,
- 2 das in 1 dargestellte Batteriezellenmodul in einem zweiten Betriebszustand, und
- 3 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriezellenmodul.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Batteriezellenmodul 100 zur Energieversorgung eines Elektromotors 200 zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs 1000. Das dargestellte Batteriezellenmodul 100 weist vier Folienzellen 1 sowie vier Kühleinheiten 3 auf, die in Form eines Sandwiches beziehungsweise Stapels geschichtet angeordnet sind. Die Kühleinheiten 3 sind jeweils zum Kühlen der Folienzellen 1 an den Folienzellen 1 angeordnet. Genauer gesagt sind die Kühleinheiten 3 vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig an Seitenflächen 2 der Folienzellen 1 angepresst. Dazu weisen die Kühleinheiten 3 jeweils ein elastisch verformbares Vorspannmittel 4 auf, das eine vordefinierte Vorspannkraft auf die jeweilige Folienzellen 1 aufbringt. Das dargestellte Vorspannmittel 4 weist jeweils ein Federelement mit einer Federkonstanten zur vordefinierten Druckbeaufschlagung der benachbarten Folienzelle(n) 1 auf. Über die gezielte Auslegung der Federkonstanten kann jede Folienzelle 1 mit der gewünschten Kraft beaufschlagt werden.
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In den Kühleinheiten 3 ist jeweils ein Fluidleitabschnitt 5 zum Leiten eines Kühlfluids entlang des Vorspannmittels 4 ausgestaltet. In den Fluidleitabschnitten 5 der Kühleinheiten 3 liegt jeweils flüssiges, elektrisch nicht leitfähiges Kühlfluid vor. Die dargestellten Fluidleitabschnitte 5 der Kühleinheiten 3 sind fluidtechnisch voneinander getrennt ausgestaltet. Alternativ könnten die Fluidleitabschnitte 5 jedoch auch miteinander in Fluidverbindung stehen.
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Wie in 1 zu erkennen, ist das elastisch verformbare Vorspannmittel 4 jeweils sandwichartig zwischen zwei Deckplatten 6 aufgenommen, wobei der Fluidleitabschnitt 5 zwischen dem elastisch verformbaren Vorspannmittel 4 und den beiden Deckplatten 6 ausgestaltet ist. Die Folienzellen 1 sind vorliegend in Form von Lithium-Ionen-Batterie ausgestaltet beziehungsweise weisen diese auf. Außerdem kann in 1 erkannt werden, dass durch eine Innenwandung des Gehäuses des Batteriezellenmoduls 100 eine Gegenkraft auf die Kühleinheit beziehungsweise das elastisch verformbare Vorspannmittel 4 aufgebracht wird, sodass diese den gewünschten Druck beziehungsweise die entsprechende Kraft auf die Folienzellen 1 aufbringen können.
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Das in 1 dargestellte Batteriezellenmodul 100 ist in einem ersten Betriebszustand des Batteriezellenmoduls 100 dargestellt, in welchem kein oder kaum Druck auf die Kühleinheit 3 aufgebracht wird.
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In 2 ist das in 1 dargestellte Batteriezellenmodul 100 in einem zweiten Betriebszustand dargestellt, in welchem ein im Vergleich zum ersten Betriebszustand höherer Druck auf die Kühleinheit 3 aufgebracht wird. Dieser kann aus der vorstehend erläuterten Ausdehnung der Folienzellen 1 über die Zeit resultieren. Entsprechend ist die Kühleinheit 3 beziehungsweise das Vorspannmittel 4 in einem zusammengedrückten Zustand dargestellt.
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In 3 ist ein Kraftfahrzeug 1000 mit einem wie vorstehend beschriebenen Batteriezellenmodul 100 zur Energieversorgung eines Elektromotors 200 des Kraftfahrzeugs 1000 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 1000 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1000 ist in Form eines PKWs dargestellt.
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Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. Das heißt, die vorliegende Erfindung soll nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Folienzelle
- 2
- Seitenfläche
- 3
- Kühleinheit
- 4
- Vorspannmittel
- 5
- Fluidleitabschnitt
- 6
- Deckplatte
- 100
- Batteriezellenmodul
- 200
- Elektromotor
- 1000
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010021922 A1 [0005]
