DE102018210444B3

DE102018210444B3 - Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018210444B3
Application number: DE102018210444.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Einoegg; Philipp Schlag; Martin Späth; Markus Stoll
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: US11183718B2; US20210257691A1; CN111602286A; WO2020001927A1; CN111602286B

Abstract

Hochvoltbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Batteriemodule (1), wobei jedes Batteriemodul (1)
- einen Zellstapel (4) mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelten Batteriezellen (3),
- zwei Enddruckplatten (6, 7), welche an in Stapelrichtung (S) gegenüberliegenden Enden des Zellstapels (4) angeordnet sind,
- eine an einer Unterseite (11) des Zellstapels (4) angeordnete Kühlplatte (10) mit einem Kühlmittelanschluss (13) zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte (10) geleiteten Kühlmittels, wobei der Kühlmittelanschluss (13) an einer der Unterseite (11) des Zellstapels (4) zugewandten Oberseite (12) der Kühlplatte (10) in einer senkrecht zur Stapelrichtung (S) orientierten Hochrichtung (H) abstehend ausgebildet ist, und
- zumindest eine Zwischendruckplatte (16), welche zwischen zwei Batteriezellen (3) innerhalb des Zellstapels (4) angeordnet ist und welche zumindest eine Durchgangsöffnung (17, 18) entlang der Hochrichtung (H) aufweist, in welcher der Kühlmittelanschluss (13) angeordnet und in Richtung einer Oberseite (19) des Zellstapels (4) zum fluidischen Koppeln mit zumindest einer Kühlmittelleitung (20, 21) der Hochvoltbatterie (2) geführt ist, aufweist und wobei die Hochvoltbatterie zumindest eine entlang der Oberseiten (19) der Zellstapel (4) geführte Kühlmittelleitung (20, 21) aufweist, welche mit den durch die Zwischendruckplatte (16) an die Oberseite (19) des Zellstapels (4) geführten Kühlmittelanschlüssen (13) der Batteriemodule (1) fluidisch gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Batteriemodulen. Jedes Batteriemodul weist einen Zellstapel mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung gestapelten prismatischen Batteriezellen, zwei Enddruckplatten, welche an in Stapelrichtung gegenüberliegenden Enden des Zellstapels angeordnet sind, und eine an einer Unterseite des Zellstapels angeordnete Kühlplatte mit einem Kühlmittelanschluss zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte geleiteten Kühlmittels, auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Hochvoltbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriemodulen auf, wobei jedes Batteriemodul zu einem Zellstapel gestapelte und verschaltete prismatische Batteriezellen aufweisen kann. Jeder Zellstapel ist üblicherweise in einem Zellmodulrahmen zum Verspannen der Batteriezellen angeordnet. Ein solcher Zellmodulrahmen weist üblicherweise zwei Enddruckplatten, zwischen welchen der Zellstapel angeordnet ist, und zwei Spannmittel, beispielsweise Zuganker, auf, welche die Enddruckplatten und damit die Batteriezellen zusammenpressen. So kann eine übermäßige Verformung der Batteriezellen im Betrieb der Hochvoltbatterie verhindert werden. Aus der DE 10 2015 216 218 A1 ist beispielsweise ein Batteriemodul bzw. Speichermodul bekannt, welches zusätzlich zu den Enddruckplatten Zwischendruckplatten umfassen kann, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung innerhalb des Batteriemoduls zu erlangen.
Um eine Überhitzung der Batteriezellen im Betrieb zu vermeiden, werden die Batteriezellen üblicherweise gekühlt. Dazu kann an einer Unterseite des Zellstapels eine Kühlplatte angeordnet werden, in welcher ein Kühlmittel entlang der Unterseite geführt wird. Die Kühlplatte weist üblicherweise einen Kühlmittelanschluss zum Einleiten von Kühlmittel in die Kühlplatte und zum Entnehmen von Kühlmittel aus der Kühlplatte auf. Der Kühlmittelanschluss kann beispielsweise mit Kühlmittelleitungen gekoppelt werden. Wenn der Kühlmittelanschluss seitlich von der Kühlplatte abstehend ausgebildet ist, müssen die Kühlleitungen neben den Batteriemodulen geführt werden und die Batteriemodule müssen in einem gewissen Abstand zueinander positioniert werden. Dies erhöht einen Bauraum der Hochvoltbatterie bzw. verringert eine durch die Hochvoltbatterie erzielbare Reichweite des Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 10 2011 084 660 A1 ist eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche ein Zellmodul, das mehrere Speicherzellen aufweist, die zwischen zwei Enddruckplatten angeordnet sind, und einen mit Unterseiten der Speicherzellen thermisch leitend verbundenen, plattenartigen Kühlkörper, in dessen Inneren ein Kühlkanalsystem vorgesehen ist, das in Fluidverbindung mit mindestens einem Kühlmittelzulauf und mindestens einem Kühlmittelablauf steht, aufweist. Der mindestens eine Kühlmittelzulauf und der mindestens eine Kühlmittelzulauf sind jeweils im Bereich einer Oberseite zumindest einer der Enddruckplatten angeordnet. In der DE 10 2015 207 666 A1 sind der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelzulauf kühlkörperabseitig benachbart zu jeweils einer der Enddruckplatten angeordnet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kompakte, bauraumsparende und effizient kühlbare Hochvoltbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug weist zumindest zwei Batteriemodule auf. Jedes Batteriemodul weist einen Zellstapel mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung gestapelten prismatischen Batteriezellen sowie zwei Enddruckplatten, welche an in Stapelrichtung gegenüberliegenden Enden des Zellstapels angeordnet sind und zum Ausüben eines Anpressdrucks auf die Batteriezellen ausgelegt sind, auf. Ferner weist das Batteriemodul eine an einer Unterseite des Zellstapels angeordnete Kühlplatte mit einem Kühlmittelanschluss zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte geleiteten Kühlmittels auf, wobei der Kühlmittelanschluss an einer der Unterseite des Zellstapels zugewandten Oberseite der Kühlplatte in einer senkrecht zur Stapelrichtung orientierten Hochrichtung abstehend ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Batteriemodul zumindest eine Zwischendruckplatte auf, welche zwischen zwei Batteriezellen innerhalb des Zellstapels angeordnet ist und welche zumindest eine Durchgangsöffnung entlang der Hochrichtung aufweist, in welcher der Kühlmittelanschluss angeordnet und in Richtung einer Oberseite des Zellstapels zum fluidischen Koppeln mit zumindest einer Kühlmittelleitung der Hochvoltbatterie geführt ist. Die entlang der Oberseiten der Zellstapel geführte Kühlmittelleitung der Hochvoltbatterie ist mit den durch die Zwischendruckplatte an die Oberseite des Zellstapels geführten Kühlmittelanschlüssen der Batteriemodule fluidisch gekoppelt.
Zum Ausbilden des Zellstapels bzw. Zellblocks werden die prismatischen Batteriezellen entlang der Stapelrichtung aneinander gestapelt. Die prismatischen Batteriezellen bzw. Sekundärzellen weisen ein flachquaderförmiges Zellgehäuse auf. Zum Stapeln der Batteriezellen wird eine Frontseite einer Batteriezelle an einer Rückseite einer anderen Batteriezelle angeordnet, usw. Die gestapelten Batteriezellen werden in einem Zellmodulrahmen angeordnet, welcher die zwei Endplatten umfasst. Dabei wird der Zellstapel zwischen den Endplatten angeordnet, sodass eine erste, vordere Endplatte an der Frontseite einer ersten Batteriezelle in dem Zellstapel anliegt, und eine zweite, hintere Endplatte an der Rückseite einer letzten Batteriezelle in dem Zellstapel anliegt. Außerdem weist der Zellmodulrahmen Spannmittel, beispielsweise Zuganker, auf, welche an in Breitenrichtung der Batteriezellen gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels geführt sind. Die Breitenrichtung ist senkrecht zur Stapelrichtung und senkrecht zur Hochrichtung orientiert. Die Spannmittel dienen dazu, die Enddruckplatten zum Verspannen der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung zusammenzupressen. Somit kann eine alters- und betriebsbedingte Deformation der Batteriezellen, beispielsweise eine Ausdehnung der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung, verringert werden.
Außerdem weist das Batteriemodul die Kühlplatte auf, welche an der Unterseite des Zellstapels anliegend angeordnet sein kann. Der Zellstapel ist in Hochrichtung also auf der Kühlplatte angeordnet. Die Kühlplatte kann zumindest einen Kühlkanal aufweisen, in welchem das Kühlmittel entlang der Unterseite des Zellstapels zum Kühlen der Batteriezellen geführt wird. Die Kühlplatte weist den Kühlmittelanschluss auf, über welchen der Kühlplatte das Kühlmittel zugeführt und/oder entnommen werden kann. Der Kühlmittelanschluss ist an der Oberseite der Kühlplatte nach oben hin abstehend ausgebildet und wird insbesondere durch den Zellstapel hindurchgeführt, sodass er an der Oberseite des Zellstapels zugänglich ist.
Dazu weist das Batteriemodul die zumindest eine Zwischendruckplatte auf, welche innerhalb des Zellstapels angeordnet ist. Beispielsweise kann das Batteriemodul genau eine Zwischendruckplatte aufweisen, welche mittig angeordnet ist und den Zellstapel in zwei gleich große Zellteilstapel unterteilt. Es können auch mehrere Zwischendruckplatten vorgesehen sein, welche den Zellstapel in mehrere, insbesondere gleich große, Zellteilstapel unterteilt. Die Zwischendruckplatte kann ähnliche geometrische Abmessungen aufweisen wie die Batteriezellen. Insbesondere weist die Zwischendruckplatte die gleiche Breite auf wie die Batteriezellen. Eine Höhe der Zwischendruckplatte entspricht höchstens einer Höhe der Batteriezellen.
Außerdem weist die Zwischendruckplatte die zumindest eine Durchgangsöffnung auf, welche sich von einer der Kühlplatte zugewandten Unterseite der Zwischendruckplatte in Hochrichtung zu einer Oberseite der Zwischendruckplatte erstreckt. Die Zwischendruckplatte mit der zumindest einen Durchgangsöffnung kann beispielsweise durch Strangpressen gefertigt sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zwischendruckplatte aus einem Vollmaterial gebildet ist, in welche die Durchgangsöffnung gebohrt ist. Die Durchgangsöffnung bildet dabei einen entlang der Hochrichtung orientierten Kanal durch die Zwischendruckplatte hindurch, welcher den Kühlmittelanschluss aufnimmt bzw. in welchen der Kühlmittelanschluss eingesteckt ist. Dazu weist die Durchgangsöffnung eine Größe auf, welche mit einer Größe des Kühlmittelanschlusses korrespondiert.
Durch das Einstecken des Kühlmittelanschlusses in die Durchgangsöffnung ist der Kühlmittelanschluss von der Oberseite des Zellstapels aus zugänglich und kann dort beispielsweise mit der zumindest einen Kühlmittelleitung der Hochvoltbatterie fluidisch gekoppelt werden. Diese Kühlmittelleitung kann nun entlang der Oberseite des Batteriemoduls geführt werden und muss nicht mehr an Seiten des Batteriemoduls geführt werden. Hierdurch können mehrere Batteriemodule zum Ausbilden der Hochvoltbatterie besonders nah aneinander gereiht werden. Außerdem können die Batteriemodule an den Positionen der Zwischendruckplatte im Kraftfahrzeug abgestützt werden und dadurch die Batteriemodule stabilisiert werden. Dadurch können die Batteriemodule eine erhöhte Anzahl an Batteriezellen aufweisen. Durch das Bereitstellen der Zwischendruckplatte mit der Durchgangsöffnung kann eine besonders kompakte Hochvoltbatterie, welche aufgrund der hohen Packungsdichte eine hohe Reichweite für das Kraftfahrzeug bereitstellt, realisiert werden.
Vorzugsweise sind die Batteriemodule entlang einer senkrecht zur Hochrichtung und zur Stapelrichtung orientierten Breitenrichtung nebeneinander angeordnet und die zumindest eine Kühlmittelleitung ist in Breitenrichtung entlang der Oberseiten der Zellstapel geführt. Die Batteriemodule sind also in Breitenrichtung derart aneinander gereiht, dass die Kühlmittelanschlüsse aller Batteriezellen in einer Reihe angeordnet sind. Entlang dieser Reihe sind auch die Kühlmittelleitungen geführt und an den Zwischendruckplatten der Batteriemodule abgestützt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist jedes Batteriemodul zwei entlang der Stapelrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels geführte Spannmittel auf, welche mit den Endruckplatten zum Zusammenpressen der Batteriezellen und mit der zumindest einen Zwischendruckplatte verbunden sind. Insbesondere ist die zumindest eine Zwischendruckplatte formschlüssig mit den Spannmitteln verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Spannmittel bzw. Zuganker, welche gemeinsam mit den Enddruckplatten den den Zellstapel umgebenden Zellmodulrahmen bilden, sind auch mit der zumindest einen Zwischendruckplatte, welche in dem Zellstapel angeordnet ist, mechanisch verbunden. Dadurch kann ein besonders stabiles Batteriemodul gebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jedes Batteriemodul ein auf der Oberseite des Zellstapels angeordnetes Zellkontaktiersystem auf, welches zumindest eine Öffnung für den Kühlmittelanschluss aufweist, wobei die zumindest eine mit dem Kühlmittelanschluss fluidisch koppelbare Kühlmittelleitung auf einer Oberseite des Zellkontaktiersystems anordenbar ist. Das Zellkontaktiersystem kann beispielsweise einen Rahmen, in welchem Kontaktelemente gehalten sind, aufweisen. Der Rahmen kann auf der Oberseite des Zellstapels, an welchem sich Zellpole bzw. Zellterminals der Batteriezellen befinden, derart angeordnet werden, dass die Kontakteelemente auf den Zellterminals angeordnet werden und die Batteriezellen entsprechend einer vorgegebenen Verschaltung elektrisch miteinander verbinden. In einem mit der Oberseite der Zwischendruckplatte überlappenden Bereich weist der Rahmen ebenfalls eine Öffnung auf, welche fluchtend zu der Durchgangsöffnung in der Zwischendruckplatte angeordnet ist. Der in der Durchgangsöffnung angeordnete Kühlmittelanschluss der Kühlplatte kann durch die Öffnung in dem Zellkontaktiersystem hindurch an die Oberseite des Zellkontaktiersystems geführt werden. Dort können die Kühlmittelleitungen angeordnet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kühlmittelanschluss zwei Stutzen in Form von einem Zulaufstutzen und einem Ablaufstutzen auf und die zumindest eine Zwischendruckplatte weist eine erste Durchgangsöffnung für den Zulaufstutzen und eine zweite Durchgangsöffnung für den Ablaufstutzen auf. Insbesondere sind die zwei Stutzen in einer senkrecht zur Hochrichtung und zur Stapelrichtung orientierten Breitenrichtung nebeneinander an der Kühlplatte angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass die zwei Stutzen sich in Hochrichtung zumindest über eine gesamte Länge der Durchgangsöffnungen in der Zwischendruckplatte erstrecken. Die Stutzen können beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein, sodass die Durchgangsöffnungen als kreisförmige Löcher in der Zwischendruckplatte ausgebildet sind. Da die Zwischendruckplatte in etwa die gleiche Breite und Höhe wie die Batteriezellen aufweist und somit weder eine Breite noch eine Höhe des Zellstapels vergrößert, ist es Ziel, die durch die Zwischendruckplatte vergrößerte Tiefe des Batteriemoduls in Stapelrichtung besonders gering zu halten. Dies wird durch das nebeneinander Anordnen der Durchgangsöffnungen in Breitenrichtung der Zwischendruckplatte erreicht.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn jedes Batteriemodul ein monolithisches Verbindungsstück zum Verbinden beider Stutzen an der Oberseite des Zellstapels mit zwei, entlang der Oberseite des Zellstapels geführten Kühlmittelleitungen aufweist. Der an der Oberseite des Zellstapels zugängliche Zulaufstutzen kann mit einer ersten Kühlmittelleitung verbunden werden und der an der Oberseite des Zellstapels zugängliche Ablaufstutzen kann mit einer zweiten Kühlmittelleitung verbunden werden. Dazu weist das Batteriemodul das monolithische Verbindungsstück auf. Hierdurch muss nicht für jeden Stutzen ein einzelnes Verbindungsstück aufwändig mit hohem Montageaufwand montiert werden, welches außerdem eine geringe Stabilität aufweist. Durch das monolithische bzw. einteilige Verbindungsstück zum Verbinden beider Stutzen mit beiden Kühlleitungen wird ein robustes Batteriemodul bereitgestellt, welches mit reduzierten Montageaufwand hergestellt werden kann.
Vorzugsweise weist das Verbindungsstück zwei T-Stück-förmige Elemente auf, wobei ein erstes T-Stück-förmiges Element mit dem Zulaufstutzen verbunden ist sowie der ersten Kühlmittelleitung verbindbar ist und ein zweites T-Stück-förmiges Element mit dem Ablaufstutzen verbunden ist sowie mit einer zweiten Kühlmittelleitung verbindbar ist. Die T-Stück-förmigen Elemente können außerdem Gewinde aufweisen, über welche das Verbindungsstück mit den Stutzen und den Kühlmittelleitungen verschraubt werden kann. Somit kann eine besonders dichte Verbindung zwischen den Stutzen und den Kühlmittelleitungen bereitgestellt werden. Durch die T-Stück-förmige Elemente können die Kühlmittelleitungen außerdem parallel zur Oberseite des Zellstapels geführt werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweilige mit den Kühlmittelleitungen verbindbare Abschnitte der T-Stück-förmigen Elemente parallel zur Oberseite des Zellstapels entlang der Breitenrichtung orientiert sind .Die Kühlmittelleitungen können somit entlang der Breitenrichtung und überlappend mit der Oberseite der Zwischendruckplatte über den Zellstapel geführt werden. Somit können die Kühlmittelleitungen auch an der Zwischendruckplatte abgestützt werden. Insbesondere sind jeweilige mit den Kühlmittelleitungen verbindbare Abschnitte der T-Stück-förmigen Elemente in Stapelrichtung hintereinander angeordnet und jeweilige mit den Stutzen verbundene Abschnitte der T-Stück-förmigen Element in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet. Dabei sind die mit dem Kühlmittelleitungen verbindbaren Abschnitte insbesondere auf gleicher Höhe und in Stapelrichtung hintereinander angeordnet. Jeweilige Abschnitte, die mit dem Stutzen verbunden werden, sind in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet. Das Verbindungsstück ist somit besonders kompakt gestaltet.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasste eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie;
2 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie; und
4 eine schematische Darstellung eines Verbindungsstückes gemäß einer Ausführungsform des Batteriemoduls.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Batteriemodul 1 in einer Explosionsdarstellung. 2 zeigt das Batteriemodul 1 im zusammengesetzten Zustand. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Hochvoltbatterie 2, welche eine Verschaltung mehrerer Batteriemodule 1 aufweist. Das Batteriemodul 1 weist eine Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung S aneinander gestapelte Batteriezellen 3 auf. Die gestapelten Batteriezellen 3 bilden einen Zellstapel 4. Der Zellstapel 4 ist von einem Zellmodulrahmen 5 umgeben, welcher zwei Enddruckplatten 6, 7 und zwei Spannmittel 8, 9 aufweist. Die Enddruckplatten 6, 7 sind an in Stapelrichtung S gegenüberliegenden Enden des Zellstapels 4 angeordnet und mit den Spannmitteln 8, 9 verbunden. Die Spannmittel 8, 9 sind an in Breitenrichtung B gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels 4 angeordnet und erstrecken sich entlang der Stapelrichtung S. Die Spannmittel 8, 9, welche als Zuganker ausgebildet sind, ziehen die Enddruckplatten 6, 7 zusammen, sodass diese einen Anpressdruck auf die Batteriezellen 3 des Zellstapels 4 ausüben. Somit kann verhindert werden, dass sich die Batteriezellen 3 im Betrieb übermäßig ausdehnen.
Außerdem weist das Batteriemodul 1 eine Kühlplatte 10 auf, welche an einer Unterseite 11 des Zellstapels 4 angeordnet ist. Die Kühlplatte 10 dient dazu, die Batteriezellen 3 zu kühlen, indem sie ein Kühlmittel entlang der Unterseite 11 des Zellstapels 4 leitet. Die Kühlplatte 10 weist an ihrer der Unterseite 11 des Zellstapels 4 zugewandten Oberseite 12 einen Kühlmittelanschluss 13 auf, welcher hier zwei in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnete Stutzen 14, 15 aufweist. Über den als Zulaufstutzen 14 ausgebildeten Stutzen kann das Kühlmittel in die Kühlplatte 10 geleitet werden. Über den als Ablaufstutzen 15 ausgebildeten Stutzen kann das Kühlmittel wieder aus der Kühlplatte 10 entnommen werden. Die Stutzen 14, 15 stehen in Hochrichtung H von der Oberseite 12 der Kühlplatte 10 ab und können durch den Zellstapel 4 hindurchgeführt werden. Dazu weist das Batteriemodul 1 eine Zwischendruckplatte 16 auf, welche hier mittig innerhalb des Zellstapels 4 zwischen zwei Batteriezellen 3 angeordnet ist. Die Zwischendruckplatte 16 kann außerdem mit den Spannmitteln 8, 9 verbunden, beispielsweise verschweißt, sein, sodass das Batteriemodul 1 besonders stabil ausgebildet ist.
Die Zwischendruckplatte 16 weist hier zwei in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnete Durchgangsöffnungen 17, 18 auf. Die Zwischendruckplatte 16 kann beispielsweise als ein Strangpressprofil mit den Durchgangsöffnungen 17, 18 gebildet sein. Es kann aber auch sein, dass die Durchgangsöffnungen 17, 18 als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind. In einer ersten Durchgangsöffnung 17 wird der Zulaufstutzen 14 angeordnet und in einer zweiten Durchgangsöffnung 18 wird der Ablaufstutzen 15 angeordnet. Die Stutzen 14, 15, deren Länge hier in Hochrichtung H größer ist als eine Länge der Durchgangsöffnungen 17, 18, sind somit an einer Oberseite 19 des Zellstapels 4 zugänglich und können dort mit Kühlmittelleitungen 20, 21 (siehe 3) verbunden werden.
An der Oberseite 19 des Zellstapels 4 befinden sich Zellterminals 22 der Batteriezellen 3. Diese können zum Verschalten der Batteriezellen 3 mittels eines Zellkontaktiersystems 23 elektrisch miteinander verbunden werden. Das Zellkontaktiersystem 23 weist hier einen Rahmen 24 zum Halten von hier nicht gezeigten Kontaktelementen auf. Durch Aufsetzen des Rahmens 24 auf die Oberseite 19 des Zellstapels 4 werden die Zellterminals 22 mit den Kontaktelementen in Verbindung gebracht und dadurch die Batteriezellen 3 parallel und/oder seriell miteinander verschaltet. Der Rahmen 24 weist dabei Öffnungen 25, 26 auf, wobei eine erste Öffnung 25 fluchtend zu der ersten Durchgangsöffnung 17 der Zwischendruckplatte 16 und eine zweiten Öffnung 26 fluchtend zu der zweiten Durchgangsöffnung 18 ausgebildet ist. Dadurch kann der Zulaufstutzen 14 des Kühlmittelanschlusses 13 durch die erste Öffnung 25 geführt werden und der Ablaufstutzen 15 des Kühlmittelanschlusses 13 durch die zweite Öffnung geführt werden. Die Stutzen 14, 15 sind somit an einer Oberseite 27 des Zellkontaktiersystems 13 zugänglich.
In 3 sind mehrere Batteriemodule 1 in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnet gezeigt. Dabei sind die an der Oberseite 27 des Zellkontaktiersystems 23 herausgeführten Stutzen 14, 15 der Kühlplatte 10 in Breitenrichtung B in einer Reihe angeordnet und über Kühlmittelleitungen 20, 21 miteinander verbunden. Die Kühlmittelleitungen 20, 21 und die Kühlplatte 10 sind Teil eines Kühlmittelkreislaufes. Eine erste Kühlmittelleitung 20 ist dabei mit den Zulaufstutzen 14 der Batteriemodule 1 verbunden und eine zweite Kühlmittelleitung 21 ist mit den Ablaufstutzen 15 der Batteriemodule 1 verbunden. Die Kühlmittelleitungen 20, 21 sind in Breitenrichtung B über die Batteriemodule 1 an der Oberseite 27 des Zellkontaktiersystems 23, und damit entlang der Oberseite 19 des Zellstapels 4, geführt. Dort können die Kühlmittelleitungen 20, 21 an den Zwischendruckplatten 16 der Batteriemodule 1 abgestützt sein.
Gemäß 3 ist jeder Zulaufstutzen 14 über jeweils ein Verbindungselement 28 mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden, und jeder Ablaufstutzen 15 über ein Verbindungselement 29 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden sind. Es existieren also für die Zulaufstutzen 14 und für die Ablaufstutzen 15 separate Verbindungselemente 28, 29, welche mit hohem Montageaufwand einzeln montiert werden müssen. Diese weisen außerdem eine geringe Stabilität, hohe Fertigungstoleranzen und einen hohen Bauraumbedarf auf.
In 4 ist ein monolithisches, einteiliges Verbindungsstück 30 zum Verbinden eines Zulaufstutzens 14 mit der ersten Kühlmittelleitung 20 und eines Ablaufstutzens 15 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 gezeigt. Das monolithische Verbindungsstück 30 weist zwei T-Stück-förmige Elemente 31, 32 auf. Ein erstes T-Stück-förmiges Element 31 kann mit dem Zulaufstutzen 14 und mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden, beispielsweise verschraubt, werden. Ein zweites T-Stück-förmiges Element 32 kann mit dem Ablaufstutzen 15 und mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden, beispielsweise verschraubt, werden. Dabei wird ein in Hochrichtung H orientierter, rohrförmiger Abschnitt 33 des ersten T-Stück-förmigen Elements 31 mit dem Zulaufstutzen 14 verbunden. Ein in Hochrichtung H orientierter, rohrförmiger Abschnitt 34 des zweiten T-Stück-förmigen Elements 32 mit dem Ablaufstutzen 15 verbunden. Die Abschnitte 33, 34 sind dabei in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnet. Ein in Breitenrichtung B orientierter, rohrförmiger Abschnitt 35 des ersten T-Stück-förmigen Elements 31 wird mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden. Ein in Breitenrichtung B orientierter, rohrförmiger Abschnitt 35 des zweiten T-Stück-förmigen Elements 32 wird mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden. Die Abschnitte 35, 36 sind dabei in Stapelrichtung S hintereinander angeordnet. So können die Kühlmittelleitungen 20, 21 in Stapelrichtung S aneinander vorbei und parallel zueinander entlang der Oberseite 19 des Zellstapels 4 geführt werden. Die mit den Stutzen 14, 15 verbindbaren Abschnitte 33, 34 sind hier zwischen den mit den Kühlmittelleitungen 20, 21 verbindbaren Abschnitte 35, 36 geführt und seitlich mit den Abschnitten 35, 36 verbunden. Durch das monolithische Verbindungsstück 30 kann die fluidische Verbindung zwischen Kühlplatte 10 und Kühlmittelleitungen 20, 21 mit geringem Montageaufwand hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
2: Hochvoltbatterie
3: Batteriezellen
4: Zellstapel
5: Zellmodulrahmen
6,7: Enddruckplatte
8, 9: Spannmittel
10: Kühlplatte
11: Unterseite des Zellstapels
12: Oberseite der Kühlplatte
13: Kühlmittelanschluss
14: Zulaufstutzen
15: Ablaufstutzen
16: Zwischendruckplatte
17, 18: Durchgangsöffnungen
19: Oberseite des Zellstapels
20,21: Kühlmittelleitungen
22: Zellterminals
23: Zellkontaktiersystem
24: Rahmen
25, 26: Öffnungen
27: Oberseite des Zellkontaktiersystems'
28, 29: Verbindungselemente
30: monolithisches Verbindungsstück
31, 32: T-Stück-förmige Elemente
33, 34, 35, 36: Abschnitte
S: Stapelrichtung
B: Breitenrichtung
H: Hochrichtung

Claims

Hochvoltbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Batteriemodule (1), wobei jedes Batteriemodul (1) - einen Zellstapel (4) mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelten Batteriezellen (3), - zwei Enddruckplatten (6, 7), welche an in Stapelrichtung (S) gegenüberliegenden Enden des Zellstapels (4) angeordnet sind, - eine an einer Unterseite (11) des Zellstapels (4) angeordnete Kühlplatte (10) mit einem Kühlmittelanschluss (13) zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte (10) geleiteten Kühlmittels, wobei der Kühlmittelanschluss (13) an einer der Unterseite (11) des Zellstapels (4) zugewandten Oberseite (12) der Kühlplatte (10) in einer senkrecht zur Stapelrichtung (S) orientierten Hochrichtung (H) abstehend ausgebildet ist, und - zumindest eine Zwischendruckplatte (16), welche zwischen zwei Batteriezellen (3) innerhalb des Zellstapels (4) angeordnet ist und welche zumindest eine Durchgangsöffnung (17, 18) entlang der Hochrichtung (H) aufweist, in welcher der Kühlmittelanschluss (13) angeordnet und in Richtung einer Oberseite (19) des Zellstapels (4) zum fluidischen Koppeln mit zumindest einer Kühlmittelleitung (20, 21) der Hochvoltbatterie (2) geführt ist, aufweist und wobei die Hochvoltbatterie zumindest eine entlang der Oberseiten (19) der Zellstapel (4) geführte Kühlmittelleitung (20, 21) aufweist, welche mit den durch die Zwischendruckplatte (16) an die Oberseite (19) des Zellstapels (4) geführten Kühlmittelanschlüssen (13) der Batteriemodule (1) fluidisch gekoppelt ist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (1) zwei entlang der Stapelrichtung (S) an gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels (4) geführte Spannmittel (8, 9) aufweist, welche mit den Endruckplatten (6, 7) zum Zusammenpressen der Batteriezellen (3) und mit der zumindest einen Zwischendruckplatte (16) mechanisch verbunden sind.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zwischendruckplatte (16) formschlüssig mit den Spannmitteln (8, 9) verbunden ist.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (1) ein auf der Oberseite (19) des Zellstapels (4) angeordnetes Zellkontaktiersystem (23) aufweist, welches zumindest eine Öffnung (25, 26) für den Kühlmittelanschluss (13) aufweist, wobei die zumindest eine mit dem Kühlmittelanschluss (13) fluidisch koppelbare Kühlmittelleitung (20, 21) auf einer Oberseite (27) des Zellkontaktiersystems (23) anordenbar ist.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (13) zwei Stutzen (14, 15) in Form von einem Zulaufstutzen (14) und einem Ablaufstutzen (15) aufweist und die zumindest eine Zwischendruckplatte (16) eine erste Durchgangsöffnung (17) für den Zulaufstutzen (14) und eine zweite Durchgangsöffnung (18) für den Ablaufstutzen (15) aufweist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stutzen (14, 15) in einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) nebeneinander auf der Oberseite (12) der Kühlplatte (10) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stutzen (14, 15) sich in Hochrichtung (H) zumindest über eine gesamte Länge der Durchgangsöffnungen (17, 18) in der zumindest einen Zwischendruckplatte (16) erstrecken.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (1) ein monolithisches Verbindungsstück (30) zum Verbinden beider Stutzen (14, 15) an der Oberseite (19) des Zellstapels (4) mit zwei, entlang der Oberseite (19) des Zellstapels (4) geführten Kühlmittelleitungen (20, 21) aufweist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (30) zwei T-Stück-förmige Elemente (31, 32) aufweist, wobei ein erstes T-Stück-förmiges Element (31) mit dem Zulaufstutzen (14) verbunden ist sowie mit einer ersten Kühlmittelleitung (20) verbindbar ist und ein zweites T-Stück-förmiges Element (32) mit dem Ablaufstutzen (15) verbunden ist sowie mit einer zweiten Kühlmittelleitung (21) verbindbar ist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige mit den Kühlmittelleitungen (20, 21) verbindbare Abschnitte (35, 36) der T-Stück-förmigen Elemente (31, 32) parallel zur Oberseite (19) des Zellstapels (4) entlang einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) orientiert sind.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige mit den Kühlmittelleitungen (20, 21) verbindbare Abschnitte (35, 36) der T-Stück-förmigen Elemente (31, 32) in Stapelrichtung (S) hintereinander angeordnet sind und jeweilige mit den Stutzen (14, 15) verbundene Abschnitte (33, 34) der T-Stück-förmigen Elemente (31, 32) in Breitenrichtung (B) nebeneinander angeordnet sind.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1) entlang einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) nebeneinander angeordnet sind und die zumindest eine Kühlmittelleitung (20, 21) in Breitenrichtung (B) entlang der Oberseiten (19) der Zellstapel (4) geführt ist.
Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.