DE102018213546A1 - Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug (12) mit wenigstens einer Batteriezelle (2) und einer von einem Kältemittel durchströmbaren Verdampferplatte (3, 7), welche zum Kühlen der wenigstens einen Batteriezelle (2) mit dieser gekoppelt ist. Dabei ist zwischen der wenigstens einen Batteriezelle (2) und der Verdampferplatte (3, 7) eine thermische dämmende Schicht (4) angeordnet, welcher die Batteriezelle (2) und die Verdampferplatte (3, 7) luftspaltfrei mechanisch aneinander koppelt. Die thermisch dämmende Schicht erzeugt so senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte (3, 7) zwischen dieser und der wenigstens einen Batteriezelle (2) einen gleichmäßigen, vorgegebenen Wärmedurchlasswiderstand.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hochvoltbatterie. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist mit einer Hochvoltbatterie eine wiederaufladbare Batterie gemeint, welche in einem maximalen Ladezustand eine Ausgangsspannung von wenigstens 48 V, insbesondere zwischen 200 V und 1000 V oder mehr, bereitstellt beziehungsweise bereitstellen kann. Insbesondere kann es sich bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie um eine Traktionsbatterie, also eine Batterie zum Bereitstellen von Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug, handeln.
  • Aufgrund der bei heutigen Hochvoltbatterien auftretenden hohen Energiedichten und elektrischen Leistungen und den damit einhergehenden hohen thermischen Verlustleistungen müssen derartige Hochvoltbatterien in einem Betrieb temperiert, insbesondere gekühlt werden. Hierfür gibt es bereits unterschiedliche Lösungsansätze. So ist beispielsweise eine Kühlung durch Beaufschlagen der Batterie mit einem Kühlluftstrom und/oder durch Anordnung einer von einem Kühlmedium durchströmten Kühlplatte an der Batterie möglich.
  • Bei der Verwendung eines Kühlluftstroms, auch bezeichnet als Umlufttemperierung, kann der Kühlluftstrom beispielsweise mittels eines separaten Kältekreislaufs vortemperiert werden, bevor er zu der zu kühlenden Batterie geleitet wird. Nachteilig sind dabei eine zumeist relativ ungleichmäßige Temperierung der Batterie, eine vergleichsweise niedrige Temperier- oder Kühlleistung und ein relativ hoher Bauraumbedarf für Hohlräume und Führungskanäle für den Kühlluftstrom. Zudem können diese Hohlräume und Luftführungen zu einem Eintrag von Schmutz und/oder sonstigen Fremdkörpern in die Batterie führen.
  • Die Verwendung von Kühlplatten, welche von einem flüssigen Kühlmedium durchströmt werden, kann eine gleichmäßigere Temperierung der Batterie ermöglichen. Auch hierbei wird zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, des flüssigen Kühlmediums ein separater Kältekreislauf verwendet, um eine ausreichend schnelle Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Nachteilig sind dabei ein im Vergleich zur Umlufttemperierung höheres Gewicht, eine erhöhte Komplexität und die Problematik, dass Undichtigkeiten bei einer Verwendung von elektrisch leitfähigen Kühlmedien, wie beispielsweise Wasser, zu Kurzschlüssen von elektrischen Komponenten der Batterie führen können.
  • Die DE 10 2007 010 751 A1 beschreibt eine Batterie mit einem Gehäuse, welches einen Boden und eine Seitenwand umfasst, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Zellverbund von Zellen. Dabei ist es vorgesehen, dass der Zellverbund mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse in dem Gehäuse befestigt ist, wobei die Vergussmasse von dem Zellverbund bis zur Innenseite der Seitenwand reicht. In dem Gehäuse kann eine Verdampferplatte angeordnet sein, durch welche ein Kältemittel strömt. Die wärmeleitfähige Vergussmasse kann dann auch zwischen den Zellen und der Verdampferplatte angeordnet sein. Insgesamt soll so eine kostengünstige Herstellung und eine Reduzierung des für die Batterie benötigten Bauraums erreicht werden.
  • Aus der DE 10 2008 010 808 A1 sind eine Batterie und ein Verfahren zur Herstellung der Batterie bekannt. Dabei ist es vorgesehen, dass in einem Batteriegehäuse eine Wärmeleitplatte angeordnet ist, wobei zumindest mehrere elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sowie an dieser befestigt sind. Dabei ist das eine elektronisches Bauelement als eine gekapselte elektronische Baueinheit ausgebildet ist, die im Gehäuseinneren an der Wärmeleitplatte befestigt ist.
  • Die DE 10 2008 010 837 A1 offenbart ebenfalls eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte, wobei mehrere elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte verbunden und ober- und/oder unterseitig an dieser befestigt sind. Es ist dabei vorgesehen, dass an der Wärmeleitplatte zumindest ein elektronisches Bauelement als eine gekapselte elektronische Baueinheit thermisch gekoppelt ist. Dadurch soll mit der zur Kühlung der Einzelzellen angeordneten Wärmeleitplatte gleichzeitig das elektronische Bauelement gekühlt und somit eine Erhöhung eines elektrischen Widerstandes in dem elektronischen Bauelement zumindest begrenzt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders bauraum- und gewichtssparende Kühlung einer Hochvoltbatterie zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug weist wenigstens eine Batteriezelle und mindestens eine von einem Kältemittel durchströmbare Verdampferplatte auf, welche zum Kühlen der wenigstens einen Batteriezelle mit dieser gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist die Verdampferplatte in oder bei einem Betrieb der Hochvoltbatterie in dem Kraftfahrzeug von dem Kältemittel durchströmt. Dass die Verdampferplatte mit der wenigstens einen Batteriezelle gekoppelt ist, bedeutet dabei, dass die Verdampferplatte und die wenigstens eine Batteriezelle zumindest mittelbar in einem mechanischen Kontakt zueinanderstehen, also zumindest mittelbar mechanisch miteinander verbunden sind. Weiter weist die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie eine thermisch dämmende Schicht auf.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die thermisch dämmende Schicht zwischen der wenigstens einen Batteriezelle und der wenigstens einen Verdampferplatte angeordnet ist und diese luftspaltfrei mechanisch aneinander koppelt. Dadurch bildet oder erzeugt die thermisch dämmende Schicht senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte zwischen dieser und der wenigstens einen Batteriezelle einen über deren Überlappungsbereich hinweg zumindest im Wesentlichen gleichmäßigen, vorgegebenen Wärmedurchlasswiderstand. Der Überlappungsbereich der Verdampferplatte und der wenigstens einen Batteriezelle ist dabei derjenige Flächenbereich, in welchem in Projektion senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte diese und die wenigstens eine Batteriezelle einander überlagern oder überschneiden, also übereinander angeordnet sind beziehungsweise übereinander angeordnet erscheinen. Die thermisch dämmende Schicht ist also zumindest in diesem Überlappungsbereich angeordnet, sodass zumindest in diesem Überlappungsbereich die wenigstens eine Batteriezelle und die Verdampferplatte nicht in einem direkten mechanischen Kontakt miteinander stehen, einander also nicht direkt oder unmittelbar berühren. Die thermisch dämmende Schicht kann ebenso als thermische Pufferschicht oder thermische Ausgleichsschicht bezeichnet werden, da durch den durch die thermisch dämmende Schicht vorgegebenen definierten Wärmedurchlasswiderstand ein Wärmeübertrag zwischen der wenigstens einen Batteriezelle und der Verdampferplatte eingestellt, insbesondere begrenzt, ist.
  • Durch den vorgegebenen, definierten Wärmedurchlasswiderstand der thermisch dämmenden Schicht, welcher beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl und/oder Materialdicke oder -stärke der thermisch dämmenden Schicht vorgegeben oder eingestellt werden kann, wird also eine thermische Kompatibilität zwischen in der wenigstens einen Batteriezelle und der Verdampferplatte, also in einem thermodynamischen Gesamtsystem aus einem an die Verdampferplatte angeschlossenen beziehungsweise die Verdampferplatte umfassenden Kältekreislauf des Kraftfahrzeugs und der Hochvoltbatterie ein- oder hergestellt. Somit ermöglicht die - zunächst kontraintuitiv erscheinende - Anordnung der thermisch dämmenden oder sogar thermisch isolierenden Schicht zwischen der wenigstens einen Batteriezelle und der Verdampferplatte vorteilhaft, den Kältekreislauf direkt zum Kühlen der Hochvoltbatterie zu verwenden. Mit anderen Worten kann also das Kältemittel von der Hochvoltbatterie beziehungsweise der wenigstens einen Batteriezelle abgegebene Wärme abtransportieren, ohne dass diese Wärme zunächst von der wenigstens einen Batteriezelle auf einen zwischengeschalteten Kühlkreislauf übertragen werden müsste. Dadurch können vorteilhaft Gewicht, Bauteile und Komplexität eingespart werden.
  • Dies ist insbesondere deshalb der Fall, da in heutigen Kraftfahrzeugen üblicherweise ohnehin ein Kältekreislauf beziehungsweise Kältemittelkreislauf vorhanden ist. Dieser konnte bisher jedoch nicht zur direkten Kühlung der jeweiligen Hochvoltbatterie verwendet werden, ohne zumindest die Kältemittelleitungen mit einem offenen Luftbereich zu umgeben. Problematisch an der Verwendung des Kältemittels beziehungsweise des Kältekreislauf zum direkten Kühlen der Hochvoltbatterie ist, dass aufgrund der niedrigen Temperatur des Kältemittels die wenigstens eine Batteriezelle in einem Kontaktbereich bei unmittelbarem mechanischem Kontakt zu der Kältemittelleitung oder Verdampferplatte lokal zu stark abgekühlt würde und sich damit nicht mehr in einem sicheren und/oder hinsichtlich einer Effizienz und Leistungsfähigkeit optimalen Temperaturbereich befinden würde. Zudem könnte ein unerwünscht großer Temperaturgradient in der wenigstens einen Batteriezelle erzeugt werden, welcher für eine unerwünscht ungleichmäßige Alterung sorgen kann. Bei hoher thermischer Verlustleistung, insbesondere wenn die entsprechende Wärme ungleichmäßig aus einer Oberfläche der wenigstens einen Batteriezelle austritt, beispielsweise an lokalisierten Hotspots, kann es zudem zu einer ungleichmäßigen Verdampfung des Kältemittels kommen, wodurch wiederum die Kühlleistung in anderen Bereichen der Hochvoltbatterie unvorhersagbar und unkontrolliert absinken kann. Durch das erfindungsgemäße Anordnen der thermisch dämmenden Schicht, auch als thermische Dämmschicht bezeichnet, können diese Probleme vermieden oder umgangen werden.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass in der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie keine Luftspalte oder Luftführungskanäle vorgesehen sind und für eine effiziente und effektive Kühlung der wenigstens einen Batteriezelle beziehungsweise der Hochvoltbatterie auch nicht vorgesehen werden müssen. Hierdurch kann nicht nur Bauraum gespart, sondern auch eine Konstruktion der Hochvoltbatterie wesentlich vereinfacht und gleichzeitig eine mechanische Stabilität oder Belastbarkeit der Hochvoltbatterie signifikant gesteigert werden. Zudem kann eine besonders gleichmäßige Kühlung der Hochvoltbatterie erreicht werden, da der Wärmeübertrag von der wenigstens einen Batteriezelle zu der Verdampferplatte beziehungsweise zu dem diese durchströmenden Kältemittel durch Wärmeleitung realisiert wird und nicht durch Konvektion. Konvektion leistet demgegenüber stets einen Beitrag zu Kühlung, wenn die Kältemittelleitungen beziehungsweise die kältemitteldurchströmte Verdampferplatte von Luft umgeben, also durch einen Luftspalt oder Luftführungskanal von der wenigstens einen Batteriezelle getrennt oder beabstandet ist. Im Gegensatz zum Wärmetransport mittels Wärmeleitung ist der Wärmetransport mittels Konvektion über eine bestimmte Fläche betrachtet stets ungleichmäßig oder inhomogen, beispielsweise aufgrund von unvorhersagbaren Strömungen, der Ausbildung von Konvektionszellen und dergleichen mehr. Demgegenüber kann die thermisch dämmende Schicht vorteilhaft mit einem vorgegebenen, genau definierten und reproduzierbaren Wärmedurchlasswiderstand, also einer vorgegebenen, genau definierten und reproduzierbaren Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden. Diese kann insbesondere zumindest im Wesentlichen homogen über die gesamte Fläche der thermisch dämmenden Schicht sein.
  • Die Ausführungen, die sich auf die wenigstens eine Batteriezelle beziehen gelten entsprechend übertragen ebenso für eine Vielzahl von in der Hochvoltbatterie angeordneten Batteriezellen und auch dann, wenn diese Batteriezellen jeweils gruppenweise zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengefasst sind. Mit anderen Worten kann es also insbesondere vorgesehen sein, dass sich sowohl die Verdampferplatte als auch die thermisch dämmende Schicht über eine Vielzahl von Batteriezellen beziehungsweise über ein oder mehrere Batteriemodule, welche jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, erstrecken. Dass die thermisch dämmende Schicht zwischen der Batteriezelle beziehungsweise den Batteriezellen oder Batteriemodulen und der Verdampferplatte angeordnet ist und diese luftspaltfrei mechanisch aneinander koppelt soll also nicht ausschließen, dass beispielsweise zwischen jeweils einer einzelnen Batteriezelle und der thermisch dämmenden Schicht weitere Schichten oder Bauteile, beispielsweise ein Gehäuse eines Batteriemoduls, welches die jeweilige Batteriezelle umfasst, angeordnet sind oder angeordnet sein können.
  • Die Hochvoltbatterie kann eine oder mehrere Verdampferplatten aufweisen. Es können also an mehreren Seiten der Hochvoltbatterie beziehungswese der wenigstens einen Batteriezelle jeweils eine oder mehrere Verdampferplatten angeordnet sein. An jeder dieser gegebenenfalls mehreren Verdampferplatten kann dann mit eine jeweilige thermisch dämmende Schicht oder ein jeweiliger Teilbereich der thermisch dämmenden Schicht wie beschrieben angeordnet sein. Beispielsweise kann für eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung sowohl an einer Oberseite als auch an einer gegenüberliegenden Unterseite der Hochvoltbatterie, der Batteriezelle und/oder des entsprechenden Batteriemoduls eine entsprechende thermisch dämmende Schicht und eine entsprechende Verdampferplatte angeordnet sein. Ebenso kann die eine Verdampferplatte beispielsweise eine gebogene Form und/oder mehrere Segmente aufweisen und so die Hochvoltbatterie, die Batteriezelle und/oder das entsprechende Batteriemodul auf mehreren Seiten umgeben. Es kann sogar vorgesehen sein, dass an jeder Seite der Hochvoltbatterie ein derartiger Schichtaufbau aus der thermisch dämmenden Schicht und der oder einer Verdampferplatte angeordnet ist. Dadurch kann dann ein Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen beziehungsweise der Hochvoltbatterie und einer Umgebung der Hochvoltbatterie besonders genau eingestellt oder gesteuert werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die thermisch dämmende Schicht einen Wärmeleitkoeffizienten im Bereich von 0,01 W/(m.K) bis 2 W/(m.K), insbesondere im Bereich von 0,02 W/(m·K) bis 1 W/(m.K), auf. Mit anderen Worten ist die thermisch dämmende Schicht also hinsichtlich ihres Wärmeleitkoeffizienten so ausgelegt, dass sie nach allgemeinem fachmännischen Verständnis als thermisch dämmend, insbesondere thermisch isolierend, zumindest aber nicht als thermisch leitend oder wärmeleitend gilt. Dies ist beispielsweise im Gegensatz zu sehen zu im Stand der Technik teilweise verwendeten Platten oder Schichten beispielsweise aus Aluminium, welches einen Wärmeleitkoeffizienten, also eine Wärmeleitfähigkeit von 236 W/(m·K) aufweist. Besonders bevorzugt kann die thermisch dämmende Schicht eine senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene und somit senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte gemessene Dicke oder Materialstärke von 0,25 mm bis 5 mm, insbesondere von 0,4 mm bis 1,25 mm, aufweisen. Der auf eine Fläche von 1 m2 bezogene Wärmedurchlasswiderstand R kann damit berechnet werden als R = d/λ, wobei d die Dicke und λ die Wärmeleitfähigkeit der thermisch dämmenden Schicht bezeichnen. Der Wärmedurchlasswiderstand der thermisch dämmenden Schicht kann also beispielsweise zwischen 0,125 (m2·K) / W und 500 (m2·K) / W betragen. Insgesamt kann durch diese erfindungsgemäße Auslegung der thermisch dämmenden Schicht eine effektive, effiziente und gleichmäßige Kühlung der Batteriezellen erreicht werden, ohne diese in unerwünschter Weise thermisch zu belasten. Durch diese erfindungsgemäße Auslegung der thermisch dämmenden Schicht kann diese zudem besonders einfach auch in komplex geformte Hochvoltbatterien integriert werden, da beispielsweise auch relativ kleine Biegeradien problemlos von oder mit der thermisch dämmenden Schicht abgedeckt oder ausgekleidet werden können. Durch die im Vergleich zu ansonsten vorzusehenden Luftspalten oder Luftführungskanälen relativ geringe notwendige Dicke der thermisch dämmenden Schicht kann bei gleichem Bauraumbedarf der Hochvoltbatterie vorteilhaft eine höhere wohngeometrische und gravimetrische Speicherdichte der Hochvoltbatterie realisiert werden. Mit anderen Worten steht bei gleichem Bauraumbedarf der Hochvoltbatterie mehr Volumen für die Batteriezellen zur Verfügung.
  • Grundsätzlich ist es möglich, die genannten Anforderungen an die thermisch dämmende Schicht durch unterschiedliche Materialien zu realisieren. In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in die thermisch dämmende Schicht jedoch aus einem Schaum, insbesondere aus einem geschlossenen oder geschlossenporigen Schaum, gebildet. Durch die Verwendung des Schaums oder Schaummaterials können die thermischen Anforderungen an die thermisch dämmende Schicht mit besonders geringem Bauraumbedarf, also mit besonders geringer Dicke der thermisch dämmenden Schicht, realisiert werden. Zudem kann ein Schaum vorteilhaft besonders einfach mit anderen üblichen Materialien in der Hochvoltbatterie kombiniert werden, ohne dass beispielsweise hinsichtlich mechanischer Belastungen oder elektrisch leitfähiger Verbindungen oder elektrischer Komponenten Inkompatibilitäten oder Probleme auftreten. Durch eine geeignete Materialwahl kann zudem eine zuverlässig und genau reproduzierbare Schaumstruktur sichergestellt werden, sodass der geforderte vorgegebene definierte Wärmedurchlasswiderstand tatsächlich zuverlässig und reproduzierbar erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Schaum liegt in dessen im Vergleich zu massiven Materialien oder Werkstoffen typischerweise geringerem Gewicht. Grundsätzlich sind heutzutage verschiedene geeignete Schaummaterialien bekannt und verfügbar, beispielsweise kann ein kostengünstiger PU-Schaum oder dergleichen verwendet werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermisch dämmende Schicht ausgebildet und angeordnet zum Höhenausgleich von sich senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte erstreckenden Unebenheiten der wenigstens einen Batteriezelle und von entsprechenden Unebenheiten der Verdampferplatte. Mit anderen Worten gleicht die thermisch dämmende Schicht also Unebenheiten, Fertigungsungenauigkeiten, Toleranzen und dergleichen über den gesamten Überlappungsbereich hinweg aus und stellt so über den gesamten Überlappungsbereich hinweg luftspaltfrei einen mechanischen Kontakt zwischen der wenigstens einen Batteriezelle beziehungsweise einem diese Batteriezelle umfassenden Batteriemodul und der Verdampferplatte her beziehungsweise sicher. Dazu kann die thermisch dämmende Schicht insbesondere flexibel und/oder plastisch verformbar, also weich, ausgebildet sein. Zumindest kann die thermisch dämmende Schicht beispielsweise während einer Herstellung der Hochvoltbatterie in einem weichen, fließenden und/oder plastisch verformbaren Zustand auf die wenigstens eine Batteriezelle und/oder die Verdampferplatte aufgebracht werden und somit mit besonders geringem Fertigungsaufwand etwaige Unebenheiten automatisch ausgleichen. Anschließend kann die thermisch dämmende Schicht beispielsweise erstarren oder aushärten. Insgesamt kann so vorteilhaft ein besonders effektiver und gleichmäßiger Wärmeübergang, also eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung der Hochvoltbatterie erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine mechanische Stabilität der Hochvoltbatterie verbessert und eine Anfälligkeit für mechanische Beschädigungen verringert werden. Im Ergebnis kann die thermisch dämmende Schicht zwar dann an unterschiedlichen Stellen eine entsprechend den ausgeglichenen Unebenheiten unterschiedliche Dicke aufweisen. Daraus resultierende thermische Ungleichheiten oder Ungleichmäßigkeiten sind jedoch im Allgemeinen vernachlässigbar gegenüber entsprechenden Effekten, die sich aus Luftspalten zwischen oder neben den Unebenheiten ergeben würden, wenn eine starre thermisch dämmende Schicht von über ihre gesamte Fläche konstanter Dicke verwendet würde.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermisch dämmende Schicht formstabil und zum Aufnehmen senkrecht zu - und insbesondere auch in - der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte wirkendender mechanischer Belastungen oder Kräfte ausgebildet, wodurch die thermisch dämmende Schicht die wenigstens eine Batteriezelle vor derartigen mechanischen Belastungen oder Kräften, also vor Beschädigung schützt. Mit anderen Worten ist also die thermisch dämmende Schicht als Strukturelement der Hochvoltbatterie ausgebildet und vorgesehen. Die thermisch dämmende Schicht stabilisiert die Hochvoltbatterie dann also mechanisch und kann daher auch als strukturintegrierte thermisch dämmende Schicht bezeichnet werden. Somit kann die thermisch dämmende Schicht eine Doppelfunktionalität erfüllen, wodurch entsprechend andere Bauteile und somit Gewicht, Kosten, Komplexität und Herstellungsaufwand der Hochvoltbatterie eingespart werden können. Die thermisch dämmende Schicht kann dazu beispielsweise aus einem festen Schaum gebildet sein.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermisch dämmende Schicht aus einem elektrisch isolierenden, also nichtleitenden, Werkstoff gebildet. Mit anderen Worten isoliert die thermisch dämmende Schicht die wenigstens eine Batteriezelle beziehungsweise an dieser angeordneten oder an diese angeschlossene andere elektrische Komponenten oder Bauteile der Hochvoltbatterie elektrisch von der Verdampferplatte. Dadurch kann vorteilhaft auf eine zusätzliche separate elektrische Isolierung verzichtet und gleichzeitig die Verdampferplatte vorteilhaft aus einem besonders gut wärmeleitenden, insbesondere metallischen Werkstoff gebildet werden. Zudem kann Bauraum eingespart werden, da beispielsweise auf zusätzlichen Luft- oder Kriechstrecken verzichtet werden kann, welche in herkömmlichen Hochvoltbatterien heutzutage aufgrund der hohen verwendeten elektrischen Spannungen oftmals notwendig sind.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermisch dämmende Schicht aus einem zumindest brandhemmenden Werkstoff gebildet. Mit anderen Worten ist also die thermisch dämmende Schicht Teil eines Brandschutzes der Hochvoltbatterie und kann dadurch im Falle eines thermischen Durchgehens der Batterie eine Generierung von zusätzlicher Brand- oder Reaktionslast vermeiden. Somit kann vorteilhaft auf besonders effektive, aufwandsarme und gewichtssparende Weise eine Sicherheit der Hochvoltbatterie verbessert werden. Bevorzugt kann die thermisch dämmende Schicht aus einem hochbrandhemmenden, brandbeständigen oder hochbrandbeständigen Material oder Werkstoff gebildet sein und entsprechend eine Brandwiderstandsklasse von beispielsweise F30 bis F180 aufweisen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermisch dämmende Schicht aus einem nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur, insbesondere nur bis 200°C, temperatur- und formstabilen Werkstoff gebildet, welcher unter Einwirkung höherer, also die vorgegebene Temperatur übersteigenden, Temperaturen erweicht, insbesondere kollabiert oder zusammenfällt. Mit anderen Worten kann dann, insbesondere wenn die thermisch dämmende Schicht aus einem Schaum gebildet ist, unter der Einwirkung der höheren Temperaturen eine Dichte der thermisch dämmenden Schicht durch eine Volumenverkleinerung ansteigen. Dadurch kann vorteilhaft eine Wärmeleitfähigkeit der thermisch dämmenden Schicht ansteigen. Insbesondere ist die vorgegebene Temperatur so ausgelegt, dass sie in einem fehlerfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie nicht erreicht wird, jedoch bei einer Beschädigung oder in einem Fehlerfall der Hochvoltbatterie, beispielsweise bei einem Austreten heißer Gase oder in einem Brandfall, erreicht wird. Durch diese erfindungsgemäße Auslegung der thermisch dämmenden Schicht kann somit in einem derartigen Fehlerfall eine Kühlwirkung oder Kühlleistung automatisch und ohne dass hierfür ein Funktionieren einer Sensorik und/oder einer Steuerung oder Regelung des Kältekreislaufs notwendig wäre, erhöht werden. Dadurch kann vorteilhaft besonders effektiv und effizient in dem Fehlerfall Energie von der Hochvoltbatterie abgeführt und somit eine negative Auswirkung auf oder eine thermische Belastung von umgebenden Bauteilen reduziert, also letztlich eine Sicherheit beim Betrieb der Hochvoltbatterie beziehungsweise des Kraftfahrzeugs verbessert werden. Gleichwohl kann es besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Hochvoltbatterie eine Sensorik zum Sensieren von die vorgegebene Temperatur übersteigenden Temperaturen und/oder zum Sensieren des Erweichens oder Kollabierens der thermisch dämmenden Schicht aufweist. Auf ein entsprechendes Signal der Sensorik oder Sensoreinrichtung hin kann dann der Kältekreislauf automatisch angesteuert oder geregelt werden, um eine maximale Kühlleistung an der Hochvoltbatterie bereitzustellen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Hochvoltbatterie eine Spanneinrichtung oder Verspannung auf, welche dauerhaft eine Kraft ausübt, welche die Verdampferplatte senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene in Richtung der thermisch dämmenden Schicht und somit insbesondere auch in Richtung der wenigstens einen Batteriezelle drückt. Mit anderen Worten ist also die Hochvoltbatterie senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte, hier auch als Z-Richtung bezeichnet, verspannt oder vorgespannt. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass in dem Fehlerfall, wenn die thermisch dämmende Schicht den oberhalb der vorgegebenen Temperatur liegenden höheren Temperaturen ausgesetzt ist, die thermisch dämmende Schicht durch die Spanneinrichtung beziehungsweise die mechanische Spannung oder Kraft komprimiert wird, wodurch ein besonders effektiver Wärmeübertrag von der wenigstens einen Batteriezelle durch die erreichte, kollabierte oder komprimierte thermisch dämmende Schicht hin zu der Verdampferplatte erreicht oder sichergestellt werden kann.
  • Die Spanneinrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere Federelemente umfassen oder durch beispielsweise entsprechend gebogene, also vorgespannte Teile - beispielsweise eines Gehäuses der Hochvoltbatterie - realisiert sein. Es ist dabei zu beachten, dass das Drücken der Verdampferplatte in Richtung der thermisch dämmenden Schicht beziehungsweise in Richtung der wenigstens einen Batteriezelle äquivalent ist zu einem Drücken der Batteriezelle in Richtung der thermisch dämmenden Schicht beziehungsweise in Richtung der Verdampferplatte.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Hochvoltbatterie ein Heizelement zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen, der wenigstens einen Batteriezelle auf. Das Heizelement ist dabei auf einer der wenigstens einen Batteriezelle zugewandten Seite der thermisch dämmenden Schicht angeordnet. Durch diese Anordnung kann die wenigstens eine Batteriezelle mittels des Heizelements besonders effizient temperiert werden, da die von dem Heizelement erzeugte Wärme nicht zunächst die thermisch dämmende Schicht durchdringen muss und/oder über die Verdampferplatte abgeführt wird. Das Heizelement kann beispielsweise als Heizfolie oder Heizmatte oder als ein oder mehrere Heizdrähte realisiert sein. Diese kann beziehungsweise können beispielsweise an einer der wenigstens einen Batteriezelle zugewandten Unterseite der thermisch dämmenden Schicht angeordnet, beispielsweise aufgeklebt oder in die thermisch dämmende Schicht eingelassen oder integriert sein. Ebenso kann das Heizelement beispielsweise auf oder an der Batteriezelle selbst oder beispielsweise an einem Gehäuse eines Batteriemoduls, welches die wenigstens eine Batteriezelle umfasst, angeordnet sein. Das Heizelement kann dabei thermisch leitfähig sein, also eine insbesondere im Vergleich zu der thermisch dämmenden Schicht große Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Somit wird durch die Anordnung des Heizelements vorteilhaft ein Wärmetransport von der wenigstens einen Batteriezelle zu der Verdampferplatte nicht oder nur vernachlässigbar wenig beeinträchtigt. Mittels des Heizelementes kann vorteilhaft eine besonders flexible Einsetzbarkeit der Hochvoltbatterie erreicht werden, da diese in einem größeren oder weiteren Bereich von Umgebungsbedingungen in einem sicheren und hinsichtlich einer Effizienz und Leistungsfähigkeit optimalen Temperaturbereich gehalten werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Hochvoltbatterie eine Sensoreinrichtung oder Sensorik auf, welche zumindest einen Temperatursensor umfasst, der zum Messen einer Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf einer der wenigstens einen Batteriezelle zugewandten Seite der thermisch dämmenden Schicht angeordnet ist. Dies kann insbesondere die bereits genannte Sensorik oder Sensoreinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann ähnlich wie das Heizelement beispielsweise als Sensorfolie oder als Netz oder Gitter mehrerer Einzelsensoren oder als ein einzelner Temperatursensor ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung kann analog zu dem Heizelement in der Hochvoltbatterie angeordnet sein. Die Sensoreinrichtung kann insbesondere mit einer Steuerung oder Regeleinrichtung der Hochvoltbatterie oder des Kraftfahrzeugs durch eine entsprechende Datenverbindung verbunden sein. Somit kann die Hochvoltbatterie und/oder der Kältekreislauf vorteilhaft in Abhängigkeit von einem von der Sensoreinrichtung bereitgestellten Sensorsignal, insbesondere also in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle, gesteuert werden. Dadurch kann vorteilhaft eine Effizienz, Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Hochvoltbatterie verbessert werden. Ebenso kann zum Temperieren der Hochvoltbatterie ein bidirektionaler Kältekreislauf vorgesehen sein. Die Sensoreinrichtung kann außer dem Temperatursensor noch weitere Sensoren oder Sensorarten aufweisen. So kann beispielsweise ein Drucksensor zum Messen eines Innendrucks der wenigstens einen Batteriezelle und/oder des Batteriemoduls vorgesehen sein.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie und mit einem Kältekreislauf oder Kältemittelkreislauf, welcher an die Hochvoltbatterie, insbesondere an die Verdampferplatte, angeschlossen ist zum Kühlen von deren wenigstens einer Batteriezelle. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie genannte Kraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug auch die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie genannten Bauteile, Komponenten und/oder Eigenschaften aufweisen. Dies betrifft beispielsweise die genannte Steuerung oder Regeleinrichtung. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug beziehungsweise die Hochvoltbatterie in dem Kraftfahrzeug eine Sensorik oder Sensoreinrichtung zum Erfassen einer die genannte vorgegebene Temperatur überschreitenden Temperatur der thermisch dämmenden Schicht und/oder zum Detektieren von deren Erweichen oder Kollabieren aufweisen. Die Steuerung oder Regelung beziehungsweise Regeleinrichtung des Kältekreislauf ist dann dazu eingerichtet, im Fall einer die vorgegebene Temperatur überschreitenden Temperatur und/oder im Falle des Erweichens oder Kollabierens der thermisch dämmenden Schicht den Kältekreislauf derart zu steuern oder zu regeln, dass sich ein maximaler Massenstrom des Kältemittels durch die Verdampferplatte, also eine maximale Kühlleistung an der Hochvoltbatterie ergibt oder einstellt.
  • Grundsätzlich können für die vorliegende Erfindung, also in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug beziehungsweise zum Betrieb der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie unterschiedliche Kältemittel eingesetzt werden. Vorteilhaft kann beispielsweise CO2 oder ein CO2-basiertes Kältemittel eingesetzt werden. Die thermisch dämmende Schicht kann beispielsweise hinsichtlich ihres Materials oder Werkstoffes und/oder hinsichtlich ihrer Dicke in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Kältemittel ausgelegt werden. Ebenso kann umgekehrt das zu verwendende Kältemittel in Abhängigkeit von einem Material oder Werkstoff und/oder in Abhängigkeit von einer Dicke der thermisch dämmenden Schicht ausgewählt werden. Durch eine derartige Abstimmung zwischen dem Kältemittel und der thermisch dämmenden Schicht kann vorteilhaft ein für den jeweiligen Einzelfall optimaler Temperaturgradient zwischen der wenigstens einen Batteriezelle und der Verdampferplatte eingestellt oder vorgegeben werden.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen für alle Aspekte der vorliegenden Erfindung.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie beschrieben sind du umgekehrt. Um unnötige Redundanz zu vermeiden, sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftahrzeugs beziehungsweise der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie hier nicht noch einmal separat für alle Aspekte der Erfindung beschrieben.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische und ausschnittweise Seitenansicht einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug;
    • 2 eine schematische und ausschnittweise Perspektivansicht der Hochvoltbatterie aus 1;
    • 3 eine schematische Perspektivansicht der Hochvoltbatterie aus 1 mit einem Batteriegehäuse; und
    • 4 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit der Hochvoltbatterie aus 1.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Seitenansicht einer Hochvoltbatterie 1 für ein Kraftfahrzeug 12 (siehe 4). Vorliegend umfasst die Hochvoltbatterie 1 wenigstens ein Batteriemodul 2, welches seinerseits mehrere hier nicht im Detail erkennbare einzelne Batteriezellen umfasst. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 1 eine von einem Kältemittel durchströmbaren Verdampferplatte 3, welche oberhalb des Batteriemoduls 2 angeordnet ist. Die Verdampferplatte 3 kann beispielsweise einen flächigen Hohlraum aufweisen, welcher von dem Kältemittel durchströmt wird. Ebenso kann die Verdampferplatte beispielsweise mehrere, bevorzugt zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, Leitungen oder Kanäle aufweisen, welche von dem Kältemittel durchströmt werden beziehungsweise durchströmbar sind. Diese Leitungen oder Kanäle können durch die Verwendung des Kältemittels gegenüber einer herkömmlichen Flüssigkeitskühlung mit einem Kühlmittel einen besonders geringen, also kleineren Querschnitt oder Durchmesser aufweisen, da eine Verdampfungsenthalpie des Kältemittels zur Aufnahme und zum Abtransport von in dem Batteriemodul 2 entstehender Verlustwärme genutzt werden kann. Vorliegend umfasst die Hochvoltbatterie 1 zudem eine thermisch dämmende Schicht 4, welche zwischen dem Batteriemodul 2 und der Verdampferplatte 3 angeordnet ist und diese luftspaltfrei mechanisch aneinander koppelt, also miteinander verbindet.
  • Die thermisch dämmende Schicht 4 sorgt vorliegend für einen definierten Wärmedurchlasswiderstand oder Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Batteriemodul 2 und der Verdampferplatte 3, also dafür, dass in einem Betrieb der Hochvoltbatterie 1 ein vorgegebener Temperaturgradient zwischen dem Batteriemodul 2 und der Verdampferplatte 3 vorliegt. Daher kann die thermisch dämmende Schicht 4 auch als Gradientenschicht bezeichnet werden. Die thermisch dämmende Schicht 4 kann aus einem kompakten Material oder Werkstoff gebildet sein. Vorliegend ist die thermisch dämmende Schicht 4 jedoch aus einem Schaum gebildet und weist einen Wärmeleitkoeffizienten, also eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 W/(m K) bis 1 W/(m.K) auf. Zudem ist die thermisch dämmende Schicht 4 vorliegend elektrisch isolierend und brandhemmend ausgebildet.
  • Durch die thermisch dämmende oder isolierende Wirkung der thermisch dämmenden Schicht 4 wird erst die direkte Verwendung des Kältemittels zum Kühlen des Batteriemodul 2 und eine dafür notwendige Regelung eines entsprechenden Kältekreislaufs 14 (siehe 4) ermöglicht. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Kältemittel nicht durch eine Vielzahl relativ kleiner Kältemittelleitungen oder -kanäle geleitet wird, sondern die Verdampferplatte 3 als Flächenverdampfer ausgebildet ist, in dem das Kältemittel über zumindest im Wesentlichen eine gesamte Fläche der Verdampferplatte 3 in einem einzigen Hohlraum fließt. Ohne die thermisch dämmende Schicht 4, also bei einem direkten Kontakt zwischen der Verdampferplatte 3 und dem Batteriemodul 2 wäre eine zuverlässige und stabile Regelung des Kältekreislaufs 14, also eine zuverlässige und stabile Temperierung des Batteriemoduls 2 nicht praktikabel.
  • Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 1 vorliegend eine Sensorik 5, welche insbesondere einen Temperatursensor zum Messen einer aktuellen Temperatur des Batteriemoduls 2 umfasst. Weiter weist die Hochvoltbatterie 1 vorliegend ein Heizelement 6 auf, welches vorliegend als Heizdraht oder flächig erstreckte Heizfolie ausgebildet ist. Sowohl die Sensorik 5 als auch das Heizelement 6 sind auf einer dem Batteriemodul 2 zugewandten Unterseite der thermisch dämmenden Schicht 4 angeordnet.
  • Die thermisch dämmende Schicht ist dazu ausgebildet, Unebenheiten auszugleichen und dadurch einen flächigen, also luftspaltfreien mechanischen Kontakt sowohl zu der Verdampferplatte 3 als auch zu dem Batteriemodul 2 herzustellen. Im vorliegenden Fall bedeutet dies beispielsweise, dass die thermisch dämmende Schicht 4 die Sensorik 5 dicht umschließt und somit beispielsweise eine Kante oder Stufe zwischen der Sensorik 5 und dem Batteriemodul 2 ausgleicht, ausfüllt oder auffüllt.
  • Die thermisch dämmende Schicht 4 ist bis zu einer kritischen Temperatur von beispielsweise 200°C formstabil und kann bis zu dieser kritischen Temperatur also mechanische Kräfte zum Beispiel an die Verdampferplatte 3 und/oder an ein Gehäuse der Hochvoltbatterie 1 übertragen oder ableiten. Dadurch schützt die thermisch dämmende Schicht 4 als Strukturbauteil oder strukturintegriertes Bauteil der Hochvoltbatterie 1 das Batteriemodul 2 vor Beschädigungen. Unter Einwirkung von Temperaturen oberhalb dieser kritischen Temperatur von hier beispielsweise 200°C erweicht das Material oder der Werkstoff der thermisch dämmenden Schicht 4, sodass diese kollabiert. Dadurch steigt eine Dichte der thermisch dämmenden Schicht 4 an, da die zuvor bestehende Schaumstruktur komprimiert wird. Damit einhergehend steigt eine Wärmeleitfähigkeit der thermisch dämmenden Schicht 4 an. Die thermisch dämmende Schicht 4 bietet also einen zumindest im Wesentlichen konstanten Wärmedurchlasswiderstand über ein in einem fehlerfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie zu erwartendes beziehungsweise auftretendes thermisches Lastspektrum, während bei über die kritische Temperatur hinausgehenden Temperaturen der Wärmedurchlasswiderstand der thermisch dämmenden Schicht 4 signifikant absinkt. Dadurch wird im Fehlerfall ein gesteigerter Wärmeübertrag zwischen dem Batteriemodul 1 und der Verdampferplatte 3 ermöglicht.
  • Weiterhin ist es vorliegend vorgesehen, dass die thermisch dämmende Schicht 4 einen relativ hohen Reibkoeffizienten zur Übertragung von entsprechend hohen Kräften in einer Haupterstreckungsebene der thermisch dämmenden Schicht 4, insbesondere bei geringen senkrecht zu dieser Haupterstreckungsebene oder Richtung wirkenden Vorspannkräften, aufweist.
  • Um einen Flächendruck in der thermisch dämmenden Schicht 4 möglichst konstant zu halten und somit eine möglichst gleichmäßige und gleichbleibende Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, ist es vorliegend vorgesehen, dass die in dem Batteriemodul 2 angeordneten prismatischen oder Pouch-Batteriezellen so angeordnet sind, dass deren Seitenflächen der Verdampferplatte 3 zugewandt sind. Mit anderen Worten sind in dem Batteriemodul 2 also lange, schmale prismatische oder Pouch-Batteriezellen entlang der Verdampferplatte 3 beziehungsweise entlang der thermisch dämmenden Schicht 4, also entlang deren Haupterstreckungsebenen, angeordnet oder platziert.
  • 2 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht der Hochvoltbatterie 1. Insbesondere ist hier also nur ein Teil der Hochvoltbatterie 1 dargestellt, welche also weitere Bauteile oder Komponenten umfassen kann. Vorliegend ist das Batteriemodul 2 von einer Kühleinrichtung umgeben, welche die Verdampferplatte 3 und einen dieser gegenüberliegend angeordnete zweite, untere Verdampferplatte 7 sowie ein Seitenelement 8, welches die beiden Verdampferplatte in 3, 7 miteinander an einer Seite verbindet, umfasst. Gegenüberliegend von dem Seitenelement 8 sind zudem ein Zulauf 9 und ein Ablauf 10 für das Kältemittel vorgesehen. Die thermisch dämmende Schicht 4 ist dabei innenseitig, also auf einer jeweils dem Batterie Modul 2 zugewandten Seite oder Oberfläche sowohl der beiden Verdampferplatte 3, 7 als auch des Seitenelements 8 angeordnet oder aufgebracht. Die erwähnte Längsanordnung der prismatischen oder Pouch-Batteriezellen in dem Batteriemodul 2 ist bei dieser Anordnung besonders vorteilhaft, da sich die Batteriezellen bei ihrem Betrieb senkrecht zu dieser Richtung, also in ihrer Dickenrichtung, aufblähen können. Die gezeigten Komponenten der Hochvoltbatterie 1 können miteinander verklebt sein, um durch Beschleunigungen oder Erschütterungen entstehende mechanische Kräfte in der Hochvoltbatterie 1 effektiv in zu einer äußeren Struktur oder in eine Halterung oder Aufnahme der Hochvoltbatterie 1 ableiten zu können. Dies wird durch eine Vorspannung zumindest der äußeren Schichten, hier also zumindest der Verdampferplatte an 3, 7 in Richtung aufeinander zu unterstützt. Eine Wirkrichtung dieser Vorspannung oder einer entsprechenden mechanischen Kraft ist hier und auch in 3 durch entsprechende Pfeile angedeutet.
  • 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht der Hochvoltbatterie 1, wobei hier das Batteriemodul 2 und die dieses umgebende Kühleinrichtung zusätzlich von einem Batteriegehäuse 11 umgeben sind.
  • 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit der Hochvoltbatterie 1. Darüber hinaus weist das Kraftfahrzeug 12 den bereits genannten Kältekreislauf 13 sowie eine Regeleinrichtung 14 auf. Die Regeleinrichtung 14 ist vorliegend mit der Sensorik 5 und dem Heizelement 6 sowie mit dem Kältekreislauf 13 verbunden. Die Regeleinrichtung 14 regelt den Kältekreislauf 13 und das Heizelement 6 automatisch in Abhängigkeit von von der Sensorik 5 bereitgestellten Sensordaten, um die Hochvoltbatterie 1 beziehungsweise das Batteriemodul 2 - zumindest in einem Betrieb oder während eines Betriebs - in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten.
  • Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele, wie eine besonders bauraum- und gewichtssparende Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, vorliegend der Hochvoltbatterie 1, für ein und in einem Kraftfahrzeug 12 realisiert werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007010751 A1 [0005]
    • DE 102008010808 A1 [0006]
    • DE 102008010837 A1 [0007]

Claims (12)

  1. Hochvoltbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug (12) mit wenigstens einer Batteriezelle (2) und mindestens einer von einem Kältemittel durchströmbaren Verdampferplatte (3, 7), welche zum Kühlen der wenigstens einen Batteriezelle (2) mit dieser gekoppelt ist, und mit einer thermisch dämmenden Schicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) zwischen der wenigstens einen Batteriezelle (2) und der Verdampferplatte (3, 7) angeordnet ist und diese luftspaltfrei mechanisch aneinander koppelt und dadurch senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte (3, 7) zwischen dieser und der wenigstens einen Batteriezelle (2) einen über deren Überlappungsbereich hinweg zumindest im Wesentlichen gleichmäßigen, vorgegebenen Wärmedurchlasswiderstand bildet.
  2. Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) einen Wärmeleitkoeffizienten im Bereich von 0,01 W/(m.K) bis 2 W/(m.K), insbesondere im Bereich von 0,02 W/(m·K) bis 1 W/(m K), aufweist.
  3. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) aus einem Schaum gebildet ist.
  4. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) ausgebildet und angeordnet ist zum Höhenausgleich von sich senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte (3, 7) erstreckenden Unebenheiten der wenigstens einen Batteriezelle (2) und von entsprechenden Unebenheiten der Verdampferplatte (3, 7).
  5. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) formstabil ausgebildet und zum Aufnehmen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Verdampferplatte (3, 7) wirkendender mechanischer Belastungen ausgebildet ist und dadurch die wenigstens eine Batteriezelle (2) vor derartigen mechanischen Belastungen schützt.
  6. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet ist.
  7. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) aus einem zumindest brandhemmenden Werkstoff gebildet ist.
  8. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch dämmende Schicht (4) aus einem nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur, insbesondere nur bis 200°C, temperatur- und formstabilen Werkstoff gebildet, welcher unter Einwirkung höherer Temperaturen erweicht, insbesondere kollabiert.
  9. Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (1) eine Spanneinrichtung aufweist, welche dauerhaft eine Kraft ausübt, welche die Verdampferplatte (3, 7) senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene in Richtung der thermisch dämmenden Schicht (4) drückt.
  10. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (1) ein Heizelement (6) zum Temperieren der wenigstens einen Batteriezelle (2) aufweist, welches auf einer der wenigstens einen Batteriezelle (2) zugewandten Seite der thermisch dämmenden Schicht (4) angeordnet ist.
  11. Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (1) eine Sensoreinrichtung (5) aufweist, welche zumindest einen Temperatursensor umfasst, der zum Messen einer Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle (2) auf einer der wenigstens einen Batteriezelle (2) zugewandten Seite der thermisch dämmenden Schicht (4) angeordnet ist.
  12. Kraftfahrzeug (12) mit einer Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Anschlüsse und mit einem Kältekreislauf, welcher an die Hochvoltbatterie (1) angeschlossen ist zum Kühlen von deren wenigstens einer Batteriezelle (2).
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DE102022101744A1 (de) 2022-01-26 2023-07-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Temperierungseinrichtung mit einem Aluminiumkühlkörper und einem Heizelement, leistungselektronische Einrichtung und Kraftfahrzeug

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