DE102019003882A1

DE102019003882A1 - Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Batteriezellenhalteeinrichtung und einer Zellkühleinrichtung

Info

Publication number: DE102019003882A1
Application number: DE102019003882.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schurz; Miroslav Marinkovic; Stephan Doenges
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von zylinderförmigen Batteriezellen (14), welche mit einer senkrecht zu einer Längsachse (L) der jeweiligen Batteriezelle (14) ausgebildeten Zylinderoberfläche (16) auf einer Batteriezellenhalteinrichtung (18) angeordnet sind, wobei zwischen den jeweiligen Batteriezellen (14) ein Hohlraum (20) mit einer Zellkühleinrichtung (22) zum Kühlen der jeweiligen Batteriezellen (14) angeordnet ist, wobei die Batteriezellenhalteinrichtung (18) einteilig mit der Zellkühleinrichtung (22) ausgebildet ist, wobei in der Zellkühleinrichtung (22) ein von einer Zellkühleinrichtungswand (24) der Zellkühleinrichtung (22) umspritztes, wärmeleitfähiges Kernelement (24) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass für elektrische Energiespeicher, welche insbesondere als Hochvolt-Batterien ausgebildet sind, eine hinreichende Kühlleistung realisiert werden muss, um für das Kraftfahrzeug eine entsprechende Leistung beim Laden und bei einer hohen Fahrzeugnutzung bieten zu können. Dies erfordert gemäß dem Stand der Technik einen hohen Produktionsaufwand bei der Herstellung von den Batteriemodulen. Es ist bekannt, dass eine jeweilige Batteriezelle im Batteriemodul mittels eines wärmeleitenden Klebstoffs an durchströmte Kühllamellen verklebt wird. Hierbei entsteht ein hoher manueller Aufwand in der Produktion und die Kühlleistung ist durch die punktuelle Anbindung an Kühllamellen homogen.
Die DE 10 2016 121173 A1 betrifft ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von zylinderförmigen Batteriezellen, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Das Batteriemodul besitzt eine metallische Kühlstruktur, welche durch mehrere metallische Kühlhohlprofile gebildet ist. Jedes dieser Kühlhohlprofile weist eine parallel zur Längsachse der Batteriezellen verlaufenden Kühlkanal für einen Kühlfluid auf und jedes Kühlhohlprofil ist so ausgestaltet, dass es mit seinen äußeren Kontaktflächen an Mantelflächen von Batteriezellen anliegt. Die Kühlhohlprofile sind so zwischen den Batteriezellen angeordnet, dass sich eine hohe Packungsdichte der Batteriezellen im Batteriemodul ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Kühlleistung innerhalb des elektrischen Energiespeichers realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von zylinderförmigen Batteriezellen, welche mit einer senkrecht zu einer Längsachse der jeweiligen Batteriezelle ausgebildeten Zylinderoberfläche auf einer Batteriezellenhalteeinrichtung angeordnet sind, wobei zwischen den jeweiligen Batteriezellen ein Hohlraum mit einer Zellkühleinrichtung zum Kühlen der jeweiligen Batteriezellen angeordnet ist.
Es ist vorgesehen, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung einteilig mit der Zellkühleinrichtung ausgebildet ist, wobei in der Zellkühleinrichtung ein von einer Zellkühleinrichtungswand der Zellkühleinrichtung umspritztes, wärmeleitfähiges Kernelement ausgebildet ist
Mit anderen Worten wird die Zellkühleinrichtung mit den Batteriezellenhalteeinrichtungen integriert bereitgestellt. Dadurch kann eine verbesserte Kühlleistung des elektrischen Energiespeichers, welche insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildet ist, und damit eine höhere Leistung beim Laden und bei der Fahrzeugnutzung realisiert werden. Des Weiteren kann ein vereinfachter Fertigungsprozess von Batteriemodulen bereitgestellt werden. Ferner kann eine Gewichtsoptimierung sowie eine Kosteneinsparung realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zum Halten der Batteriezellen mittels der Batteriezelleneinrichtung eine wärmeleitfähige Vergussmasse zwischen den Batteriezellen und der Batteriezellenhalteeinrichtung ausgebildet.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Batteriezellenhalteeinrichtung ein Deckelelement aufweist, welches der Oberseite der Batteriezellen gegenüber liegt und mit der Batteriezellenhalteeinrichtung korrespondiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Deckelelement mittels einer Wärmeleitpaste mit der Batteriezellenhalteeinrichtung kontaktiert.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Batteriezellenhalteeinrichtung von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird als Zellkühleinrichtung ein hohler, umspritzter Kern als wärmeleitfähiges Kernelement ausgebildet.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der hohle, umspritzte Kern von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Batteriemoduls;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des Batteriemoduls gemäß 1.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 10. Das Batteriemodul 10 ist für einen elektrischen Energiespeicher 12 für ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, welches nicht dargestellt ist, ausgebildet.
Bei dem elektrischen Energiespeicher 12 kann es sich somit um eine Hochvolt-Batterie handeln. Das Batteriemodul 10 weist eine Vielzahl von zylinderförmigen Batteriezellen 14 auf. Im folgenden Ausführungsbeispiel weist das Batteriemodul 10 drei zylinderförmige Batteriezellen 14 auf. Die Batteriezellen 14 sind senkrecht zu einer Längsachse L der jeweiligen Batteriezelle 14 ausgebildeten Zylinderoberfläche 16 auf einer Batteriezellenhalteeinrichtung 18 angeordnet. Zwischen den jeweiligen Batteriezellen 14 ist ein Hohlraum 20 mit einer Zellkühleinrichtung 22 ausgebildet, wobei die Zellkühleinrichtung 22 zum Kühlen der jeweiligen Batteriezelle 14 ausgebildet und angeordnet ist.
Es ist vorgesehen, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung 18 einteilig mit der Zellkühleinrichtung 22 ausgebildet ist, wobei in der Zellkühleinrichtung 22 ein von einer Zellkühleinrichtungswand 24 der Zellkühleinrichtung 22 umspritztes, wärmeleitfähiges Kernelement 26 ausgebildet ist.
Die zylinderförmigen Batteriezellen 14 werden auch als Rundzellen bezeichnet.
Ferner zeigt die 1, dass insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung 18 ein Deckelelement 28 aufweist, welches der Oberseite 16 der Batteriezellen 14 gegenüberliegt und mit der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 korrespondiert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Deckelelement 28 mittels einer Wärmeleitpaste 30 zur verbesserten Wärmeübertragung mit der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 kontaktiert ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung 18 von einem flüssigen Kühlmedium 32 durchströmt ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass als die Zellkühleinrichtung 22 ein hohler, umspritzter Kern als wärmeleitfähiges Kernelement 26 ausgebildet ist. Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass der hohle, umspritzte Kern von einem flüssigen Kühlmedium insbesondere dem flüssigen Kühlmedium 32 durchströmt ist.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung 18 als ein Kunststoff-Bauteil mit dem integrierten, insbesondere umspritzten, hochwärmeleitfähigen Kernelement 26 bereitgestellt ist. Das Kernelement 26 kann beispielsweise aus Aluminium, aus wärmeleitfähigem Kunststoff oder ähnlichem bereitgestellt sein, mit dem Ziel, über den wärmeleitfähigen Kern die Wärme direkt in einer verbesserten Weise in das flüssige Kühlmedium 32 abzuleiten. Wie 1 zeigt, kann auch das Deckelelement 28 das Kühlmedium 32 aufweisen.
Optional kann vorgesehen sein, dass das Deckelelement 28 analog der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 ausgebildet ist und somit mit der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 korrespondiert. Insbesondere kann eine thermische Kontaktierung, beispielsweise mittels der Wärmeleitpaste 30, realisiert werden, welches direkt zwischen den wärmeleitfähigen Bauteilen angeordnet werden kann.
2 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Batteriemoduls 10. Insbesondere zeigt die 2 das Batteriemodul 10 in einer Draufsicht auf die zylinderförmigen Zellen 14. Zwischen den jeweiligen Batteriezellen 14 ist eine jeweilige Zellkühleinrichtung 22 ausgebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellenhalteeinrichtung 18 zum Halten der Batteriezellen 14 eine wärmeleitfähige Vergussmasse 34 zwischen den Batteriezellen 14 und der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 aufweist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen 14 mittels der wärmeleitfähigen Vergussmasse 34 in der Batteriezellenhalteeinrichtung 18 integriert sein können.
Dadurch ist es ermöglicht, dass eine geringe Anzahl von Bauteilen und ein hoher Automatisierungsgrad bei der Herstellung des Batteriemoduls 10 realisiert werden kann. Des Weiteren kann eine potentielle Gewichtsreduktion realisiert werden. Ferner kann eine geringe Packungsdichte der zylinderförmigen Batteriezellen 14 realisiert werden, und damit mehr Energieinhalt im bestehenden Bauraum realisiert werden. Des Weiteren kann eine homogene Kühlung der Batteriezellen 14 realisiert werden.
Insgesamt zeigt die Erfindung ein kühlungsintegriertes Zellmodul für Batterie-Rundzellen in Hochvolt-Batterien.
Bezugszeichenliste

10: Batteriemodul
12: elektrischer Energiespeicher
14: zylinderförmige Batteriezelle
16: Zylinderoberfläche
18: Zellkühleinrichtung
20: Hohlraum
22: Zellkühleinrichtung
24: Zellkühleinrichtungswand
26: wärmeleitfähiges Kernelement
28: Deckelelement
30: Wärmeleitpaste
32: Kühlmedium
34: Vergussmasse
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016121173 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul (10) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von zylinderförmigen Batteriezellen (14), welche mit einer senkrecht zu einer Längsachse (L) der jeweiligen Batteriezelle (14) ausgebildeten Zylinderoberfläche (16) auf einer Batteriezellenhalteinrichtung (18) angeordnet sind, wobei zwischen den jeweiligen Batteriezellen (14) ein Hohlraum (20) mit einer Zellkühleinrichtung (22) zum Kühlen der jeweiligen Batteriezellen (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenhalteinrichtung (18) einteilig mit der Zellkühleinrichtung (22) ausgebildet ist, wobei in der Zellkühleinrichtung (22) ein von einer Zellkühleinrichtungswand (24) der Zellkühleinrichtung (22) umspritztes, wärmeleitfähiges Kernelement (24) ausgebildet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten der Batteriezellen (14) mittels der Batteriezellenhalteinrichtung (18) ein wärmeleitfähige Vergussmasse (34) zwischen den Batteriezellen (14) und der Batteriezellenhalteinrichtung (18) ausgebildet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenhalteinrichtung (18) ein Deckelelement (28) aufweist, welches der Oberseite (16) der Batteriezellen (14) gegenüberliegt und mit der Batteriezellenhalteinrichtung (18) korrespondiert.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (28) mittels einer Wärmeleitpaste (30) mit der Batteriezellenhalteinrichtung (18) kontaktiert ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenhalteinrichtung (18) von einem flüssigen Kühlmedium (32) durchströmt ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellkühleinrichtung (22) ein hohler, umspritzter Kern als wärmeleitfähiges Kernelement (26) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle, umspritzte Kern von einem flüssigen Kühlmedium (32) durchströmt ist.