DE102019102781A1

DE102019102781A1 - Hochvoltbatterie mit Kühlkörper sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019102781A1
Application number: DE102019102781.0A
Authority: DE
Inventors: Mark Aaron Chan
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (2) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (1), aufweisend zumindest ein Batteriemodul (3), zumindest einen Kühlkörper (6) zum Aufnehmen einer Wärme des Batteriemoduls (3), und ein Batteriegehäuse (10) zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls (10) und des zumindest einen Kühlkörpers (6). Das Batteriegehäuse (10) weist einen Modulgehäusebereich (11), in welchem das zumindest eine Batteriemodul (3) angeordnet ist, auf, wobei der zumindest eine, mit dem zumindest einen Batteriemodul (3) thermisch gekoppelte Kühlkörper (6) zum Umströmen mit Luft (A, A') aus einer Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (1) zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäusebereiches (11) angeordnet ist und somit nur der zumindest eine Kühlkörper (6), nicht aber das zumindest eine Batteriemodul (3) der umströmenden Luft (A, A') ausgesetzt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Batteriemodul mit mehreren, miteinander verschalteten Batteriezellen, zumindest einen mit dem zumindest einen Batteriemodul thermisch gekoppelten Kühlkörper zum Aufnehmen einer von dem Batteriemodul abgegebenen Wärme und ein Batteriegehäuse zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls und des zumindest einen Kühlkörpers. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren, welche als wiederaufladbare Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden. Solche Hochvoltbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche zu Batteriemodulen verschaltet sein können. Um die Batteriemodule im Betrieb der Hochvoltbatterie, also beim Laden und Entladen der Hochvoltbatterie, kühlen zu können, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Kühlmaßnahmen bekannt.
Aktive Kühlmaßnahmen basieren auf dem Durchfluss von Kühlmitteln in Form von wärmetauschenden Materialien entlang der Batteriemodule zur Aufnahme von überschüssiger Wärme. Solche aktiven Kühlmaßnahmen verwenden zur Verteilung der Kühlmittel Pumpen und Wärmetauscher, was jedoch Energie, beispielsweise aus der Hochvoltbatterie selbst, benötigt. Dadurch werden die zur Verfügung stehende elektrische Energie und damit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs reduziert. Passive Kühlmaßnahmen hingegen benötigen keine zusätzliche Ausstattung in Form von Pumpen und Wärmetauschern, sondern verwenden passive Kühlkörper, welche beispielsweise Kühlrippen oder Kühllamellen aufweisen und die von den Batteriemodulen abgegebene Wärme an die Umgebung abgeben. Solche passiven Kühlmaßnahmen weisen jedoch eine im Vergleich zu aktiven Kühlmaßnahmen geringere Kühlleistung auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und effiziente Kühlmaßnahme für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs 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 elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist zumindest ein Batteriemodul mit mehreren, miteinander verschalteten Batteriezellen sowie zumindest einen mit dem zumindest einen Batteriemodul thermisch gekoppelten Kühlkörper zum Aufnehmen einer von dem Batteriemodul abgegebenen Wärme auf. Außerdem weist die Hochvoltbatterie ein Batteriegehäuse zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls und des zumindest einen Kühlkörpers auf. Das Batteriegehäuse weist einen Modulgehäusebereich, in welchem das zumindest eine Batteriemodul angeordnet ist. Der zumindest eine, mit dem zumindest einen Batteriemodul thermisch gekoppelte Kühlkörper ist zum Umströmen des zumindest einen Kühlkörpers mit Luft aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäusebereiches angeordnet. Somit ist nur der zumindest eine Kühlkörper, nicht aber das zumindest eine Batteriemodul der umströmenden Luft ausgesetzt.
Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und weist die Hochvoltbatterie als wiederaufladbare Traktionsbatterie auf.
Die wiederaufladbare Hochvoltbatterie bzw. der Hochvoltenergiespeicher weist insbesondere mehrere Batteriemodule auf, welche jeweils eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen sind insbesondere als prismatische Batteriezellen ausgebildet, welche zu Zellblöcken bzw. Zellstapeln gestapelt sind. Die Batteriezellen können aber auch als Rundzellen oder Pouch-Zellen ausgebildet sein. Im Betrieb der Hochvoltbatterie, beispielsweise beim Entladen der Batteriezellen während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs oder beim Laden der Batteriezellen mittels einer fahrzeugexternen Ladestation, erwärmen sich die Batteriezellen. Um eine Überhitzung der Batteriezellen zu verhindern, werden diese gekühlt.
Zum Kühlen der Batteriezellen weist die Hochvoltbatterie den zumindest einen Kühlkörper auf. Der zumindest eine Kühlkörper ist dabei thermisch mit dem zumindest einen Batteriemodul, beispielsweise mit einer Seite des Zellblocks des zumindest einen Batteriemoduls gekoppelt. Eine überschüssige Wärme bzw. Abwärme der Batteriezellen kann über die thermische Kopplung zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlkörper an den Kühlkörper abgeführt werden, wobei der Kühlkörper die Abwärme an die Umgebung abgibt. Um die Kühlung besonders effizient zu gestalten, wird dabei der Kühlkörper von Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs umströmt. Die Luft fungiert dabei als wärmetauschendes Material, welches die Abwärme aufnimmt und abtransportiert. Diese durchströmende Luft ist insbesondere Fahrtwind, welcher aufgrund einer Bewegung des Kraftfahrzeugs an dem zumindest einen Kühlkörper vorbeigeleitet wird. Die Strömung der Luft entlang des Kühlkörpers wird also insbesondere durch die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs verursacht.
Dabei wird die Luft nur an dem zumindest einen Kühlkörper entlang geleitet, nicht aber an dem zumindest einem Batteriemodul. Dazu weist das Batteriegehäuse den Modulgehäusebereich bzw. Modulgehäuseteil auf. Das Batteriegehäuse kann beispielsweise durch den Modulgehäusebereich gebildet sein bzw. aus dem Modulgehäusebereich bestehen. Der Modulgehäusebereich ist dabei ein abgeschlossener Bereich und kann beispielsweise als ein separater, von Wandungen umschlossener Gehäuseteil ausgebildet sein. In diesem Modulgehäusebereich ist das zumindest eine Batteriemodul angeordnet. Dabei ist das zumindest eine Batteriemodul insbesondere ausschließlich bzw. vollständig in dem Modulgehäusebereich angeordnet. Der zumindest eine Kühlkörper ist zumindest bereichsweise außerhalb des Modulgehäusebereiches angeordnet und wird an dem Batteriegehäuse gehalten. Beispielsweise kann der Kühlkörper auch außerhalb des Modulgehäusebereiches an einer der Umgebung zugewandten Außenseite einer Wandung des Batteriegehäuses angeordnet sein und somit von dem Batteriegehäuse aufgenommen sein. Dabei ist der zumindest eine Kühlkörper der umströmenden Luft ausgesetzt. Der zumindest eine Kühlkörper ist dabei mit dem zumindest einen Batteriemodul thermisch gekoppelt. Die Abwärme des zumindest einen Batteriemoduls wird also von dem Modulgehäusebereich zu dem Kühlkörper transportiert.
Durch das Umströmen des Kühlkörpers mit der Luft aus der Umgebung kann der Kühlkörper also aktiv gekühlt werden und somit eine für das zumindest Batteriemodul zur Verfügung stehende Kühlleistung erhöht werden. Der Modulgehäusebereich ist insbesondere zumindest wasserdicht abgeschlossen. Der Modulgehäusebereich kann aber auch gasdicht abgeschlossen sein. Dadurch, dass der Modulgehäusebereich nicht von der Luft aus der Umgebung durchströmt wird, sondern die Luft an dem Modulgehäusebereich vorbeiströmt, kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass das zumindest eine Batteriemodul schadenverursachenden Stoffen in der Luft, beispielsweise Feuchtigkeit, Schmutzpartikeln und Steinschlag, ausgesetzt ist.
Vorzugsweise ist der Kühlkörper als ein passiver Kühlkörper mit einer Kühlplatte und einer Vielzahl von an der Kühlplatte angeordneten Kühlfinnen ausgebildet, wobei zumindest die Kühlfinnen außerhalb des Modulgehäusebereiches angeordnet sind. Durch die Kühlfinnen bzw. Kühlrippen kann eine Oberfläche des Kühlkörpers und damit eine Kühlleistung des Kühlkörpers erhöht werden. Die Kühlfinnen können beispielweise entlang der Fahrzeughochrichtung orientiert sein und entlang der Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet sein. Über diese Kühlfinnen, welche außerhalb des Modulgehäusebereiches und damit in einem Strömungspfad der vorbeiströmenden Luft angeordnet sind, kann dann die Wärme während der Fahrt des Kraftfahrzeugs an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden. Beispielsweise können die Kühlfinnen an einer Außenseite einer Wandung des den Modulgehäusebereich ausbildenden Batteriegehäuses angeordnet sein. Beispielsweise können die Kühlfinnen an der Außenseite einer Bodenwandung des Batteriegehäuses angeordnet sein. Die Kühlfinnen können auch einstückig mit der Wandung ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkörper als ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs, an welchem das Batteriegehäuse befestigbar ist, ausgebildet. Beispielsweise kann der zumindest eine Kühlkörper als ein Karosseriebauteil in Form von einer Querstrebe ausgebildet sein, an welcher der das Batteriegehäuse ausbildende Modulgehäusebereich befestig ist. So kann in vorteilhafter Weise die Karosserie des Kraftfahrzeugs zur Kühlung des zumindest einen Batteriemoduls verwendet werden.
Der Modulgehäusebereich kann in einer Hochrichtung über dem zumindest einen Kühlkörper angeordnet sein, wobei das zumindest eine Batteriemodul den Zellblock aus aneinander gestapelten Batteriezellen aufweist. Der Kühlkörper ist also entlang der Hochrichtung unter dem Zellblock angeordnet und thermisch mit einer Unterseite des Zellblocks gekoppelt. Die zu dem Zellblock gestapelten Batteriezellen können dabei prismatische Batteriezellen, Rundzellen oder Pouch-Zellen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Batteriegehäuse einen zu dem Modulgehäusebereich separaten Kühlgehäusebereich auf, welcher als ein von der Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs durchströmbarer Kühltunnel mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass ausgebildet ist und in welchem der zumindest eine Kühlkörper zumindest bereichsweise angeordnet ist. Das Batteriegehäuse ist also in zwei Gehäusebereiche, nämlich den Modulgehäusebereich und den Kühlgehäusebereich, unterteilt. Insbesondere besteht das Batteriegehäuse aus den zwei Gehäusebereichen. Das Batteriegehäuse kann dabei mehrteilig ausgebildet sein, indem die Gehäusebereiche zueinander separate Gehäuseteile sind, welche zu dem Batteriegehäuse zusammengefügt werden. Es kann aber auch sein, dass das Batteriegehäuse einteilig ausgebildet ist und die Gehäusebereiche separiert sind. Beispielsweise kann zum Ausbilden der zueinander separaten Gehäusebereiche eine gemeinsame Zwischenwand einen Innenraum des Modulgehäusebereiches von einem Innenraum des Kühlgehäuses separieren. Dabei ist insbesondere zumindest der Modulgehäusebereich von Wandungen umgeben und abgeschlossen.
In dem Kühlgehäusebereich ist der zumindest eine Kühlkörper zumindest bereichsweise angeordnet. Der zumindest eine Kühlkörper ist dabei mit dem zumindest einen Batteriemodul thermisch gekoppelt. Die Abwärme des zumindest einen Batteriemoduls wird also von dem Modulgehäusebereich in den Kühlgehäusebereich transportiert. Beispielsweise können das zumindest eine Batteriemodul und der zumindest eine Kühlkörper über die Zwischenwand thermisch gekoppelt sein. Dazu ist das zumindest eine Batteriemodul beispielsweise auf einer dem Innenraum des Modulgehäusebereiches zugewandten ersten Seite der Zwischenwand angeordnet und der zumindest eine Kühlkörper ist auf einer dem Innenraum des Kühlgehäusebereiches zugewandten zweiten Seite der Zwischenwand angeordnet. Der Modulgehäusebereich und der Kühlgehäusebereich können dabei eine beliebige Lage zueinander aufweisen, beispielsweise nebeneinander oder übereinander gestapelt angeordnet sein. Im Falle, dass die Gehäusebereiche über die Zwischenwand separiert und der Modulgehäusebereich in Hochrichtung über dem Kühlgehäusebereich angeordnet ist, bildet die Zwischenwand also einen Gehäuseboden für den Modulgehäusebereich und einen Gehäusedeckel für den Kühlgehäusebereich.
Der Kühlgehäusebereich ist dabei als der Kühltunnel ausgebildet und wird von dem Fahrtwind durchströmt. Der Kühltunnel weist den Lufteinlass und den Luftauslass auf. Über den Lufteinlass tritt Luft, insbesondere während der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs, aus der Umgebung in den Kühltunnel ein. Dort nimmt die Luft beim Vorbeiströmen an dem Kühlkörper die Abwärme des Batteriemoduls auf. Diese erwärmte Luft verlässt den Kühltunnel über den Luftauslass wieder in die Umgebung und transportiert somit die Abwärme aus dem Batteriegehäuse. Durch das Umströmen des Kühlkörpers mit der Luft aus der Umgebung kann der Kühlkörper also aktiv gekühlt werden und somit eine für das zumindest Batteriemodul zur Verfügung stehende Kühlleistung erhöht werden.
Dabei sind weder der Lufteinlass noch der Luftauslass fluidisch mit dem Modulgehäusebereich, sondern nur mit dem Kühlgehäusebereich gekoppelt. Dadurch, dass der Modulgehäusebereich und der Kühlgehäusebereich zueinander separat ausgebildet sind, wird der Modulgehäusebereich also nicht von der Luft aus der Umgebung durchströmt. So kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass das zumindest eine Batteriemodul den schadenverursachenden Stoffen in der Luft, beispielsweise Feuchtigkeit, Schmutzpartikeln und Steinschlag, ausgesetzt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist die Hochvoltbatterie an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei der zumindest einen Kühlkörper in Fahrzeughochrichtung unter dem Modulgehäusebereich angeordnet ist. Das Batteriegehäuse ist dabei im angeordneten Zustand am Kraftfahrzeug zwischen einer Fahrgastzelle und einer Fahrbahn des Kraftfahrzeugs angeordnet und an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt. Im Falle, dass der zumindest eine Kühlkörper in dem Kühlgehäusebereich angeordnet ist, ist der Modulgehäusebereich zwischen der Fahrgastzelle und dem Kühlgehäusebereich angerordnet und der Kühlgehäusebereich ist zwischen dem Modulgehäusebereich und der Fahrbahn angeordnet. Der Lufteinlass und der Luftauslass liegen sich in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber. Bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs ist dabei der Kühlgehäusebereich der Umgebung und damit dem Fahrtwind ausgesetzt. Dieser durchströmt den Kühltunnel in Fahrzeuglängsrichtung von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass. Durch eine solche Anordnung des Kühlgehäusebereiches und damit des Kühlkörpers in dem Fahrtwind kann, ohne Energieaufwand, eine aktive Kühlung bereitgestellt werden und somit die Kühlleistung des Kühlkörpers erhöht werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper als der passive Kühlkörper mit der Kühlplatte und der Vielzahl von an der Kühlplatte angeordneten Kühlfinnen ausgebildet ist, und dass der Modulgehäusebereich und der Kühlgehäusebereich durch eine gemeinsame Zwischenwand voneinander separiert sind, wobei die Zwischenwand eine Öffnung aufweist, welche von der in dem Modulgehäusebereich angeordneten Kühlplatte abgedeckt ist. Die Kühlfinnen ragen durch die Öffnung in den Kühlgehäusebereich hinein und sind so der durchströmenden Luft ausgesetzt. Die Kühlplatte kann beispielsweise auf einen Rand der Öffnung in der Zwischenwand aufgelegt sein. Um den Modulgehäusebereich gegenüber dem Kühlgehäusebereich abzudichten, können beispielsweise Dichtungselemente zwischen der Kühlplatte und dem Rand der Öffnung angeordnet sein. Auf der dem Innenraum des Modulgehäusebereiches zugewandten Seite der Kühlplatte ist das zumindest eine Batteriemodul befestigt. An der dem Kühlgehäusebereich zugewandten Seite der Kühlplatte stehen die Kühlfinnen ab und ragen in den Kühlgehäusebereich hinein. Beispielsweise kann das Batteriemodul die Wärme entgegen der Fahrzeughochrichtung nach unten zu der Kühlplatte abgeben, welche die Wärme über die Kühlfinnen an die entlang der Fahrzeuglängsrichtung vorbeiströmende Luft abgibt.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Kühlplatte durch die Zwischenwand ausgebildet ist. Die Kühlfinnen sind dabei an einer dem Innenraum des Kühlgehäusebereiches zugewandten Seite der Zwischenwand angeordnet und ragen somit in den Kühlgehäusebereich hinein. Die Zwischenwand und die Kühlfinnen können beispielsweise einteilig ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist zumindest der Lufteinlass eine Filtereinrichtung zum Filtern von schadenverursachenden Teilen aus der Luft vor Eintritt der Luft in den Kühltunnel auf. Die schadenverursachenden Teile können beispielsweise Schmutz, oder größere Partikel, beispielsweise Steine, sein. Da nur der Kühlkörper, nicht aber die Batteriemodule der durchströmenden Luft ausgesetzt sind, muss die Filtereinrichtung nicht zum Filtern von Feuchtigkeit aus der Luft ausgelegt sein. Vielmehr kann die Filtereinrichtung besonders einfach, beispielsweise als Gitter oder Kühlergrill, ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die zumindest Filtereinrichtung ein steuerbares Durchlassverhalten zum Steuern einer Menge an in den Kühltunnel eintretenden Luft auf. Insbesondere weist die Hochvoltbatterie eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, das Durchlassverhalten der Filtereinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu steuern. Dazu kann die Steuereinrichtung, welche beispielsweise in ein Batteriesteuergerät integriert sein kann, Sensorsignale von Temperatursensoren und/oder Geschwindigkeitssensoren des Kraftfahrzeugs empfangen und auswerten und basierend auf der Auswertung das Durchlassverhalten der Filtereinrichtung einstellen.
Durch die Filtereinrichtung mit dem steuerbaren Durchlassverhalten kann eine Kühlleistung des Kühlkörpers eingestellt werden. Die steuerbare Filtereinrichtung kann dazu beispielsweise Klappen bzw. Lamellen aufweisen, über deren Lage das Durchlassverhalten eingestellt werden kann. Beispielsweise kann der Kühltunnel über Filtereinrichtungen im Lufteinlass und im Luftauslass bei sehr niedrigen Außentemperaturen in der Umgebung und/oder im abgestellten Zustand des Kraftfahrzeugs verschlossen werden, um ein Unterkühlen der Batteriemodule zu verhindern. Dazu kann die Filtereinrichtung beispielsweise als ein verschließbarer Kühlergrill ausgebildet sein.
Auch kann vorgesehen sein, dass in dem Kühlgehäusebereich ein Ventilator angeordnet ist, welcher dazu ausgelegt ist, Luft in Richtung des zumindest einen Kühlkörpers zu fördern. Durch den Ventilator, welcher beispielsweise an dem Lufteinlass angeordnet ist, kann der Kühlkörper mit strömender Luft versorgt werden, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug steht und daher kein Fahrtwind für die Durchströmung des Kühlgehäusebereiches vorhanden ist, aber die Hochvoltbatterie dennoch in Betrieb ist. Dies ist beispielsweise beim Laden der Hochvoltbatterie an der Ladestation der Fall.
Alternativ oder zusätzlich ist an dem zumindest einen Kühlkörper eine wärmespeicherende Schicht angeordnet, welche dazu ausgelegt ist, die Wärme des Batteriemoduls bei Abwesenheit der umströmenden Luft zu speichern und die gespeicherte Luft bei Anwesenheit der umströmenden Luft wieder an die Luft abzugeben. Beispielsweise kann die wärmespeichernde Schicht zwischen dem zumindest einen Batteriemodul und der Kühlplatte angeordnet sein. Insbesondere ist die Kühlplatte mit der wärmespeichernden Schicht beschichtet. Die wärmespeichernde Schicht weist eine hohe Wärmekapazität auf und kann somit die Abwärme, welche beispielsweise im Betrieb der Hochvoltbatterie im Stillstand des Kraftfahrzeugs von dem zumindest einen Batteriemodul abgegeben wird, aufnehmen. Sobald der Kühlkörper wieder während der Fahrt des Kraftfahrzeugs von Luft umströmt wird, gibt die wärmespeichernde Schicht die Abwärme über den Kühlkörper an die vorbeiströmende Luft ab.
Insbesondere weist die wärmespeichernde Schicht ein Phasenwechselmaterial auf. Das Phasenwechselmaterial weist bei moderaten Temperaturen, beispielsweise bei Raumtemperatur, einen festen Aggregatzustand auf. Wenn sich die Temperatur aufgrund der Erhitzung des Batteriemoduls erhöht, die Wärme aber aufgrund der Abwesenheit der durchströmenden Luft nicht abgeführt werden kann, so geht das Phasenwechselmaterial in einen flüssigen Aggregatzustand über, also es schmilzt. Die von dem Batteriemodul abgegebene Wärme wird also absorbiert, indem das Phasenwechselmaterial seinen Aggregatzustand verändert. Sobald die Luft wieder an dem Kühlkörper vorbeiströmt, gibt das Phasenwechselmaterial die Wärme wieder ab und kehrt in den festen Aggregatzustand zurück.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Hochvoltbatterie eine Heizeinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, das zumindest eine Batteriemodul zu heizen. Die Heizeinrichtung kann in den Kühlkörper, beispielsweise die Kühlplatte, integriert sein. Außerdem kann die Heizeinrichtung mit Energie aus den Batteriezellen versorgt werden. Die Heizeinrichtung und der Kühlkörper bilden eine Temperiervorrichtung der Hochvoltbatterie, mittels welcher das zumindest eine Batteriemodul in vorteilhafter Weise nach Bedarf geheizt oder gekühlt werden kann.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den 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 Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1, 2, 3 und 4 zeigen jeweils ein Kraftfahrzeug 1, welches unterschiedliche Ausführungsformen einer Hochvoltbatterie 2 aufweist. Das Kraftfahrzeug 1 ist ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 1 in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die Hochvoltbatterie 2 als Traktionsbatterie auf. Die Hochvoltbatterie 2 weist zumindest ein Batteriemodul 3 auf, welches eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen 4 aufweist. Die Batteriezellen 4 sind hier als prismatische Batteriezellen 4 ausgebildet, welche zu einem Zellblock 5 aneinandergereiht und zu dem Batteriemodul 3 verschaltet sind. Außerdem weist die Hochvoltbatterie 2 zumindest einen passiven Kühlkörper 6 auf, welcher dazu ausgelegt ist, eine überschüssige Abwärme des Batteriemoduls 3 aufzunehmen. Dazu ist der Kühlkörper 6 thermisch mit dem Batteriemodul 3 gekoppelt. Der Kühlkörper 6 weist hier eine Kühlplatte 7 mit mehreren Kühlfinnen 8 auf, durch welche eine Oberfläche des Kühlkörpers 6 vergrößert wird. Zur thermischen Kopplung zwischen dem zumindest einen Batteriemodul 3 und dem Kühlkörper 6 ist hier eine Unterseite 9 des Zellblocks 5 anliegend an der Kühlplatte 7 angeordnet.
Das zumindest eine Batteriemodul 3 und der zumindest eine Kühlköper 6 sind in einem Batteriegehäuse 10 der Hochvoltbatterie 1 angeordnet. Das Batteriegehäuse 10 weist hier einen Modulgehäusebereich 11 bzw. Modulgehäuseteil und einen Kühlgehäusebereich 12 bzw. Kühlgehäuseteil auf, welche separat zueinander ausgebildet sind. Der Modulgehäusebereich 11 ist in einer Fahrzeughochrichtung H über dem Kühlgehäusebereich 12 angeordnet, wobei der Modulgehäusebereich 11 und der Kühlgehäusebereich 12 durch eine Zwischenwand 13 voneinander separiert sind. Der Kühlgehäusebereich 12 ist einer Fahrbahn des Kraftfahrzeugs 1 zugewandt und der Modulgehäusebereich 11 ist einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 1 zugewandt.
Dabei ist das zumindest eine Batteriemodul 3 insbesondere ausschließlich bzw. vollständig in dem Modulgehäusebereich 11 angeordnet. Der Kühlkörper 6 ist hier bereichsweise in dem Modulgehäusebereich 11 und bereichsweise in dem Kühlgehäusebereich 12 angeordnet. Hier ist die Kühlplatte 7 in dem Modulgehäusebereich 11 angeordnet und verschließt eine Öffnung in der Zwischenwand 13. Entgegen der Fahrzeughochrichtung H stehen die Kühlfinnen 8 von der Kühlplatte 7 ab und ragen durch die Öffnung in der Zwischenwand 13 in den Kühlgehäusebereich 12 hinein.
Der Kühlgehäusebereich 12 ist dabei als ein Kühltunnel ausgebildet, welcher einen Lufteinlass 14 und einen Luftauslass 15 aufweist. Der Lufteinlass 14 und der Luftauslass 15 liegen sich in einer Fahrzeuglängsrichtung L gegenüber. Während einer Fortbewegung B des Kraftfahrzeugs 1 kann über den Lufteinlass 14 Luft A aus einer Umgebung U des Kraftfahrzeugs 1 in den Kühltunnel eintreten. Die eingetretene Luft A strömt aufgrund der Fortbewegung B des Kraftfahrzeugs 1 an dem Kühlkörper 6, hier an den Kühlfinnen 8, vorbei und nimmt dabei die Wärme des Batteriemoduls 3 auf. Die erwärmte Luft A' tritt durch den Luftauslass 15 aus dem Kühltunnel in die Umgebung U aus und transportiert somit die Wärme aus dem Batteriegehäuse 10. Dadurch, dass das zumindest eine Batteriemodul 3 vollständig in dem Modulgehäusebereich 12 angeordnet ist, ist es der durchströmenden Luft A, A' nicht ausgesetzt. Vielmehr ist nur der Kühlkörper 6 der durchströmenden Luft A, A' ausgesetzt. Somit kann verhindert werden, dass das Batteriemodul 3, beispielsweise durch Luftfeuchtigkeit, beschädigt wird.
Um zu verhindern, dass der Kühlkörper 6, beispielweise durch Steinschläge, beschädigt wird, weisen hier der Lufteinlass 14 und der Luftauslass 15 Filtereinrichtungen 16 auf. Die Filtereinrichtungen 16 können beispielsweise als einfache Kühlergrills ausgebildet sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass ein Durchlassverhalten der Filtereinrichtungen 16 steuerbar ist. So kann gesteuert werden, wie viel Luft in den Kühlgehäusebereich 12 eintritt und an dem Kühlkörper 6 vorbeiströmt. Wenn beispielsweise eine Temperatur in der Umgebung U unter einen bestimmten Schwellwert, beispielsweise den Gefrierpunkt, fällt, und/oder eine Geschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug 1 abgestellt ist, so kann durch die Filtereinrichtungen 16 der Kühlgehäusebereich 12 abgeschlossen werden. Beispielsweise kann dazu der Kühlergrill als ein verschließbarer Kühlergrill ausgebildet sein. So kann vermieden werden, dass das zumindest eine Batteriemodul 3 unterkühlt.
In der Ausführungsform des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 2 ist außerdem im Bereich des Lufteinlasses 14 ein Ventilator 17 angeordnet, welcher dazu ausgelegt ist, die Luft A in Richtung des Kühlkörpers 6 zu fördern. So kann das zumindest eine Batteriemodul 3, beispielsweise während des Ladens der Hochvoltbatterie 2, gekühlt werden, wenn das Kraftfahrzeug 1 steht und daher kein Fahrtwind durch den Kühlgehäusebereich 12 strömt und die Wärme der Batteriemodule 3 von dem Kühlkörper 6 aufnehmen kann.
In der Ausführungsform des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 3 ist zwischen dem Kühlkörper 6 und dem Batteriemodul 3 eine wärmespeichernde Schicht 18 angeordnet. Hier ist die Kühlplatte 7 von der wärmespeichernden Schicht 18 umgeben. Die wärmespeichernde Schicht 18 kann beispielsweise ein Phasenwechselmaterial (PCM) aufweisen. Die wärmespeichernde Schicht 18 kann die Wärme des Batteriemoduls 3 speichern, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug 1 während des Ladens der Hochvoltbatterie 2 steht und daher kein Fahrtwind an dem Kühlkörper 6 vorbeigeführt wird. Sobald das Kraftfahrzeug 1 wieder fährt und Luft wieder an dem Kühlkörper 6 vorbeiströmt, gibt die wärmespeichernde Schicht 18 die Wärme über den Kühlkörper 6 wieder an die vorbeiströmende Luft A, A' ab.
In der Ausführungsform des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 4 weist die Hochvoltbatterie 2 außerdem eine Heizeinrichtung 19 auf, welche hier in die Kühlplatte 7 integriert ist. So können die Batteriezellen 4 des Batteriemoduls 3 im Falle von niedrigen Außentemperaturen auf ihre Betriebstemperatur geheizt werden. Die Heizeinrichtung 19 kann beispielsweise aus den Batteriezellen 4 mit Energie versorgt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Hochvoltbatterie
3: Batteriemodul
4: Batteriezellen
5: Zellblock
6: Kühlkörper
7: Kühlplatte
8: Kühlfinne
9: Unterseite
10: Batteriegehäuse
11: Modulgehäusebereich
12: Kühlgehäusebereich
13: Zwischenwand
14: Lufteinlass
15: Luftauslass
16: Filtereinrichtung
17: Ventilator
18: Wärmespeichernde Schicht
19: Heizeinrichtung
H: Fahrzeughochrichtung
L: Fahrzeuglängsrichtung
A, A': Luft
U: Umgebung
B: Fortbewegung

Claims

Hochvoltbatterie (2) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (1), aufweisend: - zumindest ein Batteriemodul (3) mit mehreren, miteinander verschalteten Batteriezellen (4), - zumindest einen mit dem zumindest einen Batteriemodul (3) thermisch gekoppelten Kühlkörper (6) zum Aufnehmen einer von dem Batteriemodul (3) abgegebenen Wärme, und - ein Batteriegehäuse (10) zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls (10) und des zumindest einen Kühlkörpers (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (10) einen Modulgehäusebereich (11), in welchem das zumindest eine Batteriemodul (3) angeordnet ist, aufweist, wobei der zumindest eine, mit dem zumindest einen Batteriemodul (3) thermisch gekoppelte Kühlkörper (6) zum Umströmen des zumindest einen Kühlkörpers (6) mit Luft (A, A') aus einer Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (1) zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäusebereiches (11) angeordnet ist und somit nur der zumindest eine Kühlkörper (6), nicht aber das zumindest eine Batteriemodul (3) der umströmenden Luft (A, A') ausgesetzt ist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) als ein passiver Kühlkörper mit einer Kühlplatte (7) und einer Vielzahl von an der Kühlplatte (7) angeordneten Kühlfinnen (8) ausgebildet ist, wobei zumindest die Kühlfinnen (8) außerhalb des Modulgehäusebereiches (11) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) als ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs (1), an welchem das Batteriegehäuse (10) befestigbar ist, ausgebildet ist.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulgehäusebereich (11) in einer Hochrichtung (H) über dem zumindest einen Kühlkörper (6) angeordnet ist, wobei das zumindest eine Batteriemodul (3) einen Zellblock (5) aus aneinander gestapelten Batteriezellen (4) aufweist und der Kühlkörper (6) thermisch mit einer Unterseite (9) des Zellblocks (5) gekoppelt ist.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (10) einen zu dem Modulgehäusebereich (11) separaten Kühlgehäusebereich (12) aufweist, welcher als ein von der Luft (A, A') aus der Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (1) durchströmbarer Kühltunnel mit einem Lufteinlass (14) und einem Luftauslass (15) ausgebildet ist und in welchem der zumindest eine Kühlkörper (6) zumindest bereichsweise angeordnet ist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) als ein passiver Kühlkörper mit einer Kühlplatte (7) und einer Vielzahl von an der Kühlplatte (7) angeordneten Kühlfinnen (8) ausgebildet ist, und der Modulgehäusebereich (11) und der Kühlgehäusebereich (12) durch eine gemeinsame Zwischenwand (13) voneinander separiert sind, wobei die Zwischenwand (13) eine Öffnung aufweist, welche von der in dem Modulgehäusebereich (11) angeordneten Kühlplatte (7) abgedeckt ist, wobei die Kühlfinnen (8) durch die Öffnung in den Kühlgehäusebereich (12) hineinragen und so der durchströmenden Luft (A, A') ausgesetzt sind.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) als ein passiver Kühlkörper mit einer Kühlplatte (7) und einer Vielzahl von an der Kühlplatte (7) angeordneten Kühlfinnen (8) ausgebildet ist, und der Modulgehäusebereich (11) und der Kühlgehäusebereich (12) durch eine gemeinsame Zwischenwand (13) voneinander separiert sind, wobei die Zwischenwand (13) durch die Kühlplatte (7) ausgebildet ist und die Kühlfinnen (8) in den Kühlgehäusebereich (12) hineinragen.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Lufteinlass (14) eine Filtereinrichtung (16) zum Filtern von schadenverursachenden Teilen aus der Luft (A) vor Eintritt der Luft (A) in den Kühltunnel aufweist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Filtereinrichtung (16) ein steuerbares Durchlassverhalten zum Steuern einer Menge an in den Kühltunnel eintretenden Luft (A) aufweist.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (1) eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, das Durchlassverhalten der zumindest einen Filtereinrichtung (16) in Abhängigkeit von einer Temperatur in der Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) zu steuern.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlgehäusebereich (12) ein Ventilator angeordnet ist, welcher dazu ausgelegt ist, Luft (A) in Richtung des zumindest einen Kühlkörpers (6) zu fördern.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen Kühlkörper (6) eine wärmespeicherende Schicht (18) angeordnet ist, welche dazu ausgelegt ist, die Wärme des zumindest einen Batteriemoduls (3) bei Abwesenheit der umströmenden Luft (A, A')zu speichern und die gespeicherte Wärme bei Anwesenheit der umströmenden Luft (A, A')wieder an die Luft (A, A') abzugeben.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmespeichernde Schicht (18) ein Phasenwechselmaterial aufweist.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (2) eine Heizeinrichtung (19) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, das zumindest eine Batteriemodul (3) zu heizen.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.