DE102019121308A1 - Traktionsbatterie-Modul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Traktionsbatterie-Modul (10) mit mehreren gleichartigen Batteriezellen (30) innerhalb eines starren Modulgehäuses (20), das einen Kühlflüssigkeits-Einlass (28) und einen Kühlflüssigkeits-Auslass (29) aufweist, sodass die Batteriezellen (30) unmittelbar durch eine in dem Modulgehäuse (20) zirkulierende Kühlflüssigkeit (74) gekühlt werden können,wobei mehrere Batteriezellen (30) gemeinsam von einem einzigen aus einer flüssigkeitsdichten Kunststoff-Folie (42) bestehenden flexiblen Dichtsack (40) fluiddicht umschlossen sind, undwobei der Kühlflüssigkeits-Einlass (28) und der Kühlflüssigkeits-Auslass (29) fluidisch in den Innenraum des Dichtsacks (40) münden, so dass der Dichtsack (40) mit Kühlflüssigkeit (74) gefüllt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein innengekühltes bzw. direktgekühltes Traktionsbatterie-Modul für den Einsatz in einem Fahrzeug mit elektromotorischem Traktionsantrieb.
  • Für das schnelle Aufladen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie für Situationen mit einem hohen Leistungsbedarf des elektrischen Traktionsantriebs im Fahrbetrieb ist eine leistungsfähige Kühlung der Traktionsbatterie erforderlich. Typischerweise setzt sich die Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs aus mehreren Traktionsbatterie-Modulen zusammen, die modulweise im Kraftfahrzeug montiert werden. In einem Traktionsbatterie-Modul ist eine Vielzahl gleichartiger Batteriezellen in einem starren Modulgehäuse zusammengefasst.
  • DE 10 2012 018 037 A1 , DE 10 2017 202 540 A1 , DE 10 2016 225 175 A1 , DE 10 2016 225 184 A1 und US 2004 0 096 735 A1 offenbaren Batteriezellen, die teilweise oder vollständig mit einer Kunststoff-Folie fluidisch abgedichtet sind, sodass die Batteriezellen innerhalb eines Traktionsbatterie-Moduls unmittelbar von einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden können.
  • Die fluidische Abdichtung des starren Modulgehäuses ist für die unmittelbare Kühlung der Batteriezellen unerlässlich und aufwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares Traktionsbatterie-Modul schaffen, dessen Batteriezellen direkt gekühlt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Traktionsbatterie-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Das Traktionsbatterie-Modul weist mehrere gleichartige Batteriezellen innerhalb eines starren Modulgehäuses auf. Das starre Modulgehäuse dient zum einen dazu, eine modulweise Montage mehrerer Traktionsbatterie-Module in dem Kraftfahrzeug zu ermöglichen und zu vereinfachen bzw. auch einen modulweisen Austausch eines defekten Traktionsbatterie-Moduls zu ermöglichen. Zum anderen dient das Modulgehäuse dazu, die Batteriezellen mechanisch zu schützen und abzuschirmen.
  • Das Modulgehäuse weist einen Kühlflüssigkeits-Einlass und einen Kühlflüssigkeits-Auslass auf, so dass der Innenraum des Modulgehäuses mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann bzw. durchströmt wird. Auf diese Weise können die Batteriezellen innerhalb des Modulgehäuses direkt durch die in dem Modulgehäuse zirkulierende Kühlflüssigkeit mit einer hohen Kühlleistung gekühlt werden.
  • Das Modulgehäuse selbst ist nicht notwendigerweise fluiddicht, insbesondere nicht flüssigkeitsdicht ausgebildet, so dass bei seiner Konzeption und Konstruktion im Wesentlichen mechanische Erfordernisse berücksichtigt werden können, jedoch muss nicht auf die Fluiddichtigkeit des Modulgehäuses geachtet werden.
  • Denn innerhalb des Modulgehäuses ist ein flexibler Dichtsack angeordnet, der aus einer flüssigkeitsdichten Kunststoff-Folie besteht und mehrere Batteriezellen, vorzugsweise alle Batteriezellen, innerhalb des Modulgehäuses flüssigkeitsdicht umschließt. Der Kühlflüssigkeits-Einlass und der Kühlflüssigkeits-Auslass münden fluidisch in den Innenraum des Dichtsacks, so dass der Dichtsack mit Kühlflüssigkeit gefüllt bzw. von dieser durchströmt werden kann.
  • Bei der Montage des Traktionsbatterie-Moduls werden zunächst beispielsweise alle Batteriezellen in den Dichtsack eingelegt und wird der Kunststoff-Dichtsack anschließend fluiddicht verschlossen, beispielsweise verschweißt. Das Batteriezellen-Paket einschließlich des die Batteriezellen vollständig einschließenden Dichtsacks wird anschließend in das starre Modulgehäuse eingelegt und der Kühlflüssigkeits-Einlass und der Kühlflüssigkeits-Auslass zwischen der Außenseite des Modulgehäuses und dem Innenraum des Dichtsacks angelegt. Anschließend kann das Modulgehäuse verschlossen werden. Die Herstellung eines direktgekühlten Traktionsbatterie-Moduls ist auf diese Weise sehr einfach realisiert, da auf eine aufwändige fluidische Abdichtung des Modulgehäuses verzichtet werden kann.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Dichtsack von einem Schlauchkörper gebildet ist, der an seinen Schlauchenden flüssigkeitsdicht verschweißt ist. Ein derartiger Schlauchkörper ist einfach herstellbar und daher preiswert verfügbar. Das fluiddichte Verschweißen der beiden Schlauchkörper-Enden ist ein seit Jahrzehnten bekannter und daher zuverlässig und preiswert durchführbarer industrieller Prozessschritt, der eine hohe Dichtigkeits-Zuverlässigkeit bietet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kühlflüssigkeits-Einlass und/oder der Kühlflüssigkeits-Auslass von einer Kragenhülse gebildet wird, die von innen in eine korrespondierende Modulgehäuse-Öffnung eingesteckt ist. Die bevorzugt aus Kunststoff bestehende Kragenhülse ist mit ihrem zylindrischen Abschnitt von der Modulgehäuse-Innenseite aus in einer entsprechenden Öffnung in der Modulgehäuse-Wand eingesteckt, wobei der Kragen die Kragenhülse axial fixiert. Der Dichtsack weist eine korrespondierende Öffnung auf, und ist mit seinem Öffnungsrand vorzugsweise verschweißt mit der proximalen Ringfläche des Kragens der Kragenhülse. Durch den Flüssigkeits-Innendruck der Kühlflüssigkeit wird der Randbereich der Dichtsack-Folie auf den Kragen gepresst, so dass der Flüssigkeitsdruck dichtigkeitsverbessernd wirkt. Alternativ zu den Kragenhülsen können auch Endplatten, z. B. aus Kunststoff, in den Dichtsack eingeschweißt werden. In den Endplatten sind dann definierte Durchlässe für z.B. Kühlungs- und Stromanschlüsse angebracht.
  • Die Kragenhülse kann bereits herstellerseitig an dem Dichtsack angebracht sein, so dass die eigentliche Montage des mit den Batteriezellen gefüllten Dichtsacks in dem Modulgehäuse sehr einfach ist.
  • Vorzugsweise sind die Batteriezellen als sogenannte Pouchzellen ausgebildet, die flüssigkeitsdicht erhältlich sind und die typischerweise eine gute Wärmeleitung zwischen dem Temperaturherd innerhalb der Pouchzelle und der Pouchzellen-Außenwand bieten.
  • Im Folgenden wird ein Ausgangsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt eines Längsendes eines Traktionsbatterie-Moduls mit mehreren Batteriezellen, die innerhalb eines Kunststoff -Dichtsacks angeordnet sind,
    • 2 einen Querschnitt des Traktionsbatterie-Moduls der 1, und
    • 3 eine vergrößerte Darstellung eines Kühlflüssigkeits-Einlasses bzw. -Auslasses.
  • In den 1 und 2 ist ein Traktionsbatterie-Modul 10 für eine Traktionsbatterie-Anordnung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Traktionsmotor 12 dargestellt.
  • In dem Traktionsbatterie-Modul 10 ist eine Vielzahl von gleichartigen Batteriezellen 30 angeordnet, die als Pouchzellen ausgebildet sind. Ein Traktionsbatterie-Modul 10 erfordert eine hohe Kühlleistung sowohl für den Ladebetrieb als auch für den Fahrbetrieb. Das Traktionsbatterie-Modul 10 ist vorliegend daher direkt gekühlt, d.h. die Batteriezellen 30 werden durch eine Kühlflüssigkeit 74 unmittelbar gekühlt.
  • Das Traktionsbatterie-Modul 10 weist ein steifes Modulgehäuse 20 auf, das in diesem Ausgangsbeispiel von einem Metall-Gehäusekörper 22 gebildet wird und nicht notwendigerweise fluiddicht konstruiert ist. Die Vielzahl an Batteriezellen 30 innerhalb des Modulgehäuses 20 befindet sich innerhalb eines flexiblen Dichtsacks 40, der von einer fluiddichten Kunststoff-Folie 42 gebildet ist. Der Dichtsack 40 besteht ursprünglich aus einem Schlauchkörper, wobei nach dem Einlegen der Batteriezellen 30 der Schlauchkörper an seinen beiden offenen Längsenden derart fluiddicht verschweißt wird, dass sich an den beiden Längsenden jeweils eine Schweißnaht 44 ergibt.
  • An dem Dichtsack 14 sind zwei Kragenhülsen 50 befestigt, die einen Kühlflüssigkeits- Einlass 28 und einen Kühlflüssigkeits-Auslass 29 des Traktionsbatterie-Moduls 10 bilden. Von dem Kühlflüssigkeits-Auslass 29 aus strömt die Kühlflüssigkeit zu einer Kühlflüssigkeits-Pumpe 72, die die Kühlflüssigkeit zu einem Kühlflüssigkeits-Kühler 70 pumpt, von wo aus die heruntergekühlte Kühlflüssigkeit zu dem Kühlflüssigkeits-Einlass 28 des Traktionsbatterie-Moduls 10 zurückströmt. In dem Traktionsbatterie-Modul 10 durchströmt die Kühlflüssigkeit 74 den gesamten Innenraum, sodass alle Batteriezellen 30 direkt und unmittelbar durch die Kühlflüssigkeit gekühlt werden.
  • Der Kühlflüssigkeits-Einlass 28 und -Auslass 29 sind an einer Stirnwand 24 des Modulgehäuses 20 angeordnet. An dieser Stirnwand 24 findet sich ferner ein Dichtstopfen 51 durch den hindurch elektrische Leistungsleitungen fluiddicht hindurchgeführt sind, die außerhalb des Modulgehäuses 20 mit einer elektronischen Energiesteuerung 14 elektrisch verbunden sind, die die Leistungssteuerung für den Traktionsmotor 12 enthält. Alternativ sind Kühlflüssigkeits-Einlass 28 und -Auslass 29 sowie Dichtstopfen 51 aufgeteilt auf die linke bzw. rechte Stirnwand des Modulgehäuses 20.
  • Die Kragenhülse 50 ist in der 3 vergrößert dargestellt. Die hohlzylindrische Kunststoff-Kragenhülse 50 weist einen zylindrischen Steckabschnitt 55 und einen sich proximal daran anschließenden Kragen 54 auf, und ist von der Innenseite aus in eine korrespondierende Öffnung 52 der Modulgehäuse-Stirnwand 24 eingesteckt. Die Kragenhülse 50 weist eine durchgehende zylindrische Öffnung 60 auf, die mit einer entsprechenden Dichtsack-Öffnung 58 fluchtet, sodass durch die Dichtsack-Öffnung 58 Flüssigkeit strömen kann. Die proximale Ringfläche 57 des Kragens 54 ist flüssigkeitsdicht verschweißt mit der korrespondierenden distalen Folien-Ringfläche 56 um die Dichtsack-Öffnung 58 herum.
  • Die distale Ringfläche 64 des Kragens 54 der Kragenhülse 50 liegt flüssigkeitsdicht auf der korrespondierenden proximalen Ringfläche 62 der Gehäuse-Öffnung 52 an, sodass hierdurch eine zweite Flüssigkeitsbarriere realisiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012018037 A1 [0003]
    • DE 102017202540 A1 [0003]
    • DE 102016225175 A1 [0003]
    • DE 102016225184 A1 [0003]
    • US 20040096735 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Traktionsbatterie-Modul (10) mit mehreren gleichartigen Batteriezellen (30) innerhalb eines starren Modulgehäuses (20), das einen Kühlflüssigkeits-Einlass (28) und einen Kühlflüssigkeits-Auslass (29) aufweist, so dass die Batteriezellen (30) unmittelbar durch eine in dem Modulgehäuse (20) zirkulierende Kühlflüssigkeit (74) gekühlt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Batteriezellen (30) gemeinsam von einem einzigen aus einer flüssigkeitsdichten Kunststoff-Folie (42) bestehenden flexiblen Dichtsack (40) fluiddicht umschlossen sind, und der Kühlflüssigkeits-Einlass (28) und der Kühlflüssigkeits-Auslass (29) fluidisch in den Innenraum des Dichtsacks (40) münden, so dass der Dichtsack (40) mit Kühlflüssigkeit (74) befüllbar ist.
  2. Traktionsbatterie-Modul (10) nach Anspruch 1, wobei der Kühlflüssigkeits-Einlass (28) und/oder der Kühlflüssigkeits-Auslass (29) von einer Kragenhülse (50) gebildet wird, die von innen in eine korrespondierende Modulgehäuse-Öffnung (52) eingesteckt ist.
  3. Traktionsbatterie-Modul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Dichtsack (40) von einem Schlauchkörper gebildet ist, der an seinen Schlauchenden flüssigkeitsdicht verschweißt ist.
  4. Traktionsbatterie-Modul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Batteriezellen (30) als Pouchzellen ausgebildet sind
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