DE102019200465A1 - Batteriekühlplatte mit integrierten Entlüftungsöffnungen - Google Patents
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Abstract
Ein Kühlsystem zum Kühlen von Batteriezellen weist eine Plattenanordnung auf, die eine Kammer definiert. Die Kammer ist dazu eingerichtet, ein Fluid darin aufzunehmen. Eine Vielzahl von Öffnungen erstreckt sich durch die Plattenanordnung. Jede der Vielzahl von Öffnungen ist dazu eingerichtet, auf eine Zellöffnung von einer der Batteriezellen ausgerichtet zu sein.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Batteriemodule, das eine Kühlplatte mit integrierten Entlüftungsöffnungen aufweist.
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Wie allgemein bekannt, können Fahrzeuge, die für mindestens einen Teil einer Antriebskraft elektrischen Strom verwenden, Batteriezellen verwenden. Batteriezellen verwendende Fahrzeuge sind beispielsweise Elektrofahrzeuge, Hybrid-Elektrofahrzeuge, Plug-in-Elektrofahrzeuge, Batterie-Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge.
- Die Batteriezellen nutzen üblicherweise eine Lithium-Ionen-Chemie und sind typischerweise in zylindrischen oder prismatischen Gehäusen verpackt, um das Batteriemodul zu bilden. Wenn die Batteriezellen geladen und entladen werden, wird durch Strom, der durch die Batteriezellen fließt, Wärme erzeugt. Zusätzlich wird den Zellen eventuell Wärme durch exotherme chemische Reaktionen und durch Umgebungstemperaturen mittels Wärmeleitung, Konvektion und/oder Strahlung hinzugefügt. Die zusätzliche Wärme erhöht die Temperatur der Batteriezellen, was sich negativ auf die Effizienz und Langlebigkeit der Batteriezellen auswirkt. Zum Beispiel können erhöhte Temperaturen zu Verformung, Anschwellen und Kurzschlüssen führen.
- Um die Lebensdauer der Batteriezellen zu verlängern, besteht Bedarf, die Batteriezellen zu kühlen. Beispiele für Batteriekühlsysteme umfassen Kühlplatten, die angrenzend an die Batteriezellen positioniert sind. Die Kühlplatten enthalten ein Kühlfluid, das dort hindurchfließt. Ein Beispiel für eine Kühlplatte ist in der
US-Patentanmeldung Nr. 2013/0192807 - Entsprechend besteht in der Technik ein Bedarf nach einer Batteriekühlplatte mit Entlüftungsöffnungen, die darin gebildet sind, um Batteriezellen effizient zu kühlen.
- KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung wird eine Batteriekühlplatte mit Entlüftungsöffnungen entdeckt, die darin gebildet sind, um Batteriezellen effizient zu kühlen.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung wird ein Kühlsystem zum Kühlen von Batteriezellen offenbart. Das Kühlsystem weist eine Plattenanordnung auf, die eine Kammer definiert. Die Kammer ist dazu eingerichtet, ein Fluid darin aufzunehmen. Eine Vielzahl von Öffnungen erstreckt sich durch die Plattenanordnung. Jede der Vielzahl von Öffnungen ist dazu eingerichtet, auf eine Zellöffnung von einer der Batteriezellen ausgerichtet zu sein.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung weist eine Batteriemodulanordnung eine Vielzahl von Batteriezellen auf. Jede der Vielzahl von Batteriezellen weist eine darin gebildete Zellöffnung auf. Eine Plattenanordnung definiert eine Kammer. Die Kammer nimmt ein Fluid darin auf. Eine Vielzahl von Öffnungen erstreckt sich durch die Plattenanordnung. Jede der Vielzahl von Öffnungen ist dazu eingerichtet, auf eine Zellöffnung von einer der Batteriezellen ausgerichtet zu sein.
- Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Offenbarung wird eine Batteriemodulanordnung offenbart. Die Batteriemodulanordnung weist eine Vielzahl von Batteriezellen auf. Jede der Vielzahl von Batteriezellen weist eine darin gebildete Zellöffnung auf. Eine erste Kühlplatte greift in die Vielzahl von Batteriezellen ein und weist eine Vielzahl von darin gebildeten Öffnungen auf. Eine zweite Kühlplatte wirkt mit der ersten Kühlplatte zusammen, um eine Vielzahl von Strömungskanälen zum Aufnehmen eines Fluids zwischen der ersten Kühlplatte und der zweiten Kühlplatte zu bilden. Die zweite Kühlplatte weist eine Vielzahl von dort hindurch gebildeten Öffnungen auf. Jede der Vielzahl von Öffnungen der zweiten Kühlplatte und jede der Vielzahl von Öffnungen der ersten Kühlplatte ist auf die Zellöffnung der einen der Vielzahl von Batteriezellen ausgerichtet.
- Figurenliste
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1 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Batteriemodulanordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung; -
2 ist eine vergrößerte fragmentarische schematische Querschnittsvorderansicht von Batteriezellen und eines Kühlsystems der Batteriemodulanordnung von1 ; -
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Draufsicht auf die Batteriemodulanordnung von1 ; und -
4 ist eine Querschnittsansicht der Batteriemodulanordnung von1 entlang der Linie4-4 . - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und stellen diese grafisch dar. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, Fachleute zu befähigen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Hinsichtlich der offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhaft und daher ist die Reihenfolge der Schritte nicht wichtig oder entscheidend. Soweit der Begriff „in beträchtlichem Maße“ hierin verwendet wird, ist er so zu verstehen, wie er von Fachleuten im Hinblick auf die Beschreibung und die Zeichnungen verstanden wird.
- Der hierin verwendete Begriff Elektrofahrzeug ist derart definiert, dass er Fahrzeuge umfasst, die elektrischen Strom für alle Teile oder einen Teil der Fahrzeugantriebskraft verwenden. Das Elektrofahrzeug kann Hybrid-Elektrofahrzeuge, Plug-in-Elektrofahrzeuge, alle Elektro- oder Batterie-Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge, Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge oder andere elektrischen Strom verwendende Fahrzeuge umfassen, die heute bekannt sind oder künftig entwickelt werden.
- Wie in
1-4 dargestellt, umfasst eine Batteriemodulanordnung10 eine Vielzahl einzelner Batteriezellen12 und ein Kühlsystem14 , das an die Batteriezellen12 angrenzt oder daran gekoppelt ist. Jede der Batteriezellen12 umfasst eine darin gebildete Entlüftungsöffnung16 , die zum Abgeben von Luft daraus eingerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist jede der Batteriezellen12 zylindrisch geformt. Allerdings wird davon ausgegangen, dass die Batteriezellen12 je nach Anwendung andere Formen aufweisen können. Zum Beispiel können die Batteriezellen12 prismatisch geformt sein. Es wird ebenfalls davon ausgegangen, dass die Batteriezellen12 innerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt) enthalten sein können. Zusätzlich sind die Batteriezellen12 in einer Vielzahl von versetzten Reihen angeordnet. Allerdings können die Batteriezellen12 in einer Vielzahl von ausgerichteten Reihen, einem kreisförmigen Muster, einem unregelmäßigen Muster oder jedem beliebigen anderen Muster angeordnet sein, wenn gewünscht. - Das Kühlsystem
14 weist eine Außenfläche18 in Kontakt mit den Batteriezellen12 auf. Vorteilhafterweise kontaktiert die Außenfläche18 des Kühlsystems14 die Batteriezellen12 an einem Ende der Batteriezellen12 , an dem die Zellöffnungen16 gebildet sind. - Das Kühlsystem
14 wird von einem Paar Kühlplatten gebildet, die als eine erste Kühlplatte20 und eine zweite Kühlplatte21 bezeichnet werden. Die Kühlplatten20 ,21 definieren eine Kammer22 zum Darinaufnehmen eines Arbeitsfluids von einer Fluidquelle (nicht dargestellt). Das Arbeitsfluid wird durch Köpfe24 , die schematisch zur Veranschaulichung dargestellt sind, an eine und von einer Kammer22 transportiert. Die Köpfe24 können an jeder beliebigen Seite davon an die Kühlplatten20 ,21 gekoppelt werden. Das Arbeitsfluid ist zum Beispiel ein Kühlmittel oder Glykol. Wenngleich das Arbeitsfluid jedes andere Kühlfluid sein kann, wenn gewünscht. - Die erste Kühlplatte
20 weist die Außenfläche18 , eine Fluidfläche34 und eine Vielzahl von Öffnungen26 auf, die sich vollständig durch eine Dicke der ersten Kühlplatte20 erstrecken. Die Öffnungen26 erstrecken sich durch die Kühlplatte20 im Wesentlichen senkrecht zu der Außenfläche18 des Kühlsystems14 . Die Anzahl an Öffnungen26 hängt von der Anzahl an Zellöffnungen16 der Batteriezellen12 ab. Zum Beispiel sind sechzehn Zellöffnungen16 dargestellt, die der Anzahl der Batteriezellen12 entsprechen. Deshalb sind sechzehn der Öffnungen26 in der ersten Kühlplatte20 gebildet. Jede der Öffnungen26 ist im Wesentlichen auf eine der Zellöffnungen16 der Batteriezellen12 ausgerichtet. Wie hierin verwendet, wird im Wesentlichen als „in beträchtlichem Maße“ definiert. Zum Beispiel ist es wünschenswert, dass jede der Öffnungen26 konzentrisch auf eine der Zellöffnungen16 ausgerichtet ist. Allerdings können aufgrund von Abweichungen und Toleranzen bei der Herstellung und Montage der ersten Kühlplatte20 und der Batteriezellen12 die Öffnungen26 unregelmäßig oder nicht konzentrisch ausgerichtet sein. Günstige Ergebnisse wurden erzielt, bei denen die Öffnungen26 einen DurchmesserDA aufweisen, der geringer ist als ein DurchmesserDC der Zellöffnungen16 . Vorteilhafterweise trägt der kleinere DurchmesserDA der Öffnungen Herstellungs- und Montageabweichungen Rechnung im Abstand und in den Abmessungen jeder der Batteriezellen12 , die an das Kühlsystem14 gekoppelt sind, etwa Variationen in den Abmessungen zwischen den Öffnungen26 , Variationen in den Abmessungen zwischen den Zellöffnungen16 und/oder Variationen in den Toleranzen von entweder den Zellöffnungen16 oder den Öffnungen26 . Zum Beispiel kann ein Abstand zwischen einer Mitte benachbarter Zellöffnungen16 geringfügig größer sein als ein Abstand zwischen einer Mitte der entsprechenden benachbarten Öffnungen26 . Als Folge der kleineren DurchmesserDA der Öffnungen26 überlagern die Zellöffnungen16 teilweise die Außenfläche18 der ersten Kühlplatte20 . Die Öffnungen26 sind im Wesentlichen auf die entsprechenden Zellöffnungen16 ausgerichtet, um eine Fluidverbindung von den Zellöffnungen16 zu der Umgebung oder zur Wiederverwendung der Gase in einem anderen Abschnitt des Fahrzeugs bereitzustellen. - Die zweite Kühlplatte
21 weist eine Vielzahl von Vorsprüngen28 auf, die sich von einer Fluidfläche30 der zweiten Kühlplatte21 nach außen erstrecken. Jeder der Vorsprünge28 ist im Wesentlichen kegelstumpfförmig geformt und bildet eine im Wesentlichen ebene Fläche, die dazu eingerichtet ist, in die Fluidfläche34 der ersten Kühlplatte20 zu greifen. Allerdings können die Vorsprünge28 andere Formen haben, wie gewünscht, etwa eine zylindrische, eine quaderförmige oder jede andere Form, wie gewünscht, um in die Fluidfläche34 der ersten Kühlplatte20 zu greifen. Jeder der Vorsprünge28 weist eine Öffnung36 auf, die im Wesentlichen konzentrisch dort hindurch gebildet ist. Die Öffnungen36 erstrecken sich durch die zweite Kühlplatte21 im Wesentlichen senkrecht zu der Außenfläche32 davon. Eine Anzahl von Vorsprüngen28 und eine Anzahl von Öffnungen36 hängen von der Anzahl von Zellöffnungen16 der Batteriezellen12 und der Anzahl von Öffnungen26 der ersten Kühlplatte20 ab. Zum Beispiel sind sechzehn Zellöffnungen16 und sechzehn Öffnungen26 der ersten Kühlplatte20 dargestellt, die der Anzahl der Batteriezellen12 entsprechen. Deshalb sind sechzehn Vorsprünge28 und sechzehn der Öffnungen36 in der zweiten Kühlplatte21 gebildet. Jede der Öffnungen36 der zweiten Kühlplatte21 ist im Wesentlichen auf eine der Öffnungen26 der ersten Kühlplatte20 und daher auf eine der Zellöffnungen16 der Batteriezellen12 ausgerichtet. Wie hierin verwendet, wird im Wesentlichen als „in beträchtlichem Maße“ definiert. Ein DurchmesserD2 der Öffnungen36 der zweiten Kühlplatte21 ist im Wesentlichen gleich dem DurchmesserDA der Öffnungen26 der ersten Kühlplatte20 . Die Öffnungen36 sind im Wesentlichen auf die entsprechenden Öffnungen26 der ersten Kühlplatte20 und die entsprechenden Zellöffnungen16 ausgerichtet, um eine Fluidverbindung von den Zellöffnungen16 zu der Umgebung oder zur Wiederverwendung der Gase in einem anderen Abschnitt des Fahrzeugs bereitzustellen. - Die Kühlplatten
20 ,21 sind durch ein Kopplungsmittel miteinander gekoppelt, wie zum Beispiel einem Löt-, einem Präge- oder einen Klemmvorgang, um eine Plattenanordnung zu bilden. Wenngleich davon ausgegangen wird, dass andere Kopplungsmittel, etwa Schrauben, Stifte und dergleichen wie gewünscht verwendet werden können. Die ebene Fläche32 eines jeden der Vorsprünge28 greift in die Fluidfläche34 der ersten Kühlplatte20 ein. Die Kammer22 ist zwischen der Fluidfläche30 der zweiten Kühlplatte21 und der Fluidfläche34 der ersten Kühlplatte20 gebildet. Das Arbeitsfluid strömt durch die Kammer22 . Die Vorsprünge28 bilden Strömungswege für das Arbeitsfluid zum Durchströmen. Die Kühlplatten20 ,21 können aus einem wärmeleitenden Material gebildet sein, zum Beispiel Aluminium oder Stahl. Während die Figuren das Paar separat gebildeter Kühlplatten20 ,21 darstellen, wird davon ausgegangen, dass die Kühlplatten20 ,21 einstückig als eine Einzeleinheit gebildet sind. - In der Anwendung werden die Batteriezellen
12 im Eingriff mit der Außenfläche18 der ersten Kühlplatte20 platziert, wobei die Zellöffnungen16 der Batteriezellen12 im Wesentlichen auf die Öffnungen26 , die in der ersten Kühlplatte20 gebildet sind, und die Öffnungen36 , die in der zweiten Kühlplatte gebildet sind, ausgerichtet sind. Das Arbeitsfluid wird der Kammer22 über die Köpfe24 bereitgestellt, um um die Vorsprünge28 herum durch die Kammer22 zu zirkulieren. Das Arbeitsfluid erleichtert das Kühlen der Batteriezellen12 . Zusätzlich können, wenn die Batteriezellen12 Gase ableiten, die durch hohe Temperaturen oder thermisches Durchgehen verursacht wurden, die Gase von den Batteriezellen12 durch die Öffnungen26 ,36 und aus der Batteriemodulanordnung10 nach außen in die Umgebung oder zur Wiederverwendung in einen anderen Abschnitt des Fahrzeugs strömen. - Aus der vorstehenden Beschreibung können Fachleute leicht die wichtigen Eigenschaften dieser Erfindung bestimmen und, ohne von deren Gedanken und Schutzumfang abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Verwendungszwecke und Bedingungen anzupassen. Insbesondere können die Merkmale sämtlicher Ansprüche beliebig miteinander kombiniert werden, soweit sie einander nicht widersprechen.
- 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
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- US 2013/0192807 [0004]
Claims (20)
- Kühlsystem zum Kühlen von Batteriezellen, welches aufweist: eine Plattenanordnung, die eine Kammer definiert, wobei die Kammer dazu eingerichtet ist, ein Fluid darin aufzunehmen; und eine Vielzahl von Öffnungen, die sich durch die Plattenanordnung erstrecken, wobei jede der Vielzahl von Öffnungen dazu eingerichtet ist, auf eine Zellöffnung der einen der Batteriezellen ausgerichtet zu sein.
- Kühlsystem nach
Anspruch 1 , wobei die Plattenanordnung eine erste Kühlplatte aufweist, und wobei die erste Kühlplatte im Wesentlichen eben ist und eine Vielzahl von darin gebildeten ersten Öffnungen aufweist. - Kühlsystem nach
Anspruch 2 , wobei die Plattenanordnung eine zweite Kühlplatte aufweist, wobei die zweite Kühlplatte eine Vielzahl von darin gebildeten zweiten Öffnungen aufweist, und wobei die Vielzahl von zweiten Öffnungen der zweiten Kühlplatte auf die Vielzahl von ersten Öffnungen der ersten Kühlplatte ausgerichtet ist, um die Vielzahl von Öffnungen der Plattenanordnung zu bilden. - Kühlsystem nach
Anspruch 3 , wobei die zweite Kühlplatte eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die sich von einer Oberfläche davon erstrecken. - Kühlsystem nach
Anspruch 4 , wobei jede der Vielzahl von zweiten Öffnungen der zweiten Kühlplatte durch einen der Vielzahl von Vorsprüngen gebildet ist. - Kühlsystem nach
Anspruch 4 , wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen im Wesentlichen kegelstumpfförmig geformt ist. - Kühlsystem nach
Anspruch 1 , wobei jede der Vielzahl von Öffnungen, die sich durch die Plattenanordnungen erstrecken, einen Durchmesser hat, der geringer ist als ein Durchmesser der Zellöffnung einer entsprechenden einen der Batteriezellen. - Kühlsystem nach
Anspruch 1 , ferner aufweisend ein Paar Köpfe in Fluidverbindung mit der Kammer. - Batteriemodulanordnung, welche aufweist: eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine darin gebildete Zellöffnung aufweist, eine Plattenanordnung, die eine Kammer definiert, wobei die Kammer ein Fluid darin aufnimmt, und eine Vielzahl von Öffnungen, die sich durch die Plattenanordnung erstrecken, wobei jede der Vielzahl von Öffnungen dazu eingerichtet ist, auf eine Zellöffnung von einer der Batteriezellen ausgerichtet zu sein.
- Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine zylindrische Form aufweist. - Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine prismatische Form aufweist. - Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei die Vielzahl von Batteriezellen in versetzten Reihen angeordnet ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei das Fluid ein Kühlmittel oder Glykol ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei die Plattenanordnung aus einer ersten Kühlplatte gebildet ist, die in eine zweite Kühlplatte greift, wobei die erste Kühlplatte und die zweite Kühlplatte jeweils darin gebildete Öffnungen aufweist. - Batteriemodul nach
Anspruch 14 , wobei die zweite Kühlplatte eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die sich von einer Oberfläche davon erstrecken, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen in eine Fläche der ersten Kühlplatte eingreift. - Batteriemodul nach
Anspruch 9 , wobei jede der Vielzahl von Öffnungen einen Durchmesser hat, der geringer ist als ein Durchmesser der Zellöffnung der entsprechenden einen der Batteriezellen. - Batteriemodulanordnung, welche aufweist: eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine darin gebildete Zellöffnung aufweist; eine erste Kühlplatte, die in die Vielzahl von Batteriezellen eingreift und eine Vielzahl von darin gebildeten Öffnungen aufweist; und eine zweite Kühlplatte, die mit der ersten Kühlplatte zusammenwirkt, um eine Vielzahl von Strömungskanälen zum Aufnehmen eines Fluids zwischen der ersten Kühlplatte und der zweiten Kühlplatte zu bilden, wobei die zweite Kühlplatte eine Vielzahl von darin gebildeten Öffnungen aufweist, wobei jede der Vielzahl von Öffnungen der zweiten Kühlplatte und jede der Vielzahl von Öffnungen der ersten Kühlplatte auf die Zellöffnung der einen der Vielzahl von Batteriezellen ausgerichtet ist.
- Batteriemodul nach
Anspruch 17 , wobei die zweite Kühlplatte eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die sich von einer Oberfläche davon erstrecken, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen in die erste Kühlplatte eingreift. - Batteriemodul nach
Anspruch 17 , wobei ein Durchmesser der Vielzahl von Öffnungen der ersten Kühlplatte und ein Durchmesser der Vielzahl von Öffnungen der zweiten Kühlplatte geringer sind als ein Durchmesser der Zellöffnung einer entsprechenden aus der Vielzahl von Batteriezellen. - Batteriemodul nach
Anspruch 17 , wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine zylindrische oder prismatische Form hat.
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