DE102019203457A1 - Battery system with cooling housing - Google Patents

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David Deska
Steffen Schoenfeld
Bernhard Huber
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifftBatteriesystem (2), umfassend eine Mehrzahl von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen (4) sowie ein Kühlgehäuse (6) zur Kühlung der Batteriezellen (4), mit einer Gehäuseoberseite (8), einer Gehäuseunterseite (10) und einem zwischen der Gehäuseoberseite (8) und der Gehäuseunterseite (10) angeordneten Raum (12) zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Kühlmediums (14), wobei die Batteriezellen (4) einen elektrisch isolierten Bereich (16a) und einen elektrisch nicht isolierten Bereich (16b) aufweisen, wobei der elektrisch nicht isolierte Bereich (16b) der Batteriezellen (4) außerhalb des Raums (12) und der elektrisch isolierte Bereich (16a) der Batteriezellen (4) zumindest teilweise innerhalb des Raums (12) angeordnet ist, sodass die Batteriezellen (4) zur Kühlung innerhalb des Kühlgehäuses (6) von dem elektrisch leitfähigen Kühlmedium (14) umspülbar sind.The invention relates to a battery system (2) comprising a plurality of battery cells (4) in the form of round cells and a cooling housing (6) for cooling the battery cells (4), with a housing top (8), a housing bottom (10) and one between the Housing top (8) and the housing bottom (10) arranged space (12) for receiving an electrically conductive cooling medium (14), the battery cells (4) having an electrically insulated area (16a) and an electrically non-insulated area (16b), wherein the electrically non-isolated area (16b) of the battery cells (4) outside the space (12) and the electrically isolated area (16a) of the battery cells (4) is at least partially arranged inside the space (12) so that the battery cells (4) for Cooling within the cooling housing (6) can be washed around by the electrically conductive cooling medium (14).

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem System nach Gattung des unabhängigen Systemanspruchs sowie einem Kraftfahrzeug, umfassend ein derartiges System.The present invention is based on a system according to the preamble of the independent system claim and a motor vehicle comprising such a system.

Stand der TechnikState of the art

Heutige Elektro- und Hybridfahrzeuge werden mit Hochleistungsbatterien betrieben, in denen zur Energiebereitstellung eine Vielzahl von Batteriezellen miteinander verschaltet sind. Mit der Bereitstellung der Energie geht eine große Wärmeentwicklung einher, die durch leistungsstarke Kühlsysteme abgeführt werden muss. Eine besonders effektive Kühlung erfolgt hierbei, indem die Batteriezellen direkt von einem Kühlmedium umspült werden. Dies erfordert jedoch - aufgrund einer zu gewährleistenden Isolation zwischen den Batteriezellen und dem Kühlmedium - eine Verwendung von Kühlmedien mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit. Die Verwendung solcher Kühlmittel ist insbesondere aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten nachteilig. So sind nicht nur die Kühlmedien selbst teuer, sondern erfordern zudem die Verwendung eines separaten Kühlkreislaufs für das betreffende Batteriesystem, inklusive einer Pumpe, eines Wärmetauschers, Ausgleichsbehältern sowie zusätzlichen Schlauchverbindungen. Darüber hinaus erfordert die Verwendung betreffender Kühlmedien den Einsatz besonderer Werkstoffe für die eingesetzten Batteriekomponenten.Today's electric and hybrid vehicles are operated with high-performance batteries in which a large number of battery cells are interconnected to provide energy. The provision of energy is accompanied by a large amount of heat that must be dissipated by powerful cooling systems. A particularly effective cooling takes place in that the battery cells are washed directly by a cooling medium. However, due to the insulation to be ensured between the battery cells and the cooling medium, this requires the use of cooling media with very low electrical conductivity. The use of such coolants is particularly disadvantageous because of the high costs involved. Not only are the cooling media themselves expensive, they also require the use of a separate cooling circuit for the battery system in question, including a pump, a heat exchanger, expansion tanks and additional hose connections. In addition, the use of the relevant cooling media requires the use of special materials for the battery components used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Systemanspruchs sowie gemäß einem zweiten Aspekt ein Kraftfahrzeug, umfassend ein derartiges System. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.According to a first aspect, the subject matter of the invention is a system having the features of the independent system claim and, according to a second aspect, a motor vehicle comprising such a system. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the system according to the invention naturally also apply in connection with the motor vehicle according to the invention and in each case vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Batteriesystem, umfassend:

  • - eine Mehrzahl von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen,
  • - ein Kühlgehäuse zur Kühlung der Batteriezellen, mit einer Gehäuseoberseite, einer Gehäuseunterseite und einem zwischen der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite angeordneten Raum zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Kühlmediums,
  • - wobei die Batteriezellen einen elektrisch isolierten Bereich und einen elektrisch nicht isolierten Bereich aufweisen,
wobei der elektrisch nicht isolierte Bereich der Batteriezellen außerhalb des Raums und der elektrisch isolierte Bereich der Batteriezellen zumindest teilweise innerhalb des Raums angeordnet ist, sodass die Batteriezellen zur Kühlung innerhalb des Kühlgehäuses von dem elektrisch leitfähigen Kühlmedium umspülbar sind.According to the first aspect of the invention, the object is achieved by a battery system comprising:
  • - a plurality of battery cells in the form of round cells,
  • - A cooling housing for cooling the battery cells, with a housing top, a housing bottom and a space arranged between the housing top and the housing bottom to accommodate an electrically conductive cooling medium,
  • - wherein the battery cells have an electrically isolated area and an electrically non-isolated area,
wherein the electrically non-insulated area of the battery cells is arranged outside the space and the electrically insulated area of the battery cells is at least partially arranged inside the space, so that the electrically conductive cooling medium can be washed around the battery cells for cooling within the cooling housing.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem gemäß dem Hauptanspruch dient insbesondere der Aufnahme und Kühlung von Batteriezellen. Hierbei ist der Vorteil des Batteriesystems vor allem darin zu sehen, dass durch dessen erfindungsgemäßen Aufbau und Ausgestaltung eine effektive Kühlung von Batteriezellen mittels direkter Umspülung gewährleistet wird, wobei die Notwendigkeit der Verwendung eines kostenintensiven Kühlmediums mit geringer elektrischer Leitfähigkeit entfällt. Neben einer Kosteneinsparung durch den Entfall eines solchen Kühlmediums sind weitere Kosteneinsparungen durch den Entfall ansonsten zusätzlich nötiger Komponenten, wie Pumpen, Wärmetauscher, Ausgleichsbehälter oder zusätzlicher Schlauchverbindungen sowie Kosteneinsparungen durch die Verwendung von Standardmaterialien möglich. Neben einer beträchtlichen Kosteneinsparung wird durch das erfindungsgemäße Batteriesystem eine erhebliche Bauraumreduzierung sowie der Entfall zusätzlicher Befüllvorgänge ermöglicht. Schließlich ist bei einer Verwendung herkömmlicher elektrisch leitfähiger Kühlmittel eine wesentlich geringere Anforderung an die Dichtheit entsprechender Kühlsysteme zu stellen.The battery system according to the invention according to the main claim is used in particular to accommodate and cool battery cells. The advantage of the battery system is primarily to be seen in the fact that its inventive design and configuration ensures effective cooling of battery cells by means of direct flushing, eliminating the need to use an expensive cooling medium with low electrical conductivity. In addition to cost savings through the elimination of such a cooling medium, further cost savings are possible through the elimination of otherwise additionally required components such as pumps, heat exchangers, expansion tanks or additional hose connections, as well as cost savings through the use of standard materials. In addition to considerable cost savings, the battery system according to the invention enables a considerable reduction in installation space and the elimination of additional filling processes. Finally, when conventional electrically conductive coolants are used, the tightness of corresponding cooling systems is much less demanding.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem kann hierbei vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzt werden. Ebenso ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Batteriesystems in Lastkraftwagen, Kränen, Gabelstaplern, Schiffen, Flugobjekten oder stationären Systemen denkbar.The battery system according to the invention can preferably be used in a motor vehicle, in particular in an electric or hybrid vehicle. Use of the battery system according to the invention in trucks, cranes, forklifts, ships, flying objects or stationary systems is also conceivable.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst hierbei eine Mehrzahl von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen sowie ein Kühlgehäuse zur Kühlung der Batteriezellen, mit einer Gehäuseoberseite, einer Gehäuseunterseite und einem zwischen der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite angeordneten Raum zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Kühlmediums. Hierbei ist erfindungsgemäße vorgesehen, dass die Batteriezellen einen elektrisch isolierten Bereich und einen elektrisch nicht isolierten Bereich aufweisen, wobei der elektrisch nicht isolierte Bereich der Batteriezellen außerhalb des Raums und der elektrisch isolierte Bereich der Batteriezellen zumindest teilweise innerhalb des Raums angeordnet ist, sodass die Batteriezellen zur Kühlung innerhalb des Kühlgehäuses von dem elektrisch leitfähigen Kühlmedium umspülbar sind.The battery system according to the invention here comprises a plurality of battery cells formed in the form of round cells and a cooling housing for cooling the battery cells, with a housing top, a housing bottom and a space arranged between the housing top and the housing bottom to accommodate an electrically conductive cooling medium. It is provided according to the invention that the battery cells have an electrically insulated area and an electrically non-isolated area, the electrically non-isolated area of the battery cells outside of the room and the electrically insulated area of the battery cells is at least partially arranged inside the room, so that the battery cells for cooling inside the cooling housing can be washed around by the electrically conductive cooling medium.

Das gegenständliche Batteriesystem, insbesondere das gegenständliche Kühlgehäuse des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist hierbei vorteilhafterweise quaderförmig ausgeformt und beispielsweise dazu vorgesehen, eine Mehrzahl von nebeneinander und/oder hintereinander angeordneten Rundzellen aufzunehmen. Im Rahmen einer stabilen Anordnung ist das Kühlgehäuse hierbei vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff, insbesondere einem Kupferwerkstoff, einem Aluminiumwerkstoff oder einem Eisenwerkstoff oder dergleichen gebildet und vorzugsweise zur elektrischen Isolation mit einer Kunststoffbeschichtung oder dergleichen überzogen. Der gegenständliche zwischen der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite angeordnete Raum zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Kühlmediums kann hierbei vorzugsweise einen Wärmeaustauschkanal zum Wärmeaustausch mit innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen aufweisen bzw. bilden. Das gegenständliche Kühlgehäuse kann einteilig oder auch mehrteilig gebildet sein und beispielsweise über Strangpressverfahren oder dergleichen hergestellt sein. Hinsichtlich eines mechanischen Schutzes sowie einer elektrischen Isolation kann das gegenständliche Kühlgehäuse zudem noch mit einer Deckplatte oder dergleichen versehen sein, die beispielsweise lösbar oder unlösbar kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Kühlgehäuse verbunden ist. Unter einem elektrisch leitfähigen Kühlmedium wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein Kühlmedium verstanden, dass bei Standardbedingungen eine elektrische Leitfähigkeit von zumindest 10-8 S/m, insbesondere zumindest 10-6 S/m aufweist.The battery system in question, in particular the cooling housing in question of the battery system according to the invention, is advantageously shaped like a cuboid and is provided, for example, to accommodate a plurality of round cells arranged next to one another and / or one behind the other. As part of a stable arrangement, the cooling housing is preferably made of a metal material, in particular a copper material, an aluminum material or an iron material or the like, and is preferably covered with a plastic coating or the like for electrical insulation. The actual space arranged between the upper side of the housing and the lower side of the housing for receiving an electrically conductive cooling medium can preferably have or form a heat exchange channel for heat exchange with battery cells arranged within the housing. The cooling housing in question can be formed in one piece or also in several pieces and, for example, be produced using an extrusion process or the like. With regard to mechanical protection and electrical insulation, the cooling housing in question can also be provided with a cover plate or the like, which is, for example, detachably or non-detachably non-positively, positively or cohesively connected to the cooling housing. In the context of the invention, an electrically conductive cooling medium is preferably understood to mean a cooling medium that, under standard conditions, has an electrical conductivity of at least 10 -8 S / m, in particular at least 10 -6 S / m.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass eine Isolationsfunktion auch über die Bereitstellung von Batteriezellen mit elektrisch isolierten Bereichen erzielt werden kann, wodurch die Notwendigkeit der Verwendung eines teuren Kühlmediums mit extrem geringer elektrischer Leitfähigkeit entfällt, aber gleichzeitig eine Kühlmethode offenbart wird, bei der die Batteriezellen mittels eines Kühlmediums direkt umspült werden können.In the context of the present invention it has been recognized that an insulation function can also be achieved by providing battery cells with electrically isolated areas, which eliminates the need to use an expensive cooling medium with extremely low electrical conductivity, but at the same time discloses a cooling method in which the battery cells can be washed around directly by means of a cooling medium.

Hinsichtlich einer sinnvollen Ausgestaltung und Anordnung der isolierten und nicht isolierten Bereiche der gegenständlichen Batteriezellen, insbesondere im Hinblick auf eine möglichst effektive Kühlung der innerhalb des Kühlgehäuses angeordneten Batteriezellen, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Batteriezellen zwei durch einen isolierten Bereich getrennt voneinander angeordnete nicht isolierte Bereiche aufweisen, die vorzugsweise im Bereich eines Pluspols und eines Minuspols der Batteriezellen angeordnet sind, wobei eine Grenzfläche zwischen den nicht isolierten Bereichen und dem isolierten Bereich insbesondere jeweils unmittelbar an dem Pluspol und dem Minuspol angeordnet ist. Durch die fehlende Isolierung an den Polen wird eine konstruktiv einfache Verschaltung gewährleistet. Indem die isolierten Bereiche bis unmittelbar an die Pole reichen, wird ferner eine möglichst große Kühlfläche zum Wärmeaustausch einer Batteriezelle mit einem Kühlmedium gewährleistet.With regard to a sensible design and arrangement of the isolated and non-isolated areas of the battery cells in question, in particular with regard to the most effective possible cooling of the battery cells arranged within the cooling housing, the invention can advantageously provide that the battery cells separate two uninsulated from one another by an isolated area Have areas which are preferably arranged in the area of a positive pole and a negative pole of the battery cells, an interface between the non-isolated areas and the isolated area in particular being arranged directly on the positive pole and the negative pole. The lack of insulation at the poles ensures a structurally simple connection. Since the insulated areas extend right up to the poles, the largest possible cooling surface for heat exchange between a battery cell and a cooling medium is ensured.

Bevorzugt kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der elektrisch isolierte Bereich in Form einer Beschichtung gebildet ist, wobei die Beschichtung vollflächig entlang des elektrisch isolierten Bereichs aufgebracht und insbesondere in Form eines Lackes gebildet ist. Mittels einer vollflächigen Beschichtung ist es auf konstruktiv einfache Weise möglich einen ausgewählten Bereich einer Batteriezelle entsprechend elektrisch zu isolieren. Als potentielle Beschichtungsmaterialien können vorzugsweise Kunststoffe, insbesondere polymere Kunststoffe verwendet werden. Alternativ ist auch der Einsatz von Keramikbeschichtungen oder Harzen denkbar. Als Beschichtungsmaterialien eignen sich hierbei insbesondere Materialien mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Durchschlagsfestigkeit, wobei geeignete Beschichtungsmaterialien unter Standardbedingungen vorteilhafterweise eine elektrische Leitfähigkeit unter Standardbedingungen von weniger als 10-4 S/m, insbesondere weniger als 10-6 S/m und/oder eine Durchschlagfestigkeit unter Standardbedingungen von zumindest 20 kV/mm vorzugsweise von zumindest 30 V/mm aufweisen. Eine Beschichtung in Form eines Lackes bietet sich ferner insbesondere im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung möglichst gleichmäßiger Beschichtungen an. Als Beschichtungsverfahren kommen hierbei beispielsweise Tauchlackierverfahren, Spritzverfahren, Zerstäubungsverfahren oder Streichverfahren in Frage.Preferably, within the scope of the invention, it can be provided that the electrically insulated area is formed in the form of a coating, the coating being applied over the entire surface along the electrically insulated area and in particular in the form of a lacquer. By means of a full-surface coating, it is possible in a structurally simple manner to electrically isolate a selected area of a battery cell accordingly. Plastics, in particular polymer plastics, can preferably be used as potential coating materials. Alternatively, the use of ceramic coatings or resins is also conceivable. Particularly suitable coating materials here are materials with a low electrical conductivity and high dielectric strength, with suitable coating materials advantageously having an electrical conductivity under standard conditions of less than 10 -4 S / m, in particular less than 10 -6 S / m and / or have a dielectric strength under standard conditions of at least 20 kV / mm, preferably of at least 30 V / mm. A coating in the form of a lacquer is also particularly suitable with regard to simple and inexpensive production of coatings that are as uniform as possible. Coating processes that can be used here are, for example, dip painting processes, spray processes, atomization processes or brushing processes.

Um einerseits eine notwendige elektrische Isolation zu gewährleisten, aber andererseits auch einen effektiven Wärmeaustauch garantieren zu können, kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die Beschichtung in Form eines elektrisch isolierenden, wärmeleitfähigen Materials gebildet ist. Für ein solches Material bieten sich vorzugsweise thermisch leitende, elektrische Isolatoren, insbesondere auf Silikonbasis an.In order to ensure the necessary electrical insulation on the one hand, but also to be able to guarantee effective heat exchange on the other hand, the invention can in particular provide that the coating is formed in the form of an electrically insulating, thermally conductive material. For such a material, thermally conductive, electrical insulators, in particular based on silicone, are preferred.

Im Hinblick auf eine kostengünstige Ausführung sowie eine besonders effektive Wärmeabführung innerhalb des gegenständlichen Kühlsystems kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass ein elektrisch leitfähiges Kühlmedium zur Kühlung der Batteriezellen vorgesehen ist, wobei das Kühlmedium vorzugsweise zumindest teilweise in Form von Wasser, insbesondere in Form eines Wasser/Glykol-Gemisches gebildet ist. Neben der Verwendung von Wasser oder eines Wasser/Glykol-Gemisches als Kühlmittel können auch andere gängige Kühlmittel, wie Ethylen-Glykol-Gemische, Isopropanol oder dergleichen verwendet werden. Eine Auswahl der geeigneten Kühlmittel kann hierbei neben einem Preis auch hinsichtlich anderer Kriterien, wie dem Gefrierpunkt, der Umweltfreundlichkeit, der thermischen Stabilität, Brennbarkeit oder Entflammbarkeit, der chemischen und thermischen Beständigkeit, der Toxizität sowie der Kompatibilität gegenüber anderen Stoffen erfolgen.With regard to an inexpensive design and particularly effective heat dissipation within the cooling system in question, it can furthermore be provided according to the invention that an electrically conductive cooling medium is provided for cooling the battery cells, the cooling medium preferably at least partially in the form is formed by water, in particular in the form of a water / glycol mixture. In addition to using water or a water / glycol mixture as the coolant, other common coolants such as ethylene-glycol mixtures, isopropanol or the like can also be used. In addition to a price, the selection of suitable coolants can also be based on other criteria, such as freezing point, environmental friendliness, thermal stability, combustibility or flammability, chemical and thermal resistance, toxicity and compatibility with other substances.

Im Rahmen einer gewichtsoptimierten, anpassbaren und flexibel austauschbaren Ausführung des gegenständlichen Batteriesystems kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass das Kühlgehäuse Ausnehmungen zur Aufnahme der Batteriezellen aufweist, wobei die Ausnehmungen vorzugsweise in der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite, insbesondere jeweils gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Hierbei können die innerhalb einer Ebene (innerhalb des Gehäuseoberteils oder des Gehäuseunterteils) vorgesehenen Ausnehmungen vorzugsweise nebeneinander sowie vor- und hintereinander angeordnet sein, wobei insbesondere jeweils eine Ausnehmung aus dem Gehäuseoberteil und aus dem Gehäuseunterteil gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Eine gegenüberliegend zueinander ausgerichtete Anordnung gewährleistet hierbei insbesondere eine einfache Einführung von den in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen in das gegenständliche Kühlgehäuse, in das die Batteriezellen im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseoberseite und Gehäuseunterseite durch die Ausnehmungen eingeführt werden. Vorteilhafterweise werden die Batteriezellen hierbei derart in den Ausnehmungen angeordnet, dass der isolierte Bereich möglichst vollständig innerhalb des zwischen der Gehäuseoberseite und Gehäuseunterseite angeordneten Raums zur Aufnahme eines Kühlmediums angeordnet ist. Zur Abdichtung des Raums bzw. zur Abdichtung des innerhalb des Raums angeordneten Kühlkanals nach Außen können zudem vorzugsweise an der Außenseite der Ausnehmungen angeordnete Dichtmittel vorgesehen sein. Die gegenständlichen Dichtmittel können vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus Gummi gebildet sein.In the context of a weight-optimized, adaptable and flexibly exchangeable embodiment of the battery system in question, it can furthermore be provided according to the invention that the cooling housing has recesses for receiving the battery cells, the recesses preferably being arranged in the housing top and the housing bottom, in particular opposite one another. The recesses provided within a plane (within the upper housing part or the lower housing part) can preferably be arranged next to one another and in front of and behind one another, in particular one recess from the upper housing part and one from the lower housing part being arranged opposite one another. An arrangement aligned opposite one another ensures, in particular, a simple introduction of the battery cells formed in the form of round cells into the cooling housing in question, into which the battery cells are introduced through the recesses essentially perpendicular to the housing top and housing bottom. The battery cells are advantageously arranged in the recesses in such a way that the insulated area is arranged as completely as possible within the space for receiving a cooling medium arranged between the upper side of the housing and the lower side of the housing. In addition, sealing means arranged on the outside of the recesses can preferably be provided to seal off the space or to seal off the cooling channel arranged inside the space from the outside. The sealing means in question can preferably be formed from a plastic, in particular from rubber.

Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Herstellung, insbesondere hinsichtlich möglicher Massenproduktionen ist es ferner ebenfalls denkbar, dass das Kühlgehäuse mehrteilig, insbesondere zweiteilig gebildet ist. So kann das gegenständliche Kühlgehäuse beispielsweise aus einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil zusammengesetzt sein, die dann beispielsweise durch geeignete Herstellungsverfahren, wie Strangpressverfahren oder dergleichen gebildet sein können und nach einer separaten Herstellung entsprechend zusammengesetzt werden können.With regard to a structurally simple production, in particular with regard to possible mass production, it is also conceivable that the cooling housing is formed in several parts, in particular in two parts. For example, the cooling housing in question can be composed of an upper housing part and a lower housing part, which can then be formed, for example, by suitable manufacturing processes, such as extrusion processes or the like, and can be assembled accordingly after separate manufacture.

Im Hinblick auf eine schnelle und einfache Art der Verbindung einer Gehäuseoberseite und Gehäuseunterseite sowie auch zur Verbindung einer Deck- oder Bodenplatte mit einer Gehäuseoberseite und/oder Gehäuseunterseite zur Herstellung eines gegenständlichen Kühlgehäuses, ist es ebenfalls denkbar, dass das Kühlgehäuse weitere Ausnehmungen zur Aufnahme von Verbindungselementen aufweist. Hierbei können zumindest zwei, vorzugsweise zumindest vier Ausnehmungen innerhalb der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite vorgesehen sein, die insbesondere korrespondierend zueinander, vorteilhafterweise in den Randbereichen der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite angeordnet sind. Über die Gehäuseoberseite und die Gehäuseunterseite kann mittels dieser Ausnehmungen dann auf einfache Weise eine formschlüssige, kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung der Kühlgehäuseteile vorgenommen werden.With regard to a quick and simple way of connecting a housing top and housing bottom and also for connecting a cover or base plate to a housing top and / or housing bottom to produce a cooling housing in question, it is also conceivable that the cooling housing has further recesses for receiving connecting elements having. Here, at least two, preferably at least four, recesses can be provided within the upper side of the housing and the lower side of the housing, which in particular are arranged corresponding to one another, advantageously in the edge regions of the upper side of the housing and the lower side of the housing. By means of these recesses, a form-fitting, force-fitting or material connection of the cooling housing parts can then be made in a simple manner via the upper side of the housing and the lower side of the housing.

Optional ist es insbesondere im Hinblick auf eine schnelle Umrüstbarkeit des gegenständlichen Batteriesystems zudem ebenfalls denkbar, dass das Kühlgehäuse zumindest eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung zur Einführung und Abführung eines Kühlmittels aufweist. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen können hierbei vorzugsweise in Form von Bohrungen oder ähnlichem ausgestaltet sein.Optionally, it is also conceivable, in particular with a view to the ability of the battery system in question to be quickly converted, for the cooling housing to have at least one inlet and one outlet opening for introducing and discharging a coolant. The inlet and outlet openings can preferably be designed in the form of bores or the like.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Kraftfahrzeugkühlsystem sowie ein voranstehend beschriebenes Batteriesystem, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Batteriesystem und das Kraftfahrzeugkühlsystem unmittelbar miteinander verbunden sind. Damit bringt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriesystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Insbesondere ist über eine gegenständliche Verbindung eines Batteriekühlsystems mit einem Fahrzeugkühlsystem möglich, auf separate Kühlkomponenten, wie Pumpen, Wärmetauscher, Ausgleichsbehälter oder zusätzliche Schlauchverbindungen zu verzichten, was neben erheblichen Kosteneinsparungen eine Bauraumreduzierung und somit eine kompaktere Anordnung ermöglicht.According to the second aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle comprising a motor vehicle cooling system and a battery system described above, the invention providing that the battery system and the motor vehicle cooling system are directly connected to one another. The motor vehicle according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the battery system according to the invention according to the first aspect of the invention. In particular, a physical connection between a battery cooling system and a vehicle cooling system makes it possible to dispense with separate cooling components such as pumps, heat exchangers, expansion tanks or additional hose connections, which, in addition to considerable cost savings, allows a reduction in installation space and thus a more compact arrangement.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. Those mentioned in the claims and in the description can be used Features can be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung zweier übereinander angeordneter erfindungsgemäßer Batteriesysteme, umfassend jeweils ein Kühlgehäuse zur Kühlung von Batteriezellen,
  • 2 eine schematische Darstellung einer in Form einer Rundzelle gebildeten erfindungsgemäßen Batteriezelle.
Show it:
  • 1 a schematic representation of two superimposed battery systems according to the invention, each comprising a cooling housing for cooling battery cells,
  • 2 a schematic representation of a battery cell according to the invention formed in the form of a round cell.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the same reference numerals are used for the same technical features from different exemplary embodiments.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided that they are technically sensible, without leaving the scope of the present invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung zweier übereinander angeordneter erfindungsgemäßer Batteriesysteme 2, umfassend jeweils ein Kühlgehäuse 6 zur Kühlung von Batteriezellen 4. 1 shows a schematic representation of two battery systems according to the invention arranged one above the other 2 , each comprising a cooling housing 6th for cooling battery cells 4th .

Die Batteriesysteme 2, umfassen hierbei eine Mehrzahl von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen 4, ein Kühlgehäuse 6 zur Kühlung der Batteriezellen 4, mit einer Gehäuseoberseite 8, einer Gehäuseunterseite 10 und einem zwischen der Gehäuseoberseite 8 und der Gehäuseunterseite 10 angeordneten Raum 12 zur Aufnahme eines vorliegend nicht dargestellten einfüllbaren elektrisch leitfähigen Kühlmediums 14.The battery systems 2 , include a plurality of battery cells in the form of round cells 4th , a cooling case 6th for cooling the battery cells 4th , with a housing top 8th , a case bottom 10 and one between the top of the case 8th and the bottom of the case 10 arranged space 12 for receiving a fillable, electrically conductive cooling medium, not shown here 14th .

Die Batteriezellen 4 weisen hierbei einen elektrisch isolierten Bereich 16 auf, der zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig innerhalb des Raums 12 angeordnet ist, sodass die Batteriezellen 4 zur Kühlung innerhalb des Kühlgehäuses 6 von einem elektrisch leitfähigen Kühlmedium 14 umspülbar sind. Neben einem elektrisch isolierten Bereich 16a umfassen die Batteriezellen 4 zwei jeweils an dem Pluspol 18 und dem Minuspol 20 angeordnete nicht isolierte Bereiche 16b.The battery cells 4th have an electrically isolated area 16 on, at least partially, preferably completely within the room 12 is arranged so that the battery cells 4th for cooling inside the cooling housing 6th from an electrically conductive cooling medium 14th are flushable. Next to an electrically isolated area 16a include the battery cells 4th two each on the positive pole 18th and the negative pole 20th arranged non-isolated areas 16b .

Zur Kühlung der innerhalb des Raums 12 angeordneten Batteriezellen 4 kann ferner eine vorliegend nicht explizit dargestellte Einführung eines geeigneten Kühlmittels 14 vorgesehen sein. Aufgrund der innerhalb des Raums 12 vorgesehenen elektrisch isolierenden Bereiche 16a kann hierbei insbesondere auch ein elektrisch leitfähiges Kühlmedium, wie Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemische oder dergleichen vorgesehen sein. Die Verwendung solcher Kühlmittel ist gegenüber der Verwendung von elektrisch nichtleitenden Kühlmitteln insbesondere aus Kostengründen interessant. Hierbei basieren die erzielbaren Kosteneinsparungen nicht nur auf dem günstigeren Preis des Kühlmittels selbst, sondern insbesondere auf der Möglichkeit, ein Batteriekühlsystem mit anderen Kühlsystemen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugkühlsystemen zu verbinden, sodass die Notwendigkeit eine Vielzahl von separaten Elementen entfällt.To cool the inside of the room 12 arranged battery cells 4th can also include the introduction of a suitable coolant, which is not explicitly shown here 14th be provided. Because of the inside of the room 12 provided electrically insulating areas 16a In particular, an electrically conductive cooling medium such as water or a water / glycol mixture or the like can also be provided here. The use of such coolants is interesting compared to the use of electrically non-conductive coolants, in particular for reasons of cost. The cost savings that can be achieved are based not only on the lower price of the coolant itself, but in particular on the possibility of connecting a battery cooling system to other cooling systems, such as motor vehicle cooling systems, so that a large number of separate elements are not required.

Die Kühlgehäuse 6 weisen ferner Ausnehmungen 22 zur Aufnahme der Batteriezellen 4 auf, wobei die Ausnehmungen 22 jeweils in der Gehäuseoberseite 8 und der Gehäuseunterseite 10 und jeweils gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Innerhalb einer Ebene liegen die Ausnehmungen 22 dagegen nebeneinander sowie (vorliegend nicht erkennbar) vor- und hintereinander vor.The cooling shells 6th also have recesses 22nd to accommodate the battery cells 4th on, with the recesses 22nd each in the top of the housing 8th and the bottom of the case 10 and are arranged opposite one another. The recesses lie within a plane 22nd on the other hand side by side and (not recognizable here) in front of and behind one another.

Die gegenständlich vorgesehene gegenüberliegende Anordnung von Ausnehmungen 22 ermöglicht hierbei insbesondere eine einfache Einführung der in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen in die gegenständlichen Kühlgehäuse 6. Zur Abdichtung des Raums 12 nach Außen können zudem vorzugsweise an der Außenseite der Ausnehmungen 22 angeordnete Dichtmittel 34 vorgesehen sein, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Gummi gebildet sein können.The objectively provided opposite arrangement of recesses 22nd in particular enables the battery cells formed in the form of round cells to be easily introduced into the cooling housing in question 6th . For sealing the room 12 to the outside can also preferably be on the outside of the recesses 22nd arranged sealant 34 be provided, which can be formed for example from a plastic or a rubber.

Zur Einführung und zum Auslassen eines Kühlmediums 14 umfassen die vorliegend dargestellten Gehäuse 6 ferner eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung 24, 26, die im einfachsten Fall vorzugsweise in Form von Bohrungen oder dergleichen ausgestaltet sein können.For introducing and discharging a cooling medium 14th include the housing shown here 6th furthermore an inlet opening and an outlet opening 24 , 26th which in the simplest case can preferably be designed in the form of bores or the like.

Zwecks eines mechanischen Schutzes sowie einer elektrischen Isolation sind die gegenständlichen Kühlgehäuse 6 jeweils noch mit einer Deckplatte 15 versehen, die vorliegend lösbar über Bolzen 13 an dem Kühlgehäuse 6 angebracht sind.The cooling housings in question are used for mechanical protection and electrical insulation 6th each with a cover plate 15th provided, the present releasable via bolts 13 on the cooling housing 6th are attached.

Die Batteriezellen 4 der übereinander angeordneten Batteriesysteme 2 sind zudem über Zellverbinder 17 miteinander verschaltet.The battery cells 4th of the stacked battery systems 2 are also via cell connectors 17th interconnected.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer in Form einer Rundzelle gebildeten erfindungsgemäßen Batteriezelle 4, die einen zwischen zwei nicht isolierten Bereichen 16b angeordneten isolierten Bereich 16a zeigt. Die nicht isolierten Bereichen 16b sind hierbei vorliegend im Bereich eines Pluspols 18 und eines Minuspols 20 der Batteriezelle 4 angeordnet, wobei eine Grenzfläche19 zwischen den nicht isolierten Bereichen 16b und dem isolierten Bereich 16a jeweils unmittelbar an dem Pluspol 18 und dem Minuspol 20 angeordnet ist. Durch die fehlende Isolierung an den Polen 18, 20 wird eine konstruktiv einfache Verschaltung gewährleistet. Indem die isolierten Bereiche bis unmittelbar an die Pole 18, 20 reichen, wird ferner eine möglichst große Kühlfläche zum Wärmeaustausch einer Batteriezelle 4 mit einem Kühlmedium 14 gewährleistet. 2 shows a schematic representation of a battery cell according to the invention in the form of a round cell 4th that one between two non-isolated areas 16b arranged isolated area 16a shows. The non-isolated areas 16b are here in the range of a positive pole 18th and a negative pole 20th the battery cell 4th arranged, with an interface 19 between the non-isolated areas 16b and the isolated area 16a each directly at the positive pole 18th and the negative pole 20th is arranged. Because of the lack of isolation at the poles 18th , 20th a structurally simple interconnection is guaranteed. By putting the isolated areas right up to the poles 18th , 20th suffice, a cooling surface as large as possible for heat exchange of a battery cell will also be sufficient 4th with a cooling medium 14th guaranteed.

Der elektrisch isolierte Bereich 16a kann hierbei in Form einer Beschichtung, insbesondere in Form eines Lackes oder dergleichen gebildet sein. Als potentielle Beschichtungsmaterialien können hierbei vorzugsweise Kunststoffe, insbesondere polymere Kunststoffe verwendet werden. Alternativ ist auch der Einsatz von Keramikbeschichtungen oder Harzen denkbar.
Als Beschichtungsmaterialien eignen sich hierbei insbesondere Materialien mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Durchschlagsfestigkeit. Eine Beschichtung in Form eines Lackes bietet sich ferner insbesondere im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung möglichst gleichmäßiger Beschichtungen an.The electrically isolated area 16a can be in the form of a coating, in particular in the form of a lacquer or the like. Plastics, in particular polymer plastics, can preferably be used as potential coating materials. Alternatively, the use of ceramic coatings or resins is also conceivable.
Materials with a low electrical conductivity and a high dielectric strength are particularly suitable as coating materials. A coating in the form of a lacquer is also particularly suitable with regard to simple and inexpensive production of coatings that are as uniform as possible.

Um einerseits eine notwendige elektrische Isolation zu gewährleisten, aber andererseits auch einen effektiven Wärmeaustauch garantieren zu können, kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die Beschichtung in Form eines elektrisch isolierenden, wärmeleitfähigen Materials gebildet ist. Für ein solches Material bieten sich insbesondere thermisch leitende, elektrische Isolatoren, insbesondere auf Silikonbasis an.In order to ensure the necessary electrical insulation on the one hand, but also to be able to guarantee effective heat exchange on the other hand, the invention can in particular provide that the coating is formed in the form of an electrically insulating, thermally conductive material. For such a material, in particular thermally conductive, electrical insulators, in particular based on silicone, are suitable.

Mittels des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist es insbesondere möglich, eine effektive Kühlung von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen 4 mittels einer Direktumspülung auch durch die Verwendung eines kostengünstigen elektrisch leitfähigen Kühlmediums 14 zu gewährleisten, das sich auf einfache Weise mit anderen Kühlsystemen kombinieren lässt.By means of the battery system according to the invention, it is possible, in particular, to effectively cool battery cells in the form of round cells 4th by means of direct flushing, also through the use of an inexpensive, electrically conductive cooling medium 14th to ensure that it can be easily combined with other cooling systems.

Claims (10)

Batteriesystem (2), umfassend: - eine Mehrzahl von in Form von Rundzellen gebildeten Batteriezellen (4), - ein Kühlgehäuse (6) zur Kühlung der Batteriezellen (4), mit einer Gehäuseoberseite (8), einer Gehäuseunterseite (10) und einem zwischen der Gehäuseoberseite (8) und der Gehäuseunterseite (10) angeordneten Raum (12) zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Kühlmediums (14), - wobei die Batteriezellen (4) einen elektrisch isolierten Bereich (16a) und einen elektrisch nicht isolierten Bereich (16b) aufweisen, - wobei der elektrisch nicht isolierte Bereich (16b) der Batteriezellen (4) außerhalb des Raums (12) und der elektrisch isolierte Bereich (16a) der Batteriezellen (4) zumindest teilweise innerhalb des Raums (12) angeordnet ist, sodass die Batteriezellen (4) zur Kühlung innerhalb des Kühlgehäuses (6) von dem elektrisch leitfähigen Kühlmedium (14) umspülbar sind.A battery system (2) comprising: - A plurality of battery cells (4) in the form of round cells, - A cooling housing (6) for cooling the battery cells (4), with a housing top (8), a housing bottom (10) and a space (12) arranged between the housing top (8) and the housing bottom (10) for receiving an electrically conductive space Cooling medium (14), - wherein the battery cells (4) have an electrically isolated area (16a) and an electrically non-isolated area (16b), - wherein the electrically non-isolated area (16b) of the battery cells (4) is arranged outside the space (12) and the electrically isolated area (16a) of the battery cells (4) is at least partially arranged inside the space (12), so that the battery cells (4 ) can be washed around by the electrically conductive cooling medium (14) for cooling within the cooling housing (6). Batteriesystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (4) zwei durch einen isolierten Bereich (16a) getrennt voneinander angeordnete nicht isolierte Bereiche (16b) aufweisen, die vorzugsweise im Bereich eines Pluspols (18) und eines Minuspols (20) der Batteriezellen (4) angeordnet sind, wobei eine Grenzfläche (19) zwischen den nicht isolierten Bereichen (16b) und dem isolierten Bereich (16a) insbesondere jeweils unmittelbar an dem Pluspol (18) und dem Minuspol (20) angeordnet ist.Battery system (2) Claim 1 , characterized in that the battery cells (4) have two non-insulated areas (16b) which are separated from one another by an insulated area (16a) and which are preferably arranged in the area of a plus pole (18) and a minus pole (20) of the battery cells (4) are, wherein an interface (19) between the non-isolated areas (16b) and the isolated area (16a) is arranged in particular directly on the positive pole (18) and the negative pole (20). Batteriesystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch isolierte Bereich (16a) in Form einer Beschichtung gebildet ist, wobei die Beschichtung vollflächig entlang des elektrisch isolierten Bereichs (16a) aufgebracht und insbesondere in Form eines Lackes gebildet ist.Battery system (2) Claim 1 or 2 , characterized in that the electrically isolated area (16a) is formed in the form of a coating, the coating being applied over the entire surface along the electrically isolated area (16a) and in particular in the form of a lacquer. Batteriesystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Form eines elektrisch isolierenden, wärmeleitfähigen Materials gebildet ist.Battery system (2) Claim 3 , characterized in that the coating is in the form of an electrically insulating, thermally conductive material. Batteriesystem (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges Kühlmedium (14) zur Kühlung der Batteriezellen (4) vorgesehen ist, wobei das Kühlmedium (14) vorzugsweise zumindest teilweise in Form von Wasser, insbesondere in Form eines Wasser/Glykol-Gemisches gebildet ist.Battery system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrically conductive cooling medium (14) is provided for cooling the battery cells (4), the cooling medium (14) preferably at least partially in the form of water, in particular in the form of water / Glycol mixture is formed. Batteriesystem (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (6) Ausnehmungen (22) zur Aufnahme der Batteriezellen (4) aufweist, wobei die Ausnehmungen (22) vorzugsweise in der Gehäuseoberseite (8) und der Gehäuseunterseite (10), insbesondere gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.Battery system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling housing (6) has recesses (22) for receiving the battery cells (4), the recesses (22) preferably in the housing top (8) and the housing bottom (10) ), in particular are arranged opposite one another. Batteriesystem (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (6) mehrteilig, insbesondere zweiteilig gebildet ist.Battery system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling housing (6) is formed in several parts, in particular in two parts. Batteriesystem (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (6) weitere Ausnehmungen (30) zur Aufnahme von Verbindungselementen (32) aufweist.Battery system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling housing (6) has further recesses (30) for receiving connecting elements (32). Batteriesystem (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (6) zumindest eine Eintritts- (24) und eine Austrittsöffnung (26) zur Einführung und Abführung eines Kühlmittels (14) aufweist.Battery system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling housing (6) has at least one inlet (24) and one outlet (26) for introducing and discharging a coolant (14). Kraftfahrzeug, umfassend ein Kraftfahrzeugkühlsystem sowie ein Batteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (2) und das Kraftfahrzeugkühlsystem unmittelbar miteinander verbunden sind. Motor vehicle, comprising a motor vehicle cooling system and a battery system (2) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the battery system (2) and the motor vehicle cooling system are directly connected to one another.
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