DE102019219098A1 - Batteriezellen-Anordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezellen-Anordnung (1) mit einem Stapel (10) aus mehreren, entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelten Batteriezellen (2). In Zwischenräumen (5) zwischen zwei in Stapelrichtung (S) benachbarten Batteriezellen (2) ist jeweils eine von einem Kühlmittel (K) durchströmbare Kühlstruktur (4) aus einem flexiblen und wärmeleitenden Material angeordnet, welche zur Wärmeübertragung von den Batteriezellen (2) auf die jeweilige Kühlstruktur (4) an den Batteriezellen (2) anliegt. Erfindungsgemäß sind die Batteriezellen (2), die Zwischenräume (5) und die Kühlstrukturen (4) derart aufeinander abgestimmt, dass bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) das Volumen der Zwischenräume (5) und somit auch der Kühlstrukturen (4) reduziert wird, so durch die Volumenabnahme in der Kühlstruktur (4) vorhandenes Kühlmittels (K) zumindest teilweise aus dieser ausgeleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezellen-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer solchen Batteriezellen-Anordnung.
  • Batteriezellen dienen zum Antreiben eines in einem Kraftfahrzeug verbauten Elektromotors. Um Bauraum zu sparen, sind die einzelnen Batteriezellen typischerweise entlang einer sogenannten Stapelrichtung in geringem Abstand nebeneinander angeordnet. Da die Batteriezellen im Betrieb Abwärme entwickeln, ist es üblich, besagte Abwärme mithilfe eines Kühlmittels, welches thermisch mit den Batteriezellen in Kontakt gebracht wird, von den Batteriezellen abzuführen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Kühlung einer Batteriezellen-Anordnung mit mehreren Batteriezellen neue Wege aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Grundidee der Erfindung ist demnach, zwischen zu kühlenden Batteriezellen einer Anordnung aus mehreren solchen Batteriezellen sogenannte Kühlstrukturen aus einem flexiblen Material vorzusehen, die ein von einem Kühlmittel durchströmbares Volumen begrenzen und dabei volumen-variabel ausgebildet sind. Dehnen sich zwei benachbarte Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse aufgrund von Alterungseffekten bzw. Schädigungen sowie aufgrund von unterschiedlichen Ladezuständen aus, sodass sich das Volumen eines jeweiligen Zwischenraums zwischen den beiden benachbarten Batteriezellen verringert, so kann sich die volumen-variable Kühlstruktur aus dem flexiblen Material an das verringerte Volumen des Zwischenraums anpassen. Dies bedeutet, dass sich das von der Kühlstruktur begrenzte Volumen ebenfalls verringert. Werden nun die Kühlstrukturen - wie bei der hier vorgestellten Batteriezellen-Anordnung vorgeschlagen - von besagtem Kühlmittel durchströmt und stehen die Kühlstrukturen mit einem außerhalb der Zwischenräume angeordneten Kühlmittelpfad in Fluidverbindung, so hat eine Verringerung des Volumens der Kühlstruktur zur Folge, dass das Kühlmittel aus den Kühlstrukturen in den Kühlmittelpfad gedrückt, also ausgeleitet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass stets die maximal mögliche Menge an Kühlmittel in der Kühlstruktur und somit im Zwischenraum zwischen zwei Batteriezellen vorhanden ist. Dies wiederum stellt einen optimalen thermischen Kontakt des Kühlmittels mit den Batteriezellen sicher. Somit ist eine optimale Abführung von Wärme von den Batteriezellen gewährleistet.
  • Darüber hinaus ist es bei der erfindungsgemäßen Batteriezellen-Anordnung möglich, die Ausdehnung der Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse zu bestimmen. Diese Ausdehnung kann auf verschiedene Weise detektiert werden. Denkbar ist beispielsweise, den Kühlmittelpfad fluidisch mit einem Kühlmittelspeicher zu verbinden. Durch geeignete Sensorik kann dann der Kühlmitteldruck des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf einschließlich des Kühlmittelspeichers oder der Kühlmittelfüllstand des Kühlmittelspeichers mit dem Kühlmittel detektiert werden. Sowohl der Kühlmitteldruck als auch der Kühlmittelfüllstand ändern sich aber mit der Ausdehnung der Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse: denn sind die Kühlstrukturen, der Kühlmittelpfad sowie der Kühlmittelspeicher Teil eines geschlossen ausgebildeten Kühlmittelkreislaufs, so bewirkt eine Volumenverringerung der Zwischenräume zwischen den Batteriezellen und somit auch der in den Zwischenräumen angeordneten Kühlstrukturen, dass der Kühlmitteldruck des Kühlmittels im gesamten Kühlmittelkreislauf ansteigt. Dies kann mittels eines geeigneten Drucksensors zum Messen des Kühlmitteldrucks gemessen werden. Sind die Kühlstrukturen, der Kühlmittelpfad sowie der Kühlmittelspeicher hingegen Teil eines offen ausgebildeten Kühlmittelkreislaufs, so bewirkt eine Volumenverringerung der Zwischenräume zwischen den Batteriezellen und somit auch der in den Zwischenräumen angeordneten Kühlstrukturen, dass Kühlmittel in den Kühlmittelspeicher „gedrückt“ wird, so dass dessen Füllstand zunimmt. Dies kann mittels eines geeigneten Füllstandsensors zum Bestimmten des Füllstands des Kühlmittelspeichers mit Kühlmittel gemessen werden.
  • Über die Messung des Kühlmitteldrucks bzw. des Füllstands mit Kühlmittel sind also Rückschlüsse möglich, wie stark sich die Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse ausgedehnt haben. Gleichzeitig wird unabhängig von der tatsächlichen Ausdehnung bzw. Volumenvergrößerung der Batteriezellen eine hocheffektive Kühlung der Batteriezellen erreicht, da diese unabhängig vom Grad ihrer Ausdehnung thermisch mit den mit Kühlmittel befüllten Kühlstrukturen in Kontakt stehen. Somit kann die von den Batteriezellen im Betrieb erzeugte Abwärme auf das Kühlmittel übertragen und dort weiter abtransportiert werden, wodurch die Batteriezellen wirksam gekühlt werden. Dadurch wird einer weiteren unerwünschten Ausdehnung der Batteriezellen zumindest entgegenwirkt.
  • Eine erfindungsgemäße Batteriezellen-Anordnung umfasst einen Stapel aus mehreren entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelten Batteriezellen. In Zwischenräumen, die jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Batteriezellen ausgebildet sind, ist jeweils eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlstruktur aus einem flexiblen und wärmeleitenden Material angeordnet. Zweckmäßig beträgt die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials wenigstens 0,1 W/(mK). Die Kühlstruktur begrenzt einen Strukturinnenraum fluiddicht, so dass dieser mit einem Kühlmittel befüllt bzw. von diesem durchströmt werden kann. Zur Wärmeübertragung von den Batteriezellen auf das in den Kühlstrukturen vorhandene Kühlmittel liegen die betreffenden Kühlstrukturen jeweils - vorzugsweise flächig - an den Batteriezellen an. Dabei sind die Batteriezellen, die Zwischenräume und die Kühlstrukturen derart aufeinander abgestimmt, dass sich bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen das Volumen der Zwischenräume und somit auch der Kühlstrukturen entsprechend um denselben Betrag reduziert. Durch die Volumenabnahme wird in den Kühlstrukturen vorhandenes Kühlmittel zumindest teilweise aus der jeweiligen Kühlstruktur bzw. deren Strukturinnenraum ausgeleitet bzw. „herausgedrückt“.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlstrukturen jeweils volumen-variabel ausgebildet. Somit können sich die Kühlstrukturen flächig an die Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse anlegen, unabhängig davon, wie stark sich die Batteriezellen bzw. das Batteriezellengehäuse ausgedehnt haben. Auf diese Weise wird unabhängig vom Grad der Ausdehnung der Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse ein optimaler thermischer Kontakt der Kühlstruktur und somit des in der Kühlstruktur vorhandenen Kühlmittels mit dem Batteriezellen sichergestellt.
  • Zweckmäßig kann die Kühlstruktur eine Umhüllung aus dem flexiblen und wärmeleitenden Material umfassen, welche besagten Strukturinnenraum zumindest teilweise fluiddicht begrenzt. Somit können sich die Kühlstrukturen besonders flexibel an ein geändertes Volumen der jeweiligen Batteriezelle anpassen.
  • Besonders bevorzugt kann die Kühlstruktur zusätzlich zur Umhüllung einen den Strukturinnenraum einfassenden Rahmen, vorzugsweise aus einem nicht-elastischen Kunststoff, umfassen, mit welchem die Umhüllung aus dem flexiblen Material bzw. die die Umhüllung bildende Folie stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Bei dieser Variante begrenzen der Rahmen und die Umhüllung zusammen den Strukturinnenraum der Kühlstruktur.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kommunizieren die einzelnen Kühlstrukturen über wenigstens einen Kühlmittelpfad fluidisch miteinander, so dass die Volumenabnahme der Kühlstrukturen bewirkt, dass das in diesen vorhandene Kühlmittel zumindest teilweise in besagten Kühlmittelpfad gedrückt wird. Mittels geeigneter Sensorik ist es möglich, die Menge des aus den Kühlstrukturen ausgeleiteten bzw. herausgedrückten Kühlmittels zu ermitteln, sodass daraus wiederum festgestellt werden kann, wie stark sich die Batteriezellen - insbesondere durch Alterung bzw. Schädigung oder Ladezustandsänderungen bedingt - ausgedehnt haben.
  • Besonders bevorzugt kommuniziert der Kühlmittelpfad fluidisch mit einem Kühlmittelspeicher zum Zwischenspeichern des aus den Kühlstrukturen ausgeleiteten Kühlmittels. Dies erlaubt eine wirksame Zwischenspeicherung des aus den Kühlstrukturen ausgeleiteten bzw. herausgedrückten Kühlmittels, sodass es zum erneuten Einleiten in die Kühlstrukturen zur Verfügung steht, sollte die Ausdehnung der Batteriezellen bzw. deren Batteriezellengehäuse wieder abnehmen.
  • Zweckmäßig kann der Kühlmittelspeicher als mit dem Kühlmittel befüllbares Behältnis, vorzugsweise mit einem vorgegebenen, konstanten Volumen, ausgebildet sein. Diese Ausführungsvariante ist technisch besonders einfach umsetzbar.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Kühlmittelpfad wenigstens einen, vorzugsweise zwei, sich entlang der Stapelrichtung erstreckende(n) Rohrkörper, in welche(n) die Kühlstrukturen münden. Ein solcher Rohrkörper kann im Querschnitt prinzipiell eine beliebige Geometrie - insbesondere rund oder eckig - aufweisen. Der Rohrkörper kann als Zu- oder Ablauf zum Zuführen von Kühlmittel in die Kühlstrukturen bzw. zum Ableiten von Kühlmittel aus den Kühlstrukturen - nach dem Durchströmen derselben - verwendet werden.
  • Zweckmäßig sind die Rohrkörper in einer im Vergleich zu den Kühlstrukturen mechanisch steifen Bauform hergestellt. Die Verwendung besagter Rohrkörper ermöglicht einen einfachen Transport des aus den Kühlstrukturen in ausgeleiteten bzw. herausgedrückten Kühlmittels, insbesondere in den voranstehend erläuterten Kühlmittelspeicher. Dies gilt besonders insbesondere dann, wenn der Kühlmittelspeicher wie voranstehend erwähnt als mit dem Kühlmittel befüllbares Behältnis ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt sind die Zwischenräume und auch die Kühlstrukturen derart ausgebildet bzw. aufeinander abgestimmt, dass die Kühlstrukturen bei Volumenausdehnung der Batteriezellen von diesen komprimiert werden.
  • Besonders bevorzugt können die Kühlstrukturen, insbesondere die Umhüllungen, mittels des druckbeaufschlagten, in den Kühlstrukturen vorhandenen Kühlmittels gegen die Batteriezellen vorgespannt sein.
  • Besonders zweckmäßig bestehen die Kühlstrukturen, insbesondere die Umhüllungen, aus einem elastischen Material. Auf diese Weise kann die benötigte Volumen-Variabilität auf technisch einfache Weise realisiert werden.
  • Besonders zweckmäßig ist oder umfasst das Material der Kühlstrukturen. insbesondere der Umhüllungen, thermoplastische Kunststoffe oder Elastomere. Denkbar ist insbesondere die Verwendung von Gummi oder PVC. Es sind aber auch mehrschichtige Kunststoff-Metall-Verbundfolien oder Metallfolien einsetzbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Kühlstrukturen, der wenigstens eine Kühlmittelpfad und der Kühlmittelspeicher in einem Kühlmittelkreislauf angeordnet sein, in welchem das Kühlmittel zirkulieren kann. Somit kann die von dem Kühlmittel aufgenommene Abwärme auf einfache effektive Weise abgeführt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Kühlmittelkreislauf geschlossen ausgebildet, so dass sich der Kühlmitteldruck des Kühlmittels bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen reduziert. Somit lässt sich feststellen, ob und in welchem Maße eine Volumenausdehnung der Batteriezellen bzw. dem Batteriezellengehäuse stattgefunden hat.
  • Besonders bevorzugt ist bei dieser Weiterbildung im Kühlmittelkreislauf, vorzugsweise im Kühlmittelspeicher, ein Drucksensor zum Bestimmten des Kühlmitteldrucks des Kühlmittels angeordnet, so dass durch Bestimmung und Auswertung des Kühlmitteldrucks auf eine etwaig stattgefundene Volumenvergrößerung der Batteriezellen geschlossen werden kann.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Kühlmittelkreislauf offen oder mit einem Volumenausgleichselement wie etwa einem Faltenbalg ausgebildet, so dass sich ein Füllstand des Kühlmittelspeichers mit dem Kühlmittel bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen reduziert.
  • Besonders bevorzugt ist bei dieser Weiterbildung im Kühlmittelspeicher ein Füllstand-Sensor zum Bestimmten des Füllstands des Kühlmittelspeichers mit Kühlmittel angeordnet. Somit kann durch Bestimmung des Füllstands des Kühlmittelspeichers mit Kühlmittel auf eine etwaig stattgefundene Volumenvergrößerung der Batteriezellen geschlossen werden. Insbesondere lässt sich einfach feststellen, ob und in welchem Maße eine Volumenausdehnung der Batteriezellen bzw. der Batteriezellengehäuse stattgefunden hat.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Batteriezellen-Anordnung. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezellen-Anordnung übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst dabei eine Klimatisierungsanlage, die wiederum einen Kühlmittelkreislauf aufweist, mit welchem die Kühlstrukturen der Batteriezellen-Anordnung fluidisch kommunizieren.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
    • 1 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezellen-Anordnung,
    • 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in 1,
    • 3 die Batteriezellen-Anordnung der 2 mit Batteriezellen, die gegenüber dem Beispiel der 2 ein vergrößertes Volumen aufweisen,
    • 4 eine die Integration der Batteriezellen-Anordnung in eine Klimatisierungsanlage illustrierende Darstellung.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Batteriezellen-Anordnung 1. Die Batteriezellen-Anordnung 1 umfasst mehrere entlang einer Stapelrichtung S aufeinandergestapelte Batteriezellen 2, die jeweils ein Batteriezellengehäuse 3 aufweisen. Im Beispiel der 1 ist ein solcher Stapel aus Batteriezellen 2 gezeigt. Denkbar ist aber auch, dass entlang einer Querrichtung Q zwei solche Stapel 10a, 10b aus Batteriezellen 2 entlang einer Querrichtung Q, die senkrecht zur Stapelrichtung S verläuft, nebeneinander angeordnet sind.
  • 2 zeigt die Batteriezellen-Anordnung 1 der 1 in einem Schnitt entlang der Schnittlinie II-II der 1. Wie die 2 in der Zusammenschau mit der 1 veranschaulicht, ist in Zwischenräumen 5 zwischen jeweils zwei in Stapelrichtung S benachbarten Batteriezellen 2 bzw. Batteriezellengehäusen 3 jeweils eine von einem Kühlmittel K durchströmbare bzw. mit einem Kühlmittel K befüllbaren Kühlstruktur 4 aus einem flexiblen und wärmeleitenden Material angeordnet. Bevorzugt beträgt die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials wenigstens 0,1 W/(m*K). Die Kühlstrukturen 4 können jeweils eine Umhüllung 14 aus dem flexiblen und wärmeleitenden Material umfassen, welche einen Strukturinnenraum 17 zumindest teilweise fluiddicht begrenzt, so dass dieser Strukturinnenraum 17 mit dem Kühlmittel K befüllt bzw. von diesem durchströmt werden kann, ohne dass das Kühlmittel K in die äußere Umgebung der jeweiligen Kühlstruktur 4 gelangen bzw. austreten kann. Dabei bietet es sich an, als Material für die Umhüllung 14 ein elastisches Material zu wählen. Zweckmäßig können als Material für die Umhüllung 14 ein elastischer Kunststoff wie beispielsweise Polypropylen oder andere thermoplastische Kunststoffe oder Elastomere gewählt werden. Vorstellbar ist aber auch die Verwendung von Folien, insbesondere von mehrschichtigen Kunststoff-Metall-Verbundfolien oder Metallfolien.
  • Bei einer den 1 und 2 entnehmbaren Weiterbildung kann die jeweilige Kühlstruktur 4 zusätzlich zur Umhüllung 14 einen den Strukturinnenraum 17 einfassenden Rahmen 18, vorzugsweise aus einem nicht-elastischen Kunststoff, umfassen, mit welchem die Umhüllung 14 aus dem flexiblen bzw. elastischen Material bzw. die die Umhüllung bildende Folie stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Bei dieser Variante begrenzen der Rahmen 18 und die Umhüllung 14 zusammen den Strukturinnenraum 17 der Kühlstruktur 4.
  • Die betreffende Kühlstruktur 4 bzw. Umhüllung 14 liegt zur Wärmeübertragung von den Batteriezellen 2 auf die jeweilige Kühlstruktur 4 flächig an den Batteriezellen 2 bzw. deren Batteriezellengehäusen 3 an. Bevorzugt können die Kühlstrukturen 4 durch das druckbeaufschlagte Kühlmittel K gegen die Batteriezellen 2 bzw. die den jeweiligen Zwischenraum 5 begrenzenden Batteriezellengehäusewandungen 6 des Batteriezellengehäuses 3 gedrückt werden bzw. gegen diese vorgespannt sein.
  • Die einzelnen Kühlstrukturen 4 kommunizieren über einen Kühlmittelpfad 7 fluidisch miteinander. Dieser Kühlmittelpfad 7 umfasst im Beispiel der Figuren zwei als Zu- bzw. Ablauf dienende Rohrkörper 8a bzw. 8b, in welche die Kühlstrukturen 4 münden. Die einzelnen Kühlstrukturen 4 sind jeweils volumen-variabel ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich bei Durchströmung der Kühlstruktur 4 bzw. des Strukturinnenraums 17 mit druckbeaufschlagtem Kühlmittel K das Material der Kühlstruktur 4 bzw. der Umhüllung 14 ausdehnen kann, sodass die Kühlstruktur 4 bzw. die Umhüllung dann ein vergrößertes Volumen begrenzt.
  • Im Folgenden wird auf 3 Bezug genommen: Die Batteriezellen 2 bzw. deren Batteriezellengehäuse 3, die Zwischenräume 5 und die Kühlstrukturen 4 sind dabei derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen 2 das Volumen der Zwischenräume 5 und somit auch der Kühlstrukturen 4 reduziert wird. Ein solches Szenario illustriert 3, bei welcher das Volumen der Zwischenräume 5 gegenüber der Darstellung der 2 - aufgrund eines vergrößerten Volumens der Batteriezellen 2 - reduziert ist.
  • Insbesondere verringert sich - wie ein Vergleich der 3 mit der 2 belegt - ein Abstand a der Batteriezellengehäusewandungen 6 derjenigen Batteriezellengehäuse 3, die den betreffenden Zwischenraum 5 entlang der Stapelrichtung S begrenzen. Die Zwischenräume 5 und die zugeordneten Kühlstrukturen 4 sind also derart aufeinander abgestimmt, dass die Kühlstrukturen 4 bei Volumenausdehnung der Batteriezellen 2 bzw. der Batteriezellengehäuse 3 von diesen komprimiert werden. Die Volumenabnahme des Volumens des Zwischenraums 5 bewirkt, dass in der Kühlstruktur 4 bzw. im Strukturinnenraum 17 vorhandenes Kühlmittel K zumindest teilweise aus der Kühlstruktur 4 „herausgedrückt“ und somit in den Kühlmittelpfad 7 ausgeleitet wird.
  • Im Folgenden wird auf die Darstellung der 4 Bezug genommen. Wie 4 veranschaulicht, können die Kühlstrukturen 4, der Kühlmittelpfad 7 und ein noch zu erläuternder Kühlmittelspeicher 9 in einem Kühlmittelkreislauf 15 angeordnet sein, in welchem das Kühlmittel K zirkulieren kann. Ein solcher Kühlmittelkreislauf 15, der in 4 der Übersichtlichkeit halber nur in einem Teilausschnitt gezeigt ist, kann in eine in 4 nicht näher dargestellte Klimatisierungsanlage, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, integriert sein.
  • Der in 4 teilweise dargestellte Kühlmittelkreislauf 15 dient dazu, für die Kühlung der Batteriezellen 2 durch Wärmeübertragung in den Kühlstrukturen 4 und im Kühlmittelpfad 7, also im Kühlmittelkreislauf 15, Kühlmittel K bereitzustellen. Mittels eines im Kühlmittelkreislauf 15 angeordneten Wärmeübertragers 16 kann die vom Kühlmittel K aufgenommene Wärme auf ein anderes Medium übertragen werden und somit aus dem Kühlmittelkreislauf 15 abgeführt werden.
  • Der voranstehend erwähnte Kühlmittelspeicher 9 kommuniziert im Beispielszenario fluidisch mit dem Kühlmittelpfad 7 und somit über diesen auch mit den Kühlstrukturen 4. Somit kann er zum Zwischenspeichern des aus den Kühlstrukturen 4 ausgeleiteten Kühlmittels K verwendet werden. Der Kühlmittelspeicher 9 kann zweckmäßig als mit dem Kühlmittel K befüllbares Behältnis 12 mit einem vorgegebenen, konstanten Volumen ausgebildet sein. Der Kühlmittelkreislauf 15 kann insbesondere geschlossen ausgebildet sein, so dass sich der Kühlmitteldruck des Kühlmittels K bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen 2 erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen 2 reduziert. Bei dieser Variante kann im Kühlmittelkreislauf 15 - vorzugsweise im Kühlmittelspeicher 9 - ein Drucksensor 13a zum Bestimmten des Kühlmitteldrucks des Kühlmittels K angeordnet sein. Somit kann durch Bestimmung des Kühlmitteldrucks geprüft werden, ob sich das Volumen der Batteriezellen 2 vergrößert hat.
  • In einer dazu alternativen Variante kann der Kühlmittelkreislauf 15 offen ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass sich ein Füllstand des Kühlmittelspeichers 9 mit dem Kühlmittel K bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen 2 erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen 2 reduziert. Alternativ zu einer offenen Ausbildung ist auch die Verwendung eines Volumenausgleichselements (nicht gezeigt) wie beispielsweise eines Faltenbalgs vorstellbar.
  • Bei dieser Variante kann im Kühlmittelspeicher 9 ein Füllstand-Sensor 13b zum Bestimmten des Füllstands des Kühlmittelspeichers 9 mit dem Kühlmittel K angeordnet sein. Auch auf diese Weise kann durch Bestimmung des Füllstands des Kühlmittelspeichers 9 mit Kühlmittel K festgestellt werden, ob sich das Volumen der Batteriezellen 2 vergrößert hat.

Claims (15)

  1. Batteriezellen-Anordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, - mit mehreren, entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelten Batteriezellen (2), - wobei in Zwischenräumen (5) zwischen zwei in Stapelrichtung (S) benachbarten Batteriezellen (2) jeweils eine von einem Kühlmittel (K) durchströmbare Kühlstruktur (4) aus einem flexiblen und wärmeleitenden Material angeordnet ist, welche zur Wärmeübertragung von den Batteriezellen (2) auf die jeweilige Kühlstruktur (4), vorzugsweise flächig, an den Batteriezellen (2) anliegt, - wobei die Batteriezellen (2), die Zwischenräume (5) und die Kühlstrukturen (4) derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) das Volumen der Zwischenräume (5) und somit auch das Volumen der Kühlstrukturen (4) reduziert wird, so dass durch die Volumenreduzierung in der Kühlstruktur (4) vorhandenes Kühlmittel (K) zumindest teilweise aus der Kühlstruktur (4) ausgeleitet wird.
  2. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlstrukturen (4) jeweils volumen-variabel ausgebildet sind; oder/und dass - die Kühlstrukturen (4) jeweils eine Umhüllung (14) aus dem flexiblen und wärmeleitenden Material umfassen.
  3. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kühlstrukturen (4) über wenigstens einen Kühlmittelpfad (7) fluidisch miteinander kommunizieren, so dass die Volumenabnahme der Kühlstrukturen (4) bewirkt, dass das in diesen vorhandene Kühlmittel (K) zumindest teilweise in den Kühlmittelpfad (7) ausgeleitet, insbesondere gedrückt, wird.
  4. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelpfad (7) fluidisch mit einem Kühlmittelspeicher (9) zum Zwischenspeichern des aus den Kühlstrukturen (4) ausgeleiteten Kühlmittels (K) kommuniziert.
  5. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelspeicher (9) als mit dem Kühlmittel (K) befüllbares Behältnis (12), vorzugsweise mit einem vordefinierten, konstanten Volumen, ausgebildet ist.
  6. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelpfad (7) wenigstens einen, vorzugsweise zwei, sich entlang der Stapelrichtung (S) erstreckende(n) Rohrkörper (8a, 8b) umfasst, in welche(n) die Kühlstrukturen (4) münden.
  7. Batteriezellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Zwischenräume (5) und die Kühlstrukturen (4) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Kühlstrukturen (4) bei Volumenausdehnung der Batteriezellen (2) von diesen komprimiert werden; oder/und dass - die Kühlstrukturen (4) durch das druckbeaufschlagte Kühlmittel (K) gegen die Batteriezellen (2) vorgespannt sind.
  8. Batteriezellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (4), insbesondere die Umhüllungen (14), aus einem elastischen Material bestehen.
  9. Batteriezellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Kühlstrukturen (4), insbesondere der Umhüllungen (14), thermoplastische Kunststoffe oder/und Elastomere oder/und mehrschichtige Kunststoff-Metall-Verbundfolien oder/und Metallfolien umfasst.
  10. Batteriezellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (4), der wenigstens eine Kühlmittelpfad (7) und der Kühlmittelspeicher (9) in einem Kühlmittelkreislauf (15) angeordnet sind, in welchem das Kühlmittel (K) zirkuliert.
  11. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (15) geschlossen ausgebildet ist, so dass sich der Kühlmitteldruck des Kühlmittels (K) im Kühlmittelkreislauf (15) bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen (2) reduziert.
  12. Batteriezellen-Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf (15), vorzugsweise im Kühlmittelspeicher (9), ein Drucksensor (13a) zum Bestimmen des Kühlmitteldrucks angeordnet ist, so dass durch Bestimmung dieses Kühlmitteldrucks eine gegebenenfalls stattgefundene Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) feststellbar ist.
  13. Batteriezellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (15) offen oder mit einem Volumenausgleichselement, insbesondere mit einem Faltenbalg, ausgebildet ist, so dass sich ein Füllstand des Kühlmittelspeichers (9) mit dem Kühlmittel (K) bei Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) erhöht und bei Volumenverringerung der Batteriezellen (2) reduziert.
  14. Batteriezellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelspeicher (9) ein Füllstand-Sensor (13b) zum Bestimmten des Füllstands des Kühlmittelspeichers (9) mit Kühlmittel (K) angeordnet ist, so dass durch Bestimmung des Füllstands des Kühlmittelspeichers (9) mit Kühlmittel (K) eine gegebenenfalls stattgefundene Volumenvergrößerung der Batteriezellen (2) feststellbar ist.
  15. Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, - mit einer Batteriezellen-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - mit einer Klimatisierungsanlage, die einen Kühlmittelkreislauf (15) aufweist, mit welchem die Kühlstrukturen (4) der Batteriezellen-Anordnung (1) fluidisch kommunizieren.
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