DE102020101260A1 - Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) mit einem steifen Batteriemodul-Gehäuse (20) mit mindestens einem Batterieelement (11,12), wobei das Batteriemodul-Gehäuse (20) mindestens eine ebene und flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) aufweist,wobei die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) mindestens einen durchgehend geradlinigen Kühlflüssigkeits-Kühlkanal (32) undmindestens einen dazu parallelen und durchgehend geradlinigen Leerkanal (34,35) aufweist, der nicht flüssigkeitsdurchströmt ist,wobei die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) eine Kontaktierungsöffnung (40) aufweist, durch die ausschließlich der Leerkanal (34,35) unterbrochen ist, und wobei im Bereich der Kontaktierungsöffnung (40) ein elektrisches Anschlusselement (14) angeordnet ist, durch das mindestens eine Batterieelement (11,12) elektrisch kontaktiert ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul zur Speicherung elektrischer Antriebsenergie für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Traktionsantrieb.
  • Für Kraftfahrzeug-Traktionsbatterien werden Traktionsbatteriemodule eingesetzt, die jeweils ein oder mehrere Batterieelemente aufweisen, die innerhalb eines steifen Batteriemodul-Gehäuses angeordnet sind. Das Batteriemodul-Gehäuse weist in mindestens einer Gehäusewand einen Kühlflüssigkeits-Kühlkanal auf, durch den eine Kühlflüssigkeit fließt, die die in den Batterieelementen anfallende Wärme abtransportiert.
  • Aus DE 10 2018 109 470 A1 ist ein Traktionsbatteriemodul bekannt, das zwei elektrische Batterieelemente aufnimmt und das zwei einander gegenüberliegende flüssigkeitsgekühlte Gehäusewände aufweist, die jeweils mehrere Kühlflüssigkeits-Kühlkanäle aufweisen. Zwischen den Kühlflüssigkeits-Kühlkanälen einer Seitenwand ist eine mittlere Wandzone vorgesehen, die keine Kanäle aufweist. Die beiden Batterieelemente weisen jeweils eigene elektrische Anschlüsse auf, die außerhalb des Batteriemodul-Gehäuses elektrisch miteinander verschaltet sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul mit einem stabilen Batteriemodul-Gehäuse und einer einfachen elektrischen Kontaktierung der Batterieelemente in dem Traktionsbatteriemodul-Gehäuse zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul weist ein steifes Batteriemodul-Gehäuse mit mindestens einem Batterieelement innerhalb des Gehäuses auf. Das Batteriemodul-Gehäuse weist mindestens eine ebene und flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand auf. Bei der Gehäusewand handelt es sich vorzugsweise um die obenliegende Decken-Gehäusewand des vorzugsweise quaderförmigen Batteriemodul-Gehäuses und/oder um die untenliegende Gehäusewand, die den Boden des Batteriemodul-Gehäuses bildet, stets bezogen auf die räumliche Orientierung im im Kraftfahrzeug verbauten Zustand.
  • Die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand weist mindestens einen durchgehend geradlinigen Kühlflüssigkeits-Kühlkanal und mindestens einen dazu parallelen und durchgehend geradlinigen Leerkanal auf, der nicht von der Kühlflüssigkeit oder einem anderen Fluid durchströmt ist, sondern in der Regel mit stillstehender Umgebungsluft gefüllt ist. Sowohl der Kühlflüssigkeits-Kühlkanal als auch der Leerkanal erstrecken sich über nahezu die gesamte Länge der betreffenden flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand, insbesondere über mindestens 90 % der Länge der betreffenden Gehäusewand.
  • Der Flüssigkeit-Kühlkanal bzw. die Kühlflüssigkeits-Kühlkanäle einerseits und der Leerkanal bzw. die Leerkanäle andererseits sind bezüglich der Kanalachsen parallel zueinander. Zwar wird die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand in dem Bereich des Leerkanals bzw. der Leerkanäle nicht unmittelbar durch die Kühlflüssigkeit gekühlt jedoch wird besonders bevorzugt die Stabilität der betreffenden flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand im Bereich des Leerkanals nicht nennenswert geschwächt, da die Gesamtstärke der flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand im Bereich des Leerkanals nicht geringer ausfallen muss, als im Bereich des Kühlkanals, jedoch das Vorsehen des Leerkanals eine Gewichtseinsparung bringt gegenüber einer entsprechenden Zone aus Vollmaterial. Ferner kann der Leerkanal andere Aufgaben erfüllen, die keine Kühlaufgaben sind. Besonders bevorzugt weist die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand eine konstante Gesamt-Wandstärke über ihre gesamte Wandfläche auf.
  • Die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand weist eine Kontaktierungsöffnung auf, durch die ausschließlich der Leerkanal unterbrochen ist, nicht jedoch einer der Kühlflüssigkeits-Kühlkanäle unterbrochen wird. Da der Leerkanal keine Kühlungsaufgabe hat, kann er problemlos unterbrochen werden, um einen Zugang in das Gehäuseinnere des Batteriemodul-Gehäuses zu bilden. Im Bereich der Kontaktierungsöffnung ist ein elektrisches Anschlusselement angeordnet, durch das das mindestens eine Batterieelement elektrisch kontaktiert ist. Das Anschlusselement wird im einfachsten Fall von elektrischen Leitungen gebildet, die die elektrische Verbindung zur Modulaußenseite herstellen und/oder die elektrische Verbindung von zwei Batterieelementen untereinander herstellen. Das Anschlusselement kann jedoch grundsätzlich zusätzlich elektrische oder elektronische Bauteile aufweisen, beispielsweise elektrische Schalter, Sensoren etc.
  • Auf diese Weise wird ein leichtes und mechanisch stabiles Batteriemodul-Gehäuse geschaffen, das im Bereich des Leerkanals bzw. der Leerkanäle eine Kontaktierungsöffnung aufweist, durch die beim Zusammenbau des Traktionsbatteriemoduls nach dem Einsetzen des Batterieelements bzw. der Batterieelemente auf einfache Weise und leicht zugänglich ein elektrisches Anschlusselement appliziert werden kann, durch das das Batterieelement bzw. die Batterieelemente elektrisch verbunden sind. Insbesondere bei einem Traktionsbatteriemodul, das oberhalb der Batterieelemente gekühlt wird, liegt insofern ein Bauraumkonflikt vor, als auch die elektrische Kontaktierung der Batterieelemente günstigerweise von oben erfolgt. Dieser Bauraumkonflikt wird mit dem erfindungsgemäßen Traktionsbatteriemodul gelöst.
  • Vorzugsweise sind mindestens zwei bevorzugt identische Batterieelemente vorgesehen, die beide durch das eine elektrische Anschlusselement elektrisch mit der Außenwelt und/oder miteinander verbunden sind. Da das elektrische Anschlusselement durch die Kontaktierungsöffnung hindurch von der Gehäuseaußenseite aus einfach zugänglich ist, können die beiden Batterieelemente auf einfache Weise und mit geringem Montageaufwand elektrisch miteinander bzw. mit der Außenwelt verbunden werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist im Gehäuse-Innenraum eine Trennwand vorgesehen, die zwischen zwei Batterieelementen angeordnet ist, und die diese räumlich voneinander trennt. Die Trennwand dient ferner der mechanischen Stabilisierung und Versteifung des Batteriemodul-Gehäuses. Besonders bevorzugt ist die Trennwand parallel zur Längsrichtung des Kühlkanals bzw. des Leerkanals angeordnet.
  • Vorzugsweise ist die Trennwand im Bereich des Leerkanals mit der flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand verbunden und ist die Kontaktierungsöffnung im Bereich der Trennwand vorgesehen. Die Trennwand stößt also im Bereich eines Leerkanals bzw. zwischen zwei Leerkanälen auf die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand, und nicht im Bereich eines Kühlkanals. Auf diese Weise kann über die Kontaktierungsöffnung im Bereich des Leerkanals ein Zugang zu den beiden durch die Trennwand voneinander getrennten Batterieelement-Kammern geschaffen werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind alle Leerkanäle zusammen zwischen jeweils mindestens einem Kühlkanal angeordnet, und sind besonders bevorzugt wandmittig zwischen jeweils mindestens einem Kühlkanal angeordnet. Der Leerkanal bzw. die Leerkanäle bilden also, betrachtet in Querrichtung zur Längserstreckung der Kanäle, den mittleren Bereich der betreffenden flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand, wohingegen die Kühlkanäle jeweils die seitlichen Gehäusewand-Bereiche zu beiden Seiten des bzw. der Leerkanäle bilden.
  • Vorzugsweise ist in der proximalen Kanalwand des Leerkanals eine separate Belüftungsöffnung vorgesehen, durch die der Gehäuseinnenraum belüftet ist. Eine Belüftung ist insbesondere zum Druckausgleich von fluidisch isolierten Luftvolumina innerhalb des Batteriemodul-Gehäuses erforderlich, die insbesondere bei Batterieelementen, die in einem Zellsack untergebracht sind, unvermeidlich sind. So kann beispielsweise an beiden Längsenden innerhalb einer Batterieelement-Kammer ein isoliertes Luftvolumen vorhanden sein, das jeweils über die entsprechend platzierte Belüftungsöffnung der proximalen Kanalwand des Leerkanals mit atmosphärischen Druck fluidisch verbunden ist. Eine separate Druckausgleichslösung für die isolierten Luftvolumina ist nicht mehr erforderlich.
  • Vorzugsweise wird bzw. werden die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand, und besonders bevorzugt, auch ein oder mehrere weitere Gehäusewände des Gehäuses von einem einzigen Metall-Strangpressprofilkörper gebildet. Zur Herstellung eines sechsseitig geschlossenen Batteriemodul-Gehäuses sind lediglich an den beiden Stirnseiten jeweils entsprechende Stirnwände aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich das Batteriemodul-Gehäuse preiswert fertigen, obwohl es vielfältige Aufgaben erfüllt und einen komplexen konstruktiven Aufbau gestattet.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemoduls anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen mittigen Querschnitt I - I eines schematisch dargestellten Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemoduls,
    • 2 einen außermittigen Querschnitt II - II des Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemoduls der 1,
    • 3 eine schematische perspektivische Darstellung des längsseitig offenen Batteriemodul-Gehäuses des Traktionsbatteriemoduls der 1 und 2, und
    • 4 eine perspektivische Darstellung des Batteriemodul-Gehäuses der 3 ohne distale Kanalwände der oberen Gehäusewand.
  • In den Figuren ist schematisch ein Hochvolt-Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul 10 mit einem steifen Batteriemodul-Gehäuse 20 dargestellt. Das Batteriemodul-Gehäuse hat eine quaderförmige Form und weist sechs ebene Wände auf, nämlich eine teilweise flüssigkeitsgekühlte obere Gehäusewand 30, eine vollflächig flüssigkeitsgekühlte untere Gehäusewand 24, zwei Seitenwände 22,23 sowie zwei nicht dargestellte Stirnwände, die das Batteriemodul-Gehäuse 20 endseitig jeweils fluiddicht verschließen.
  • Die obere Gehäusewand 30, die untere Gehäusewand 24 und die beiden Seitenwände ein 22,23 sind aus einem einzigen Metall-Strangpressprofilkörper 20' gebildet, wohingegen die beiden Stirnwände flüssigkeitsdicht mit dem Strangpressprofilkörper 20' verbunden sind, beispielsweise verklebt oder verschweißt sind.
  • Der Innenraum des Batteriemodul-Gehäuses 20 ist durch eine mittig angeordnete Trennwand 24 in zwei gleichgroße Batteriekammern unterteilt, wobei in jeder Batteriekammer jeweils ein Hochvolt-Batterieelement 11,12 angeordnet ist, dass jeweils von einem flexiblen Zellsack umgeben ist. Die Trennwand 25 steht in einer Parallelebene zu den beiden Seitenwänden 22,23.
  • Die untenliegende flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand 24 weist mehrere in Längsrichtung verlaufende und parallel zueinander angeordnete Kühlflüssigkeits-Kühlkanäle 26 auf, durch die die untere Gehäusewand 24 homogen gekühlt werden kann. Die obenliegende flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand 30 weist seitlich eines mittleren Bereichs jeweils drei in Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle 32 auf, und in einem mittleren Bereich zwei nebeneinander liegende und ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Leerkanäle 34, 35 auf. Die beiden Leerkanäle 34,35 sind also beide wandmittig und zwischen jeweils drei seitlich der Mitte angeordneten Kühlkanälen 32 angeordnet. Die Kanäle 32, 34,35 in der oberen flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand 30 werden durch einen proximalen Wandteil 33 und durch einen distalen Wandteil 31 der Gehäusewand 30 gebildet, die über entsprechende vertikale Verbindungsstege miteinander verbunden sind.
  • Die obere flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand 30 weist, bezogen auf beide in der Horizontalebene liegende Raumrichtungen, mittig eine Kontaktierungsöffnung 40 auf, wobei durch die Kontaktierungsöffnung 40 die Gehäusewand 30 in diesem Bereich vollständig geöffnet ist, sodass ein Zugang zum Innenraum des Batteriemodul-Gehäuses 20 geschaffen ist. Die rechteckige Kontaktierungsöffnung 40 wird durch vier Öffnungsrand-Flächen 41,42,43 definiert, von denen in der 1 nur drei Flächen dargestellt sind.
  • Vertikal unterhalb der Gehäuseöffnung 40 ist ein elektrisches Anschlusselement 14 angeordnet, durch das in diesem Bereich die beiden Batterieelemente 11,12 elektrisch miteinander und über eine elektrische Verbindungsleitung 15 elektrisch nach außen verbunden sind. Ferner sind über die Kontaktierungsöffnung 40 die insgesamt vier gebildeten Leerkanal-Abschnitte mit der umgebenden Atmosphäre fluidisch verbunden.
  • Die proximalen Kanalwände 34', 35' der vier Leerkanal-Abschnitte der beiden Leerkanäle 34,35 weisen in der Nähe der jeweiligen Stirnwände jeweils eine Belüftungsöffnung 50,51 auf, durch die der Gehäuseinnenraum auch in diesen Stirnwand-nahen Bereichen belüftet wird. Die Belüftungsöffnungen 50,51 dienen dem Druckausgleich der in diesem Bereich vorkommenden fluidisch isolierten Luftvolumina.
  • 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
    • DE 102018109470 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) mit einem steifen Batteriemodul-Gehäuse (20) mit mindestens einem Batterieelement (11,12), wobei das Batteriemodul-Gehäuse (20) mindestens eine ebene und flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) aufweist, wobei die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) mindestens einen durchgehend geradlinigen Kühlflüssigkeits-Kühlkanal (32) und mindestens einen dazu parallelen und durchgehend geradlinigen Leerkanal (34,35) aufweist, der nicht flüssigkeitsdurchströmt ist, wobei die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30) eine Kontaktierungsöffnung (40) aufweist, durch die ausschließlich der Leerkanal (34,35) unterbrochen ist, und wobei im Bereich der Kontaktierungsöffnung (40) ein elektrisches Anschlusselement (14) angeordnet ist, durch das mindestens ein Batterieelement (11,12) elektrisch kontaktiert ist.
  2. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Batterieelemente (11,12) vorgesehen sind, die beide durch das elektrische Anschlusselement (14) elektrisch kontaktiert sind.
  3. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Batteriemodul-Gehäuse (20) im Innenraum eine Trennwand (25) aufweist, die zwischen zwei Batterieelementen (11,12) angeordnet ist.
  4. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach Anspruch 3, wobei die Trennwand (25) parallel zur Längsrichtung des Kühlkanals (32) und des Leerkanals (34,35) angeordnet ist.
  5. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Trennwand (25) im Bereich des Leerkanals (34,35) mit der flüssigkeitsgekühlten Gehäusewand (30) verbunden ist und die Kontaktierungsöffnung (40) im Bereich der Trennwand (25) vorgesehen ist.
  6. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei alle Leerkanäle (34,35) zusammen zwischen jeweils mindestens einem Kühlkanal (32) angeordnet sind, und besonders bevorzugt wandmittig zwischen jeweils mindestens einem Kühlkanal (32) angeordnet sind.
  7. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die flüssigkeitsgekühlte Gehäusewand (30), besonders bevorzugt mehrere Gehäusewände (22,23,24,30) von einem einzigen Metall-Strangpressprofilkörper (20') gebildet ist bzw. sind.
  8. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in der proximalen Kanalwand (34', 35') des Leerkanals (34,35) eine Belüftungsöffnung (50,51) vorgesehen ist, durch die der Gehäuseinnenraum belüftet ist.
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