DE102020104913A1

DE102020104913A1 - Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020104913A1
Application number: DE102020104913.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Amsz; Victor Schob
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zellmodul (2), welches eine Mehrzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriezellen (5) aufweist, und mit einem Speichergehäuse, in welchem das wenigstens eine Zellmodul (2) aufgenommen ist. Das Speichergehäuse weist eine Bodenplatte (6) auf, mit welcher das wenigstens eine Zellmodul (2) in wärmeleitender Verbindung steht. Eine Kühleinrichtung (12) ist zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul (2) vorgesehen. Die Kühleinrichtung (12) ist von einem Kühlfluid durchströmbar und umfasst ein Wannenelement (13), welches an dem Speichergehäuse angebracht ist. Zwischen einer Außenseite (16) der Bodenplatte (6) des Speichergehäuses und einer Innenseite (15) des Wannenelements (13) ist ein Zwischenraum (17) ausgebildet, welcher von dem Kühlfluid durchströmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zellmodul, welches eine Mehrzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriezellen aufweist. Das wenigstens eine Zellmodul ist in einem Speichergehäuse des Energiespeichers aufgenommen. Das Speichergehäuse weist eine Bodenplatte auf, mit welcher das wenigstens eine Zellmodul in wärmeleitender Verbindung steht. Zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul ist eine Kühleinrichtung vorgesehen. Die Kühleinrichtung ist von einem Kühlfluid durchströmbar.
Aus dem Kraftfahrzeugbau sind auch als Hochvoltbatterien bezeichnete elektrische Energiespeicher bekannt, bei welchen eine direkte Bodenkühlung von Batteriezellen der Hochvoltbatterie realisiert wird. Hierbei sind die zu einem Zellmodul zusammengefassten Batteriezellen direkt an einer Kühlplatte angebracht, welche von einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Beispielsweise beschreibt die EP 3 113 278 B1 eine Kraftfahrzeugbatterie, bei welcher zwischen einer von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlplatte und einem Batteriemodul, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist, ein Wärmeleitpad angeordnet ist.
Wenn mehrere derartige Batteriemodule mit einer jeweiligen dem Batteriemodul zugeordneten Kühlplatte in einem Gehäuse beziehungsweise Speichergehäuse des elektrischen Energiespeichers untergebracht werden, so sind auch die jeweiligen Kühlplatten innerhalb dieses Speichergehäuses angeordnet. Das Integrieren der Kühlung beziehungsweise der Kühlplatte in das jeweilige Zellmodul ist jedoch mit einem vergleichsweise hohen Aufwand und dementsprechend hohen Kosten bei der Fertigung des einzelnen Zellmoduls beziehungsweise Batteriemoduls verbunden.
Zudem entsteht ein entsprechend hoher Aufwand beim Anschließen der einzelnen Kühleinrichtungen in Form der Kühlplatten an eine Kühlmittelzufuhr beziehungsweise Kühlmittelverteilung. Denn ein jeweiliger Zulauf und ein jeweiliger Ablauf der einzelnen Kühlplatten ist an eine entsprechende Kühlmittelleitung anzuschließen. Dadurch kann es außerdem an einer Vielzahl von Verbindungsstellen zu einem Austritt von Kühlmittel beziehungsweise Kühlfluid kommen. Dieser Fall kann auch auftreten, wenn die Kühleinrichtung oder Kühlplatte des jeweiligen Zellmoduls schadhaft wird beziehungsweise undicht wird.
Des Weiteren kann es an den zahlreichen Anschlussstellen und Verbindungsstellen zu einem Austritt von Kühlmittel innerhalb des Gehäuses beziehungsweise Speichergehäuses des elektrischen Energiespeichers kommen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine durch das Kühlmittel herstellbare elektrisch leitende Verbindung innerhalb des Speichergehäuses nachteilig.
Darüber hinaus ist das Bereitstellen eines zur Umgebung hin dichten Speichergehäuses des elektrischen Energiespeichers aufwendig und kostenintensiv, wenn das Speichergehäuse als Aluminiumgehäuse ausgebildet ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Energiespeicher der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem die Kühleinrichtung besonders aufwandsarm bereitgestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßer elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens ein Zellmodul, welches eine Mehrzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriezellen aufweist, In einem Speichergehäuse des elektrischen Energiespeichers ist das wenigstens eine Zellmodul aufgenommen. Das Speichergehäuse weist eine Bodenplatte auf, mit welcher das wenigstens eine Zellmodul in wärmeleitender Verbindung steht. Der elektrische Energiespeicher weist eine Kühleinrichtung zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul auf, wobei die Kühleinrichtung von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Die Kühleinrichtung umfasst ein Wannenelement, welches an dem Speichergehäuse angebracht ist. Hierbei ist zwischen einer Außenseite der Bodenplatte des Speichergehäuses und einer Innenseite des Wannenelements ein Zwischenraum ausgebildet, welcher von dem Kühlfluid durchströmbar ist.
Auf diese Weise strömt im Betrieb der Kühleinrichtung das Kühlfluid nicht innerhalb des Speichergehäuses, sondern entlang der Außenseite der Bodenplatte des Speichergehäuses. Ein in dem Speichergehäuse ausgebildeter Aufnahmeraum, in welchem das wenigstens eine Zellmodul angeordnet ist, ist somit nicht dem Risiko eines ungewollten Eintritts von Kühlmittel beziehungsweise Kühlfluid ausgesetzt, welcher von Undichtigkeiten an etwaigen Kühlfluidleitungen herrührt. Es lässt sich also besonders einfach ein trockener und abgedichteter Bauraum für das wenigstens eine Zellmodul innerhalb des Speichergehäuses des elektrischen Energiespeichers bereitstellen.
Dennoch ist die an dem Speichergehäuse angebrachte und somit in den elektrischen Energiespeicher integrierte Kühleinrichtung besonders einfach, kostengünstig und aufwandsarm bereitgestellt. Dies liegt insbesondere daran, dass es sich bei dem Wannenelement um ein sehr simples und kostengünstiges Bauteil handelt, durch dessen Festlegung an dem Speichergehäuse der von dem Kühlfluid durchströmbare Zwischenraum ausgebildet wird.
Darüber hinaus lassen sich etwaige Undichtheiten der Kühleinrichtung sehr leicht detektieren, ohne dass ein Risiko eines Kontakts des insbesondere als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlfluids mit spannungsführenden Komponenten des elektrischen Energiespeichers besteht. Dies ist insbesondere bei Ausbildung des elektrischen Energiespeichers als Hochvoltbatterie oder Hochvoltspeicher von Bedeutung, wie er für ein Kraftfahrzeug in Form eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs zum Einsatz kommen kann. Ein derartiger Hochvoltspeicher stellt eine Nennspannung von mehr als 60 Volt und insbesondere von bis zu mehreren 100 Volt bereit.
Da selbst bei einer Undichtigkeit der Kühleinrichtung mit einem Austreten von Kühlfluid verbundene Hochvoltrisiken nicht bestehen beziehungsweise besonders gering sind, können auch ohne eine spezielle, Hochvoltrisiken berücksichtigende Ausbildung beziehungsweise ohne entsprechendes Personal und ohne entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einfach Servicearbeiten beziehungsweise Reparaturarbeiten an der Kühleinrichtung des Energiespeichers vorgenommen werden. Dies kann mit bekannten Mitteln und Verfahren nach dem Stand der Technik beziehungsweise gemäß nahezu weltweit gängiger Werkstattpraxis erfolgen.
Des Weiteren lässt sich eine etwaige Beschädigung der Kühleinrichtung in Form beispielsweise einer Undichtigkeit des Wannenelements sehr einfach visuell kontrollieren.
Denn ein Austritt von flüssigem Kühlfluid aus dem durch das Wannenelement begrenzten Zwischenraum lässt sich sehr leicht visuell beziehungsweise optisch erfassen.
Durch das nach Art einer Kühlwanne ausgebildete Wannenelement ist außerdem ein Schutz für zumindest die Bodenplatte des Speichergehäuses bereitgestellt. Bei Anbringung des elektrischen Energiespeichers an einem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs bietet das Wannenelement zudem insbesondere einen Unterfahrschutz nach Art einer Unterbodenverkleidung. Folglich ist aufgrund des Vorsehens des Wannenelements auch eine direkte Beschädigung des Speichergehäuses beziehungsweise des wenigstens einen in dem Speichergehäuse aufgenommenen Zellmoduls sehr weitgehend vermeidbar.
Aufgrund der Anbringung des Wannenelements an dem Speichergehäuse ist diese Schutzfunktion beziehungsweise der Unterfahrschutz, welcher durch das Wannenelement bereitgestellt ist, für einen Service beziehungsweise eine Wartung und/oder eine Reparatur zudem besonders einfach und aufwandsarm zugänglich.
Über das Kühlfluid kann bei Bedarf auch ein Zuführen von Wärme zu dem wenigstens einen Zellmodul erreicht werden, etwa um bei einer vergleichsweise niedrigen Ausgangstemperatur der Batteriezellen des wenigstens einen Zellmoduls die Batteriezellen auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen. Insbesondere dient das Kühlfluid beziehungsweise Temperierfluid im Betrieb der Kühleinrichtung jedoch dazu, die beim Laden und Entladen der Batteriezellen freigesetzte Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul abzuführen.
Vorzugsweise ist zumindest die Bodenplatte des Speichergehäuses aus Metall gebildet, und das Wannenelement ist aus Kunststoff gebildet. Auf diese Weise sorgt das Wannenelement einerseits für einen Schutz zumindest der Bodenplatte des Speichergehäuses vor Korrosion, und es stellt zusätzlich den Unterbodenschutz für das Speichergehäuse bereit. Der Unterbodenschutz durch das Wannenelement aus Kunststoff ist insbesondere gegeben, wenn der Kunststoff vergleichsweise stoßfest und abriebfest ist.
Bei der Ausführung des Wannenelements beziehungsweise der Kühlwanne aus Kunststoff ist des Weiteren aufgrund der thermischen Isolationswirkung von Kunststoff die Effizienz der Kühleinrichtung besonders hoch.
Und die Ausbildung zumindest der Bodenplatte des Speichergehäuses aus Metall sorgt zum einen für eine hohe Festigkeit und Robustheit des Speichergehäuses zumindest im Bereich der Bodenplatte. Zum anderen lässt sich über die aus Metall gebildete Bodenplatte besonders gut Wärme in das Kühlfluid einbringen, welches im Betrieb der Kühleinrichtung durch den zwischen der Außenseite der Bodenplatte und der Innenseite des Wannenelements ausgebildeten Zwischenraum hindurchströmt.
Vorzugsweise sind ein erstes Anschlussteil zum Zuführen des Kühlfluids in den Zwischenraum und ein zweites Anschlussteil zum Abführen des Kühlfluids aus dem Zwischenraum einstückig mit dem Wannenelement ausgebildet. Durch diese Integration der Anschlussteile in das Wannenelement lässt sich einerseits die Anzahl von Verbindungsstellen besonders gering halten, an welchen es gilt, ein Austreten von Kühlfluid aus der Kühleinrichtung zu verhindern. Des Weiteren ist die durch die Integration der Anschlussteile in das Wannenelement erreichte Reduzierung einer Bauteilanzahl des Energiespeichers vorteilhaft.
Vorzugsweise bildet die Bodenplatte einen Boden eines wannenförmigen Unterteils des Speichergehäuses. Hierbei ist durch das Unterteil zumindest ein Teilbereich von Seitenwänden des Speichergehäuses bereitgestellt. Die Seitenwände begrenzen einen Aufnahmeraum des Speichergehäuses für das wenigstens eine Zellmodul in Umfangsrichtung. Ein derartiges, wannenförmiges Unterteil des Speichergehäuses braucht lediglich mittels eines entsprechenden Deckelelements verschlossen zu werden, um ein allseitig geschlossenes Speichergehäuse bereitzustellen. Auch dies verringert den Aufwand bei der Herstellung des elektrischen Energiespeichers.
Insbesondere kann ein Deckelelement zum Verschließen des innerhalb des Unterteils ausgebildeten Aufnahmeraums durch einen Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Dadurch ist die Ausbildung des Speichergehäuses des elektrischen Energiespeichers besonders aufwandsarm.
Vorzugsweise ist der Boden des Unterteils einstückig mit zumindest dem Teilbereich der Seitenwände des Speichergehäuses ausgebildet. Mit anderen Worten ist durch das Material des wannenförmigen Unterteils sowohl die Bodenplatte des Speichergehäuses als auch zumindest der Teilbereich der Seitenwände des Speichergehäuses bereitgestellt. Beispielsweise kann ein derartiges Unterteil durch Tiefziehen des Materials einfach und aufwandsarm bereitgestellt werden.
Dies gilt insbesondere, wenn das wannenförmige Unterteil des Speichergehäuses aus einem Stahlblech gebildet ist. Im Gegensatz zur Verwendung von Aluminium für eine derartige Komponente des Speichergehäuses ist die Verwendung von Stahlblech besonders kostengünstig.
Vorzugweise ist zwischen Seitenwänden des Wannenelements und dem Unterteil des Speichergehäuses ein Dichtelement angeordnet. So lässt sich einfach und sicher ein Austreten des Kühlfluids aus dem Zwischenraum im Bereich der Seitenwände des Speichergehäuses verhindern.
Es kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement einen Zusammenhalt des Wannenelements mit dem Unterteil bewirkt oder zumindest unterstützt. Beispielsweise kann hierfür das Dichtelement eine Klebewirkung aufweisen. So kann einerseits eine einfache Anbringung des Wannenelements an dem Unterteil des Speichergehäuses erreicht werden und zugleich die Dichtigkeit der Verbindung sichergestellt werden.
Die Bodenplatte des Speichergehäuses kann wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweisen. Hierbei ist mittels eines durch die Durchtrittsöffnung hindurchführbaren Befestigungselements das Speichergehäuse an einem Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs festlegbar. So ist eine besonders einfache Montage des Speichergehäuses an das Karosseriebauteil erreichbar, welches insbesondere als Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann mittels durch eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen hindurchgeführter Schraubbolzen das Speichergehäuse mit dem darin aufgenommenen wenigstens einen Zellmodul an dem Fahrzeugboden von unten durch Verschrauben befestigt werden.
Vorzugsweise weist das Wannenelement im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung eine Einbuchtung auf. Hierbei ist in einem der Bodenplatte des Speichergehäuses nahen Wandungsbereich der Einbuchtung eine Ausnehmung ausgebildet, welche mit der Durchtrittsöffnung fluchtet. Zwischen dem Wandungsbereich der Einbuchtung und der Außenseite der Bodenplatte ist ein Dichtelement angeordnet. Durch das Vorsehen der Einbuchtung ist das Befestigungselement auf einfache Weise zugänglich. Und aufgrund des Dichtelements ist verhindert, dass Kühlfluid in den Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung gelangt, welche in der Bodenplatte des Speichergehäuses ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zwischen dem Wandungsbereich der Einbuchtung und der Außenseite der Bodenplatte angeordnete Dichtelement einen Zusammenhalt des Wannenelements mit der Bodenplatte zumindest unterstützt. Beispielsweise kann das Dichtelement hierfür eine Klebewirkung aufweisen und so für die Festlegung des Wannenelements an dem Speichergehäuse sorgen oder diese Festlegung zumindest unterstützen.
Vorzugsweise weist das Wannenelement eine Mehrzahl von Strömungsleitelementen auf, durch welche ein Strömungsweg des Kühlfluids durch den Zwischenraum vorgegeben ist. Auf diese Weise kann eine besonders wirkungsvolle und weitgehende Abfuhr von Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul erreicht werden.
Die Strömungsleitelemente können insbesondere als aus einem Wandmaterial des Wannenelements gebildete Rippen und/oder Stege ausgebildet sein. Beispielsweise können in das Wandmaterial des Wannenelements Verprägungen eingebracht werden, um die Rippen beziehungsweise Stege bereitzustellen, welche den Strömungsweg des Kühlfluids durch den Zwischenraum vorgeben. So lassen sich die Strömungsleitelemente besonders einfach und aufwandsarm bereitstellen.
Vorzugsweise ist das Wannenelement lösbar an dem Speichergehäuse angebracht. So kann bei einer Beschädigung des Wannenelements sehr einfach ein Austausch desselben erfolgen. Insbesondere kann das Wannenelement mittels einer Verschraubung lösbar an dem Speichergehäuse angebracht sein. Hierfür können beispielsweise auf Seiten des Speichergehäuses Schweißbolzen bereitgestellt sein, auf welche zum Zwecke des lösbaren Festlegens des Wannenelements an dem Speichergehäuse Muttern aufgeschraubt werden. Bei Ausbildung derartiger Muttern aus Kunststoff ist in vorteilhafter Weise eine Korrosion derselben auf einfache Weise vermieden.
Vorzugsweise ist die wärmeleitende Verbindung des wenigstens einen Zellmoduls mit der Bodenplatte des Speichergehäuses durch eine Wärmeleitpaste hergestellt. Eine derartige Wärmeleitpaste, welche vor einem Aushärten plastisch verformbar ist, sorgt zum einen für einen Ausgleich von etwaigen Unebenheiten im Bereich der Bodenplatte und/oder des Zellmoduls. Des Weiteren verhindert die zunächst plastische Wärmeleitpaste, dass zwischen dem Zellmodul und der Bodenplatte Luft vorhanden ist, welche für eine thermische Isolation sorgen würde.
Die Wärmeleitpaste kann insbesondere nach Art eines wärmeleitenden Klebstoffs ausgebildet sein, welcher einen Zusammenhalt des Zellmoduls mit der Bodenplatte bewirkt. Dadurch wird eine Fixierung des wenigstens einen Zellmoduls in dem Speichergehäuse erreicht oder zumindest unterstützt.
Vorzugsweise steht eine Mehrzahl von Zellmodulen des elektrischen Energiespeichers mit der Bodenplatte des Speichergehäuses in wärmeleitender Verbindung. Hierbei ist die Kühleinrichtung als gemeinsame Kühleinrichtung für die Zellmodule des elektrischen Energiespeichers vorgesehen. Folglich ist nicht für jedes der Zellmodule eine separate Kühleinrichtung vorhanden. Vielmehr können alle Zellmodule des elektrischen Energiespeichers mittels derselben Kühleinrichtung gekühlt beziehungsweise temperiert werden. Auch dies ist im Hinblick auf den Aufwand für das Bereitstellen der Kühleinrichtung vorteilhaft.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein wannenförmiges Unterteil eines Speichergehäuses eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei in einem Aufnahmeraum des Speichergehäuses drei Zellmodule angeordnet sind, und wobei an dem wannenförmigen Unterteil des Speichergehäuses ein Wannenelement von außen angebracht ist;
2 stark schematisiert eines der Zellmodule gemäß 1 in einer Seitenansicht;
3 den elektrischen Energiespeicher gemäß 1 in einer Ansicht auf dessen Unterseite, an welcher das Wannenelement an dem Unterteil angebracht ist;
4 ausschnittsweise und in einer Schnittansicht einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Zwischenraum, welcher zwischen dem Wannenelement und einer Bodenplatte des Unterteils ausgebildet ist;
5 in einer weiteren, teilweise geschnittenen Ansicht die einstückige Ausbildung von Anschlussteilen für eine Zufuhr des Kühlfluids in den Zwischenraum und für ein Abführen des Kühlfluids; und
6 einen möglichen Strömungsweg des Kühlfluids durch den Zwischenraum.

In 1 sind von einem elektrischen Energiespeicher 1 für ein Kraftfahrzeug eine Mehrzahl von Zellmodulen 2 sowie ein wannenförmiges Unterteil 3 eines Speichergehäuses 4 des elektrischen Energiespeichers 1 gezeigt. In an sich bekannter Weise weist jedes der Zellmodule 2 eine Mehrzahl von elektrischen Batteriezellen 5 auf, welche in der in 2 gezeigten Seitenansicht eines der Zellmodule 2 schematisch dargestellt sind, und von welchen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batteriezellen 5 sind elektrisch leitend miteinander verbunden, damit das jeweilige Zellmodul 2 eine gewünschte Stromstärke und Spannung bereitstellen kann.
Das Speichergehäuse 4 des elektrischen Energiespeichers 1 weist vorliegend eine Bodenplatte 6 auf, durch welche ein Boden des wannenförmigen Unterteils 3 gebildet ist (vergleiche 4). Durch das wannenförmige Unterteil 3 sind zudem Seitenwände 7, 8, 9, 10 des Speichergehäuses 4 gebildet, welche einen Aufnahmeraum des Speichergehäuses 4 in Umfangsrichtung begrenzen. In diesem Aufnahmeraum, dessen Bodenfläche von der Größe her Fläche eines Bodens einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs entsprechen kann, sind die Zellmodule 2 aufgenommen.
Das wannenförmige Unterteil 3 des Speichergehäuses 4 ist vorliegend sehr einfach und ohne spezielle Anforderungen aufgebaut und beispielsweise aus einem tiefgezogenen Stahlblech gebildet.
An der Bodenplatte 6 sind die Zellmodule 2 mittels einer Wärmeleitpaste 11 beziehungsweise eines wärmeleitenden Klebstoffs oder dergleichen Medium angebracht (vergleiche 5). Von den Batteriezellen 5 der Zellmodule 2 beim Laden und Entladen abgegebene Wärme wird somit über die Wärmeleitpaste 11 auf die Bodenplatte 6 des wannenförmigen Unterteils 3 übertragen.
Eine Kühlung der Zellmodule 2 wird vorliegend durch eine Kühleinrichtung 12 erreicht, welche ein Wannenelement 13 beziehungsweise eine an das Unterteil 3 angebrachte, separate Kühlschale umfasst. In 3 ist diese Kühlschale beziehungsweise das Wannenelement 13 in einer Ansicht auf eine Unterseite beziehungsweise Außenseite 14 des Wannenelements 13 gezeigt.
Insbesondere aus 4 ist ersichtlich, dass zwischen einer Innenseite 15 des Wannenelements 13, welche der Bodenplatte 6 zugewandt ist, und einer Außenseite 16 der Bodenplatte 6 ein Zwischenraum 17 ausgebildet ist. Durch diesen Zwischenraum 17 kann ein vorzugsweise flüssiges Kühlfluid beziehungsweise Kühlmittel hindurchströmen, um Wärme von den Zellmodulen 2 abzuführen. In 4 ist dieser Zwischenraum 17 zwischen der Unterseite beziehungsweise Außenseite 16 der Bodenplatte 6 und zwischen der Innenseite 15 beziehungsweise Oberseite des Wannenelements 13 besonders gut zu erkennen.
Aus 4 ist weiter ersichtlich, dass zwischen einer jeweiligen Seitenwand 18 des Wannenelements 13 und der jeweiligen Seitenwand 7, 8, 9, 10 des Unterteils 3 ein Dichtelement beziehungsweise eine Dichtung 19 angeordnet ist. Diese um das Unterteil 3 umlaufende Dichtung 19 verhindert zum einen ein Austreten von Kühlfluid aus dem Zwischenraum 17. Des Weiteren kann die Dichtung 19 einen Zusammenhalt des Wannenelements 13 mit dem Unterteil 3 bewirken oder zumindest unterstützen.
In 4 ist des Weiteren ein Befestigungselement in Form eines Schraubbolzens 20 gezeigt. Mittels derartiger Schraubbolzen 20, welche an jeweiligen Verschraubungsstellen 21 (vergleiche 1) durch die Zellmodule 2 hindurchgeführt sind, lässt sich das Speichergehäuse 4 an einem (nicht gezeigten) Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs festlegen. Durch den Fahrzeugboden kann hierbei ein Deckelelement des Speichergehäuses 4 bereitgestellt sein.
Das Speichergehäuse 4 kann jedoch auch einen separaten Deckel aufweisen, welcher an dem Unterteil 3 angebracht wird, um das vorzugsweise umfangsseitig oder allseitig geschlossene Speichergehäuse 4 des elektrischen Energiespeichers 1 bereitzustellen.
Aus einer Zusammenschau von 3 mit 4 ist ersichtlich, dass das Wannenelement 13 im Bereich der Befestigungsstellen oder Verschraubungsstellen 21, von welchen in 1 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind, jeweilige Einbuchtungen 22 aufweist. Auch von diesen Einbuchtungen 22 sind der Übersichtlichkeit halber in 3 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen. In dem Bereich der jeweiligen Einbuchtung 22 ist in der Bodenplatte 6 des Unterteils 3 eine Durchtrittsöffnung 23 ausgebildet, durch welche ein Schaft 24 des jeweiligen Schraubbolzens 20 hindurchtritt.
In dem Bereich der jeweiligen Einbuchtung 22 weist das Wannenelement 13 des Weiteren eine mit der Durchtrittsöffnung 23 fluchtende Ausnehmung 25 auf. Zwischen einem der Bodenplatte 6 nahen Wandungsbereich 26 der Einbuchtung 22 und der Außenseite 16 der Bodenplatte 6 ist ein jeweiliges Dichtelement 27 angeordnet. Das Dichtelement 27 kann als Klebenaht oder dergleichen ausgebildet sein, welche den Zusammenhalt des Wannenelements 13 mit dem Unterteil 3 zumindest unterstützt.
Durch das Dichtelement 27 sind die Bereiche der Verschraubungsstellen 21 gegenüber dem Zwischenraum 17 abgedichtet, durch welche im Betrieb der Kühleinrichtung 12 das Kühlfluid beziehungsweise die Kühlflüssigkeit strömt.
Ein Kragen 28 des jeweiligen Schraubbolzens 20 liegt im Bereich der Einbuchtung 22 unmittelbar an der Außenseite 16 der Bodenplatte 6 an. Zudem ist ein Durchmesser des Kragens 28 kleiner als ein Durchmesser der im Bereich der jeweiligen Einbuchtung 22 vorgesehenen Ausnehmung 25 in dem Wannenelement 13.
Aus 5 ist ersichtlich, dass ein erstes Anschlussteil 29 zum Zuführen des Kühlfluids in den Zwischenraum 17 und ein zweites Anschlussteil 30 zum Abführen des Kühlfluids aus dem Zwischenraum 17 einstückig mit dem Wannenelement 13 ausgebildet sind. Über diese Anschlussteile 29, 30 können Leitungen für das Kühlfluid angeschlossen werden, über welche das Kühlfluid einem Kühler des Kraftfahrzeugs zugeführt beziehungsweise von dem Kühler her kommend in den Zwischenraum 17 eingebracht werden kann.
In 6 ist das Wannenelement 13 in einer Draufsicht auf dessen Unterseite oder Außenseite 14 gezeigt. Zudem ist in 6 ein möglicher Strömungsweg 31 des Kühlfluids durch den Zwischenraum 17 veranschaulicht. Beispielsweise kann dieser Strömungsweg 31 mäanderförmig ausgebildet sein.
Der entsprechende Strömungsweg 31 kann durch Rippen 32 vorgegeben werden, welche aus einem Wandmaterial des Wannenelements 13 gebildet sind, und welche in 6 von ihrer Lage her schematisch angedeutet sind. Derartige Rippen 32 können beispielsweise durch Verprägen des vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten Wandmaterials des Wannenelements 13 gebildet sein.
Aufgrund der bevorzugten Ausbildung des Wannenelements 13 aus Kunststoff ist durch das Wannenelement 13 ein Korrosionsschutz und zugleich ein Unterfahrschutz für das Speichergehäuse 4 des elektrischen Energiespeichers 1 bereitgestellt. Zudem steigert die thermische Isolationswirkung des für das Wannenelement 13 verwendeten Kunststoffs die Effizienz im Betrieb der Kühleinrichtung 12.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeicher
2: Zellmodul
3: Unterteil
4: Speichergehäuse
5: Batteriezelle
6: Bodenplatte
7: Seitenwand
8: Seitenwand
9: Seitenwand
10: Seitenwand
11: Wärmeleitpaste
12: Kühleinrichtung
13: Wannenelement
14: Außenseite
15: Innenseite
16: Außenseite
17: Zwischenraum
18: Seitenwand
19: Dichtung
20: Schraubbolzen
21: Verschraubungsstelle
22: Einbuchtung
23: Durchtrittsöffnung
24: Schaft
25: Ausnehmung
26: Wandungsbereich
27: Dichtelement
28: Kragen
29: Anschlussteil
30: Anschlussteil
31: Strömungsweg
32: Rippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3113278 B1 [0003]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zellmodul (2), welches eine Mehrzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriezellen (5) aufweist, mit einem Speichergehäuse (4), in welchem das wenigstens eine Zellmodul (2) aufgenommen ist, wobei das Speichergehäuse (4) eine Bodenplatte (6) aufweist, mit welcher das wenigstens eine Zellmodul (2) in wärmeleitender Verbindung steht, und mit einer Kühleinrichtung (12) zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Zellmodul (2), wobei die Kühleinrichtung (12) von einem Kühlfluid durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (12) ein Wannenelement (13) umfasst, welches an dem Speichergehäuse (4) angebracht ist, wobei zwischen einer Außenseite (16) der Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) und einer Innenseite (15) des Wannenelements (13) ein Zwischenraum (17) ausgebildet ist, welcher von dem Kühlfluid durchströmbar ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) aus Metall gebildet ist und das Wannenelement (13) aus Kunststoff gebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Anschlussteil (29) zum Zuführen des Kühlfluids in den Zwischenraum (17) und ein zweites Anschlussteil (30) zum Abführen des Kühlfluids aus dem Zwischenraum (17) einstückig mit dem Wannenelement (13) ausgebildet sind.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (6) einen Boden eines wannenförmigen Unterteils (3) des Speichergehäuses (4) bildet, wobei durch das Unterteil (3) zumindest ein Teilbereich von Seitenwänden (7, 8, 9, 10) des Speichergehäuses (4) bereitgestellt ist, welche einen Aufnahmeraum des Speichergehäuses (4) für das wenigstens eine Zellmodul (2) in Umfangsrichtung begrenzen.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Unterteils (3) einstückig mit zumindest dem Teilbereich der Seitenwände (7, 8, 9, 10) des Speichergehäuses (4) ausgebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wannenförmige Unterteil (3) des Speichergehäuses (4) aus einem Stahlblech gebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Seitenwänden (18) des Wannenelements (13) und dem Unterteil (3) des Speichergehäuses (4) ein, insbesondere einen Zusammenhalt des Wannenelements (13) mit dem Unterteil (3) zumindest unterstützendes, Dichtelement (19) angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (23) aufweist, wobei mittels eines durch die Durchtrittsöffnung (23) hindurchführbaren Befestigungselements (20) das Speichergehäuse (4) an einem Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs festlegbar ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wannenelement (13) im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (23) eine Einbuchtung (22) aufweist, wobei in einem der Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) nahen Wandungsbereich (26) der Einbuchtung (22) eine Ausnehmung (25) ausgebildet ist, welche mit der Durchtrittsöffnung (23) fluchtet, und wobei zwischen dem Wandungsbereich (26) der Einbuchtung (22) und der Außenseite (16) der Bodenplatte (6) ein Dichtelement (27) angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (27) einen Zusammenhalt des Wannenelements (13) mit der Bodenplatte (6) zumindest unterstützt.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wannenelement (13) eine Mehrzahl von, insbesondere als aus einem Wandmaterial des Wannenelements (13) gebildete Rippen (32) und/oder Stege ausgebildeten, Strömungsleitelementen aufweist, durch welche ein Strömungsweg (31) des Kühlfluids durch den Zwischenraum (17) vorgegeben ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wannenelement (13) lösbar an dem Speichergehäuse (4) angebracht ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Verbindung des wenigstens einen Zellmoduls (2) mit der Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) durch eine, insbesondere einen Zusammenhalt des Zellmoduls (2) mit der Bodenplatte (6) bewirkende, Wärmeleitpaste (11) hergestellt ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zellmodulen (2) des elektrischen Energiespeichers (1) mit der Bodenplatte (6) des Speichergehäuses (4) in wärmeleitender Verbindung steht.