DE102020108270A1 - Cooling device for cooling a battery module and battery system and motor vehicle for this purpose - Google Patents

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Markus Thurmeier
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (20) zum Kühlen eines Batteriemoduls (14). Die Kühlvorrichtung (20) umfasst mehrere Kammern (30a, 30b, 30c), die von einem Deckblech (22a) und einem Bodenblech (22b) begrenzt und für ein Fluid durchströmbar ausgebildet sind. Jedes Blech (22a, 22b) weist einen wellenförmigen Querschnitt auf, der mehrere Wellentäler (24a, 24b) und mehrere Wellenberge (26a, 26b) umfasst. Zum Ausbilden der Kammern (30a, 30b, 30c) liegen die Wellentäler (24a) des Deckblechs (22a) auf den Wellenbergen (26b) des Bodenblechs (22b) auf und sind miteinander mittels jeweiliger Fügeverbindungen (28a, 28b, 28c, 28d) fluiddicht verbunden sind. Zusätzlich ist das Deckblech (22a) bei einer Beanspruchung mit einem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformbar ausgestaltet.The invention relates to a cooling device (20) for cooling a battery module (14). The cooling device (20) comprises a plurality of chambers (30a, 30b, 30c) which are delimited by a cover plate (22a) and a bottom plate (22b) and are designed so that a fluid can flow through them. Each sheet (22a, 22b) has a wave-shaped cross section which comprises several wave troughs (24a, 24b) and several wave crests (26a, 26b). To form the chambers (30a, 30b, 30c), the wave troughs (24a) of the cover plate (22a) rest on the wave crests (26b) of the base plate (22b) and are fluid-tight to one another by means of respective joints (28a, 28b, 28c, 28d) are connected. In addition, the cover plate (22a) is designed to be deformable when exposed to a predetermined operating pressure by the fluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Batteriemoduls. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriesystem sowie ein Kraftfahrzeug hierzu.The invention relates to a cooling device for cooling a battery module. The present invention also relates to a battery system and a motor vehicle for this purpose.

Es ist allgemein bekannt, dass ein wärmeerzeugendes Bauteil vor einem Überhitzen zu schützen ist. Hierzu kann das Bauteil mittels einer Kühlvorrichtung gekühlt werden. Dabei kann es sich bei dem wärmeerzeugenden Bauteil, d. h. einem sogenannten zu kühlenden Kühlobjekt, insbesondere um einen elektrischen Energiespeicher handeln. Dieser kann beispielsweise als ein mehrere Batteriezellen umfassendes Batteriemodul Teil eines Batteriesystems für ein Kraftfahrzeug sein. Die Kühlvorrichtung kann einen mit einem Kühlfluid durchströmbaren Hohlraum (z. B. eine Kammer und/oder einen Kanal) aufweisen, der von zwei Blechen begrenzt sein kann. Herausfordernd kann dabei insbesondere eine von dem Kühlobjekt vorgegebene Oberfläche (z. B. eine Struktur und/oder eine Ausprägung) sein, welche möglichst vollständig und gleichmäßig thermisch leitend mit der Kühlvorrichtung zum effizienten Abführen von Wärme zu verbinden ist.It is generally known that a heat-generating component must be protected from overheating. For this purpose, the component can be cooled by means of a cooling device. The heat-generating component, d. H. a so-called cooling object to be cooled, in particular an electrical energy storage device. This can, for example, be part of a battery system for a motor vehicle as a battery module comprising a plurality of battery cells. The cooling device can have a cavity (for example a chamber and / or a channel) through which a cooling fluid can flow and which can be delimited by two metal sheets. In particular, a surface specified by the cooling object (e.g. a structure and / or an expression) which is to be connected to the cooling device in a thermally conductive manner as completely and uniformly as possible in order to efficiently dissipate heat can be a challenge.

Hierzu sind aus dem Stand der Technik mehrere Ansätze bekannt, bei welchen eines der Bleche durch Druckbeaufschlagung verformbar und dadurch der durchströmbare Hohlraum veränderbar ist. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2013 203 468 A1 hierzu eine Kühlvorrichtung für eine Batterieeinrichtung, die bei Druckbeanspruchung durch ein Kühlfluid insbesondere plastisch verformt werden kann. Die DE 10 2013 200 774 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Temperieren eines Batteriemoduls, wobei sich die Vorrichtung insbesondere elastisch ausdehnen kann.For this purpose, several approaches are known from the prior art, in which one of the metal sheets can be deformed by the application of pressure and the hollow space through which a flow can be changed can thereby be changed. For example, describes the DE 10 2013 203 468 A1 for this purpose a cooling device for a battery device, which can be particularly plastically deformed by a cooling fluid when subjected to pressure. the DE 10 2013 200 774 A1 discloses a device for controlling the temperature of a battery module, wherein the device can in particular expand elastically.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, sodass eine selektive Kühlung des Batteriemoduls und insbesondere jeweiliger das Batteriemodul umfassenden Batteriezellen bereitgestellt werden kann.Against this background, it is the object of the present invention to improve a cooling device of the type mentioned at the beginning, so that selective cooling of the battery module and in particular of the respective battery cells comprising the battery module can be provided.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Batteriemoduls bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Wärme abzuleiten und dadurch eine Temperatur des Batteriemoduls zu verringern. In diesem Zusammenhang kann allerdings auch ein Temperieren des Batteriemoduls verstanden werden, welches unter Umständen auch ein Erhöhen oder ein Halten einer vorgegebenen Temperatur des Batteriemoduls umfasst. Die Kühlvorrichtung umfasst mehrere Kammern, die von einem Deckblech und einem Bodenblech begrenzt und für ein Fluid durchströmbar ausgebildet sind. Somit weist die Kühlvorrichtung zumindest zwei Kammern auf, wobei die Kammern nach außen hin von zwei Blechen räumlich abgeschlossen sind. Dabei handelt es sich bei dem Deckblech um jenes der Belche, das mit dem Batteriemodul thermisch leitend zu verbinden ist. Bei dem Bodenblech handelt es sich um jenes der Bleche, das bei einer Anordnung der Kühlvorrichtung an einer dem Batteriemoduls gegenüberliegenden Seite positioniert ist. Als Bleche im Sinne der Erfindung können insbesondere flache Walzwerkserzeugnisse aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eines der Bleche auch als ein nichtmetallischer Werkstoff, z. B. ein plattenförmiger Kunststoff, vorliegen. Insbesondere kann eine Blechdicke des Deckblechs zwischen 0,1 bis 0,7 Millimeter und/oder des Bodenblechs zwischen 0,5 und 1,0 Millimeter betragen. Jede Kammer kann einen Hohlraum, d. h. ein sogenanntes Hohlvolumen, aufweisen, in welches das Fluid über einen Einlass stromabwärts einströmt und über einen Auslass stromaufwärts ausströmt. Vorteilhafterweise weist jede der Kammern einen eigenen Fluidkreislauf auf und kann dadurch selektiv durchströmt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem umlaufenden Fluid um ein Fertigungsfluid und/oder ein Kühlfluid handeln. Insbesondere kann das Fluid als eine Flüssigkeit (z. B. Wasser, Öl oder eine Wasser-Glykol-Mischung) und/oder als ein Gas (z. B. Luft oder Kohlendioxid) vorliegen.The invention provides a cooling device for cooling a battery module. The cooling device is preferably designed to dissipate heat and thereby reduce a temperature of the battery module. In this context, however, temperature control of the battery module can also be understood, which under certain circumstances also includes increasing or maintaining a predetermined temperature of the battery module. The cooling device comprises a plurality of chambers which are delimited by a cover plate and a bottom plate and are designed so that a fluid can flow through them. The cooling device thus has at least two chambers, the chambers being spatially closed off from the outside by two metal sheets. The cover sheet is that of the sheets that is to be connected to the battery module in a thermally conductive manner. The floor panel is that of the panels which, when the cooling device is arranged, is positioned on a side opposite the battery module. In particular, flat rolled products made of a metal and / or a metal alloy, in particular aluminum and / or an aluminum alloy, can be used as sheets in the sense of the invention. Alternatively or additionally, at least one of the sheets can also be used as a non-metallic material, e.g. B. a plate-shaped plastic are present. In particular, the sheet metal thickness of the cover sheet can be between 0.1 and 0.7 millimeters and / or the base sheet between 0.5 and 1.0 millimeters. Each chamber can have a cavity, i. H. a so-called hollow volume, into which the fluid flows in via an inlet downstream and flows out via an outlet upstream. Advantageously, each of the chambers has its own fluid circuit and can thereby be selectively traversed. For example, the circulating fluid can be a production fluid and / or a cooling fluid. In particular, the fluid can be present as a liquid (for example water, oil or a water-glycol mixture) and / or as a gas (for example air or carbon dioxide).

Zum Ausbilden der mehreren Kammer weist jedes Blech einen wellenförmigen Querschnitt auf, der mehrere Wellentäler und mehrere Wellenberge umfasst. Der Querschnitt weist an einem Übergang von Wellental zu Wellenberg und umgekehrt jeweils einen Scheitelpunkt auf. Dabei liegen die Scheitelpunkte auf einer Achse, beispielsweise entlang x-Richtung. Ausgehend von dieser Achse sind zwei einander entgegengesetzt orientierte maximale Auslenkungen vorhanden, die orthogonal zur Achse angeordnet sind, d. h. ein jeweiliger Wellenkamm des positiven, d. h. nach oben ausgerichteten Wellenbergs (entgegengesetzt zur z-Richtung) bzw. des negativen, d. h. nach unten ausgerichteten Wellentals (in z-Richtung). Der wellenförmige Querschnitt kann eine flexible Ausprägung aufweisen und beispielsweise sinusförmig (Wellenblech) und/oder trapezförmig (Trapezblech) ausgebildet sein. In einer Einbaulage sind die beiden Bleche derart zueinander angeordnet, dass die Wellentäler des Deckblechs auf den Wellenbergen des Bodenblechs aufliegen. Somit sind die beiden Achsen der beiden Bleche zueinander parallel und die Wellenberge des Bodenblechs dienen als Abstützung für die Wellentäler des Deckblechs. Die beiden Bleche sind miteinander, d. h. in einem jeweiligen Kontaktbereich, mittels jeweiliger Fügeverbindungen fluiddicht verbunden, sodass die mehreren Kammern ausgebildet sind. Die jeweilige Fügeverbindung kann beispielweise mehrere Umformfügelemente (z. B. Nieten) und/oder Durchsetzfügelemente (z. B. Clinchnieten) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Bleche auch miteinander verschweißt, verklebt und/oder verlötete sein. Vorteilhafterweise verhindern die Fügeverbindungen einen unerwünschten Austritt des Fluids aus den Kammern.To form the plurality of chambers, each sheet metal has a wave-shaped cross section which comprises several wave troughs and several wave crests. The cross section has an apex at a transition from wave trough to wave crest and vice versa. The vertices lie on one axis, for example along the x direction. Starting from this axis, there are two oppositely oriented maximum deflections which are arranged orthogonally to the axis, i.e. a respective crest of the positive, i.e. upwardly oriented wave crest (opposite to the z-direction) or of the negative, i.e. downwardly oriented wave trough ( in z-direction). The wave-shaped cross section can have a flexible form and can be configured, for example, sinusoidal (corrugated sheet) and / or trapezoidal (trapezoidal sheet). In one installation position, the two sheets are arranged in relation to one another in such a way that the corrugation troughs of the cover sheet rest on the corrugation peaks of the base sheet. Thus, the two axes of the two sheets are parallel to each other and the wave crests of the Bottom plate serve as a support for the corrugation troughs of the cover plate. The two metal sheets are connected to one another in a fluid-tight manner, ie in a respective contact area, by means of respective joint connections, so that the multiple chambers are formed. The respective joining connection can, for example, have several forming joining elements (e.g. rivets) and / or clinching joining elements (e.g. clinch rivets). Alternatively or additionally, the two metal sheets can also be welded, glued and / or soldered to one another. Advantageously, the joint connections prevent an undesired escape of the fluid from the chambers.

Das Deckblech ist bei einer Beanspruchung mit einem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformbar ausgestaltet. Ausgehend von einem Druckzustand ohne Beanspruchung kann sich bei einem Druckzustand mit Beanspruchung eine Form des Deckblechs verändern, sodass sich beispielsweise ein Strömungsquerschnitt verändert, d. h. vergrößert oder verkleinert. Der vorgebare Betriebsdruck kann beispielsweise zwischen 0,5 bis 3,0 Bar betragen. Insbesondere im Zusammenhang mit dem als Kühlfluid ausgebildeten Fluid kann der Betriebsdruck 0,5 bis 1,5 Bar betragen. Der Betriebsdruck kann als Unter- oder als Überdruck vorliegen. Eine daraus resultierende Verformung kann elastische und/oder plastische Anteile umfassen, d. h. reversibel und/oder irreversibel sein. Im Vergleich zu dem Deckblech kann das Bodenblech gleichermaßen und/oder geringfügiger verformbar bei derselben Beanspruchung sein. Insbesondere kann das Bodenblech auch starr, d. h. formstabil gegenüber der Beanspruchung im oben genannten Druckbereich sein.The cover plate is designed to be deformable by the fluid when it is subjected to a predetermined operating pressure. Starting from a pressure state without stress, a shape of the cover plate can change in a pressure state with stress, so that, for example, a flow cross section changes, i. H. enlarged or reduced. The presettable operating pressure can be between 0.5 and 3.0 bar, for example. In particular in connection with the fluid designed as a cooling fluid, the operating pressure can be 0.5 to 1.5 bar. The operating pressure can be present as negative or positive pressure. A deformation resulting therefrom can comprise elastic and / or plastic components, i. H. be reversible and / or irreversible. Compared to the cover plate, the bottom plate can be equally and / or less deformable under the same stress. In particular, the floor panel can also be rigid, i. H. be dimensionally stable against the stress in the above-mentioned pressure range.

Der Erfindung liegt der Vorteil zugrunde, dass mit nur zwei Blechen die in ihrer Form und Ausgestaltung flexible Kühlvorrichtung realisiert werden kann. Jede der Kammern kann einen eigenen Fluidkreislauf aufweisen, dadurch kann durch selektives Befüllen der jeweiligen der Kammern gezielt auf unterschiedliche Kühl-/Wärmeanforderungen zwischen mehreren Kammern eingegangen werden. Somit ist es können sämtliche Kammern bedarfsbezogen durchströmt werden. Dadurch können die jeweiligen Kammern unterschiedlich von dem Fluid durchflossen sein, aber trotzdem eine ausgeglichene Kühlung für einzelne Batteriezellen des Batteriemoduls bereitstellen. Somit kann die Kühlvorrichtung ein in sich geschlossenes und dichtes Kühlsystem ausbilden.The invention is based on the advantage that the cooling device, which is flexible in shape and design, can be implemented with only two metal sheets. Each of the chambers can have its own fluid circuit, so that by selectively filling the respective chambers, different cooling / heating requirements between several chambers can be addressed in a targeted manner. This means that all chambers can be flown through as required. As a result, the fluid can flow through the respective chambers differently, but nevertheless provide balanced cooling for individual battery cells of the battery module. The cooling device can thus form a self-contained and leak-proof cooling system.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass eine Dämpfungsschicht zumindest teilweise an dem Bodenblech an einer dem Deckblech gegenüberliegenden Außenseite angeordnet ist. Somit ist auf der Außenseite des Deckblechs die Dämpfungsschicht aufgetragen, d. h. positioniert. Diese kann dabei einen Teil der Außenseite, d. h. diese partiell, oder die gesamte Außenseite bedecken, d. h. vollflächig angebracht sein. Als Außenseite wird jene Seite des Bodenblechs bezeichnet, welche die Kammern nach außen, gegenüber einer Umgebung, begrenzt. Bevorzugt kann die Dämpfungsschicht einen Stoß, d.h. einem Schlag, bspw. im Zusammenhang mit einem Aufprall (Crash) absorbieren, d. h. kompensieren. Dadurch kann insbesondere auch eine Integrität der Kühlvorrichtung und des daran angeordneten Batteriemoduls bei Betriebs- und/oder Aufpralllasten erhalten werden. Die Dämpfungsschicht kann zusätzlich oder alternativ als eine Isolierschicht dazu ausgebildet sein, die Kühlvorrichtung gegen die Umgebung und umgekehrt abzuschirmen. Bevorzugt kann aufgrund einer verringerten Wärmeleitfähigkeit ein Wärme-/Kälteübergang verhindert, d. h. gedämmt werden und somit die Kühlvorrichtung besonders effizient betrieben werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Isolierschicht eine wechselseitige elektrische und/oder magnetische und/oder elektromagnetische Abschirmung, d. h. Dämpfung realisiert sein. Insbesondere kann dabei eine Isolierung gegen Resonanzfrequenzen, Vibrationen und/oder Schall vorliegen. Die Dämpfungsschicht kann beispielsweise als ein Schaumwerkstoff und/oder ein Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Dabei kann ein jeweiliger Werkstoff insbesondere eine Zellstruktur und/oder eine niedrige Dichte aufweisen. Zusätzlich kann der Isolierstoff eine geringe Steifigkeit aufweisen und/oder zumindest beim Auftragen (plastisch und/oder elastisch) verformbar sein. Bei dem Schaumwerkstoff kann es beispielsweise um thermoplastische Schäume (z. B. Expansionsschäume auf Polysterol-, Polypropylen- und/oder Polyvinylchloridbasis), elastomere Schäume (z. B. Polyurethan-Weichschaum und/oder Nitrilkautschuk) und/oder duroplastische Schäume (z. B. Polyurethan-Hartschaum und/oder Phenoplaste) handeln. Der Verbundwerkstoff kann beispielsweise funktionale Fasern und eine die Fasern bettende Matrix (z. B. Füll- und/oder Klebstoff) umfassen. Insbesondere der Verbundwerkstoff als ein Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildet sein, wobei als Matrix beispielsweise auch ausgewählte der oben im Zusammenhang mit dem Schaumwerkstoff angeführten Kunststoffe eingesetzt werden können.An advantageous embodiment provides that a damping layer is arranged at least partially on the base plate on an outside opposite the cover plate. Thus, the damping layer is applied to the outside of the cover plate, i. H. positioned. This can be part of the outside, i. H. cover these partially or all of the outside, d. H. be attached over the entire surface. The outer side is the side of the floor panel that delimits the chambers towards the outside, in relation to the surroundings. The damping layer can preferably absorb an impact, i.e. an impact, for example in connection with an impact (crash), i.e. an impact. H. compensate. In this way, in particular, the integrity of the cooling device and the battery module arranged thereon can also be maintained in the event of operating and / or impact loads. The damping layer can additionally or alternatively be designed as an insulating layer to shield the cooling device from the environment and vice versa. Preferably, a heat / cold transfer can be prevented due to a reduced thermal conductivity, i. H. are insulated and thus the cooling device can be operated particularly efficiently. Additionally or alternatively, a mutual electrical and / or magnetic and / or electromagnetic shielding, d. H. Be realized attenuation. In particular, there can be insulation against resonance frequencies, vibrations and / or sound. The damping layer can be designed, for example, as a foam material and / or a composite material. A respective material can in particular have a cell structure and / or a low density. In addition, the insulating material can have a low stiffness and / or can at least be deformed (plastically and / or elastically) during application. The foam material can, for example, be thermoplastic foams (e.g. expansion foams based on polystyrene, polypropylene and / or polyvinyl chloride), elastomeric foams (e.g. flexible polyurethane foam and / or nitrile rubber) and / or thermoset foams (e.g. B. rigid polyurethane foam and / or phenoplastics) act. The composite material can, for example, comprise functional fibers and a matrix (e.g. filler and / or adhesive) that embeds the fibers. In particular, the composite material can be designed as a fiber-plastic composite, it being possible, for example, to use selected plastics from those listed above in connection with the foam material as the matrix.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Grundblech, dessen Querschnitt formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt des Bodenblechs ist, über die Dämpfungsschicht an dem Bodenblech angeordnet ist. Somit werden die beiden Bleche über die Dämpfungsschicht in einer Sandwichbauweise, d. h. einer Lagenbauweise, miteinander verbunden. Dabei kann die Dämpfungsschicht einen Kernwerkstoff bereitstellen, welcher beispielsweise die beiden Bleche voneinander in einem definierten Abstand und/oder einem vorgegebenen Abstandsprofil aneinander anordnet. Somit kann die Dämpfungsschicht auch als Distanzelement dienen. Insbesondere ist ein Maximalwert des Abstands und/oder des Abstandsprofils kleiner als 0,1 bis 0,5 Millimeter. Die Dämpfungsschicht isoliert und/oder dämpft das Bodenblech und das Grundblech wechselseitig voneinander. Somit sind die beiden Bleche wechselseitig voneinander entkoppelt. Dadurch kann beispielsweise ein Stoffübergang (z. B. Wärme und/oder Kälte) von dem Bodenblech auf das Grundblech und umgekehrt begrenzt oder verhindert werden. Das Grundblech kann aus demselben oder einen abweichenden Werkstoff des Bodenblechs gefertigt sein. Insbesondere kann das Grundblech eine Blechdicke zwischen 0,8 bis 1,2 Millimeter aufweisen. Das Grundblech kann als eigenständiges Bauteil vorliegen, wodurch die Kühlvorrichtung auch noch nachträglich, beispielsweise bei einem erkannten Kühlbedarf des Batteriemoduls, an diesem anordenbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Grundblech auch von einer weiteren Komponente, insbesondere eines Batteriesystems und/oder eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt werden. Bevorzugt weist das Grundblech eine im Vergleich zum Bodenblech erhöhte mechanische Festigkeit auf. Somit ist das Grundblech dazu ausgebildet, eine in der Regel aus der Umgebung auf das Grundblech aufgebrachte Kraft, insbesondere eine einwirkende Druckkraft, aufzunehmen. Somit kann durch das Grundblech eine Schutzschicht (Panzerung) der Kühlvorrichtung und insbesondere für die jeweilige der Kammern realisiert sein, wodurch diese vor einer derartigen Kraft geschützt sind. Eine Widerstandskraft des Grundblechs kann sich bei einer punktuellen Einwirkung der Kraft aus deren Materialfestigkeit (z. B. Materialhärte und/oder -stabilität) und/oder bei einer flächigen Einwirkung der Kraft aus deren strukturellen Aufbau (z. B. Wölbung, Verprägung und/oder Sicke) ergeben. Aufgrund der Dämpfungsschicht, die als ein Ausgleichselement potenzielle strukturelle Unterschiede zwischen den beiden Blechen an einander zugewandten Seiten ausgleichen kann, kann auf eine Abstimmung und/oder Anpassung eines jeweiligen strukturellen Aufbaus, d. h. einer Kontur, verzichtet werden. Somit kann beispielsweise zumindest eines der Bleche eine jeweilige Sickengeometrie aufweisen und alternativ oder zusätzlich beide Bleche, wobei diese übereinstimmen oder voneinander unterschiedlich sein können. Dabei kann die Dämpfungsschicht insbesondere auch eine fertigungsbedingte Bauteiltoleranz ausgleichen und somit eine Fertigung der Bleche kostengünstig realisiert werden.A further advantageous embodiment provides that a base plate, the cross section of which is similar in shape to the wave-shaped cross section of the base plate, is arranged on the base plate via the damping layer. The two metal sheets are thus connected to one another via the damping layer in a sandwich construction, ie a layer construction. In this case, the damping layer can provide a core material which, for example, arranges the two metal sheets from one another at a defined distance and / or a predetermined spacing profile. The damping layer can thus also serve as a spacer element. In particular, a maximum value of the distance and / or the distance profile is less than 0.1 to 0.5 Millimeter. The damping layer insulates and / or dampens the base plate and the base plate from one another. Thus, the two sheets are mutually decoupled from one another. In this way, for example, a mass transfer (e.g. heat and / or cold) from the base plate to the base plate and vice versa can be limited or prevented. The base plate can be made from the same material or a different material from the base plate. In particular, the base sheet can have a sheet thickness between 0.8 and 1.2 millimeters. The base plate can be present as an independent component, as a result of which the cooling device can also be arranged on the battery module at a later date, for example when the battery module is recognized as requiring cooling. Alternatively or additionally, the base plate can also be provided by a further component, in particular a battery system and / or a motor vehicle. The base plate preferably has an increased mechanical strength compared to the base plate. The base plate is thus designed to absorb a force that is generally applied to the base plate from the environment, in particular an acting compressive force. Thus, a protective layer (armoring) of the cooling device and in particular for the respective chambers can be implemented through the base plate, whereby these are protected from such a force. A resistance force of the base plate can result from a point effect of the force from its material strength (e.g. material hardness and / or stability) and / or from an areal effect of the force from its structural structure (e.g. curvature, embossing and / or or bead). Due to the damping layer, which as a compensating element can compensate for potential structural differences between the two metal sheets on mutually facing sides, coordination and / or adaptation of a respective structural structure, ie a contour, can be dispensed with. Thus, for example, at least one of the metal sheets can have a respective bead geometry and, alternatively or additionally, both metal sheets, wherein these can match or be different from one another. In this case, the damping layer can in particular also compensate for a manufacturing-related component tolerance and thus the metal sheets can be manufactured in a cost-effective manner.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Grundblech an dem Bodenblech mittels den Fügeverbindungen befestigt ist. Somit können mittels den Fügeverbindungen sämtliche Bleche (d. h. Deckblech, Bodenblech und Grundblech) aneinander positioniert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zum Verbinden des Bodenblechs mit dem Grundblech auf zusätzliche Fügeverbindungen verzichtet werden kann. Des Weiteren kann die Kühlvorrichtung aufgrund eines derartigen Lagenaufbaus als Mehrschichtblech ausgebildet sein und dabei durch Anordnen des Grundblechs eine Steifigkeit der Kühlvorrichtung erhöht sein.An advantageous embodiment provides that the base plate is attached to the base plate by means of the joint connections. Thus, by means of the joint connections, all of the sheets (i.e. cover sheet, floor sheet and base sheet) can be positioned against one another. This results in the advantage that additional joint connections can be dispensed with in order to connect the base plate to the base plate. Furthermore, due to such a layered structure, the cooling device can be designed as a multi-layer sheet metal, and the stiffness of the cooling device can be increased by arranging the base plate.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Grundblech und/oder das Bodenblech an einer jeweiligen Kontaktfläche für die Dämpfungsschicht zum Verbessern einer Haftung der Dämpfungsschicht vorbehandelt ist. Somit wird vor einem Aufbringen der Dämpfungsschicht die jeweilige (zukünftige) Kontaktfläche bearbeitet. Hierbei wird unter einer Vorbehandlung insbesondere eine Oberflächenvorbehandlung verstanden. Dabei kann eine Oberflächeneigenschaft der jeweiligen Kontaktfläche funktional verändert werden. Hierzu kann beispielsweise ein mechanisches (z. B. Schleifen, Strahlen, Walzen), metallurgisches (z. B. Laser-, Elektronenstrahllegieren), chemisches (z. B. Entfetten, Beizen), elektrochemische (z. B. Anodisieren, Glavanisieren) und/oder physikalisch (z. B. Lackieren, Sintern) Verfahren zur Oberflächenbehandlung eingesetzt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Haftung, d. h. eine Verbindung der Dämpfungsschicht an der jeweiligen Kontaktfläche durch die Vorbehandlung erhöht werden kann.An advantageous embodiment provides that the base plate and / or the base plate is pretreated on a respective contact surface for the damping layer in order to improve adhesion of the damping layer. Thus, the respective (future) contact surface is processed before the damping layer is applied. In this context, a pretreatment is understood to mean, in particular, a surface pretreatment. A surface property of the respective contact area can be functionally changed. For this purpose, for example, mechanical (e.g. grinding, blasting, rolling), metallurgical (e.g. laser, electron beam alloying), chemical (e.g. degreasing, pickling), electrochemical (e.g. anodizing, galvanizing) and / or physical (e.g. painting, sintering) methods for surface treatment are used. This has the advantage that the liability, i. H. a connection of the damping layer to the respective contact surface can be increased by the pretreatment.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass zwei der Kammern durch drei geradlinige, parallele Fügeverbindungen begrenzt sind. Sämtliche Fügeverbindungen liegen daher in einer Ebene, ohne einander zu schneiden. Somit erstrecken sich die zwei der Kammern ebenfalls parallel zueinander. Insbesondere können hierbei zwei der Fügeverbindungen an jeweiligen einander gegenüberliegenden parallelen Blechrändern angeordnet sein. Eine weitere der Fügeverbindungen kann derart dazwischen positioniert sein, dass sie die zwei der Kammern begrenzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der zwei der Kammern die Kühlvorrichtung besonders kompakt ausgestaltet sein kann.An advantageous embodiment provides that two of the chambers are delimited by three straight, parallel joint connections. All joints are therefore in one plane without intersecting each other. Thus, the two of the chambers also extend parallel to one another. In particular, two of the joint connections can be arranged on respective mutually opposite parallel sheet metal edges. Another of the joint connections can be positioned between them in such a way that it delimits the two of the chambers. This results in the advantage that the cooling device can be designed to be particularly compact by means of the two of the chambers.

Durch die Erfindung ist auch ein Batteriesystem bereitgestellt. Das Batteriesystem, umfasst ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zum Kühlen des Batteriemoduls und ein Batteriegehäuse zur Aufnahme des Batteriemoduls und der Kühlvorrichtung. Ein Batteriemodul im Sinne der Erfindung umfasst eine Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen, die jeweils beispielsweise als eine prismatische Zelle oder als eine Pouch-Zelle ausgestaltet sein können. Eine solche Batteriezelle stellt hierbei bevorzugt eine Spannung im Bereich zwischen 3,5 und 4 Volt bereit. Insbesondere weist das Batteriemodul eine Vielzahl an elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen auf. Dadurch kann eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere im Bereich von mehreren 100 Volt, bereitgestellt sein. Bevorzugt sind die Batteriezellen zu zumindest einem Zellstapel aneinander angeordnet und von einem Modulgehäuse ummantelt. Ein oder mehrere solcher Batteriemodule können wiederum in dem Batteriegehäuse des Batteriesystems angeordnet sein. Wird das Batteriemodul verwendet, beispielsweise als ein Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug, dann entsteht Verlustwärme, die mittels der Kühlvorrichtung von dem Batteriemodul abzuführen ist. Bevorzugt ist die Kühlvorrichtung derart innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet, dass sie zwischen das Batteriegehäuse bildenden Seitenwänden und dem darin angeordneten Batteriemodul positioniert ist. Das Batteriegehäuse kann somit das Batteriemodul und die Kühlvorrichtung ummanteln. Dabei kann das Batteriegehäuse insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Stahl und/oder Aluminium, gefertigt sein. Durch ein derartige Ausgestaltung des Batteriesystems ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund einer effizienten Kühlung jeweiliger Batteriezellen das Batteriemodul eine voraussichtliche Lebensdauer erreichen kann. Aufgrund einer Anpassung des Deckblechs an das zu kühlende Batteriemodul kann beispielsweise auf ein zwischen dem Deckblech und dem Batteriemodul anzuordnendes kostentreibendes Wärmeleitmaterial verzichtet oder eine Menge davon reduziert werden. Vorteilhafterweise kann dadurch das Batteriesystem besonders kostengünstig bereitgestellt werden. Dabei kann es sich bei dem Wärmeleitmaterial beispielsweise um ein niederviskoses und aushärtendes ZweiKomponenten-Wärmeleitmaterial oder ein hochviskoses Ein-Komponenten-Wärmeleitmaterial handeln. Das Wärmeleitmaterial kann als sogenannter thermischer Lückenfüller (thermal gap filler) insbesondere als eine Wärmeleitpaste (thermal grease) oder Wärmeleitpad (thermal pad) ausgebildet sein.A battery system is also provided by the invention. The battery system comprises a battery module with a plurality of battery cells, an embodiment of the cooling device according to the invention for cooling the battery module and a battery housing for receiving the battery module and the cooling device. A battery module within the meaning of the invention comprises a battery cell or a plurality of battery cells, each of which can be configured, for example, as a prismatic cell or as a pouch cell. Such a battery cell preferably provides a voltage in the range between 3.5 and 4 volts. In particular, the battery module has a multiplicity of battery cells electrically interconnected with one another. As a result, an electrical voltage in the range of more than 60 volts, in particular in the range of several 100 volts, can be provided. The battery cells are preferably arranged next to one another to form at least one cell stack and are surrounded by a module housing encased. One or more such battery modules can in turn be arranged in the battery housing of the battery system. If the battery module is used, for example as a drive energy store for a motor vehicle, then there is lost heat which has to be dissipated from the battery module by means of the cooling device. The cooling device is preferably arranged within the battery housing in such a way that it is positioned between the side walls forming the battery housing and the battery module arranged therein. The battery housing can thus enclose the battery module and the cooling device. The battery housing can in particular be made of a metallic material, for example steel and / or aluminum. Such a configuration of the battery system has the advantage that the battery module can achieve an expected service life due to efficient cooling of the respective battery cells. By adapting the cover plate to the battery module to be cooled, it is possible, for example, to dispense with an expensive heat-conducting material to be arranged between the cover plate and the battery module or to reduce an amount thereof. In this way, the battery system can advantageously be provided in a particularly cost-effective manner. The thermally conductive material can be, for example, a low-viscosity and hardening two-component thermally conductive material or a highly viscous one-component thermally conductive material. The heat-conducting material can be designed as a so-called thermal gap filler, in particular as a heat-conducting paste (thermal grease) or a heat-conducting pad (thermal pad).

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Grundblech der Kühlvorrichtung Teil des Batteriegehäuses ist. Somit ist die Kühlvorrichtung in das Batteriegehäuse integriert. Dabei kann insbesondere ein Boden des Batteriegehäuses, auf welchem das Batteriemodul in Einbaulage aufliegt, mehrteilig ausgebildet sein und das Grundblech aufweisen. Dadurch ist eine Anzahl an Bauteilen reduziert, sodass das Batteriesystem bauraumoptimiert vorliegt. Des Weiteren kann dadurch ein ortsfestes Anordnen der Kühlvorrichtung innerhalb des Batteriegehäuses besonders einfach realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich können auch sämtliche Komponenten der Kühlvorrichtung, beispielsweise ein Deckblech und ein Bodenblech sowie jeweilige Fügeverbindungen, Teile des Batteriegehäuses sein.An advantageous embodiment provides that a base plate of the cooling device is part of the battery housing. The cooling device is thus integrated into the battery housing. In particular, a base of the battery housing, on which the battery module rests in the installed position, can be designed in several parts and have the base plate. This reduces the number of components, so that the battery system is available in a space-optimized manner. Furthermore, a stationary arrangement of the cooling device within the battery housing can thereby be implemented in a particularly simple manner. As an alternative or in addition, all components of the cooling device, for example a cover plate and a base plate as well as respective joint connections, can also be parts of the battery housing.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the battery system according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the cooling device according to the invention and vice versa. For this reason, the corresponding developments of the battery system according to the invention are not described again here.

Durch die Erfindung ist ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems bereitgestellt. Dabei kann die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems das Kraftfahrzeug elektrisch versorgen und insbesondere elektrisch antreiben. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The invention also provides a motor vehicle with an embodiment of the battery system according to the invention. The embodiment of the battery system according to the invention can supply the motor vehicle electrically and, in particular, drive it electrically. The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the battery system according to the invention and vice versa. For this reason, the corresponding developments of the motor vehicle according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Batteriesystem;
  • 2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul; und
  • 3 ausschnittsweise eine Schnittdarstellung der Kühlvorrichtung.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of a motor vehicle with a battery system;
  • 2 a schematic perspective view of a cooling device for a battery module; and
  • 3 a detail of a sectional view of the cooling device.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another.

Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12 zum elektrischen Versorgen des Kraftfahrzeugs 10. Das Batteriesystem 12 kann hierzu ein Batteriemodul 14 aufweisen, das eine Vielzahl an elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen 16 aufweisen und von einem Batteriegehäuse 18 umantelt sein kann. Um das Batteriemodul 14 zu temperieren, insbesondere zu kühlen, kann das Batteriesystem 12 eine Kühlvorrichtung 20 aufweisen, die, wie schematisch angedeutet auch ein Teil des Batteriegehäuses 18 sein kann.the 1 shows schematically a motor vehicle 10 with a battery system 12th for the electrical supply of the motor vehicle 10 . The battery system 12th a battery module can do this 14th have that a plurality of electrically interconnected battery cells 16 have and from a battery case 18th can be sheathed. To the battery module 14th to temper, in particular to the battery system can cool 12th a cooling device 20th have, which, as indicated schematically, also part of the battery housing 18th can be.

Die 2 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 bereits beschriebenen Komponenten eine Ausführungsform der Kühlvorrichtung 20 zum Kühlen des Batteriemoduls 14. Der Übersicht halber sind in der 2 funktionsgleiche Elemente nur einmalig mit einem Bezugszeichen versehen. Die Kühlvorrichtung 20 umfasst ein Deckblech 22a, ein Bodenblech 22b. Jedes Blech 22a, 22b weist einen wellenförmigen Querschnitt auf, der mehrere Wellentäler 24a, 24b und mehrere Wellenberge 26a, 26b umfasst. Vorliegend liegen vier Wellentäler 24a des Deckblechs 22a auf vier Wellenbergen 26b des Bodenblechs 22b auf und sind miteinander mittels vier jeweiligen Fügeverbindungen 28a, 28b, 28c, 28d (nachfolgend als 28a-28d bezeichnet) fluiddicht verbunden. Die Fügeverbindungen 28a-28d sind hirbei geradlinig in y-Richtung und zueinander parallel angeordnet. Drei Wellenberge 26a des Deckblechs 22a sowie drei Wellentäler 24b des Bodenblechs 22b begrenzen drei Kammern 30a, 30b, 30c (nachfolgend als 30a-30c bezeichnet). Jede der Kammern 30a-30c ist für ein Fluid, beispielsweise ein Kühlfluid, durchströmbar ausgebildet. Die Kammern 30a-30c sind somit von dem Deckblech 22a, dem Bodenblech 22b und den Fügeverbindungen 28a-28d begrenzt. Hierbei umfasst die jeweilige der Fügeverbindungen 28a-28d jeweils eine Vielzahl an Clinchnieten. Die beiden außen liegenden Fügeverbindungen 28a, 28d sind an jeweiligen einander gegenüberliegenden Blechrändern der beiden Bleche 22a, 22b und die beiden innen liegenden Fügeverbindungen 28b, 28c dazwischen angeordnet.the 2 shows with reference to those relating to 1 components already described an embodiment of the cooling device 20th for cooling the battery module 14th . For the sake of clarity, the 2 functionally identical elements are provided with a reference symbol only once. The cooler 20th includes a cover plate 22a , a floor pan 22b . Every sheet 22a , 22b has a wave-shaped cross-section, the several wave troughs 24a , 24b and several wave crests 26a , 26b includes. There are four wave troughs here 24a of the cover plate 22a on four wave crests 26b of the floor pan 22b and are connected to each other by means of four respective joint connections 28a , 28b , 28c , 28d (hereinafter referred to as 28a-28d designated) fluid-tight connected. The joint connections 28a-28d are arranged in a straight line in the y-direction and parallel to each other. Three wave crests 26a of the cover plate 22a as well as three wave troughs 24b of the floor pan 22b limit three chambers 30a , 30b , 30c (hereinafter referred to as 30a-30c designated). Each of the chambers 30a-30c is designed so that it can flow through for a fluid, for example a cooling fluid. The chambers 30a-30c are thus from the cover plate 22a , the floor pan 22b and the joints 28a-28d limited. This includes the respective one of the joint connections 28a-28d a large number of clinch rivets each. The two external joints 28a , 28d are on opposite sheet metal edges of the two sheets 22a , 22b and the two internal joints 28b , 28c arranged in between.

Das Deckblech 22a ist bei einer Beanspruchung mit einem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformbar ausgestaltet. Dadurch kann sich das Deckblech 22a beispielsweise bei Überdruck insbesondere in Richtung des daran angeordneten Batteriemoduls 14 (siehe hierzu schematisch die in der 1 gezeigte Anordnung) ausdehnen und bei Unterdruck entgegensetzt zusammenziehen.The cover sheet 22a is designed to be deformable by the fluid when subjected to a predetermined operating pressure. This can cause the cover plate 22a for example, in the case of overpressure, in particular in the direction of the battery module arranged thereon 14th (see the schematic in the 1 arrangement shown) and contract in the opposite direction when there is negative pressure.

An einer dem Deckblech 22a gegenüberliegenden Außenseite 32 des Bodenblechs 22b kann eine Dämpfungsschicht 34 angeordnet sein, über die ein Grundblech 22c an dem Bodenblech 22b angeordnet sein kann. Ein Querschnitt des Grundblechs 22c kann formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt des Bodenblechs 22b sein. Mittels der Dämpfungsschicht 34, die auch als Isolierschicht bezeichnet werden kann, können das Bodenblech 22b und das Grundblech 22c wechselseitig voneinander gedämpft und/oder isoliert werden. Hierbei kann jedes der vier Wellentäler 24b des Bodenblechs 22b über die Dämpfungsschicht 34 mit einem jeweiligen von drei Wellentälern 24c des Grundblechs 22c verbunden sein und jeder der vier Wellenberge 26b des Bodenblechs 22b unmittelbar auf einem jeweiligen von vier Wellenbergen 26c des Grundblechs 22c aufliegen.On one of the cover plates 22a opposite outside 32 of the floor pan 22b can be a cushioning layer 34 be arranged over which a base plate 22c on the floor pan 22b can be arranged. A cross section of the base plate 22c can be similar in shape to the wave-shaped cross-section of the floor pan 22b be. By means of the damping layer 34 , which can also be referred to as an insulating layer, can be the floor panel 22b and the base plate 22c mutually damped and / or isolated from one another. Each of the four wave troughs can be used here 24b of the floor pan 22b over the damping layer 34 with a respective one of three wave troughs 24c of the base plate 22c be connected and each of the four wave crests 26b of the floor pan 22b directly on one of four wave crests 26c of the base plate 22c rest.

Die 3 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit der 1 und der 2 bereits beschriebenen Komponenten in einer Schnittdarstellung III-III die Kammer 30b der in 2 gezeigten Ausführungsform der Kühlvorrichtung 20. Die Kammer 30b ist in x-Richtung von Clinchnieten der zwei Fügeverbindungen 28b, 28c und in z-Richtung von dem Deckblech 22a und dem Bodenblech 22b begrenzt. Um eine Haftung der Dämpfungsschicht 34 an einer jeweiligen Kontaktfläche 36b, 36c für die Dämpfungsschicht 34 zu verbessern, sind das Bodenblech 22b und das Grundblech 22c vorbehandelt, beispielsweise aufgeraut.the 3 shows with reference to those in connection with the 1 and the 2 Components already described in a sectional view III-III the chamber 30b the in 2 shown embodiment of the cooling device 20th . The chamber 30b is in the x-direction of clinch rivets of the two joint connections 28b , 28c and in the z-direction from the cover plate 22a and the floor pan 22b limited. To ensure adhesion of the damping layer 34 at a respective contact surface 36b , 36c for the damping layer 34 to improve are the floor pan 22b and the base plate 22c pretreated, for example roughened.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform der Kühlvorrichtung 20 kann eine Vielzahl an Kammern 30a, 30b, 30c aufweisen, die jeweils einen selben Querschnitt und jeweils voneinander abweichende Längen aufweisen. Dadurch können die Kammern 30a, 30b, 30c unterschiedlich von dem Kühlfluid durchflossen sein. Hierbei stellt insbesondere ein Einstellen eines ausgeglichenen Kühlfluidstroms eine Herausforderung dar. Ein weiterer Nachteil kann sein, dass sie steif mit dem Batteriegehäuse 18 verbunden sein kann. Dadurch kann beispielsweise bei einer durch einen Crash verursachten Last keine Energie abgebaut werden. Zusätzlich kann ein sogenanntes „Crashteil“, d. h. ein weiteres Bauteil des Kraftfahrzeugs 10 oder eine fahrzeugfremde Komponente, durch die Kühlvorrichtung 20 hindurch dringen. Dadurch kann die Kühlvorrichtung 20 defekt werden und das Kühlfluid kann unkontrolliert, d. h. undefiniert, auslaufen sowie möglicherweise einen Kurzschluss verursachen. Auch kann die Kühlvorrichtung 20 eine Struktursteifigkeit eines Bodens des Batteriegehäuses 18 vermindern und dessen Gewicht erhöhen, da auf einen gewichtsoptimierten Leichtbau zu verzichten ist. Da das i.d.R. aus Aluminium gefertigte Bodenblechs 22b gegenüber einer Umgebung unisoliert vorliegt, wird die Kühlvorrichtung 20 beispielsweise bei geringen Umgebungstemperaturen (z. B. im Winter) zusätzlich gekühlt und erhöht einen Energieverlust. Zusätzlich ist ein Ausgleich von Bauteiltoleranzen beispielsweise des Deckblechs 22a und des Batteriemoduls 14 lediglich mittels eines kostenintensiven Wärmeleitmaterials (Gapfiller) möglich.An embodiment of the cooling device known from the prior art 20th can have a variety of chambers 30a , 30b , 30c each having the same cross section and each having different lengths. This allows the chambers 30a , 30b , 30c be differently flowed through by the cooling fluid. Setting a balanced flow of cooling fluid is a particular challenge here. Another disadvantage can be that it is rigid with the battery housing 18th can be connected. As a result, no energy can be dissipated in the event of a load caused by a crash, for example. In addition, a so-called “crash part”, ie another component of the motor vehicle 10 or a non-vehicle component, through the cooling device 20th penetrate through. This allows the cooling device 20th become defective and the cooling fluid can leak in an uncontrolled manner, ie undefined, and possibly cause a short circuit. The cooling device 20th a structural rigidity of a bottom of the battery case 18th reduce and increase its weight, since a weight-optimized lightweight construction is to be dispensed with. Because the floor pan, which is usually made of aluminum 22b is uninsulated from an environment, the cooling device 20th For example, at low ambient temperatures (e.g. in winter), it is additionally cooled and increases energy loss. In addition, there is a compensation of component tolerances, for example of the cover plate 22a and the battery module 14th only possible using an expensive heat-conducting material (gap filler).

Das Batteriesystem 12 kann einen mehrteiligen Boden des Batteriegehäuses 18 inklusive Kühlvorrichtung 20 und Ausgleichselement (Dämpfungsschicht 34) umfassen. Die Kühlvorrichtung 20 (Kühlsystem) ist in sich abgeschlossen und weist bspw. zwei verformte Bleche 22a, 22b auf, die dichtgeschweißt sein können. Das Bodenblech 22b kann auf der Dämpfungsschicht 34 (Ausgleichs-/Distanzelement) partiell oder vollflächig aufliegen. Die Dämpfungsschicht 34 kann bspw. als ein Kunststoff, ein Schaumstoff oder ein Klebstoff (Kleberaupe) vorliegen und eine geringere Steifigkeit als die Bleche 22a, 22b, 22c aufweisen. Unterhalb der Dämpfungsschicht 34, d.h. in z-Richtung, kann das Grundblech 22c angeordnet sein, das als Boden des Batteriegehäuses 18 ausgebildet sein kann. Das Grundblech 22c kann eine spezielle Kontur aufweisen, die von einer Kühlstruktur des Bodenblechs 22b abweichen kann. Alternativ oder zusätzlich können Teile des Grundblechs 22c der Kühlstruktur entsprechen. Zudem kann ein derartiger Lagenaufbau in sich mit Verbindungselementen (Fügeverbindungen 28a-28d) verbunden sein, um eine steife Platte zu generieren. Sie können beispielsweise mehrere Nieten, Schweißpunkte und/oder Clinchen aufweisen.The battery system 12th can have a multi-part bottom of the battery housing 18th including cooling device 20th and compensation element (damping layer 34 ) include. The cooler 20th (Cooling system) is self-contained and has, for example, two deformed metal sheets 22a , 22b that can be tightly welded. The floor pan 22b can on the cushioning layer 34 (Compensation / spacer element) partially or completely. The cushioning layer 34 can, for example, be in the form of a plastic, a foam or an adhesive (adhesive bead) and have a lower stiffness than the metal sheets 22a , 22b , 22c exhibit. Below the damping layer 34 , ie in the z-direction, the base plate can 22c be arranged as the bottom of the battery case 18th can be formed. The base plate 22c can have a special contour created by a cooling structure of the floor pan 22b may differ. Alternatively or additionally, parts of the base plate 22c correspond to the cooling structure. In addition, such a layer structure can be built up with connecting elements (joint connections 28a-28d ) connected to generate a rigid plate. For example, they can have several rivets, spot welds and / or clinches.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kühlvorrichtung 20 von dem Grundblech 22c (Gehäuseboden) getrennt sein und somit verbesserte Schadenstoleranz aufweisen kann. Dabei kann die Kühlvorrichtung 20 akustisch und/oder vibrationstechnisch entkoppelt sein. Zusätzlich kann sie auch wärmetechnisch isoliert sein, da die Dämpfungsschicht 34 (Kopplungsschicht) eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Dadurch kann ein Wärmefluss in die Umgebung verhindert werden. Dies kann zu einer verbesserten Effizienz der Kühlvorrichtung 20 führen. Eine durch das Grundblech 22c erhöhte Steifigkeit kann Impacteigenschaften bei einem Aufprall (Crash) verbessern. Auch können Toleranzen zwischen Grundblech 22c und Bodenblech 22b mittels der Dämpfungsschicht 34 ausglichen werden, wodurch diese Bleche 22b, 22c kostengünstiger produziert werden können. Insbesondere kann eine jeweilige Sickengeometrie zumindest teilweise voneinander abweichen. Sämtliche Bleche 22a, 22b, 22c können partiell miteinander verbunden sein, wodurch eine Steifigkeit der einen Mehrschichtverbund (Sandwich) aufweisenden Kühlvorrichtung 20 erhöht werden kann. Auch kann die Kühlvorrichtung 20 auf das Wärmeleitmaterial zwischen Deckblech 22a und Batteriemodul 14 verzichten.This has the advantage that the cooling device 20th from the base plate 22c (Housing bottom) can be separated and thus have improved damage tolerance. The cooling device 20th be acoustically and / or vibrationally decoupled. In addition, it can also be thermally insulated, as the damping layer 34 (Coupling layer) can have a low thermal conductivity. This can prevent heat flow into the environment. This can lead to improved efficiency of the cooling device 20th to lead. One through the base plate 22c increased rigidity can improve impact properties in the event of an impact (crash). There can also be tolerances between the base plate 22c and floor pan 22b by means of the damping layer 34 be compensated, making these sheets 22b , 22c can be produced more cheaply. In particular, a respective bead geometry can at least partially differ from one another. All sheets 22a , 22b , 22c can be partially connected to one another, thereby increasing the rigidity of the cooling device, which has a multilayer composite (sandwich) 20th can be increased. The cooling device 20th on the heat conducting material between the cover plate 22a and battery module 14th waive.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein entkoppeltes mehrschichtiges Kühlsystem (Kühlvorrichtung 20) bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how a decoupled multilayer cooling system (cooling device 20th ) can be provided.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013203468 A1 [0003]DE 102013203468 A1 [0003]
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Claims (10)

Kühlvorrichtung (20) zum Kühlen eines Batteriemoduls (14), umfassend - mehrere Kammern (30a, 30b, 30c), die von einem Deckblech (22a) und einem Bodenblech (22b) begrenzt und für ein Fluid durchströmbar ausgebildet sind, - jedes Blech (22a, 22b) einen wellenförmigen Querschnitt aufweist, der mehrere Wellentäler (24a, 24b) und mehrere Wellenberge (26a, 26b) umfasst, wobei - die Wellentäler (24a) des Deckblechs (22a) auf den Wellenbergen (26b) des Bodenblechs (22b) aufliegen und miteinander mittels jeweiliger Fügeverbindungen (28a, 28b, 28c, 28d) fluiddicht verbunden sind, sodass die mehreren Kammern (30a, 30b, 30c) ausgebildet sind, wobei - das Deckblech (22a) bei einer Beanspruchung mit einem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformbar ausgestaltet ist.Cooling device (20) for cooling a battery module (14), comprising - Several chambers (30a, 30b, 30c) which are delimited by a cover plate (22a) and a bottom plate (22b) and are designed so that a fluid can flow through them, - Each sheet (22a, 22b) has a wave-shaped cross section which comprises several wave troughs (24a, 24b) and several wave crests (26a, 26b), wherein - The wave troughs (24a) of the cover plate (22a) rest on the wave crests (26b) of the base plate (22b) and are connected to one another in a fluid-tight manner by means of respective joint connections (28a, 28b, 28c, 28d), so that the several chambers (30a, 30b, 30c) are formed, wherein - The cover plate (22a) is designed to be deformable by the fluid when it is subjected to a predetermined operating pressure. Kühlvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei eine Dämpfungsschicht (34) zumindest teilweise an dem Bodenblech (22b) an einer dem Deckblech (22a) gegenüberliegenden Außenseite (32) angeordnet ist.Cooling device (20) after Claim 1 wherein a damping layer (34) is arranged at least partially on the base plate (22b) on an outer side (32) opposite the cover plate (22a). Kühlvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei ein Grundblech (22c), dessen Querschnitt formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt des Bodenblechs (22b) ist, über die Dämpfungsschicht (34) an dem Bodenblech (22b) angeordnet ist, wobei die Dämpfungsschicht (34) das Bodenblech (22b) und das Grundblech (22c) wechselseitig voneinander entkoppelt.Cooling device (20) after Claim 2 , wherein a base plate (22c), the cross section of which is similar in shape to the wave-shaped cross section of the floor plate (22b), is arranged over the damping layer (34) on the floor panel (22b), the damping layer (34) the floor panel (22b) and the Base plate (22c) mutually decoupled from one another. Kühlvorrichtung (20) nach Anspruch 3, wobei jedes Wellental (24b) des Bodenblechs (22b) über die Isolierschicht (34) zumindest teilweise mit einem jeweiligen Wellental (24c) des Grundblechs (22c) verbunden ist, und jeder Wellenberg (26b) des Bodenblechs (22b) unmittelbar auf einem jeweiligen Wellenberg (26c) des Grundblechs (22c) aufliegt.Cooling device (20) after Claim 3 , each corrugation trough (24b) of the base plate (22b) being at least partially connected via the insulating layer (34) to a respective corrugation trough (24c) of the base plate (22c), and each wave crest (26b) of the base plate (22b) directly on a respective one Wave crest (26c) of the base plate (22c) rests. Kühlvorrichtung (20) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Grundblech (22c) an dem Bodenblech (22b) mittels den Fügeverbindungen (28a, 28b, 28c, 28d) befestigt ist.Cooling device (20) after Claim 3 or 4th wherein the base plate (22c) is attached to the base plate (22b) by means of the joint connections (28a, 28b, 28c, 28d). Kühlvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Grundblech (22c) und/oder das Bodenblech (22b) an einer jeweiligen Kontaktfläche (36b, 36c) für die Dämpfungsschicht (34) zum Verbessern einer Haftung der Dämpfungsschicht (34) vorbehandelt ist.Cooling device (20) according to one of the Claims 3 until 5 wherein the base plate (22c) and / or the bottom plate (22b) is pretreated on a respective contact surface (36b, 36c) for the damping layer (34) to improve adhesion of the damping layer (34). Kühlvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der Kammern (30a, 30b, 30c, 30d) durch drei geradlinige, parallele der Fügeverbindungen (28a, 28b, 28c, 28d) begrenzt sind.Cooling device (20) according to one of the preceding claims, two of the chambers (30a, 30b, 30c, 30d) being delimited by three straight, parallel joints (28a, 28b, 28c, 28d). Batteriesystem (12), umfassend - ein Batteriemodul (14) mit mehreren Batteriezellen (16), - eine Kühlvorrichtung (20) zum Kühlen des Batteriemoduls (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und - ein Batteriegehäuse (18) zur Aufnahme des Batteriemoduls (14) und der Kühlvorrichtung (20).A battery system (12), comprising - a battery module (14) with a plurality of battery cells (16), - a cooling device (20) for cooling the battery module (14) according to one of the Claims 1 until 7th and - a battery housing (18) for accommodating the battery module (14) and the cooling device (20). Batteriesystem nach Anspruch 8 mit Rückbezug auf Anspruch 3, wobei das Grundblech (22c) der Kühlvorrichtung (20) Teil des Batteriegehäuses (18) ist.Battery system according to Claim 8 with reference to Claim 3 , wherein the base plate (22c) of the cooling device (20) is part of the battery housing (18). Kraftfahrzeug (10) mit einem Batteriesystem (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 9.Motor vehicle (10) with a battery system (12) according to one of the Claims 8 until 9 .
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