DE102020128174A1

DE102020128174A1 - Hochvoltbatterie mit mehreren Batteriemodulen und Kühlkörpern

Info

Publication number: DE102020128174A1
Application number: DE102020128174.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Sascha Mostofi; Christopher Volkmer; Dieter Schiebel; Immanuel Vogel; Adrian Starczewski
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220131211A1; CN114497797A; US11888137B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (1) mit mehreren Batteriemodulen (2), kühlmittelführenden Kühlkörpern (3) zum Kühlen der Batteriemodule (2), einer Kühlmittelzuführleitung (4) zum Zuführen des Kühlmittels über Zuführanschlüsse (5) zu den Kühlkörpern (3) und Abführanschlüssen (6) zum Abführen des Kühlmittels von den Kühlkörpern (3) zu einer Kühlmittelabführleitung (7).Bei dieser Hochvoltbatterie ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zuführanschlüsse (5) und die Abführanschlüsse (6) jeweils einen Kühlmittelverteiler (12) bilden, wobei der jeweilige Kühlmittelverteiler (12) an die Kühlkörper (3) des jeweiligen Batteriemoduls (2) angebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit mehreren Batteriemodulen, kühlmittelführenden Kühlkörpern zum Kühlen der Batteriemodule, einer Kühlmittelzuführleitung zum Zuführen des Kühlmittels über Zuführanschlüsse zu den Kühlkörpern und Abführanschlüssen zum Abführen des Kühlmittels von den Kühlkörpern zu einer Kühlmittelabführleitung.
Hochvoltbatterien in voll- oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen werden nach dem Stand der Technik mittels eines Kühlmittels, bei dem es sich insbesondere um eine Flüssigkeit handelt, gekühlt.
Eine Hochvoltbatterie der Eingangs genannten Art, die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der DE 10 2009 013 651 A1 bekannt. Bei dieser ist jeweils zwischen benachbarten Batteriemodulen ein Kühlkörper angeordnet. Der jeweilige Kühlkörper steht über einen Zuführanschluss, dem ein Durchflussbegrenzungsglied zugeordnet ist, in Verbindung mit einer Kühlmittelzuführleitung. Im Bereich des der Kühlmittelzuführleitung abgewandten Endes des jeweiligen Kühlkörpers ist eine Kühlmittelabführleitung angeordnet. Kühlmittel gelangt vom jeweiligen Kühlkörper unmittelbar über einen Abführanschluss in die Kühlmittelabführleitung. - Bei dieser Hochvoltbatterie sind somit auf abgewandten Seiten des jeweiligen Batteriemoduls Kühlkörper angeordnet, diese sind aber jeweils einzeln an die Kühlmittelzuführleitung und die Kühlmittelabführleitung angeschlossen. Dies ist mit einem erheblichen Bau-, Montage- und Kostenaufwand verbunden.
In der DE 10 2016 001 145 A1 ist ein Batteriemodul beschrieben, das oberhalb und unterhalb eines Gehäuses des Batteriemoduls jeweils eine Kühlplatte aufweist. Das Gehäuse weist einen vorlaufseitigen Kühlmittelverteiler und einen rücklaufseitigen Kühlmittelverteiler auf. Die Kühlmittelverteiler dienen dem Aufteilen des Kühlmittels auf die beiden Kühlplatten bzw. dem Zusammenführen des von den Kühlplatten abströmenden Kühlmittels.
In der DE 10 2008 014 155 A1 ist eine Batterie mit mehreren Batteriemodulen beschrieben. Jedes Batteriemodul weist einen kühlmitteldurchströmten Kühlkörper auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvoltbatterie, die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass eine baulich und unter Montagegesichtspunkten einfache, kostengünstige Anbindung von Kühlmittelzuführleitung und Kühlmittelabführleitung an die Kühlkörper im Bereich des jeweiligen Batteriemoduls gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Hochvoltbatterie, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist vorgesehen, dass die Zuführanschlüsse und die Abführanschlüsse jeweils als Kühlmittelverteiler ausgebildet sind, wobei der jeweilige Kühlmittelverteiler an die Kühlkörper des jeweiligen Batteriemoduls angebunden ist.
Der jeweilige Kühlmittelverteiler stellt somit die Verbindung zwischen der Kühlmittelzuführleitung bzw. der Kühlmittelabführleitung und den Kühlkörpern des jeweiligen Batteriemoduls her.
Unter baulichen Gesichtspunkten und unter Montagegesichtspunkten wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der jeweilige Kühlmittelverteiler einteilig ausgebildet ist. Es ist somit nur erforderlich, diesen Kühlmittelverteiler mit den Kühlkörpern des Batteriemoduls und der Kühlmittelzuführleitung bzw. der Kühlmittelabführleitung zu verbinden.
Vorzugsweise bestehen die Kühlmittelverteiler und/oder die Kühlmittelzuführleitung und/oder die Kühlmittelabführleitung aus Kunststoff. Bei Verwendung dieses Materials lassen sich die vorstehend genannten Komponenten besonders einfach herstellen.
Es wird unter Montagegesichtspunkten als besonders vorteilhaft angesehen, wenn Anschlussbereiche der Zuführanschlüsse an den Kühlkörpern und/oder Anschlussbereiche der Abführanschlüsse an den Kühlkörpern in derselben Raumrichtung oder derselben Raumebene angeordnet sind.
Unter Montagegesichtspunkten wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Anschlussbereiche der Zuführanschlüsse an der Kühlmittelzuführleitung und/oder Anschlussbereiche der Abführanschlüsse an der Kühlmittelabführleitung in derselben Raumrichtung oder derselben Raumebene angeordnet sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anschlussbereiche der Zuführanschlüsse und Abführanschlüsse an den Kühlkörpern sowie an der Kühlmittelzuführleitung bzw. Kühlmittelabführleitung in derselben Raumrichtung bzw. Raumebene angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kühlmittelverteiler einen flexibel gelagerten Anschlussbereich aufweisen. Dieser befindet sich am Kühlkörper oder an der Kühlmittelzuführleitung bzw. der Kühlmittelabführleitung. Durch den jeweiligen flexibel gelagerten Anschlussbereich können Toleranzen im Anbindungsbereich einfach ausgeglichen werden.
Unter dem Aspekt einer besonders einfachen Montage wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Kühlmittelverteiler mittels Steckverbindungen mit den Kühlkörpern und/oder der Kühlmittelzuführleitung und/oder der Kühlmittelabführleitung verbunden sind. Eine solche Verbindung kann besonders einfach und schnell hergestellt werden, bei optimaler Abdichtung der gesteckten Komponenten. Gegebenenfalls können zusätzliche Dichtelemente vorgesehen sein.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Kühlkörper auf abgewandten Seiten des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet sind. Hierbei handelt es sich insbesondere um abgewandte Hauptseiten des jeweiligen Batteriemoduls. Diese Hauptseiten bilden die großen Flächen des Batteriemoduls aus. Insbesondere weist das Batteriemodul im Wesentlichen die Form eines Quaders auf.
Das jeweilige Batteriemodul weist insbesondere zwei Kühlkörper auf. Bei Ausbildung der im Wesentlichen quaderförmigen Batteriemodule erstrecken sich die beiden Kühlkörper mit deren Hauptseiten im Wesentlichen in denselben beiden Raumrichtungen, sind somit im Wesentlichen parallel bzw. parallel angeordnet.
Es wird als baulich besonders vorteilhaft angesehen, wenn der jeweilige mittels Kühlmittel durchströmte Kühlkörper plattenförmig ausgebildet ist. Durch diese plattenförmige Gestaltung ergibt sich eine optimale Wärmeübergangsfläche zum Batteriemodul.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Zuführanschlüsse und die Abführanschlüsse des jeweiligen Batteriemoduls auf abgewandten Seiten des Batteriemoduls angeordnet sind. Insbesondere sind alle Zuführanschlüsse der Batteriemodule auf derselben Seite der Anordnung von Batteriemodulen angeordnet und alle Abführanschlüsse der Batteriemodule auf der dieser Seite abgewandten Seite der Anordnung der Batteriemodule angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Durchströmung der Kühlkörper der Hochvoltbatterie bei besonders homogener Anordnung der Kühlmittelverteiler von Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelabfuhr, bei einfacher Montage dieser Kühlmittelverteiler.
Um einen besonders guten Wärmeübergang im Sinne einer Kühlung der Batteriemodule zu bewerkstelligen, ist insbesondere vorgesehen, dass die Kühlkörper des jeweiligen Batteriemoduls dieses Batteriemodul flächig kontaktieren.
Insbesondere sind die Kühlkörper des jeweiligen Batteriemoduls mit diesem Batteriemodul verbunden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung von zwei in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 für das erste Ausführungsbeispiel betreffend eine Hochvoltbatterie eine Anordnung von mehreren Batteriemodulen und mit diesen zusammenwirkenden Kühlkomponenten, veranschaulicht in einer Ansicht entgegengesetzt einer Fahrzeughochrichtung z gesehen, bei entferntem oberen Kühlkörper,
2 betreffend die in 1 veranschaulichte Anordnung einen Teilbereich eines Batteriemoduls mit den mit dem Batteriemodul zusammenwirkenden Kühlkomponenten, veranschaulicht in einer räumlichen Darstellung,
3 die Anordnung gemäß der 2, in einer Ansicht in Fahrzeugquerrichtung y,
4 die Anordnung gemäß der 2 und 3, veranschaulicht über eine Teilerstreckung in y-Richtung, in einer Ansicht entgegen der Fahrzeuglängsrichtung x, somit entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen,
5 für das zweite Ausführungsbeispiel eine Ansicht entsprechend derjenigen gemäß 4.

Figurenbeschreibung
Das erste Ausführungsbeispiel der für die Erfindung relevanten Komponenten der Hochvoltbatterie 1 ist in den 1 bis 4 veranschaulicht. Die in ein Fahrzeug, beispielsweise einem Personenkraftwagen eingebaute Hochvoltbatterie 1 weist mehrere, konkret vier Batteriemodule 2, kühlmittelführende Kühlkörper 3 zum Kühlen der Batteriemodule 2, eine Kühlmittelzuführleitung 4 zum Zuführen des Kühlmittels über Zuführanschlüsse 5 zu den Kühlkörpern 3 und Abführanschlüsse 6 zum Abführen des Kühlmittels von den Kühlkörpern 3 zu einer Kühlmittelabführleitung 7 auf. Hierbei bilden die Komponenten gemäß der Bezugsziffern 3 bis 7 die Kühlkomponenten.
Das jeweilige Batteriemodul 2 weist eine Vielzahl nicht veranschaulichter Batteriezellen auf. Das Batteriemodul 2 ist quaderförmig ausgebildet, wobei die Quaderseiten in der Fahrzeuglängsrichtung (Vorwärtsfahrtrichtung) x, Fahrzeugquerrichtung y und Fahrzeughochrichtung z verlaufen. Die jeweiligen Batteriemodule 2 sind identisch ausgebildet und bezüglich der genannten Koordinaten identisch ausgerichtet und hierbei mit konstantem Abstand nebeneinander angeordnet. Das jeweilige Batteriemodul 2 weist, bezogen auf die z-Achse auf abgewandten Seiten jeweils einen Kühlkörper 3 auf. Die Erstreckung des jeweiligen Kühlkörpers 3 in der x-y-Ebene entspricht der Erstreckung des Batteriemoduls 2 in dieser Ebene. Die Erstreckung des jeweiligen Kühlkörpers 3 in z-Richtung ist wesentlich geringer als die Erstreckung des jeweiligen Batteriemoduls 2 in dieser Richtung. Der jeweilige mittels Kühlmittel durchströmte Kühlkörper 3 ist plattenförmig ausgebildet.
Bei dem Kühlmittel handelt es sich um eine Kühlflüssigkeit.
Die Kühlmittelzuführleitung 4 und die Kühlmittelabführleitung 7 erstrecken sich jeweils in x-Richtung. Sie sind auf abgewandten Seiten der Batteriemodule 2 angeordnet, wobei allen Batteriemodulen 2 eine gemeinsame Kühlmittelzuführleitung 4 und eine gemeinsame Kühlmittelabführleitung 7 zugeordnet ist.
Die Zuführanschlüsse 5 und die Abführanschlüsse 6 bilden jeweils einen Kühlmittelverteiler 12. Hierbei ist der jeweilige Kühlmittelverteiler 12 an die beiden Kühlkörper 3 des jeweiligen Batteriemoduls 2 angebunden. Hierbei erfolgt die Anbindung des Zuführanschlusses 5 an die beiden Kühlkörper 3 und die Kühlmittelzuführleitung 4 genauso wie die Anbindung des Abführanschlusses 6 an die beiden Kühlkörper 3 und die Kühlmittelabführleitung 7.
Insbesondere der Darstellung der 4 ist zu entnehmen, dass der jeweilige Zuführanschluss 5 bzw. Abführanschluss 6 mehrteilig ausgebildet ist, mit zwei Winkelabschnitten 8, 9 und zwischen diesen angeordneten zentralem Abschnitt 10, wobei die Winkelabschnitte 8, 9 in abgewandten Bereichen des zentralen Abschnitts 10 auf diesen aufgesteckt und dort dichtend verbunden sind, ferner der Winkelabschnitt 8 mit dem oberen Kühlkörper 3 und der Winkelabschnitt 9 mit dem unteren Kühlkörper 3 verbunden ist, insbesondere gleichfalls mittels einer Steckverbindung abgedichtet verbunden ist. Der zentrale Abschnitt 10 des Zuführanschlusses 5 ist an die Kühlmittelzuführleitung 4 angebunden, insbesondere mittels einer Steckverbindung dichtend verbunden. Entsprechend ist der Abführanschluss 6 über eine Steckverbindung und abgedichtet mit der Kühlmittelabführleitung 7 verbunden. Der Bereich der jeweiligen Steckverbindung ist durch die Bezugsziffer 11 veranschaulicht. Der jeweilige Kühlmittelverteiler 12, die Kühlmittelzuführleitung 4 und die Kühlmittelabführleitung 7 bestehen aus Kunststoff.
Der Zuführanschluss 5 und der Abführanschluss 6 sind senkrecht zur Erstreckung der Kühlmittelzuführleitung 4 und der Kühlmittelabführleitung 7 angeordnet, sind somit in einer y-z-Ebene angeordnet. Der Zuführanschluss 5 und der Abführanschluss 6 können einen flexibel gelagerten Anschlussbereich am Kühlkörper 3 oder an der Kühlmittelzuführleitung 4 bzw. der Kühlmittelabführleitung 7 aufweisen, um Toleranzen ausgleichen zu können.
Die Winkelabschnitte 8 und 9 können durchaus auch als Schlauch ausgebildet sein.
5 zeigt, betreffend das zweite Ausführungsbeispiel eine Modifizierung gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass statt des jeweiligen mehrteiligen Kühlmittelverteilers 12 ein einteiliger Kühlmittelverteiler 12 Verwendung findet. Dieser ist jeweils über die Steckverbindungen 11 unmittelbar mit den beiden Kühlkörpern 3 und der Kühlmittelzuführleitung 4 bzw. der Kühlmittelabführleitung 7 verbunden und dort abgedichtet. Die Kühlmittelverteiler 12 bestehen hierbei aus Kunststoff und sind insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet. Im Übrigen wird bezüglich dieses zweiten Ausführungsbeispiels auf die vorstehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009013651 A1 [0003]
DE 102016001145 A1 [0004]
DE 102008014155 A1 [0005]

Claims

Hochvoltbatterie (1) mit mehreren Batteriemodulen (2), kühlmittelführenden Kühlkörpern (3) zum Kühlen der Batteriemodule (2), einer Kühlmittelzuführleitung (4) zum Zuführen des Kühlmittels über Zuführanschlüsse (5) zu den Kühlkörpern (3) und Abführanschlüssen (6) zum Abführen des Kühlmittels von den Kühlkörpern (3) zu einer Kühlmittelabführleitung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführanschlüsse (5) und die Abführanschlüsse (6) jeweils einen Kühlmittelverteiler (12) bilden, wobei der jeweilige Kühlmittelverteiler (12) an die Kühlkörper (3) des jeweiligen Batteriemoduls (2) angebunden ist.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlmittelverteiler (12) einteilig ausgebildet ist.
Hochvoltbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelverteiler (12) und/oder die Kühlmittelzuführleitung (4) und/oder die Kühlmittelabführleitung (7) aus Kunststoff bestehen.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussbereiche der Zuführanschlüsse (5) an den Kühlkörpern (3) und/oder Anschlussbereiche der Abführanschlüsse (6) an den Kühlkörpern (3) in derselben Raumrichtung (y) oder derselben Raumebene (y, z) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussbereiche der Zuführanschlüsse (5) an der Kühlmittelzuführleitung (4) und/oder Anschlussbereiche der Abführanschlüsse (6) an der Kühlmittelabführleitung (7) in derselben Raumrichtung (y) oder derselben Raumebene (y, z) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelverteiler (12) einen flexibel gelagerten Anschlussbereich aufweisen.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelverteiler (12) mittels Steckverbindungen mit den Kühlkörpern (3) und/oder der Kühlmittelzuführleitung (4) und/oder der Kühlmittelabführleitung (7) verbunden sind.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3) auf abgewandten Seiten des jeweiligen Batteriemoduls (2) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Batteriemodul (2) zwei Kühlkörper (3) aufweist.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige mittels Kühlmittel durchströmte Kühlkörper (3) plattenförmig ausgebildet ist.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführanschlüsse (5) und die Abführanschlüsse (6) des jeweiligen Batteriemoduls (2) auf abgewandten Seiten des Batteriemoduls (2) angeordnet sind.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3) des jeweiligen Batteriemoduls (2) dieses Batteriemodul (2) flächig kontaktieren.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3) des jeweiligen Batteriemoduls (2) mit diesem Batteriemodul (2) verbunden sind.