-
Die Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung für ein Fahrzeug mit mehreren prismatischen Batteriezellen, welche jeweils eine Terminal-Oberfläche mit mehreren Terminals zur elektrischen Kontaktierung aufweisen, und mit einem Batteriegehäuse, welches eine Zellenaufnahme umfasst, in der die mehreren prismatischen Batteriezellen aufgenommen sind. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer derartigen Batterieeinrichtung.
-
Derartige Batterieeirichtungen werden in der Regel als Antriebsbatterien in batterieelektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt. Beim Betrieb der Batterieeinrichtungen kommt es zu einer Wärmeentwicklung in den Batteriezellen. Um Schäden an den Batteriezellen vorzubeugen, ist es erforderlich, die entstehende Wärme über geeignete Maßnahmen abzuführen. Hierzu wird typischerweise eine äußere Oberfläche der prismatischen Batteriezelle thermisch an das Batteriegehäuse gekoppelt, so dass Wärme an das Batteriegehäuse abgeführt werden kann. In der Regel erfolgt diese Kopplung mittels einer Oberfläche der Batteriezelle, welche den Terminals gegenüberliegt.
-
Ausgehend von einem derartigen Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, die thermische Kopplung der Batteriezellen an das Gehäuse mit möglichst geringem Materialaufwand zu verbessern.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Batterieeinrichtung für ein Fahrzeug mit mehreren prismatischen Batteriezellen vorgeschlagen, welche jeweils eine Terminal-Oberfläche mit mehreren Terminals zur elektrischen Kontaktierung aufweisen, und mit einem Batteriegehäuse, welches eine Zellenaufnahme umfasst, in der die mehreren prismatischen Batteriezellen aufgenommen sind, wobei das Batteriegehäuse einen Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich für ein Wärmeleitmedium umfasst, wobei die Terminals der prismatischen Batteriezellen in dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich angeordnet sind, und die Batterieeinrichtung ein Begrenzungsbauteil aufweist, das in dem Batteriegehäuse derart angeordnet ist, dass es den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich begrenzt.
-
Gemäß der Erfindung ist in dem Batteriegehäuse ein Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich vorgesehen, in dem ein Wärmeleitmedium, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, aufgenommen werden kann, um Wärme aus einer der prismatischen Batteriezellen über deren Terminals abzuführen. Hierdurch wird es möglich, die Terminals, welche sich im Betrieb der Batteriezelle stark erwärmen, verbessert zu kühlen und dadurch die thermische Kopplung der Batteriezelle an das Gehäuse zu verbessern. Die Erfindung sieht ferner vor, dass in dem Batteriegehäuse ein Begrenzungsbauteil angeordnet ist, welches den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich begrenzt. Hierdurch wird vermieden, dass der gesamte Bereich zwischen der Terminal-Oberfläche und einer Innenkontur des Batteriegehäuses mit dem Wärmeleitmittel gefüllt werden muss. Vielmehr kann der Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich mittels des Begrenzungsbauteils derart bemessen werden, dass lediglich ein Bereich unmittelbar um die Terminals herum mit einem Wärmeleitmittel befüllt werden muss. Somit kann die benötige Menge an Wärmeleitmittel auf ein sinnvolles Maß begrenzt werden.
-
Die prismatischen Batteriezellen weisen bevorzugt eine kubische Form auf. Die Terminal-Oberfläche der prismatischen Batteriezelle ist bevorzugt eben ausgestaltet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die prismatische Batteriezellen eine der Terminal-Oberfläche gegenüberliegenden Unterseiten-Oberfläche aufweisen, welche thermisch an eine Wandung des Batteriegehäuses gekoppelt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Batterieeinrichtung, können die prismatischen Batteriezellen sowohl über die Terminals als auch über die den Terminals gegenüberliegende Unterseiten-Oberfläche gekühlt werden. Eine solch Ausgestaltung ermöglich eine besonders effektive Kühlung der Batteriezellen. Bevorzugt ist die Unterseiten-Oberfläche der Batteriezelle mit der Wandung des Batteriegehäuses mittels eines Wärmeleitmediums gekoppelt, beispielsweise einer Wärmeleitpaste.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Begrenzungsbauteil mindestens einen, bevorzugt mehrere, Seitenabschnitte aufweist, die sich in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Terminal-Oberfläche erstrecken. Über diese Seitenabschnitte kann der Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich seitlich begrenzt werden. Es unerwünschtes seitliches Herausfließen des Wärmeleitmediums aus dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich kann durch die Seitenabschnitte verhindert werden. Bevorzugt ist der Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich zusätzlich zu den Seitenabschnitten des Begrenzungsbauteils durch eine oder mehrere Seitenwandungen des Batteriegehäuses begrenzt. In diesem Fall kann durch das Zusammenwirken der Seitenabschnitte und der Seitenwandungen ein unerwünschtes seitliches Herausfließen des Wärmeleitmediums aus dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich verhindert werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Begrenzungsbauteil ein, insbesondere elastisches, Dichtungselement aufweist, welches bevorzugt an einer Innenkontur des Batteriegehäuses dichtend anliegt. Das Dichtungselement kann beispielsweise Teil eines Seitenabschnitts des Begrenzungsbauteils sein, welcher sich in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Terminal-Oberfläche erstreckt. Bevorzugt liegt das Dichtungselement dichtend an einer Innenkontur einer Deckenwandung des Batteriegehäuses an, wobei sich die Deckenwandung parallel zu der Terminal-Oberfläche erstreckt. Insofern kann die Deckenwandung des Batteriegehäuses den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich in einer Richtung begrenzen, die quer, insbesondere senkrecht, zu dem Seitenabschnitt des Begrenzungsbauteils bzw. quer, insbesondere senkrecht, zu dem Dichtungselement des Begrenzungsbauteils, angeordnet ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Begrenzungsbauteil einen Bodenabschnitt aufweist, der sich parallel zu der Terminal-Oberfläche erstreckt. Der Bodenabschnitt kann den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich in einer Richtung begrenzen, die quer, insbesondere senkrecht, zu dem Seitenabschnitt des Begrenzungsbauteils bzw. quer, insbesondere senkrecht zu dem Dichtungselement des Begrenzungsbauteils, angeordnet ist. Bevorzugt ist der Bodenabschnitt einstückig mit dem Seitenabschnitt oder den Seitenabschnitten des Begrenzungsbauteils ausgestaltet. Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, dass die Anzahl der erforderlichen Verfahrensschritte zur Montage der Batterieeinrichtung unter Bereitstellung des Wärmeleitmedium-Aufnahmebereichs reduziert werden können.
-
In diesem Zusammenhang ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher der Bodenabschnitt Ausnehmungen aufweist, in welchen die Terminals der prismatischen Batteriezellen angeordnet sind. Aufgrund der Ausnehmungen in dem Bodenabschnitt können die Terminals in den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich ragen, während der Bodenbereich den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich gegenüber den prismatischen Batteriezellen begrenzt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Batterieeinrichtung eine Stromschiene aufweist, welche mit mindestens zwei Terminals verbunden ist und in dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich angeordnet ist und/oder als Bestandteil des Begrenzungsbauteils ausgestaltet ist. Bevorzugt umfasst die Stromschiene eine elektrisch isolierende Beschichtung oder Schicht.
-
Bevorzugt ist in dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich ein, insbesondere flüssiges oder pastöses, Wärmeleitmedium angeordnet. Bei dem Wärmeleitmedium kann es sich beispielsweise um eine Wärmeleitpaste handeln. Das Wärmeleitmedium weist bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit auf, die im Bereich von 0,5 W/(m.K) bis 15 W/(m·K), bevorzugt im Bereich von 1 W/(m·K) bis 10 W/(m·K), liegt. Bevorzugt weist das Wärmeleitmedium Silikonöl und/oder Polyethylenglykol (PEG) auf.
-
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Batteriegehäuse eine Öffnung oder mehrere Öffnungen aufweist, über welche ein Wärmeleitmedium in den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich einbringbar ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Batteriegehäuse ein Extrusionsprofil aufweist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des Batteriegehäuses.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batteriegehäuse mehrere Wärmeleitmedium-Aufnahmebereiche aufweist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, das Wärmeleitmedium jeweils in solchen Bereichen des Batteriegehäuses vorzuhalten, die unmittelbar um die Terminals der prismatischen Batteriezellen angeordnet sind. Andere Bereiche des Batteriegehäuses, beispielsweise solche Bereiche, die weiter entfernt von den Terminals der prismatischen Batteriezellen angeordnet sind, können hingegen frei von Wärmeleitmedium bleiben. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen zwei benachbarten Wärmeleitmedium-Aufnahmebereichen ein Technik-Aufnahmebereich für andere Einheiten der Batterieeinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise für Sensoren, elektrische Schaltungen, Platinen oder Entgasungskanäle. Bevorzugt ist es, wenn die Batterieeinrichtung ein gemeinsames Begrenzungsbauteil aufweist, welches in dem Batteriegehäuse derart angeordnet ist, dass es die mehreren Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich begrenzt. Alternativ können bei der Batterieeinrichtung mehrere Begrenzungsbauteile vorgesehen sein, die jeweils unterschiedliche Wärmeleitmedium-Aufnahmebereiche begrenzen.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Batterieeinrichtung.
-
Bei dem Fahrzeug können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung beschrieben worden sind.
-
Die im Zusammenhang mit der Batterieeinrichtung erläuterten vorteilhaften Merkmale und Ausführungsformen können bei dem Fahrzeug allein oder in Kombination Anwendung finden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierein zeigt
- 1 eine Batterieeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer teilweise durchsichtigen, perspektivischen Darstellung;
- 2 ein Detail der Batterieeinrichtung gemäß 1 in einer Schnittdarstellung;
- 3 einen Zellstack mit mehreren prismatischen Batteriezellen und einem Begrenzungsbauteil; und
- 4 ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Batterieeinrichtung 1 dargestellt. Diese Batterieeinrichtung 1 kann zur Installation von prismatischen Batteriezellen 3 in einem Fahrzeug Anwendung finden, welches als batterieelektrisches Fahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug ausgebildet ist.
-
Die Batterieeinrichtung 1 umfasst ein Batteriegehäuse 2, welches ein Extrusionsprofil aufweist oder als solches ausgestaltet ist. Im Inneren des Batteriegehäuses 2 ist eine Zellenaufnahme 2.1 vorgesehen, in welcher mehrere prismatische Batteriezellen 3 angeordnet sind. Die prismatischen Batteriezellen haben eine im Wesentlichen kubische Form und sind derart angeordnet, dass ihre Terminals 3.1, über welche sie elektrisch kontaktiert werden können, in eine gemeinsame Richtung - gemäß 1 nach oben - zeigen. Insofern sind die Terminals 3.1 der prismatischen Batteriezellen 3 in einem gemeinsamen Abschnitt des Batteriegehäuses 2 oberhalb der Batteriezellen 3 angeordnet. In dem Batteriegehäuse 3 ist ein Begrenzungsbauteil 4 angeordnet, welches mehrere Wärmeleitmedium-Aufnahmebereiche 2.2 begrenzt. Es sind jeweils mehrere der Terminals 3.1 der Batteriezellen 3 in einem gemeinsamen Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 angeordnet.
-
Jeder der prismatischen Batteriezellen 3 umfasst genau zwei Terminals 3.1. Die Terminal 3.1 einer prismatischen Batteriezelle 3 sind dabei jeweils in unterschiedlichen Wärmeleitmedium-Aufnahmebereichen 2.2 angeordnet. Zwischen den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereichen 2.2 sind Freiräume 2.3 vorhanden, die zur Anordnung anderer Einheiten oder Komponenten der Batterieeinrichtung 1 genutzt werden können, beispielsweise um dort Sensoren, Platinen oder Entgasungskanäle zu installieren.
-
Die Darstellung in 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Batterieeinrichtung 1 nach 1 entlang der durch einen Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 verlaufenden Schnittlinie II-II' in 1, wobei der Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 mit einem Wärmeleitmedium 20, beispielsweise einer Wärmeleitpaste, gefüllt ist. Das Wärmeleitmedium 20 in dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 kann beispielsweise flüssig oder pastös sein.
-
Die prismatischen Batteriezellen 3 umfassen jeweils eine Unterseiten-Oberfläche 3.3, welche thermisch an eine Bodenwandung 2.3 des Batteriegehäuses 2 gekoppelt ist. Zu Kopplung ist bei dem Ausführungsbeispiel ein weiteres Wärmeleitmittel 21 zwischen der Wandung 2.3 und der Unterseiten-Oberfläche 3.3. angeordnet.
-
Auf der gegenüberliegenden Seite der Batteriezelle 3 sind an der Terminal-Oberfläche 3.2 die Terminals 3.1 der Batteriezelle 3 angeordnet. Auf den Batteriezellen 3 liegt das das Begrenzungsbauteil 4 auf, welches die Zellenaufnahme 2.1 gegenüber dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 abgrenzt. Das Begrenzungsbauteil 4 umfasst einen Bodenabschnitt 4.2, der sich parallel zu der Terminal-Oberfläche 3.2 erstreckt. In dem Bodenabschnitt 4.2 sind Ausnehmungen vorgesehen, in welchen die Terminals 3.1 der prismatischen Batteriezellen angeordnet sind. Weitere Bestandteile des Begrenzungsbauteils 4 sind mehrere Seitenabschnitte 4.3, die sich in einer Richtung quer, hier senkrecht, zu der Terminal-Oberfläche 3.2 erstrecken. Im Bereich der Seitenabschnitte 4.3 weist das Begrenzungsbauteil 4 jeweils ein, insbesondere elastisches, Dichtungselement 4.1 auf. Dieses Dichtungselement 4.1 liegt an einer Innenkontur des Batteriegehäuses 2, hier einer Deckenwandung 2.4 des Batteriegehäuses, dichtend an. Diese als Deckenwandung 2.4 ausgebildete Gehäusewandung verläuft parallel zu der Terminal-Ebene 3.2 und begrenzt den Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2 nach oben.
-
Die Terminals 3.1 der Batteriezellen sind mit Stromschienen 5 verbunden, die ebenfalls in dem Wärmeleitmedium-Aufnahmebereich 2.2. angeordnet sind. Über die Stromschienen 5 können mehrere Terminals 3.1 miteinander verbunden werden, vgl. 1.
-
In 3 ist ein Zellstack dargestellt, der mehrere, hier insgesamt acht, prismatische Batteriezellen 3 sowie ein gemeinsames Begrenzungsbauteil 4 aufweist. Dieser Zellstack kann in ein Batteriegehäuse 2 eingebracht werden, wie es in 1 gezeigt ist, um eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 zu bilden.
-
Das gemeinsame Begrenzungsbauteil 4 weist mehrere, hier sechs, Seitenabschnitte 4.1 auf, die sich in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Terminal-Oberfläche 3.2 erstrecken. An den Seitenabschnitten 4.3 ist jeweils ein Dichtelement 4.1 vorgesehen, welches sich über die gesamte Breite des Begrenzungsbauteils 4 erstreckt. Das Begrenzungsbauteil umfasst ferner einen durchgehenden Bodenabschnitt 4.2 aufweist, der sich parallel zu der Terminal-Oberfläche 3.2 über alle acht Batteriezellen 3 erstreckt. In dem Bodenabschnitt 4.2 sind mehrere Ausnehmungen vorgesehen, in welchen die Terminals 3.1 der prismatischen Batteriezellen 3 angeordnet sind.
-
In 4 ist ein Fahrzeug 200 gemäß eine Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung gezeigt. Das Fahrzeug 200 umfasst eine Batterieeinrichtung 1 wie sie um Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben wurde. Bei dem Fahrzeug 200 kommt die Batterieeinrichtung als Teil einer Traktionsbatterie zum Einsatz, aus welcher elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs 200 entnommen werden kann.
