DE102022102419A1

DE102022102419A1 - Batteriemodul mit Temperierkanalanordnung

Info

Publication number: DE102022102419A1
Application number: DE102022102419.9A
Authority: DE
Inventors: Hafiz Muhammad Waqas; Charlotte Tardt; Julian Carl
Original assignee: Lion Smart GmbH
Current assignee: Lion Smart GmbH
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2022-02-02
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) mit einem Batteriegehäuse (10), mehreren zwischen einer ersten Seite (11) und einer der ersten Seite (11) gegenüberliegenden zweiten Seite (12) innerhalb des Batteriegehäuses (10) angeordneten Batteriezellen (20) und einer mit einer Temperierflüssigkeit (2) durchströmbaren Temperierkanalanordnung, wobei die Temperierkanalanordnung mehrere an der zweiten Seite (12) des Batteriegehäuses (10) angeordnete und voneinander beabstandete Zuführkanäle (31) und mehrere an der ersten Seite (11) des Batteriegehäuses (10) angeordnete und voneinander beabstandete Abführkanäle (41) aufweist, wobei die Zuführkanäle (31) Auslässe (34) aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Zuführkanäle (31) voneinander beabstandet sind, wobei die Abführkanäle (41) Einlässe (44) aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Abführkanäle (40) voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen den mehreren Batteriezellen (20) strömungstechnisch miteinander verbundene Zwischenräume (4) der Temperierkanalanordnung ausgebildet sind, welche strömungstechnisch mit den Auslässen (34) der Zuführkanäle (31) und den Einlässen (44) der Abführkanäle (40) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Batteriegehäuse, mehreren zwischen einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Batteriezellen und einer mit einer Temperierflüssigkeit durchströmbaren Temperierkanalanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind überwiegend Kühlsysteme in Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen bekannt, die eine indirekte und serielle Temperierung bereitstellen bzw. als Platten- oder Seitenkühlung ausgebildet sind. Diese Form der Kühlung führt zu großen Gradienten zwischen den ersten und letzten Batteriezellen in einem Batteriemodul. Dies hat mitunter den Nachteil, dass die Batteriezellen unterschiedlich altern und weniger stark und lang beansprucht werden können.
Bekannt sind hierneben auch Immersionskühlungen, bei denen die Batteriezellen in einem Kühlflüssigkeitsbad angeordnet sind. Bei den bekannten Immersionskühlungen werden die Batteriezellen seriell, relativ unkoordiniert bzw. unterschiedlich stark umströmt, sodass Randgebiete mit Totzonen entstehen, in denen kein Kühlflüssigkeitsaustausch stattfindet. Der ansteigende Temperaturgradient innerhalb eines Batteriepacks und die unzureichende Temperierung der Batteriezellen in den Rand- und Endbereichen führt bei den Batteriezellen zu unterschiedlich starker Beanspruchung und Alterung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Temperierung eines Batteriemoduls bereitzustellen, welche die Batteriezellen des Batteriemoduls möglichst gleichmäßig temperieren kann und vorzugsweise kostengünstig ist sowie wenig Bauraum erfordert.
Die voranstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche, insbesondere durch ein Batteriemodul nach Anspruch 1, gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Demgemäß wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Batteriemodul mit einem Batteriegehäuse, mehreren zwischen einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Batteriezellen und einer mit einer Temperierflüssigkeit durchströmbaren Temperierkanalanordnung, wobei die Temperierkanalanordnung mehrere an der zweiten Seite des Batteriegehäuses angeordnete und voneinander beabstandete Zuführkanäle und mehrere an der ersten Seite des Batteriegehäuses angeordnete und voneinander beabstandete Abführkanäle aufweist, wobei die Zuführkanäle Auslässe aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Zuführkanäle voneinander beabstandet sind, wobei die Abführkanäle Einlässe aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Abführkanäle voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen den mehreren Batteriezellen strömungstechnisch miteinander verbundene Zwischenräume der Temperierkanalanordnung ausgebildet sind, welche strömungstechnisch mit den Auslässen der Zuführkanäle und den Einlässen der Abführkanäle verbunden sind.
Die Erfindung ermöglicht mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Temperierkanalanordnung eine gleichmäßig verteilte Immersionstemperierung der Batteriezellen in dem Batteriemodul. Die gleichmäßige Verteilung der Temperierflüssigkeit wird durch die längserstreckten Zuführ- und Abführkanäle mit ihren Einlässen und Auslässen ermöglicht, die strömungstechnisch mittels der Zwischenräume miteinander verbunden sind. Die Temperierflüssigkeit wird dabei an einer Seite der Zuführkanäle eingeleitet und durchströmt die Zuführkanäle. Dabei tritt die Temperierflüssigkeit durch die Einlässe jeweils in die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen ein, durchströmt die Zwischenräume und umströmt dabei die Batteriezellen. Aus den Zwischenräumen strömt die Temperierflüssigkeit über die Einlässe an den Abführkanälen aus, um die Abführkanäle zu durchströmen und an den Enden der Abführkanäle abgeleitet zu werden. Totzonen innerhalb der Zwischenräume werden vermieden und die Batteriezellen können deutlich höheren Beanspruchungen standhalten und eine höhere Lebensdauer erzielen.
Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Temperierkanalanordnung Strömungspfade für die Temperierflüssigkeit ausbildet, wobei die Strömungspfade sich von einem Eingang an den Zuführkanälen entlang der Zuführkanäle, durch die Auslässe, entlang der Zwischenräume, durch die Einlässe und entlang der Abführkanäle zu einem Ausgang an den Abführkanälen erstrecken. Innerhalb der Zwischenräume ergibt sich dabei eine Vielzahl von Strömungspfaden, die auch aufeinander treffen. Entscheidend ist aber, dass die Hauptströmungsrichtung von den Auslässen der Zuführkanäle zu den Einlässen der Abführkanäle führt.
Zweckmäßigerweise weist die Temperierflüssigkeit (hohe) dielektrische Eigenschaften, vorzugsweise ohne jegliche elektrische Leitfähigkeit, auf, um Leckströme, Kriechströme oder sogar Kurzschlüsse innerhalb des Batteriemoduls sicher und zuverlässig zu vermeiden. Als Temperierflüssigkeit kann eine (einphasige) nicht-halogenhaltige und lebensmitteltaugliche Kühlflüssigkeit (z.B. Asperitas® von Shell) oder ein zwei-Phasen Tauchkühlmittel (z.B. von Novec® von 3M) Verwendung finden. Durch den Einsatz der Temperierflüssigkeit bei der (flüssig) Kühlung des Batteriemoduls kann eine punktuelle Überhitzung von Batteriezellen deutlich besser als bei einer Luftkühlung erreicht werden. Auch lässt sich damit die notwendige Energie für die Kühlung reduzieren.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul um ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs handeln. Gleichwohl kann das erfindungsgemäße Batteriemodul auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine Temperierung der Batterie erforderlich oder förderlich ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Batteriemodul ferner ein Temperiersystem mit der Temperierflüssigkeit aufweist, wobei das Temperiersystem dazu ausgebildet ist, die Temperierflüssigkeit mit Druck in die Zuführkanäle einzuleiten und aus den Abführkanälen auszuleiten. Das Temperiersystem kann ein entsprechendes Kühl- und/oder Heizaggregat zur Temperierung der Temperierflüssigkeit aufweisen. Insoweit kann das Temperiersystem auch als Kühl- und/oder Heizsystem bezeichnet werden. Entsprechend kann entweder ein Kühlen oder ein Erwärmen der Temperierflüssigkeit, die insbesondere als Kühlflüssigkeit oder Kühlmittel ausgestaltet sein kann, erzielt werden. Bedarfsweise können die Batteriezellen demgemäß gekühlt werden, wenn sie auf Betriebstemperatur sind, oder erwärmt werden, um sie auf Betriebstemperatur zu bringen. Ferner kann das Temperiersystem eine Pumpe oder eine anderweitige Vorrichtung aufweisen, mittels derer das Temperiersystem die Temperierflüssigkeit mit Druck beaufschlagen und an einem Eingang des Batteriemoduls mit Druck in die Zuführkanäle einleiten kann. Mittels der Pumpe oder der anderweitigen Vorrichtung lässt sich der Druck der Temperierflüssigkeit so einstellen, dass sich ein für eine möglichst gleichmäßige Temperierflüssigkeitsverteilung im Batteriemodul ergebender Druckabfall in den Zuführkanälen und an den Auslässen ergibt. Der Druck der Temperierflüssigkeit bzw. der Druckabfall, insbesondere innerhalb der Zuführkanäle, an den Auslässen und in den Zwischenräumen, lässt sich ferner durch die Wahl ihrer Anzahl, Geometrie, Dimensionierung usw. einstellen. Auf für den Druck bzw. den Druckabfall zur Erreichung einer Gleichverteilung der Temperierflüssigkeit in dem Batteriemodul vorteilhafte Ausgestaltungen, insbesondere Geometrien und Dimensionierungen, der Temperierkanalanordnung wird dabei im Folgenden näher eingegangen. Insbesondere kann mittels der Pumpe ein Volumenstrom der Temperierflüssigkeit eingestellt werden. Dann kann die Größe der Auslässe so gewählt werden, dass bei einem gegebenen Durchfluss ein spezifischer Druckabfall über die Auslässe erreicht wird. Dieser spezifische Druckabfall ermöglicht eine Gleichverteilung der Temperierflüssigkeit.
So kann vorgesehen sein, dass die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle in ihrer Längserstreckungsrichtung jeweils parallel zueinander verlaufen. Durch die parallelen Verläufe der Zuführkanäle jeweils zueinander und/oder durch die parallelen Verläufe der Abführkanäle jeweils zueinander lässt sich über eine Breite des Batteriemoduls eine gleichmäßige Verteilung der Temperierflüssigkeit entlang einer gesamten Länge des Batteriemoduls erzielen. Dabei können die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle jeweils in geeignetem Maße voneinander beabstandet werden. Insbesondere kann die Anzahl der Zuführkanäle und die Anzahl der Abführkanäle geeignet gewählt werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zwischen zwei und zwanzig, insbesondere zwischen drei und zehn, ganz besonders zwischen vier und acht betragen. Zu jedem Zuführkanal kann ein (korrespondierender) Abführkanal vorgesehen werden, die Anzahl der Zuführkanäle kann aber auch von der Anzahl der Abführkanäle variieren, insbesondere kann die Anzahl der Abführkanäle größer oder kleiner als die Anzahl der Zuführkanäle sein. Dabei sind Anforderungen an die Abführkanäle geringer als an die Zuführkanäle, weil die Abführkanäle lediglich die Temperierflüssigkeit wieder einsammeln und ausleiten müssen. Vorzugsweise können die Zuführkanäle zwischen jeder zweiten Batteriezelle sitzen, um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung der Batteriezellen mit Temperierflüssigkeit zu ermöglichen. Möglich ist, dass je ein Zuführkanal jeweils einem Abführkanal parallel oder schräg gegenüberliegt. Auch kann zumindest für einige Zuführkanäle und Abführkanäle vorgesehen werden, dass die Zuführkanäle den Abführkanälen parallel gegenüberliegen. Eine gleiche Anzahl von Abführkanälen wie Zuführkanälen bzw. umgekehrt ist dabei nicht notwendig, beispielsweise kann die Anzahl an Abführkanäle kleiner als die Anzahl an Zuführkanälen sein.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Zwischenräume sich jeweils um eine, insbesondere gesamte, äußere Mantelfläche der Batteriezellen erstrecken. Damit wird ein allseitiges Umströmen der Batteriezellen bzw. der gesamten Oberflächen der Batteriezellen, die keine elektrische Kontaktfläche aufweisen und nicht elektrisch kontaktiert werden, mit der Temperierflüssigkeit ermöglicht. So kann eine sehr gleichmäßige Temperierung der einzelnen Batteriezellen ermöglicht werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zwischenräume durch Abstandhalter zwischen den Batteriezellen ausgebildet sind. Bei den Abstandhaltern kann es sich beispielsweise um einzelne Elemente handeln, die die einzelnen Batteriezellen unter Ausbildung eines Zwischenraums zwischen den Batteriezellen relativ zueinander fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den Abstandhaltern beispielsweise um Tragstrukturen, wie einen Tragrahmen oder ein Gitter, handeln oder es können Abstandhalter an derartigen Tragstrukturen vorgesehen sein oder durch sie gebildet werden, die zusätzlich zu dem Ausbilden der Zwischenräume auch ein Tragen bzw. Positionieren der Batteriezellen in dem Batteriegehäuse bereitstellen. Das Batteriegehäuse kann dabei auch als Batteriemodulgehäuse bezeichnet werden. Durch die Abstandhalter mit einem (in sich geschlossenen) Totraumvolumen kann erreicht werden, dass das benötige Volumen an Temperierflüssigkeit innerhalb des Batteriegehäuse reduziert werden kann. Folglich werden die Abstandhalter mit einem Totraumvolumen nicht von innen mit der Temperierflüssigkeit durchströmt.
Es kann außerdem vorgesehen werden, dass die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle, insbesondere vom Batteriegehäuse separat (als Bauteile) ausgebildeten, Zuführrohren und/oder Abführrohren des Batteriemoduls ausgebildet sind. Die Ausbildung der Kanäle (vorzugsweise als Gleichbauteile) in separaten Rohren erleichtert die Fertigung bzw. die Bereitstellung der Zuführkanäle und Abführkanäle unabhängig vom Batteriegehäuse. Somit können die Zuführkanäle und Abführkanäle den gleichen Querschnitt in Größe und/oder Form aufweisen, so dass vorzugsweise sich die beiden Kanäle (Zuführkanäle und Abführkanäle) nur durch die Ein- und Auslässe unterscheiden. Damit können beide Kanäle als ein baugleiches Extrusionsbauteil gefertigt sein. Nur durch die anschließend gefertigten Ein- und Auslässe in die baugleichen Extrusionsbauteile entsteht der Unterscheid zum Zuführkanal und Abführkanal. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass vorzugsweise auch die Zuführkanäle baugleich ausgestaltet sind und/oder dass auch vorzugsweise die Abführkanäle baugleich ausgestaltet sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Zuführrohre und/oder Abführrohre bzw. die Zuführkanäle und Abführkanäle integral mit dem Batteriegehäuse zu fertigen.
Die Zuführkanäle können eingangsseitig mit einem Eingang oder, mit anderen Worten, Eingangskanal verbunden sein, der beispielsweise als ein Einlassstutzen ausgebildet sein kann bzw. durch diesen gebildet sein kann. Die Abführkanäle können wiederum ausgangsseitig mit einem Ausgang oder, mit anderen Worten, Ausgangskanal verbunden sein, der beispielsweise als ein Einlassstutzen ausgebildet sein kann. Der Eingang und der Ausgang können sich beispielsweise an einer gleichen Seite des Batteriegehäuses oder an voneinander gegenüberliegenden Seiten des Batteriegehäuses befinden.
Auch kann das Batteriegehäuse mit entsprechenden Ausnehmungen ausgestaltet sein, um die Zuführkanäle und/oder Abführkanäle, insbesondere die Zuführrohre und/oder Abführrohre, darin aufzunehmen. Die Summe aller Querschnitte der Zuführkanäle kann dabei einem Querschnitt des Eingangs entsprechen, um einen maximalen Strömungsquerschnitt der Zuführkanäle bei möglichst geringem Querschnitt bzw. Bauraum des Eingangs zu ermöglichen. Selbiges kann analog für die Abführkanäle und den Ausgang vorgesehen werden. Die Zuführrohre und/oder Abführrohre können beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Ebenfalls ist es denkbar, die Zuführrohre als Gleichteile insbesondere als Extrusionsbauteile auszubilden. Auch oder alternativ eine Ausbildung der Abführrohre als Gleichteile ist möglich. Als Gleichteile ausgebildet sind die Zuführrohre und/oder Abführrohre identisch ausgebildet. Dadurch kann nicht nur der Fertigungsaufwand gesenkt werden, auch eine Homogenisierung der Verteilung der Temperierflüssigkeit wird weiter ermöglicht, da der Austritt der Temperierflüssigkeit in die Zwischenräume aus den Auslässen der Zuführkanäle und die Aufnahme der Temperierflüssigkeit aus den Zwischenräumen durch die Einlässe der Abführkanäle gleich erfolgt.
Es kann außerdem vorgesehen werden, dass eine Kontur der Zuführkanäle und/oder Abführkanäle mit einer Kontur der Batteriezellen korrespondiert. Mit der Kontur ist dabei jeweils eine äußere Geometrie der Kanäle und Batteriezellen (insbesondere im Querschnitt) gemeint. Mit Korrespondieren ist insbesondere eine konturnahe bzw. berührungsnahe oder formschlüssige Anlage der Batteriezellen an die Kanäle gemeint. Dies ist insbesondere bei den Zuführkanälen vorteilhaft. Dadurch kann der für die Kanäle notwendige Bauraum verringert werden. Die Kontur der Kanäle selber ist (im Querschnitt) vorzugsweise dreiecksartig, wobei zwei Seiten des Dreiecks bogenförmig ausgestaltet sind, um möglichst zur (direkten) Anlage an die Außenseiten der (runden) Batteriezellen zu gelangen, und die beiden bogenförmige Seiten zu einer Spitze (des Dreiecks) zusammenlaufen.
Grundsätzlich ist es möglich, verschiedene Bautypen bzw. Geometrien von Batteriezellen, wie beispielsweise Rundzellen, quadratische Zellen mit starrem Gehäuse bzw. Festgehäuse oder flexiblem Gehäuse, insbesondere Pouch-Zellen, und dergleichen in dem Batteriemodul zu nutzen.
Wenn die Batteriezellen beispielsweise Rundzellen sind, können die Zuführrohre und/oder die Abführrohre einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen, um mit der Kontur der Batteriezellen zu korrespondieren. Mit im Wesentlichen sind ein mathematisch perfekter dreieckiger Querschnitt sowie fertigungstechnisch und funktionsbedingte Abweichungen davon inbegriffen, sodass kein mathematisch perfekter dreieckiger Querschnitt vorausgesetzt wird. So kann der im Wesentlichen dreieckige Querschnitt an zwei Seiten Rundungen aufweisen bzw. können die Seiten konkav ausgeführt sein, um die Rundzellen darin formschlüssig aufzunehmen bzw. dazu zu korrespondieren. Entsprechend korrespondiert die runde Kontur bzw. Geometrie der Rundzellen mit der Kontur der Zuführrohre und/oder Abführrohre, um den Bauraumbedarf für die Rohre zu verringern.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Auslässe der Zuführkanäle auf die Abführkanäle ausgerichtet sind. Dies kann bei einer dreieckartigen Querschnittsgeometrie der Zuführkanäle durch Vorsehen der Auslässe an einer Oberseite bzw. Spitze (spitzen Kante) zwischen den konkaven Seiten erfolgen. Dadurch kann der Bauraum optimal genutzt werden und der Strömungspfad der Temperierflüssigkeit kann ohne unerwünschte Turbulenzen zu den Abführkanälen vorgegeben werden, um für eine optimale Umströmung der Batteriezellen mit der Temperierflüssigkeit zu sorgen.
Vorgesehen werden kann auch, dass die Auslässe der Zuführkanäle einen runden Querschnitt aufweisen. Der runde Querschnitt kann insbesondere kreisrund sein. Der runde Querschnitt der Auslässe ermöglicht ein optimales Strömungsprofil der Temperierflüssigkeit in die Zwischenräume hinein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auslässe der Zuführkanäle eine Querschnittsfläche im Bereich von 0,05 mm² bis 3 mm², insbesondere im Bereich von 0,1 mm² bis 1,5 mm² und ganz besonders im Bereich von 0,15 mm² bis 1 mm² aufweisen. Bei einem runden Querschnitt der Auslässe kann der Durchmesser der Auslässe beispielsweise im Bereich von 50 µm bis 1000 µm, insbesondere im Bereich von 100 µm bis 600 µm und ganz besonders im Bereich von 200 µm bis 400 µm liegen. Um eine optimale Strömung der Temperierflüssigkeit und damit optimierten Kühlung zu erreichen, sind zwischen 2 und 10 Auslässe, insbesondere zwischen 3 und 8 Auslässe, vorzugsweise 5 Auslässe auf eine Länge einer Batteriezelle auf einer vergleichbaren Länge im Zuführkanal (abschnittsweise) vorgesehen. Der korrespondierende Längsbereich des Zuführkanals kann auslassfrei (frei von Auslässen) zum vergleichbaren Längsbereich zwischen zwei Batteriezelle ausgestaltet sein. Damit sind vorteilhafterweise die vorhandenen Auslässe im Zuführkanal abschnittsweise zu den jeweiligen Längen der Batteriezellen ausgestaltet, um die Batteriezellen optimal kühlen zu können. Die Auslässe können entsprechend auch als Mikroauslässe oder Mikrobohrungen bezeichnet werden. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie (durch Laserbearbeitung) als gelaserte Öffnungen in die Zuführrohre eingebracht werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Dimensionierung der Auslässe eine optimale gleichverteilte Strömung der Temperierflüssigkeit entlang der Zuführkanäle und aus den Auslässen in die Zwischenräume hinein erzielbar ist. Dabei kann die exakte Querschnittsgröße der Auslässe über eine passende Druckauslegung ermittelt werden, wozu der Querschnitt des Zuführkanals und die Massenströme des strömenden Temperiermittels betrachtet werden können.
Ferner ganz besonders kann vorgesehen sein, dass der Quotient aus Länge und Durchmesser der Auslässe jeweils das 10- bis 100-fache, insbesondere das 20- bis 50-fache des Quotienten aus Länge und Durchmesser des Zuführkanals beträgt. Mit anderen Worten können die Auslässe gegenüber den Zuführkanälen, innerhalb derer sie ausgebildet sind, derart dimensioniert werden, dass das Verhältnis aus Länge zu Durchmesser der Auslässe im Bereich vom 10- bis 100-fachen, insbesondere im Bereich von 20- bis 50-fachen des Verhältnisses aus Länge und Durchmesser des Zuführkanals beträgt. Dies kann durch eine Formel wie folgt ausgedrückt werden: L / D = X * I / d , wobei L die Länge des Zuführkanals ist, D der Durchmesser des Zuführkanals ist, I die Länge des Auslasses bzw. der Auslässe ist und d der Durchmesser des Auslasses bzw. der Auslässe ist. Der Faktor X kann dabei, wie oben beschrieben, im Bereich 10 bis 100, insbesondere 15 bis 75 und ganz besonders 20 bis 50 liegen. Es konnte ermittelt werden, dass bei einer derartigen Dimensionierung ein optimaler Druckabfall im Zuführkanal an den Auslässen stattfindet, sodass das Batteriemodul entlang des gesamten Zuführkanals mittels der Auslässe gleichmäßig mit Temperierflüssigkeit versorgt werden kann.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Einlässe der Abführkanäle als Schlitze bzw. schlitzförmig ausgebildet sind. Unter einem Schlitz wird auch ein Langloch verstanden. Es hat sich gezeigt, dass die Schlitze eine besonders vorteilhafte Geometrie der Einlässe darstellen, weil sich die Temperierflüssigkeit entlang der gesamten Länge des Schlitzes in die Abführkanäle einlassen lässt und gleichzeitig durch die gegenüber der Länge vergleichsweise geringe Breite der Schlitze eine noch immer gleichmäßige Umströmung auch der den Abführkanälen nahen bzw. benachbarten Batteriezellen möglich ist. Alternativ können die Einlässe der Abführkanäle aber auch als viele, insbesondere runde, Bohrungen ausgestaltet sein.
Auch kann es vorgesehen sein, dass die Einlässe in den Abführkanälen seitlich ausgebildet sind, wobei insbesondere bei einer dreieckartigen Querschnittsgeometrie der Abführkanäle durch Vorsehen der Auslässe an den (beiden zusammenlaufenden) Seiten erfolgt. Mit anderen Worten können die Einlässe nicht (direkt) zu den Zuführkanälen ausgerichtet sein, sondern können schräg oder im Wesentlichen senkrecht dazu ausgerichtet sein. Dies ist ganz besonders vorteilhaft bei einer Ausführungsform, in der die Abführkanäle bzw. Abführrohre, in denen die Abführkanäle ausgebildet sind, formkorrespondierend zu den Konturen der Batteriezellen ausgebildet sind, weil die Batteriezellen trotz dieser kompakten Ausführungsform dann noch immer nahezu komplett umströmt werden können.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass jeweils zwei Einlässe eines Abführkanals einander gegenüberliegen. Insbesondere können die beiden einander gegenüberliegenden Einlässe des Abführkanals auf einander gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seiten des Abführkanals ausgebildet sein. Dadurch kann der Strömungspfad der Temperierflüssigkeit in den Zwischenräumen zu den Abführkanälen weiter vergleichmäßigt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Batteriemodul mehrere in Reihe miteinander verschaltete Batteriestapel aufweist, in denen mehrere Batteriezellen parallel miteinander verschaltet sind. Die Batteriezellen eines Batteriestapels können dabei nebeneinander angeordnet und übereinander gestapelt sein. Dadurch ergibt sich jeweils ein Batteriestapel aus Batteriezellen, der sich in einer Breitenrichtung und Höhenrichtung erstreckt. Dabei können in Breitenrichtung beispielsweise fünf bis dreißig Batteriezellen in einer Lage nebeneinander angeordnet sein und zwei oder mehr, beispielsweise drei bis zehn solcher Lagen an Batteriezellen übereinander gestapelt werden. Die einzelnen Batteriezellen eines solchen Batteriestapels können parallel miteinander verschaltet werden. Ein Batteriestapel kann beispielsweise 8 bis 124, insbesondere 16 bis 56 Batteriezellen, jedoch auch insbesondere weniger oder aber auch mehr Batteriezellen, aufweisen. Das Batteriemodul selbst kann beispielsweise zwei bis dreißig, insbesondere vier bis fünfundzwanzig Batteriestapel aufweisen. Zwischen jeweils zwei Batteriestapeln kann eine Zwischenstruktur angeordnet sein. Durch die Zwischenstruktur kann beispielsweise die Fixierung und/oder die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen in dem Batteriestapel erfolgen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auslässe der Zuführkanäle im Bereich jeweils eines Batteriestapels im Wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet sind. Eine im Wesentlichen äquidistante Anordnung umfasst eine äquidistante Anordnung sowie technische Abweichungen von einer mathematisch perfekten äquidistanten Anordnung. Dadurch wird im Bereich der Batteriestapel jeweils eine der Länge des Batteriestapels nach gleichmäßige Umströmung der Batteriezellen des Batteriestapels mit aus den Auslässen ausströmender Temperierflüssigkeit ermöglicht. Zwischen den Batteriestapeln bzw. in einem Bereich der Zwischenstruktur zwischen zwei benachbarten Batteriestapeln können optional hingegen keine Auslässe vorgesehen sein bzw. ein Bereich ohne Auslässe ausgebildet sein.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Abführkanäle ferner Entlüftungsöffnungen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Batteriezellen mittels der Abführkanäle zu entlüften. Die Gase, die bei einem unerwünschten Zellereignis (Auslösen der Entlüftung) entstehen, können so das System verlassen. Insbesondere können die Entlüftungsöffnungen seitlich an den Abführungskanälen ausgebildet sein. Es können auch jeweils einander gegenüberliegende Entlüftungsöffnungen in den Abführungskanälen ausgebildet werden, was aber nicht notwendig ist, da auch jeweils große Entlüftungsöffnungen vorgesehen werden können.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch:

1 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Ansicht auf einen Querschnitt durch einen Batteriestapel des Batteriemoduls der 1;
3 eine seitliche Ansicht auf einen Zuführkanal des Batteriemoduls der 1;
4 eine Draufsicht auf den Zuführkanal aus 3;
5 eine Ansicht auf einen Querschnitt des Zuführkanals aus 3 im Bereich eines Auslasses;
6 eine Detailansicht des Zuführkanals aus 3;
7 eine seitliche Ansicht auf einen Abführkanal des Batteriemoduls der 1;
8 eine Ansicht auf einen Querschnitt des Abführkanals aus 7 im Bereich von Einlässen;
9 eine perspektivische Ansicht eines Details des Batteriemoduls der 1 in einem Eingangsbereich einer Temperierkanalanordnung;
10 eine perspektivische Ansicht eines Details des mit Temperierflüssigkeit durchströmten Zuführkanals aus 3;
11 eine perspektivische Ansicht eines Details des mit Temperierflüssigkeit durchströmenden Batteriemoduls der 1;
12 eine schematische Darstellung des Umströmens der im Querschnitt gezeigten Batteriezellen des Batteriestapels aus 2 mit Temperierflüssigkeit;
13 eine perspektivische Ansicht eines Details des mit Temperierflüssigkeit durchströmten Abführkanals aus 8; und
14 eine perspektivische Ansicht eines Details des Batteriemoduls der 1 in einem Ausgangsbereich einer Temperierkanalanordnung.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 14 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Batteriemodul 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das gezeigte Batteriemodul 1 weist ein Batteriegehäuse 10 bzw. Batteriemodulgehäuse auf, welches eine erste Seite 11 und eine dieser ersten Seite 11 gegenüberliegende zweite Seite 12 aufweist. Die beiden Seiten 11, 12 sind die breitesten und längsten Seiten des Batteriegehäuses 10. Vorliegend entsprechen die beiden Seiten 11, 12 Gehäuseschalen des Batteriegehäuses 10 bzw. werden die Seiten 11, 12 durch Gehäuseschalen des Batteriegehäuses 10 gebildet. Die erste Seite 11 ist in Bezug auf eine Einbaulage, insbesondere in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt), vorliegend eine Oberseite und die zweite Seite 12 ist vorliegend eine Unterseite des Batteriegehäuses 10.
Die 1 zeigt das Batteriemodul 1 vorliegend perspektivisch von unten, sodass ein Blick auf die zweite Seite 12 bzw. Unterseite ermöglicht wird. Außerdem kann die kurze Seite 13, an der, wie später näher erläutert wird, ein Eingangs- und/oder Ausgangsbereich einer Temperierkanalanordnung für ein Temperiersystem (nicht gezeigt) des Batteriemoduls 1 vorgesehen werden. Gegenüber der kurzen Seite 13 befindet sich eine weitere kurze Seite 14 des Batteriegehäuses 10. Eine oder beide kurze Seiten 13, 14 können dabei auch als Gehäusedeckel 13, 14 für das Batteriegehäuse 10 ausgebildet sein.
Das Batteriemodul 1 umfasst mehrere Batteriezellen 20 (siehe 2), die in Batteriestapeln 21 angeordnet bzw. zusammengefasst sind. In den Batteriestapeln 21 sind die Batteriezellen 20 parallel miteinander verschaltet. Wie sich der 1 entnehmen lässt, weist das vorliegend gezeigte Batteriemodul 1 insgesamt siebzehn Batteriestapel 21 auf, welche in dem Batteriemodul 1 in Längserstreckungsrichtung des Batteriemoduls 1 nebeneinander angeordnet sind. Die Anzahl der Batteriestapel 21 ist hier selbstverständlich nur beispielhaft gewählt und kann zur Erzielung einer bestimmten Spannung alternativ auch mehr oder weniger betragen, beispielsweise im Bereich von fünf bis dreißig Batteriestapeln 21 liegen.
Zwischen je zwei benachbarten Batteriestapeln 21 ist jeweils eine Zwischenstruktur 22 in dem Batteriemodul 1 eingebracht, welche die Batteriestapel 21 voneinander trennt, insbesondere teilweise oder überwiegend fluidtechnisch isolieren kann. Mittels der Zwischenstruktur 22 ist zudem eine elektrische Kontaktierung der Batteriezellen 20 in dem Batteriestapel 21 sowie oder alternativ eine mechanische Fixierung der Batteriezellen 20 in dem Batteriestapel 21 möglich.
An der zweiten Seite 12 befinden sich insgesamt sechs parallel zueinander und in Längserstreckungsrichtung des Batteriemoduls 1 verlaufende bzw. sich ihrer Länge nach erstreckende Zuführrohre 30. Die Zuführrohre 30 weisen ihrerseits jeweils einen Zuführkanal 31 auf (siehe 5). Die Zuführrohre 30 sind vorliegend als vom Batteriegehäuse 10 separate Teile ausgebildet, die insbesondere formschlüssig, alternativ oder zusätzlich aber auch kraft- und/oder stoffschlüssig an dem Batteriegehäuse 10 bzw. der unteren Seite 12 aufgenommen werden können. An der ersten Seite 11 sind insgesamt sechs zueinander parallel und in Längserstreckungsrichtung des Batteriemoduls 1 verlaufende Abführrohre 40 angeordnet (siehe 2), die ihrerseits jeweils einen intern verlaufenden Abführkanal 41 aufweisen (siehe 8) und als vom Batteriegehäuse 10 separate Teile ausgebildet sein können, die insbesondere formschlüssig, alternativ oder zusätzlich aber auch kraft- und/oder stoffschlüssig an dem Batteriegehäuse 10 bzw. der oberen Seite 11 aufgenommen werden können. Die Zuführrohre 30 und die Abführrohre 40 erstrecken sich entlang aller Batteriestapel 21 bzw. im Wesentlichen vollständig von der kurzen Seite 13 bis zu der kurzen Seite 14. Selbstverständlich kann die Anzahl der Zuführrohre 30 und der Abführrohre 40 alternativ auch mehr oder weniger als sechs betragen, beispielsweise im Bereich von zwei bis zehn liegen. Der Fertigungsaufwand und die Kosten werden durch eine zunehmende Anzahl der Rohre 30, 40 erhöht, gleichwohl kann eine bessere Gleichverteilung der Immersionstemperierung erzielt werden, wie sie im Weiteren näher beschrieben wird.
2 zeigt einen Batteriestapel 21 des Batteriemoduls 1 im Querschnitt. Gut sichtbar ist die Vielzahl an Batteriezellen 20 des Batteriestapels 21. Vorliegend beträgt die Anzahl der Batteriezellen 20 beispielhaft 46, sie kann aber auch mehr oder weniger betragen, beispielsweise im Bereich von 16 bis 128 liegen.
Die Batteriezellen 20 in dem Batteriestapel 21 sind nebeneinander und übereinander angeordnet, sodass sich mehrere Lagen an Batteriezellen 20, vorliegend beispielhaft 4 Lagen ergeben. Zwischen den Batteriezellen 20 können durch entsprechende Abstandhalter (nicht gezeigt), die Anordnung der Batteriezellen 20 in dem Batteriestapel 21 und/oder ihre mechanische Befestigung bzw. Fixierung Zwischenräume 4 gebildet werden, die von einer dielektrischen Temperierflüssigkeit 2 durchströmt werden können. Die Zwischenräume 4 können insbesondere dergestalt ausgebildet sein, dass die Batteriezellen 20 mit ihrer gesamten äußeren Mantelfläche von der Temperierflüssigkeit 2 umströmt werden können.
Vorliegend sind die Batteriezellen 20 in Form von Rundzellen ausgebildet. Gleichwohl können auch andere Geometrien für die Batteriezellen 20 der Batteriestapel 21 in dem Batteriemodul 1 genutzt werden, beispielsweise können Batteriezellen 20 mit rechteckigem Festgehäuse oder flexiblem Gehäuse eingesetzt werden.
Wie sich 2 ferner entnehmen lässt, sind die Zuführrohre 30 mit ihren Zuführkanälen 31 und die Abführrohre 40 mit ihren Abführkanälen 41 in das Batteriegehäuse 10 an der zweiten Seite 12 und der ersten Seite 11 aufgenommen bzw. integriert. Die Zuführrohre 30 sind an der zweiten Seite 12 zwischen je zwei Batteriezellen 20 angeordnet. Auch die Abführrohre 40 sind an der ersten Seite 11 zwischen je zwei Batteriezellen 20 angeordnet. Die Zuführrohre 30 und die Abführrohre 40 liegen sich dabei beispielhaft gegenüber. Vorliegend sind nicht zwischen allen Batteriezellen 20 an der zweiten Seite 12 bzw. ersten Seite 11 Zuführrohre 30 bzw. Abführrohre 40 angeordnet, wenn auch dies bei Bedarf vorgesehen werden kann.
Durch eine fluidtechnische Verbindung der Zuführkanäle 31 mittels Auslässen 34 in den Zuführrohren 30 (siehe 3) mit den Zwischenräumen 4 sowie eine fluidtechnische Verbindung der Zwischenräume 4 mittels Einlässen 44 in den Abführrohren 40 mit den Abführkanälen 41 wird eine Temperierkanalanordnung geschaffen, mittels derer die Batteriezellen 20 durch eine in die Zuführkanäle 31 einströmendes und aus den Abführkanälen 41 ausströmende Temperierflüssigkeit 2 temperiert werden können, wie nachstehend näher erläutert wird.
Die 3 bis 6 zeigen eines der sechs Zuführrohre 30 aus dem Batteriemodul 1 in verschiedenen Perspektiven und als Detail bzw. Ausschnitt. Die Zuführrohre 30 sind alle baugleich ausgeführt. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Zuführrohren 30 um Gleichteile, die identisch aufgebaut sind, was die Fertigung vereinfacht, Kosten spart, und vor allem zur gleichmäßigen Temperierflüssigkeitsverteilung entlang des gesamten Batteriemoduls 1 führt.
Wie sich in der Seitenansicht der 3 auf das Zuführrohr 30 entnehmen lässt, weist das Zuführrohr 30 eine Zuführöffnung 32 auf, mittels derer die Temperierflüssigkeit 2 in den Zuführkanal 31 des Zuführrohres 30 eingeleitet werden kann. In der Draufsicht auf das Zuführrohr 30 der 4 und in der Detailansicht des Zuführrohrs 30 der 6 lässt sich erkennen, dass der Zuführkanal 31 an seiner Oberseite 33 mehrere voneinander beabstandete Auslässe 34 aufweist, mittels derer die in dem Zuführkanal 31 strömende Temperierflüssigkeit 2 in die Zwischenräume 4 in den Batteriestapeln 21 (vgl. 2) ausgelassen werden kann, um die Batteriezellen 20 zu temperieren.
Die Auslässe 34 weisen vorliegend einen kreisrunden Querschnitt auf und sind mittels Lasers im Mikrometerbereich gefertigt. So beträgt der Durchmesser der Auslässe 34, vorliegend beispielhaft 280 µm. Die Auslässe 34 können entsprechend auch als Mikroöffnungen oder Mikrobohrungen bezeichnet werden. Über die geeignete Dimensionierung der Auslässe 34 lässt sich der spezifische Druckabfall an diesen einstellen, so dass die in den Zuführkanälen 31 strömende Temperierflüssigkeit 2 gleichmäßig in die Zwischenräume 4 eingeleitet werden kann.
In den sich wiederholenden ersten Bereichen 35 sind dabei vorliegend jeweils fünf äquidistant voneinander beabstandete Auslässe 34 vorgesehen. Alternativ können in diesen ersten Bereichen 35 beispielsweise zwei bis zwanzig äquidistant voneinander beabstandete Auslässe 34 vorgesehen werden. Vorzugsweise werden in sämtlichen ersten Bereichen 35 gleich viele Auslässe 34 vorgesehen. Die ersten Bereiche 35 befinden sich innerhalb des Batteriemoduls 1 an bzw. unterhalb der Batteriestapel 21. Die ersten Bereiche 35 wechseln sich mit den zweiten Bereichen 36 ab. Die zweiten Bereiche 36 befinden sich innerhalb des Batteriemoduls 1 an bzw. unterhalb der Zwischenstrukturen 22. Die zweiten Bereiche 36 weisen keine Auslässe 34 auf, da kein Auslassen von Temperierflüssigkeit 2 in die Zwischenstrukturen 22 erforderlich ist.
Wie 5 im Querschnitt der Zuführrohre 30 erkennen lässt, weisen die Zuführrohre 30 einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf. Dabei sind die zwei zur Oberseite 33, die vorliegend beispielhaft als Spitze ausgeführt ist, benachbarten Seiten nach innen abgerundet bzw. konkav ausgeführt, um eine formschlüssige Aufnahme der hier beispielhaft als Rundzellen ausgebildeten Batteriezellen 20 zur Optimierung des Bauraums im Batteriemodul 1 zu ermöglichen. Zur Bereitstellung eines großen Strömungsquerschnitts in der gegebenen Geometrie der Zuführrohre 30 ist auch der Zuführkanal 31 im Querschnitt im Wesentlichen dreieckig ausgebildet. Bei einer anderen Geometrie der Batteriezellen 20 kann der Querschnitt der Zuführrohre 30 und damit ggf. auch der Zuführkanäle 31 entsprechend anderweitig gestaltet werden, um sich einer Kontur der Batteriezellen 20 anzupassen und damit den Bauraumbedarf der Zuführrohre 30 in dem Batteriemodul 1 zu senken. Selbiges hinsichtlich der Querschnittsgeometrie der Zuführrohre 30 gilt im Übrigen auch für die Abführrohre 40, welche hier beispielhaft, wie 8 zu entnehmen ist, identisch zur Geometrie der Zuführrohre 30 ist.
Die 7 und 8 lassen den Unterschied zwischen den Abführrohren 40 und den Zuführrohren 30 erkennen, nämlich, dass die Abführrohre 40 mit schlitzförmigen Einlässen 44 statt kreisrunden Auslässen 34 ausgebildet sind. Die schlitzförmigen Einlässe 44 erstrecken sich im Wesentlichen über den jeweils gesamten ersten Bereich 45 der Abführrohre 40, der sich analog zu den ersten Bereichen 35 der Zuführrohre 30, mit den zweiten Bereichen 46 der Abführrohre 40 abwechselt. Anders als bei den Zuführrohren 30 sind in den zweiten Bereichen 46 jedoch Entlüftungsöffnungen 47 ausgebildet. Diese Entlüftungsöffnungen 47 können fluidtechnisch mit den Zwischenstrukturen 22 verbunden werden, an denen wiederum ein Entlüftungs- bzw. Berstventil (nicht gezeigt) angeordnet sein kann. Das Berstventil kann die Zwischenstrukturen 22 bzw. einen Fluidkanal in den Zwischenstrukturen 22 von den Batteriestapeln 21 abtrennen. Kommt es zu einem sog. Venting oder thermischen Durchgehen in einem der Batteriestapel 21, kann das Berstventil öffnen. Über das Berstventil erreichen die entstehenden Gase den Fluidkanal in der Zwischenstruktur 22, der mit einer oder mehreren Entlüftungsöffnungen 47 verbunden sein kann. Über die Entlüftungsöffnungen 47 kann das entstehende Gas in die Abführrohre 40 eingelassen werden, um mittels selbiger schließlich sicher aus dem Batteriemodul 1 abgeführt zu werden. Dadurch kann ein thermisches Durchgehen sicher verhindert werden. Hierneben können die Zwischenstrukturen 22 mit einem Propagationsschild versehen sein, um ein thermisches Übergreifen von einem Batteriestapel 21 auf einen benachbarten Batteriestapel 21 zu vermeiden.
Der 8 lässt sich besonders gut die seitliche Anordnung der Einlässe 44 entnehmen. Die Einlässe 44 befinden sich, anders als die Auslässe 34 bei den Zuführrohren 30, nicht an den Oberseiten 43, die vorliegend beispielhaft als Spitzen ausgeführt sind, der Abführrohre 40, sondern seitlich an den Abführrohren 40. Dabei liegen je zwei der schlitzförmigen Einlässe 44 einander gegenüber. Ebenso liegen auch je zwei Entlüftungsöffnungen 47 vorliegend einander gegenüber und sind an den Abführrohren 40 seitlich ausgebildet.
9 zeigt den Eintritt von Temperierflüssigkeit 2 an der kurzen Seite 13 bzw. an einem Gehäusedeckel am Batteriemodul 1 durch einen in Form eines Zuführstutzens 50 ausgebildeten Eingangs 50 mit entsprechender Zuführleitung 51. Die Zuführleitung 51 ist strömungstechnisch mit jedem der Zuführrohre 30 verbunden. Entsprechend ergibt sich ein Strömungspfad 3 von dem Eingang 50 zu den Zuführrohren 30.
Nicht gezeigt ist vorliegend ein Temperiersystem, das mit einem Heiz- und/oder Kühlaggregat ausgestattet sein kann und an den Eingang 50 des Batteriemoduls 1, insbesondere an Eingänge 50 mehrere Batteriemodule 1, angeschlossen werden kann.
Mittels des Heizaggregats lässt sich die aus dem Temperiersystem, insbesondere einem entsprechenden Reservoir, zugeführte Temperierflüssigkeit 2 erwärmen, um das Batteriemodul 1 bzw. die Batteriezellen 20 bei einem Kaltstart auf Betriebstemperatur zu bringen. Mittels des Kühlaggregats, welches als ein kombiniertes Heiz- und Kühlaggregat ausgeführt sein kann, lässt sich die zugeführte Temperierflüssigkeit 2 hingegen kühlen, um die, einmal auf Betriebstemperatur gebrachten, Batteriezellen 20 zu kühlen, bzw. bei Betriebstemperatur zu halten, und ein Überhitzen zu vermeiden.
10 zeigt den Strömungspfad 3 innerhalb eines isoliert dargestellten Ausschnittes eines Zuführrohres 30 innerhalb des Batteriemoduls 1. Ein Ende des Zuführrohres 30 ist vorliegend beispielhaft mit einem Stopfen 38 geschlossen, ermöglicht gleichwohl das Einströmen von Temperierflüssigkeit 2 von dem Eingang 50 in den Zuführkanal 31. Innerhalb des Zuführkanals 31 strömt die Temperierflüssigkeit 2 entlang der Längserstreckungsrichtung des Zuführkanals 31. Dabei strömt Temperierflüssigkeit 2 aus den Auslässen 34 in die Zwischenräume 4 der Batteriestapel 21 ein.
11 zeigt in einem Längsschnitt durch das Batteriemodul 1 den Strömungspfad 3 durch ein Zuführrohr 30 und mittels der Auslässe 34 hinein in die Batteriestapel 21 bzw. die Zwischenräume 4 zwischen den Batteriezellen 20 der Batteriestapel 21. Von den Zuführrohren 30 aus strömt die Temperierflüssigkeit 2 dabei entlang der Zwischenräume 4 von der zweiten Seite 12 zur ersten Seite 11 bzw. von unten nach oben. Dadurch, dass die Abführkanäle 41 in Einbaulage des Batteriemoduls 1 oben angeordnet sind, wird ein Aufströmen von Luft bzw. Luftblasen zusammen mit der Strömung der Temperierflüssigkeit 2 erlaubt, um die Luft zusammen mit der Temperierflüssigkeit 2 aus dem Batteriemodul 1 abzuführen.
12 zeigt schematisch das dabei erfolgende Umströmen und damit Temperieren der Batteriezellen 20. Die äußeren Mantelflächen der Batteriezellen 20 werden von der Temperierflüssigkeit 2 im Wesentlichen allseitig bzw. vollständig oder nahezu vollständig und direkt umströmt. Durch die Vielzahl an Auslässen 34 mit gleicher Beabstandung voneinander und eingestellten Druckverhältnissen wird dabei ein sehr gleichmäßig verteiltes Umströmen mit Temperierflüssigkeit 2 und damit gleichverteiltes Temperieren ermöglicht. An den Abführrohren 40 angelangt, wird die Temperierflüssigkeit 2 mittels der Einlässe 44 in die Abführkanäle 41 eingelassen, und von dort aus abgeführt.
13 zeigt den Strömungspfad 3 innerhalb eines isoliert dargestellten Ausschnittes eines Abführrohres 40 innerhalb des Batteriemoduls 1. Durch die Einlässe 44 gelangt die Temperierflüssigkeit 2 jeweils in den Abführkanal 41 und strömt an seinem Ende zu einem Ausgang 52 (siehe 14) aus. Auch vorliegend ist beispielhaft ein Stopfen 48 gezeigt, der das Abführrohr 40 an einem Ende abschließt. Die Stopfen 38, 48 sind vorliegend als von den Zuführ- und Abführrohren 30, 40 separate Teile ausgebildet, die darin, insbesondere formschlüssig, aufgenommen werden. Dies erleichtert die Fertigung, weil die Rohre 30, 40 einfach mittels Extrusion hergestellt werden können. Alternativ können die Stopfen 38, 48 auch einteilig mit den Rohren 30, 40 ausgebildet sein.
14 zeigt einen Ausschnitt des Batteriemoduls 1 von oben mit den ausgangsseitigen Strömungspfaden 3. Aus den Abführrohren 40 an der ersten Seite 11 gelangt die Temperierflüssigkeit 2 in den als Abführstutzen 52 mit Abführleitung 53 ausgebildeten Ausgang 52. Der Ausgang kann sich an derselben kurzen Seite 13 wie der Eingang 50 oder aber an der gegenüberliegenden kurzen Seite 14 befinden.
An dem Ausgang 52 bzw. dem Abführstutzen 52 kann wiederum das Temperiersystem mit dem Heiz- und/oder Kühlaggregat und einer Pumpe angeschlossen werden. So kann das Temperiersystem ein Zirkulieren der Temperierflüssigkeit 2 durch das Batteriemodul 1 entlang des beschriebenen Strömungspfades 3 bzw. der beschriebenen Temperierkanalanordnung aus Zuführkanälen 31, Abführkanälen 41 und Zwischenräumen 4 erlauben, wobei die Temperierflüssigkeit 2 durch das Heiz- und/oder Kühlaggregat jeweils nach Betriebssituation des Batteriemoduls 1 erwärmt oder gekühlt wird.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
2: Temperierflüssigkeit
3: Strömungspfad
4: Zwischenraum
10: Batteriegehäuse
11: erste Seite
12: zweite Seite
13, 14: kurze Seiten, Gehäusedeckel
20: Batteriezellen
21: Batteriestapel
22: Zwischenstruktur
30: Zuführrohr
31: Zuführkanal
32: Zuführöffnung
33: Oberseite
34: Auslass
35: erster Bereich
36: zweiter Bereich
38: Stopfen
40: Abführrohr
41: Abführkanal
42: Abführöffnung
43: Oberseite
44: Einlass
45: erster Bereich
46: zweiter Bereich
47: Entlüftungsöffnung
48: Stopfen
50: Eingang, Zuführstutzen
51: Zuführleitung
52: Ausgang, Abführstutzen
53: Abführleitung

Claims

Batteriemodul (1) mit einem Batteriegehäuse (10), mehreren zwischen einer ersten Seite (11) und einer der ersten Seite (11) gegenüberliegenden zweiten Seite (12) innerhalb des Batteriegehäuses (10) angeordneten Batteriezellen (20) und einer mit einer Temperierflüssigkeit (2) durchströmbaren Temperierkanalanordnung, wobei die Temperierkanalanordnung mehrere an der zweiten Seite (12) des Batteriegehäuses (10) angeordnete und voneinander beabstandete Zuführkanäle (31) und mehrere an der ersten Seite (11) des Batteriegehäuses (10) angeordnete und voneinander beabstandete Abführkanäle (41) aufweist, wobei die Zuführkanäle (31) Auslässe (34) aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Zuführkanäle (31) voneinander beabstandet sind, wobei die Abführkanäle (41) Einlässe (44) aufweisen, welche in eine Längserstreckungsrichtung der Abführkanäle (40) voneinander beabstandet sind, und wobei zwischen den mehreren Batteriezellen (20) strömungstechnisch miteinander verbundene Zwischenräume (4) der Temperierkanalanordnung ausgebildet sind, welche strömungstechnisch mit den Auslässen (34) der Zuführkanäle (31) und den Einlässen (44) der Abführkanäle (40) verbunden sind.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, wobei die Temperierkanalanordnung Strömungspfade (3) für die Temperierflüssigkeit (2) ausbildet, wobei die Strömungspfade (3) sich von einem Eingang (50) des Batteriemoduls (1) entlang der Zuführkanäle (31), durch die Auslässe (34), entlang der Zwischenräume (4), durch die Einlässe (44) und entlang der Abführkanäle (44) zu einem Ausgang (52) des Batteriemoduls (1) erstrecken.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuführkanäle (31) und/oder die Abführkanäle (41) in ihrer Längserstreckungsrichtung jeweils parallel zueinander verlaufen.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Zwischenräume (4) sich jeweils um eine äußere Mantelfläche der Batteriezellen (20) erstrecken.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Zwischenräume (4) durch Abstandhalter zwischen den Batteriezellen (20) ausgebildet sind.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Zuführkanäle (31) und/oder die Abführkanäle (41) in, insbesondere vom Batteriegehäuse (10) separat ausgebildeten, Zuführrohren (30) und/oder Abführrohren (40) des Batteriemoduls (1) ausgebildet sind.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Kontur der Zuführkanäle (31) und/oder der Abführkanäle (41) mit einer Kontur der Batteriezellen (20) korrespondiert.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Batteriezellen (20) Rundzellen sind und die Zuführrohre (30) und/oder die Abführrohre (40) einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auslässe (34) der Zuführkanäle (31) auf die Abführkanäle (40) ausgerichtet sind.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auslässe (34) der Zuführkanäle (31) einen runden Querschnitt aufweisen.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auslässe (34) der Zuführkanäle (31) eine Querschnittsfläche im Bereich von 0,05 mm² bis 3 mm² aufweisen.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Quotient aus Länge und Durchmesser der Auslässe (34) jeweils das 10- bis 100-fache, insbesondere das 20- bis 50-fache, des Quotienten aus Länge und Durchmesser des Zuführkanals (31) beträgt.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Einlässe (44) der Abführkanäle (40) als Schlitze ausgebildet sind und/oder wobei die Einlässe (44) in den Abführkanälen (40) seitlich ausgebildet sind.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jeweils zwei Einlässe (44) eines Abführkanals (41) einander gegenüberliegen.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Batteriemodul (1) mehrere in Reihe miteinander verschaltete Batteriestapel (21) aufweist, in denen mehrere Batteriezellen (20) parallel miteinander verschaltet sind und/oder wobei die Auslässe (34) der Zuführkanäle (31) im Bereich (35) jeweils eines Batteriestapels (21) im Wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet sind.
Batteriemodul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abführkanäle (40) ferner Entlüftungsöffnungen (47) aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Batteriezellen (20) mittels der Abführkanäle (40) zu entlüften.