DE102022112511A1

DE102022112511A1 - Temperiervorrichtung mit mechanisch entkoppeltem Kühlbereich

Info

Publication number: DE102022112511A1
Application number: DE102022112511.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Dietrich; Steffen Hirschmann; Tim Dressel
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung (10) für ein Batteriemodul (20) mit mehreren Batteriezellen (22). Die Temperiervorrichtung (10) weist dabei einen im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper (12) zur Anlage an die mehreren Batteriezellen (22) auf. Der Grundkörper (12) umfasst einen ersten Grundkörperabschnitt (12.1), der einen Fluidkanal (14) zum Durchströmen mit einem Temperierfluid aufweist, und einen zweiten Grundkörperabschnitt (12.2). Hierbei ist vorgesehen, dass der erste Grundkörperabschnitt (12.1) und der zweite Grundkörperabschnitt (12.2) zumindest abschnittsweise mechanisch voneinander entkoppelt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Batteriemodul (20) mit einer ebensolchen Temperiervorrichtung (10) sowie ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Batteriemodul (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Batteriemodul sowie ein Batteriemodul mit einer ebensolchen Temperiervorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Batteriemodul.
Im Stand der Technik sind Batteriemodule für Kraftfahrzeuge grundsätzlich bekannt. Derartige Energiespeicher bestehen zumeist aus einer Vielzahl elektrisch miteinander verschalteten bzw. verschaltbaren Batteriezellen, die in der Regel thermisch konditioniert, d. h. gekühlt bzw. beheizt, werden müssen, um optimal und langfristig zu funktionieren.
Um die Batteriezellen zu konditionieren, können diese z. B. unmittelbar von einer wärmeleitenden (und vorzugsweise elektrisch nichtleitfähigen) Flüssigkeit umströmt werden (sog. Immersionskühlung), was jedoch große Aufwände hinsichtlich der Dichtheit der jeweiligen Komponenten mit sich bringt. Alternativ können die Batteriemodule bzw. die Batteriezellen auf eine Temperierplatte mit einer Kanalstruktur, durch die ein flüssiger Wärmeträger strömt, positioniert werden (sog. Bodenplattenkühlung). Nachteilig hieran ist, dass die Batteriemodule bzw. Batteriezellen hierbei nur einseitig am Boden temperiert werden. Insbesondere beim Laden und Entladen kann jedoch auch Wärme an der Zellseite entstehen, die durch eine reine Bodenkühlung nicht optimal abgeführt werden kann. Weiterhin nachteilig ist, dass bekannte Temperierplatten zumeist dick und damit schwer ausgeführt sind, um den mechanischen Belastungen (z. B. aufgrund swellingbedinger Volumenänderungen der Batteriezellen) standzuhalten bzw. die in der Temperierplatte aufgenommene Kanalstruktur vor Beschädigungen zu schützen.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zum Temperieren eines Batteriemoduls bzw. von Batteriezellen bereitzustellen. Bevorzugt ist es dabei eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst leichte und sichere Temperiervorrichtung bereitzustellen, die insbesondere für eine gezielte Kühlung der Zellseiten eingesetzt werden kann.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Ein erster unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Temperiervorrichtung (z. B. in Form einer Temperierplatte). Bevorzugt handelt es sich um eine Temperiervorrichtung für ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen). Vorzugsweise dient die Temperiervorrichtung dabei zur Temperierung (z. B. zum Kühlen und/oder Heizen) der mehreren Batteriezellen.
Die Temperiervorrichtung weist einen, vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmigen, Grundkörper zur Anlage an die mehreren Batteriezellen (z. B. an jeweiligen Seitenflächen der mehreren Batteriezellen) auf. Beispielsweise kann der Grundkörper eine (z. B. im Wesentlichen rechteckige) Metallplatte sein.
Der Grundkörper selbst weist einen (z. B. zentral bezüglich des Grundkörpers angeordneten) ersten (z. B. im Wesentlichen rechteckförmigen) Grundkörperabschnitt auf, der einen (z. B. mäanderförmig verlaufenden) Fluidkanal zum Durchströmen mit einem Temperierfluid aufweist. Weiterhin weist der Grundkörper einen, vorzugsweise den ersten Grundkörperabschnitt rahmenförmig umgebenden, zweiten Grundkörperabschnitt auf. Bevorzugt umfasst dieser zweite Grundkörperabschnitt keinen Fluidkanal.
Ferner ist vorgesehen, dass der erste Grundkörperabschnitt und der zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise mechanisch voneinander entkoppelt sind. Beispielsweise können der erste und zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise durch einen Schlitz, eine Nut und/oder ein elastisches Material voneinander getrennt sein. Bevorzugt soll so der erste Grundkörperabschnitt somit möglichst unbeeinflusst von einer Bewegung und/oder Verformung des zweiten Grundkörperabschnitts sein und umgekehrt. Bevorzugt sind der erste und zweite Grundkörperabschnitt dabei derart zumindest abschnittsweise mechanisch voneinander entkoppelt, dass bei einer Belastung des zweiten Grundkörperabschnitts eine Übertragung der Belastung zum ersten Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise unterbrochen und/oder reduziert ist. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst dünne bzw. leichte Temperiervorrichtung mit einem mechanisch entkoppelten Kühlbereich bereitgestellt werden, bei der der Fluidkanal möglichst zuverlässig vor hohen Belastungen bzw. Verformungen geschützt ist. Durch die platzsparende bzw. leichte Ausgestaltung der Temperiervorrichtung kann diese bzw. deren Grundkörper ferner auf vorteilhafte Weise direkt, insbesondere seitlich, an ein Batteriemodul montiert werden und damit unmittelbar in die Struktur des Batteriemoduls selbst integriert werden.
Nach einem Aspekt kann der Grundkörper mindestens eine (z. B. schlitzförmige und/oder langlochförmige) Aussparung aufweisen, durch die der erste und zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise voneinander getrennt und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sind. Bevorzugt können der erste und zweite Grundkörperabschnitt durch die mindestens eine Aussparung nahezu vollständig voneinander getrennt und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sein. Die mindestens eine Aussparung kann z. B. eine (z. B. Langloch-) Bohrung, Ausfräsung und/oder Ausstanzung im Grundkörper sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfach herstellbare mechanische Entkopplung zwischen dem ersten und zweiten Grundkörperabschnitt realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die mindestens eine Aussparung mehrere (z. B. sechs) Aussparungen umfassen. Die mehreren Aussparungen können z. B. in Form einer Schlitzstruktur (z. B. Langlochstruktur) ausgebildet und/oder angeordnet sein. Bevorzugt umgeben die mehreren Aussparungen dabei den ersten Grundkörperabschnitt mehrseitig. So können die mehreren Aussparungen den ersten Grundkörperabschnitt z. B. an vier Seiten umgeben.
Zudem oder alternativ können die mehreren Aussparungen sich jeweils bevorzugt im Wesentlichen entlang einer Längsachse und/oder Hochachse des Grundkörpers erstrecken. Als Längsachse kann dabei bevorzugt eine Achse des Grundkörpers verstanden werden, die der Richtung seiner größten Ausdehnung entspricht. Als Hochachse kann vorzugsweise eine Achse des Grundkörpers verstanden werden, die senkrecht zur Längsachse und senkrecht zu einer, in Richtung der kürzesten Ausdehnung des Grundkörpers verlaufende, Querachse orientiert ist.
Zudem oder alternativ können die mehreren Aussparungen den ersten Grundkörperabschnitt bevorzugt randseitig begrenzen. Vorzugsweise wird eine Ausdehnung des ersten Grundkörperabschnitts somit zumindest abschnittsweise durch die mehreren Aussparungen bestimmt.
Zudem oder alternativ können die mehreren Aussparungen bevorzugt eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung aufweisen. Hierbei kann die erste Aussparung einen, vorzugsweise abgewinkelten, ersten Endbereich aufweisen und die zweite Aussparung einen, vorzugsweise geraden, zweiten Endbereich aufweisen. Der ersten Endbereich kann dabei parallel beabstandet zu dem zweiten Endbereich angeordnet sein, vorzugsweise derart, dass zwischen dem ersten und zweiten Endbereich ein langgestreckter Steg ausgebildet ist.
Nach einem weiteren Aspekt können der erste und zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise (z. B. entlang einer Querachse des Grundkörpers) relativ zueinander bewegbar sein. Beispielsweise können der erste und zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise gegeneinander verschiebbar und/oder verschwenkbar sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die mindestens eine Aussparung derart angeordnet und/oder ausgeführt ist, dass dadurch der erste und zweite Grundkörperabschnitt zumindest abschnittsweise relativ zueinander bewegbar sind. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch z. B. ein Bewegen und/oder Verformen des zweiten Grundkörperabschnitts ohne großen Einfluss auf den ersten Grundkörperabschnitt und umgekehrt erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Grundkörper mindestens einen (z. B. stegförmigen und/oder streifenförmigen) Verbindungsbereich aufweisen, über den der erste und zweite Grundkörperabschnitt miteinander verbunden sind. Bevorzugt weist der mindestens eine Verbindungsbereich eine längliche und/oder schmale Form auf. Durch die damit einhergehende Materialschwächung kann auf vorteilhafte Weise eine Bewegbarkeit des ersten und zweiten Grundkörperabschnitts relativ zueinander ermöglicht werden. Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungsbereich vorzugsweise integral-einstückig mit dem ersten Grundkörperabschnitt und/oder integral-einstückig mit dem zweiten Grundkörperabschnitt verbunden sein. Bevorzugt wird der mindestens eine Verbindungsbereich dabei zumindest abschnittsweise durch die mindestens eine Aussparung definiert bzw. begrenzt. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise eine sichere Halterung des ersten Grundkörperabschnitts (am zweiten Grundkörperabschnitt) bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung realisiert werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann der mindestens eine Verbindungsbereich mehrere Verbindungsbereiche aufweisen. Lediglich beispielhaft kann der mindestens eine Verbindungsbereich sechs Verbindungsbereiche aufweisen. Die mehrere Verbindungsbereiche können z. B. umfangsseitig verteilt um den ersten Grundkörperabschnitt angeordnet sein. Bevorzugt sind die mehreren Verbindungsbereiche dabei jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet, bevorzugt mit dem dazwischen angeordneten ersten Grundkörperabschnitt.
Zudem oder alternativ kann der mindestens eine Verbindungsbereich elastisch verformbar sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsbereich biegbar und/oder federnd sein (z. B. nach Art eines Federblechs). Bevorzugt ist der mindestens eine Verbindungsbereich durch eine bewusste Materialschwächung im Bereich des Verbindungsbereichs (z. B. durch die mindestens eine Aussparung) elastisch verformbar. Ferner kann der mindestens eine Verbindungsbereich auch plastisch verformbar sein.
Zudem oder alternativ kann der ersten Grundkörperabschnitt über den mindestens einen Verbindungsbereich in den zweiten Grundkörperabschnitt übergehen. Beispielsweise kann der mindestens einen Verbindungsbereich dazu einen ersten Endbereich aufweisen, der mit dem ersten Grundkörperabschnitt verbunden ist, und einen, vorzugsweise dem ersten Endbereich entgegengesetzten, zweiten Endbereich aufweisen, der mit dem zweiten Grundkörperabschnitt verbunden ist. Bevorzugt sind der erste und zweite Grundkörperabschnitt dabei integral-einstückig mittels des mindestens einen Verbindungsbereichs verbunden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zweite Grundkörperabschnitt den ersten Grundkörperabschnitt rahmenförmig umgeben. Beispielsweise kann der zweite Grundkörperabschnitt im Wesentlichen mehreckrahmenförmig (z. B. rechteckrahmenförmig) sein. Der zweite Grundkörperabschnitt kann somit vorteilhaft eine Einfassung für den ersten Grundkörperabschnitt bilden.
Zudem oder alternativ kann der zweite Grundkörperabschnitt den ersten Grundkörperabschnitt mehrseitig, vorzugsweise vierseitig, umgeben. Bevorzugt ist der zweite Grundkörperabschnitt dabei als den ersten Grundkörperabschnitt vollständig umlaufend ausgebildet. Der zweite Grundkörperabschnitt kann somit z. B. randseitig bezüglich des Grundkörpers angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann der zweite Grundkörperabschnitt keinen Fluidkanal aufweisen. Der zweite Grundkörperabschnitt kann somit bevorzugt weder den vorgenannten Fluidkanal aufweisen, noch soll am zweiten Grundkörperabschnitt bevorzugt ein weiterer Fluidkanal vorgesehen sein. Der zweite Grundkörperabschnitt soll somit vorzugsweise nicht von einem Temperierfluid durchströmbar sein. Vorteilhaft kann stattdessen eine Kernfunktion des zweiten Grundkörpers darin bestehen, den ersten Grundkörper zu Halten und den ersten Grundkörper von im Bereich des zweiten Grundkörpers auftretenden Belastungen zu entkoppeln.
Zudem oder alternativ kann der erste Grundkörperabschnitt mittig am Grundkörper angeordnet sein. Der erste Grundkörperabschnitt kann somit zentral bezüglich des Grundkörpers angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann der erste Grundkörperabschnitt innerhalb des zweiten Grundkörperabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Grundkörperabschnitt in einer von der Längs- und Hochachse des Grundkörpers aufgespannten Ebene an allen Seiten vom zweiten Grundkörperabschnitt umgeben sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann der Fluidkanal mäanderförmig verlaufen und/oder mehrere Richtungswechsel aufweisen. Der Fluidkanal soll somit bevorzugt nicht ausschließlich geradlinig sein. Auf vorteilhafte Weise kann so ein möglichst hoher Wärmeaustausch mit den Batteriezellen ermöglicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Grundkörper doppelwandig ausgebildet sein. Hierbei kann der Grundkörper zwei Wände (z. B. Metallbleche) aufweisen. Diese können über eine Fügefläche miteinander verbunden sein und abschnittsweise einen beabstandeten Bereich, der den Fluidkanal bildet, einschließen. Beispielsweise kann dazu eine (erste) Wand der zwei Wände im Wesentlichen plan ausgebildet sein, während eine (zweite) Wand der zwei Wände eine (z. B. tiefgezogene) Vertiefung relativ zur Fügefläche aufweisen kann, wobei die Vertiefung und die erste Wand den Fluidkanal bilden bzw. einschließen können. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfach zu fertigende Möglichkeit zur Bereitstellung eines entsprechenden Fluidkanals realisiert werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann der Fluidkanal einen Fluideinlass und/oder einen Fluidauslass aufweisen. Der Fluideinlass kann dabei für ein Einleiten des Temperierfluids in den Fluidkanal ausgebildet sein. Der Fluidauslass kann für ein Ausleiten des Temperierfluids aus dem Fluidkanal ausgebildet sein. Der Fluideinlass und der Fluidauslass können jeweils z. B. in Form einer Öffnung und/oder eines Stutzens ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Fluideinlass und der Fluidauslass jeweils auf einer gleichen Seite des Grundkörpers angeordnet sind. Der Fluideinlass und der Fluidauslass können somit von derselben Seite zugänglich sein. Zudem oder alternativ können der Fluideinlass und der Fluidauslass vorzugsweise jeweils in eine gleiche Richtung orientiert sein. Beispielsweise können der Fluideinlass und der Fluidauslass parallel versetzt zueinander angeordnet sein. Zudem oder alternativ können der Fluideinlass und der Fluidauslass vorzugsweise jeweils am ersten Grundkörperabschnitt angeordnet sein. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise eine möglichst einfach zugängliche Anschlussmöglichkeit für einen Temperierkreislauf ermöglicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Temperiervorrichtung eine Niederhaltelasche aufweisen. Bevorzugt dient die Niederhaltelasche zur Auflage auf den mehreren Batteriezellen (z. B. auf einer Oberseite der mehreren Batteriezellen). Die Niederhaltelasche kann mit dem zweiten Grundkörperabschnitt verbunden sein. Bevorzugt ist die Niederhaltelasche integral-einstückig mit dem zweiten Grundkörperabschnitt verbunden. Beispielsweise kann die Niederhaltelasche ein abgekanteter und/oder umgebogener Abschnitt sein, der in den zweiten Grundkörperabschnitt übergeht. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Niederhaltelasche (z. B. senkrecht) vom zweiten Grundkörperabschnitt absteht. Die Niederhaltelasche kann somit ein freies Ende und ein, vorzugsweise zum freien Ende entgegengesetztes, Anbindungsende aufweisen, über das die Niederhaltelasche mit dem zweiten Grundkörperabschnitt verbunden ist. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch neben einer seitlichen Anlage und damit Fixierung der Batteriezellen mittels des Grundkörpers über die Niederhaltelasche ein Niederdrücken der Batteriezellen (z. B. gegen eine Bodenplatte) realisiert werden.
Weiterhin betrifft die Offenbarung ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul weist mehrere Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen) auf. Beispielsweise kann es sich bei den mehreren Batteriezellen um prismatische Batteriezellen handeln. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen entlang einer Stapelrichtung gestapelt angeordnet. Entsprechend kann das Batteriemodul einen Batteriezellenstapel aus den mehreren entlang der Stapelrichtung gestapelten Batteriezellen umfassen. Weiterhin umfasst das Batteriemodul mindestens eine Temperiervorrichtung, wie in diesem Dokument beschrieben ist, zur Temperierung der mehrere Batteriezellen. Beispielsweise kann die mindestens eine Temperiervorrichtung seitlich an den mehreren Batteriezellen bzw. seitlich am Batteriezellenstapel angeordnet sein (z. B. an dessen Längsaußenseite). Entsprechend kann die mindestens eine Temperiervorrichtung das Batteriemodul seitlich begrenzen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine Seitenkühlung der mehreren Batteriezellen bereitgestellt werden. Bevorzugt ist die mindestens eine Temperiervorrichtung somit in das Batteriemodul mitintegriert. Im Gegensatz zu einer bekannten Bodenplattenkühlung, bei der entsprechende Batteriemodule auf eine (separate) Bodenkühlplatte aufgesetzt bzw. an dieser befestigt werden, ist vorliegend die Temperiervorrichtung damit vorzugsweise ein Teil des Batteriemoduls selbst.
Nach einem Aspekt kann das Batteriemodul ferner mindestens eine Endplatte aufweisen. Bevorzugt ist die mindestens eine Endplatte dabei an einer Mantelfläche einer der mehreren Batteriezellen angeordnet. Beispielsweise kann die mindestens eine Endplatte (unmittelbar) an einer Mantelfläche einer der mehreren Batteriezellen anliegen oder (mittelbar) über einen Lückenfüller (z. B. ein Gappad) mit der Mantelfläche einer der mehreren Batteriezellen verbunden sein. Bevorzugt ist die mindestens eine Endplatte an einer Stirnseite des Batteriezellenstapels angeordnet. Weiterhin kann die mindestens eine Temperiervorrichtung an der mindestens einen Endplatte befestigt (z. B. verschweißt) sein. Die mindestens eine Temperiervorrichtung und die mindestens eine Endplatte können Teil einer Haltevorrichtung des Batteriemoduls zur, vorzugsweise verspannten, Fixierung der mehreren Batteriezellen sein. Lediglich beispielhaft kann die Haltevorrichtung z. B. ein Halterahmen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die mindestens eine Temperiervorrichtung seitlich an den mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Hierbei kann die Temperiervorrichtung z. B. an jeweiligen Batteriezellen (unmittelbar) anliegen. Alternativ kann die Temperiervorrichtung über einen Lückenfüller (z. B. ein Gappad) mit den Batteriezellen (mittelbar) verbunden sein, um dadurch mögliche Lücken zwischen den mehreren Batteriezellen und der Temperiervorrichtung zu überbrücken bzw. einen möglichst guten thermischen Kontakt sicherzustellen.
Zudem oder alternativ kann die mindestens eine Temperiervorrichtung nicht an einer Unterseite der mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Die mehreren Batteriezellen sollen somit bevorzugt nicht auf der Temperiervorrichtung aufstehen. Im Fall von prismatischen Batteriezellen kann die mindestens eine Temperiervorrichtung somit vorzugsweise nicht an einer zu den Kontakten entgegengesetzt orientieren Außenfläche der mehreren Batteriezellen angeordnet sein bzw. anliegen.
Zudem oder alternativ kann die mindestens eine Temperiervorrichtung zwei Temperiervorrichtungen umfassen. Die zwei Temperiervorrichtungen können jeweils an einander entgegengesetzten Seitenflächen der mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Beispielsweise können die zwei Temperiervorrichtungen zusammen mit der mindestens eine Endplatte einen Halterahmen bilden, in dem die mehreren Batteriezellen aufgenommen sind.
Letztlich betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftfahrzeug (z. B. einen LKW oder einen Omnibus), wobei das Kraftfahrzeug eine Temperiervorrichtung, wie in diesem Dokument offenbart ist, und/oder ein Batteriemodul, wie in diesem Dokument offenbart ist, aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Nutzfahrzeug, d. h. ein Kraftfahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zum Transport von Gütern und/oder zum Ziehen eines oder mehrerer (z. B. landwirtschaftlicher) Anhängerfahrzeuge ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper, ein Baustellenfahrzeug und/oder eine landwirtschaftliche Maschine (z. B. ein Traktor) sein.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform;
1B eine Detaildarstellung des Batteriemoduls von 1A;
2A eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Temperiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2B eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Temperiervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3A eine finite Element Analyse einer Spannungsverteilung bei einer Temperiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
3B eine Detaildarstellung der Spannungsverteilung von 3A.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
1A und 2B zeigen eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 20 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Das Batteriemodul 20 kann elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Das Batteriemodul 20 kann als ein Hochvolt-Batteriemodul ausgeführt sein. Das Hochvolt-Batteriemodul kann z. B. mit einer Gleichspannung zwischen 60 V und 1,5 kV, besonders bevorzugt zwischen 400 V und 850 V, betrieben werden bzw. betreibbar sein. Das Batteriemodul 20 kann extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel aufladbar sein.
Das Batteriemodul 20 weist mehrere (z. B. fünfzehn oder sechszehn) Batteriezellen 22 auf (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1A dabei nicht jede der Batteriezellen 22 separat referenziert). Die mehreren Batteriezellen 22 können z. B. Lithium-lonen-Batteriezellen sein. Die mehreren Batteriezellen 22 können jeweils gleich ausgebildet sein. Die mehreren Batteriezellen 22 können jeweils Kontaktpole 23 (z. B. einen Pluspol und einen Minuspol) aufweisen. Auch diese sind in 1A aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht jeweils einzeln mit Bezugszeichen versehen. Die mehreren Batteriezellen 22 können jeweils eine Deckfläche, eine Bodenfläche und eine, die Deck- und Bodenfläche miteinander verbindende Mantelfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die mehreren Batteriezellen 22 jeweils prismatische Batteriezellen sein. Entsprechend können die jeweiligen Deckflächen jeweils die Kontaktpole 23 aufweisen. Die mehreren Batteriezellen 22 können jedoch auch als Beutelzellen oder als Rundzellen ausgeführt sein. Die mehreren Batteriezellen 22 können bevorzugt in einer Reihe nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet sein. Die mehreren Batteriezellen 22 können alle gleich orientiert sein. Beispielsweise können die jeweiligen Kontaktpole 23 bzw. Deckflächen der mehreren Batteriezellen 22 jeweils nach oben ausgerichtet sein.
Weiterhin können die mehreren Batteriezellen 22 entlang einer Stapelrichtung S gestapelt angeordnet sein. Die Stapelrichtung S kann bspw. horizontal orientiert sein. Es ist möglich, dass zum Überbrücken einer Lücke zwischen den Batteriezellen 22 jeweils ein Lückenfüller 24 (z. B. ein Gappad) zwischen zwei der Batteriezellen 22 angeordnet ist. Der Lückenfüller 24 kann z. B. eine Matte oder ein Kissen, insbesondere eine Elastomermatte oder ein Elastomerkissen, beispielsweise ein so genanntes Gappad, zum Beispiel aus einem TIM-Material (Englisch: Thermal Interface Material), insbesondere zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen, sein. Die mehreren entlang der Stapelrichtung S gestapelten Batteriezellen 22 können einen Batteriezellenstapel bilden. Der Batteriezellenstapel kann dabei eine erste Stirnseite aufweisen. Die erste Stirnseite kann durch einen Abschnitt der Mantelfläche einer vordersten bzw. ersten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen 22 begrenzt sein. Der Batteriezellenstapel kann ferner eine zweite, vorzugsweise entgegengesetzt zur ersten Stirnseite angeordnete, zweite Stirnseite aufweisen. Die zweite Stirnseite kann durch einen Abschnitt der Mantelfläche einer hintersten bzw. letzten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen 22 begrenzt sein. Eine Flächennormale der ersten und/oder zweiten Stirnseite kann parallel zur Stapelrichtung S orientiert sein.
Weiterhin kann der Batteriezellenstapel eine Oberseite aufweisen. Die Oberseite kann nach oben orientiert sein. Die Oberseite kann die Kontaktpole 23 aufweisen. Die Batteriezellenstapel kann ferner eine, vorzugsweise entgegengesetzt zur Oberseite orientierte, Unterseite aufweisen. Die Unterseite kann nach unten orientiert sein. Im Fall von Rundzellen können an der Unterseite auch Kontaktpole 23 angeordnet sein. Ansonsten kann die Unterseite entgegengesetzt zu den Kontaktpolen 23 der mehreren Batteriezellen 22 orientiert sein.
Ferner kann der Batteriezellenstapel zwei (z. B. Längs-) Seitenflächen aufweisen. Die zwei Seitenflächen können zur besseren Unterscheidbarkeit im Folgenden auch als linke und rechte Seitenfläche bezeichnet werden. Die Seitenflächen können jeweils eine Flächennormale aufweisen, die senkrecht zur Stapelrichtung S orientiert ist.
Das Batteriemodul 20 kann mindestens eine Endplatte 25 aufweisen. Die mindestens eine Endplatte 25 kann an einer Stirnfläche des Batteriezellenstapels angeordnet sein. Die mindestens eine Endplatte 25 kann im Wesentlichen plattenförmig sein. Die mindestens eine Endplatte 25 kann eine für eine flächige Anlage an (z. B. einem Abschnitt der Mantelfläche) einer der Batteriezellen 22 (z. B. der vordersten bzw. ersten Batteriezelle) des Batteriezellenstapels ausgebildet sein. Beispielsweise kann die mindestens eine Endplatte 25 eine im Wesentlichen plane Anlagefläche aufweisen. Mittels dieser Anlagefläche kann die mindestens eine Endplatte 25 unmittelbar anliegen oder über einen Lückenfüller 24 an einer der mehreren Batteriezellen 22 verbunden sein.
Weiterhin kann die mindestens eine Endplatte 25 zumindest eine Durchgangsöffnung 25a aufweisen. Die zumindest eine Durchgangsöffnung 25a kann zur Halterung bzw. Fixierung des Batteriemoduls 20, z. B. an einer (nicht dargestellten) Bodenplatte, dienen. In die zumindest eine Durchgangsöffnung 25a kann bspw. ein Befestigungsmittel (z. B. eine Schraube) aufnehmbar sein. Die mindestens eine Endplatte 25 kann ferner zumindest einen (z. B. hülsenförmigen) Vorsprung aufweisen, an dem die zumindest eine Durchgangsöffnung 25a angeordnet ist.
Bevorzugt weist die mindestens eine Endplatte 25 ferner zwei Endplatten auf, welche im Folgenden auch als erste Endplatte und zweite Endplatte bezeichnet werden können. Beispielsweise kann die erste Endplatte an der ersten Stirnfläche und/oder die zweite Endplatte an der zweiten Stirnfläche angeordnet sein. Die erste und zweite Endplatte können den Batteriezellenverbund jeweils stirnseitig begrenzen. Die erste und zweite Endplatte können im Wesentlichen gleich ausgebildet sein. Die erste und zweite Endplatte können weiterhin jeweils angeordnet und/oder ausgebildet sein, eine (z. B. durch ein Swelling der Batteriezellen 22 bedingte) Druckbeaufschlagung aufzunehmen. Der Ausdruck „Swelling“ kann dabei vorzugsweise ein mit zunehmender Anzahl an Lade- bzw. Entladezyklen (irreversibles) Zunehmen des Batteriezellenvolumens der Batteriezellen 22 bezeichnen.
Das Batteriemodul 20 weist ferner mindestens eine Temperiervorrichtung 10 auf, welche in möglichen Ausführungsformen in den 2A, 2B, 3A und 3B nochmals separat dargestellt ist. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann zur Temperierung (z. B. zur Kühlung und/oder Erwärmung) der mehreren Batteriezellen 22 dienen. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann bspw. als Temperierplatte ausgebildet sein. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann an den Seitenflächen (z. B. der rechten oder linken Seitenfläche) angeordnet sein. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann für eine flächige Anlage an einer Seitenfläche des Batteriezellenstapels ausgebildet sein. Beispielsweise kann die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 eine im Wesentlichen plane Anlagefläche aufweisen. Mittels dieser Anlagefläche kann die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 unmittelbar seitlich an den mehreren Batteriezellen 22 anliegen. Alternativ kann die Anlagefläche über eine Elastomermatte mit den mehreren Batteriezellen 22 verbunden sein.
Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann die zwei Endplatten 25 miteinander verbinden. Entsprechend können die erste und zweite Endplatte über die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 verbunden sein. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann dazu an der ersten und/oder zweiten Endplatten befestigt (z. B. verschweißt) sein. Bevorzugt weist die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 zwei Temperiervorrichtungen (z. B. zwei Temperierplatten) auf, die im Folgenden auch als erste Temperiervorrichtung und zweite Temperiervorrichtung bezeichnet werden können. Die zwei Temperiervorrichtungen können bevorzugt gleich ausgebildet sein. Die zwei Temperiervorrichtungen können jeweils an einer der zwei Seitenflächen angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Temperiervorrichtung an der linken (z. B. Längs-) Seitenfläche und die zweite Temperiervorrichtung an der rechten (z. B. Längs-) Seitenfläche angeordnet sein. Die zwei Temperiervorrichtungen können somit an einander entgegengesetzten Seiten des Batteriezellenstapels angeordnet sein.
Die zwei Endplatten 25 und die zwei Temperiervorrichtungen 10 können zusammen einen Halterahmen bilden. Mittels des Halterahmens können die mehreren Batteriezellen 22 gehaltert bzw. fixiert sind. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen 22 über den Halterahmen verspannt, vorzugsweise entlang der Stapelrichtung S verspannt, gehaltert. Der Halterahmen kann die mehreren Batteriezellen 22 bzw. den Batteriezellenstapel dabei umfangsseitig umgeben. Beispielsweise können die zwei Endplatten 25 an zwei einander gegenüberliegende Seiten des Halterahmens und die zwei Temperiervorrichtungen 10 an zwei weiteren einander gegenüberliegenden Seiten des Halterahmens angeordnet sein. Entsprechend kann die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 ein Teil einer (z. B. rahmenförmigen) Umhausung des Batteriemoduls 20 sein. Die mindestens eine Temperiervorrichtung 10 kann das Batteriemodul 20 somit nach außen begrenzen.
Es ist vorgesehen, dass die Temperiervorrichtung 10 einen, vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmigen, Grundkörper 12 aufweist. Der Grundkörper 12 kann z. B. eine flache und/oder flächige Form aufweisen. Beispielsweise kann der Grundkörper 12 im Wesentlichen quaderförmig sein. Der Grundkörper 12 kann eine Innenseite aufweisen, die den mehreren Batteriezellen 22 zugewandt ist. Der Grundkörper 12 kann eine Außenseite aufweisen, die entgegengesetzt zur Innenseite orientiert ist. Der Grundkörper 12 kann eine Längsachse L aufweisen, die entlang seiner größten Ausdehnung orientiert ist. Bevorzugt verläuft die Längsachse L dabei entlang der Stapelrichtung S. Der Grundkörper 12 kann ferner eine Querachse Q aufweisen, die senkrecht auf der Längsachse L steht und entlang der geringsten Ausdehnung des Grundkörper 12 orientiert ist. Weiterhin kann der Grundkörper 12 eine Hochachse H aufweisen, die senkrecht auf der Längsachse L und Querachse Q steht. Der Grundkörper 12 kann bzgl. seiner Längsachse L ein vorderes Ende und ein, vorzugsweise dem vorderen Ende entgegengesetztes, hinteres Ende aufweisen.
Der Grundkörper 12 kann als eine Metallplatte ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Grundkörper 12 doppelwandig bzw. zweiwandig ausgebildet sein (vgl. 2A und 2B). Beispielsweise kann der Grundkörper 12 als ein Doppelblech ausgebildet sein. Hierbei kann der Grundkörper 12 zwei Wände aufweisen, die im Folgenden auch als erste Wand 12a und zweite Wand 12b bezeichnet werden können. Die erste und zweite Wand 12a, 12b können dabei jeweils in Form eines Metallblechs ausgebildet sein. Weiterhin kann die erste Wand 12a in Richtung der Batteriezellen 22 orientiert sein und damit auch als innere Wand bezeichnet werden. Die zweite Wand 12b kann nach außen orientiert sein und daher auch als äußere Wand bezeichnet werden. Die erste und zweite Wand 12a, 12b können über eine Fügefläche 13 miteinander verbunden sein (vgl. 2A und 2B). Die erste und zweite Wand 12a, 12b können flächig aneinander anliegen. Die erste und zweite Wand 12a, 12b können dabei miteinander verschweißt und/oder verlötet sein. Ferner ist möglich, dass die zwei Wände 12a, 12b in ihrem seitlichen Randbereich durch Klemmen miteinander verbunden sind. Hierbei kann z. B. die erste Wand 12a abschnittsweise um die zweite Wand 12b gebogen sein.
Der Grundkörper 12 dient bevorzugt zur Anlage an die mehreren Batteriezellen 22. Entsprechend kann der Grundkörper 12 (z. B. dessen Innenfläche) die vorgenannte Anlagefläche aufweisen. Bevorzugt weist die erste Wand 12a die Anlagefläche auf. Die Anlagefläche bzw. die Innenfläche kann z. B. als eine ebene (z. B. rechteckige) Fläche ausgebildet sein. Weiterhin weist der Grundkörper 12 einen ersten Grundkörperabschnitt 12.1 und einen zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 auf. Der Grundkörper 12 kann somit segmentiert sein.
Bevorzugt ist der erste Grundkörperabschnitt 12.1 zentral bezüglich des Grundkörpers 12 angeordnet. Bspw. kann der erste Grundkörperabschnitt 12.1 in einem mittleren Bereich des Grundkörpers 12 angeordnet sein. Der erste Grundkörperabschnitt 12.1 kann eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Weiterhin weist der erste Grundkörperabschnitt 12.1 einen Fluidkanal 14 zum Durchströmen mit einem Temperierfluid auf. Entsprechend kann der erste Grundkörperabschnitt 12.1 auch als Temperierabschnitt des Grundkörpers 12 bezeichnet werden. Der Fluidkanal 14 kann in den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 integriert und/oder an dem ersten Grundkörperabschnitt 12.1 angeformt und/oder befestigt sein. Bevorzugt ist der Fluidkanal allerdings zwischen der ersten und zweiten Wand 12a, 12b angeordnet (vgl. 2A und 2B). So können die erste und zweite Wand 12a, 12b vorzugsweise abschnittsweise voneinander beabstandet sein und dort einen beabstandeten Bereich einschließen, der den Fluidkanal 14 bildet. Beispielsweise kann dazu die erste Wand 12a im Wesentlichen plan ausgebildet sein und die zweite Wand 12b zumindest eine (z. B. mäanderförmige und/oder kanalförmige) Vertiefung relativ zur Fügefläche 13 aufweisen. Die Vertiefung der zweiten Wand 12b kann zusammen mit der ersten Wand 12a bzw. einem der Vertiefung gegenüberliegenden Bereich den Fluidkanal 14 bilden. Der Fluidkanal 14 kann somit durch die erste und zweite Wand 12a, 12b begrenzt werden. Der Fluidkanal 14 kann dabei beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Wie bspw. in 1A gezeigt ist, kann der Fluidkanal 14 mäanderförmig verlaufen und/oder mehrere Richtungswechsel aufweisen. Der Fluidkanal 14 kann mehrere gerade Abschnitte aufweisen, die sich im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Grundkörpers 12 erstrecken. Die mehrere geraden Abschnitte können bzgl. der Hochachse des Grundkörpers 12 versetzt zueinander (z. B. übereinander) angeordnet sein. Die mehreren geraden Abschnitte können über ein oder mehrere Kurvenabschnitte miteinander verbunden sein.
Weiterhin kann der Fluidkanal 14 einen Fluideinlass 14a aufweisen. Bevorzugt dient der Fluideinlass 14a zum Einleiten des Temperierfluids (z. B. Wasser) in den Fluidkanal 14 bzw. zum Anschluss an einen Vorlauf eines Temperierkreislaufs. Ferner kann der Fluidkanal 14 einen Fluidauslass 14b aufweisen. Der Fluidauslass 14b kann zum Ausleiten des Temperierfluids aus dem Fluidkanal 14 bzw. zum Anschluss an einen Rücklauf des Temperierkreislaufs dienen. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können dabei jeweils z. B. in Form einer Öffnung und/oder eines Stutzens ausgebildet sein. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können jeweils auf einer gleichen Seite des Grundkörpers 12 (z. B. dessen Außenseite) angeordnet. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können jeweils am oder im ersten Grundkörperabschnitt 12.1 angeordnet sein. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können jeweils in eine gleiche Richtung (z. B. nach außen) orientiert sein. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können bzgl. der Längsachse L des Grundkörpers 12 voneinander beabstandet sein. Der Fluideinlass 14a und der Fluidauslass 14b können bzgl. der Hochachse H des Grundkörpers 12 auf gleicher Höhe angeordnet sein.
Während der erste Grundkörperabschnitt 12.1 vorrangig zur Temperierung der mehreren Batteriezellen 22 dienen kann, kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 bevorzugt zur Befestigung des Grundkörpers 12 am Batteriemodul 20 dienen. Beispielsweise kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 dazu an der mindestens einen Endplatte befestigt (z. B. verschweißt) sein. Beispielsweise kann dabei das vordere Ende des Grundkörpers 12 an der ersten Endplatte und das hintere Ende des Grundkörpers 12 an der zweiten Endplatte befestigt sein. Hierbei kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 vorzugsweise nicht von einem Temperierfluid durchströmbar sein. Bevorzugt soll somit der vorgenannte Fluidkanal 14 nicht am zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 angeordnet sein und/oder der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 auch keinen weiteren bzw. sonstigen Fluidkanal aufweisen. Beispielsweise kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 aus Vollmaterial ausgebildet sein.
Ferner kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 zur Halterung des ersten Grundkörperabschnitts 12.1 dienen. Der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 können dazu zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sein. Beispielsweise können der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 über einen nachfolgend noch eingehender beschriebenen mindestens einen (z. B. stegförmigen und/oder streifenförmigen) Verbindungsbereich 18 verbunden sein. Bevorzugt sind der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 zumindest abschnittsweise integral-einstückig miteinander verbunden. Herbei kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 rahmenförmig umgeben. Beispielsweise kann der erste Grundkörperabschnitt 12.1 innerhalb des zweiten Grundkörperabschnitts 12.2 angeordnet sein. Der erste Grundkörperabschnitt 12.1 kann somit in einer von der Längsachse L und der Hochachse H des Grundkörpers 12 aufgespannten Ebene an allen Seiten vom zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 umgeben sein. Weiterhin kann der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 im Wesentlichen mehreckrahmenförmig (z. B. rechteckrahmenförmig) ausgebildet sein. Der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 kann dabei randseitig bezüglich des Grundkörpers 12 angeordnet sein. Der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 kann somit den Grundkörper 12 nach außen begrenzen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der erste Grundkörperabschnitt 12.1 und der zweite Grundkörperabschnitt 12.2 zumindest abschnittsweise mechanisch voneinander entkoppelt sind. Unter mechanischer Entkopplung des ersten und zweiten Grundkörperabschnitts 12.1 und 12.2 kann dabei bevorzugt verstanden werden, dass bei einer Belastung eines der Grundkörperabschnitte im Wesentlichen nur dieser Grundkörperabschnitt beansprucht bzw. verformt wird und der andere Grundkörperabschnitt deutlich weniger Beanspruchung bzw. Verformungen erfährt. Entsprechend kann eine Kraftübertragung zwischen dem ersten Grundkörperabschnitt 12.1 und dem zweite Grundkörperabschnitt 12.2 zumindest abschnittsweise reduziert und/oder unterbrochen sein. Bevorzugt soll so der erste Grundkörperabschnitt 12.1 somit möglichst unbeeinflusst von einer Bewegung und/oder Verformung des zweiten Grundkörperabschnitts 12.2 sein und umgekehrt. Vorzugsweise sind der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 dabei zumindest abschnittsweise derart mechanisch voneinander entkoppelt, dass bei einer Belastung des zweiten Grundkörperabschnitts 12.2 eine Übertragung der Belastung zum ersten Grundkörperabschnitt 12.1 (z. B. zum Schutz des Fluidkanal 14) zumindest abschnittsweise unterbrochen und/oder reduziert ist.
Dazu kann der Grundkörper 12 bspw. mindestens eine Aussparung 16 aufweisen, durch die der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 zumindest abschnittsweise voneinander getrennt und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sind. Die mindestens eine Aussparung 16 kann dabei bspw. schlitzförmig und/oder langlochförmig sein. Die mindestens eine Aussparung 16 kann im Wesentlichen schmal bzw. länglich sein. Beispielsweise kann die mindestens eine Aussparung 16 im Vergleich zu ihrer Längsausdehnung eine deutlich geringere Breite bzw. seitliche Ausdehnung aufweisen. Die mindestens eine Aussparung 16 kann im Wesentlichen gerade sein. Die mindestens eine Aussparung 16 kann sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse L und/oder Hochachse H des Grundkörpers 12 erstrecken.
Bevorzugt weist die mindestens eine Aussparung 16 mehrere (z. B. sechs) Aussparungen 16 auf. Die mehreren Aussparungen 16 können bspw. eine Schlitzstruktur bilden bzw. in Form einer Schlitzstruktur angeordnet sein. Die mehreren Aussparungen 16 können den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 mehrseitig (z. B. an vier Seiten) umgeben. Die mehreren Aussparungen 16 können den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 randseitig begrenzen. Die mehreren Aussparungen 16 können zumindest eine erste Aussparung 16a aufweisen (vgl. 2A und 2B). Die zumindest eine erste Aussparung 16a kann bevorzugt L-förmig ausgebildet sein. Hierbei kann sich ein Abschnitt der L-förmigen zumindest einen ersten Aussparung 16a entlang der Längsachse L erstrecken und ein weitere Abschnitt der L-förmigen zumindest einen ersten Aussparung 16a entlang der Hochachse H erstrecken. Bevorzugt ist dabei der Abschnitt, der sich entlang der Längsachse L erstreckt, länger ausgebildet als der weitere Abschnitt, der sich entlang der Hochachse H erstreckt. Die zumindest eine erste Aussparung 16a kann einen, vorzugsweise abgewinkelten, ersten Endbereich aufweisen. Beispielsweise kann der erste Endbereich der sich entlang der Hochachse H erstreckende Abschnitt der L-förmigen zumindest einen ersten Aussparung 16a sein.
Ferner können die mehreren Aussparungen 16 zumindest eine zweite Aussparung 16b aufweisen (vgl. 2A und 2B). Die zumindest eine zweite Aussparung 16b kann gerade sein und/oder sich vorzugsweise entlang der Hochachse H des Grundkörpers 12 erstrecken. Die zumindest eine zweite Aussparung 16b kann einen zweiten Endbereich aufweisen. Der zweite Endbereich der zumindest einen zweiten Aussparung 16b kann parallel und beabstandet zu dem ersten Endbereich der zumindest einen ersten Aussparung 16a angeordnet sein, vorzugsweise derart, dass zwischen dem ersten und zweiten Endbereich ein (z. B. langgestreckter) Steg ausgebildet ist.
Bevorzugt umfasst die zumindest eine erste Aussparung 16a mehreren erste Aussparungen 16a. Beispielsweise kann die zumindest eine erste Aussparung 16a vier erste Aussparungen 16a umfassen, die jeweils L-förmig ausgebildet sind und rechteckförmig angeordnet sind. Bevorzugt umfasst auch die zumindest eine zweite Aussparung 16b mehrere zweite Aussparungen 16b. Beispielsweise kann die zumindest eine zweite Aussparung 16b zwei zweite Aussparungen 16b aufweisen, die jeweils gerade sind und den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 an zwei gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede der mehreren ersten Aussparungen 16a jeweils abschnittsweise parallel zu den mehreren zweiten Aussparungen 16b verläuft und/oder abschnittsweise senkrecht zu den mehreren zweiten Aussparungen 16b verläuft.
Es ist möglich, dass die mindestens eine bzw. die mehreren Aussparungen 16 den ersten und zweiten Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 vollständig voneinander trennen. Der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 können dann bzw. über ein in der mindestens einen bzw. den mehreren Aussparungen 16 aufgenommenes elastisches Material (z. B. ein Gummimaterial) miteinander verbunden sein. Bevorzugt ist allerdings vorgehen, dass der Grundkörper 12 mindestens einen (z. B. stegförmigen und/oder streifenförmigen) Verbindungsbereich 18 aufweist, über den der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 miteinander verbunden sind. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann bspw. rechteckförmig bzw. quaderförmig ausgebildet sein. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann ein erstes Ende aufweisen, das mit dem ersten Grundkörperabschnitt 12.1 verbunden sein kann. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann ein, vorzugsweise dem ersten Ende entgegengesetztes, zweites Ende aufweisen, das mit dem zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 verbunden sein kann. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann im Wesentlichen gerade sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsbereich 18 den vorgenannten durch den ersten Endbereich der zumindest einen ersten Aussparung 16a und den zweiten Endbereich der zumindest einen zweiten Aussparung 16b ausgebildeten (langgestreckten) Steg aufweisen.
Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann ferner zumindest abschnittsweise durch die mindestens eine Aussparungen 16 begrenzt sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsbereich 18 an zumindest zwei, vorzugsweise einander entgegengesetzten Seiten durch Aussparungen 16 begrenzt sein. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann zumindest abschnittsweise durch zwei parallel zueinander verlaufende Aussparungen 16 begrenzt sein. Zudem oder alternativ kann der mindestens eine Verbindungsbereich 18 auch zumindest abschnittsweise durch zwei senkrecht zueinander orientiere Aussparungen 16 begrenzt sein. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann z. B. als Steg ausgebildet sein. Der mindestens eine Verbindungsbereich 18 kann ferner mehrere (z. B. vier oder sechs) Verbindungsbereiche 18 umfassen. Bevorzugt sind die mehreren Verbindungsbereiche 18 umfangsseitig verteilt um den ersten Grundkörperabschnitt 12.1 angeordnet. Die mehreren Verbindungsbereiche 18 können bspw. jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sein. Die mehreren Verbindungsbereiche 18 können unterschiedlich lang ausgebildet sein. So kann der Grundkörper 12 zumindest einen ersten Verbindungsbereich 18a und zumindest einen zweiten Verbindungsbereich 18b aufweisen, wobei der erste Verbindungsbereich 18a länger als der zweite Verbindungsbereich 18b ist. Entsprechend kann der zumindest eine erste Verbindungsbereich 18a auch als langer Verbindungsbereich und der zumindest eine zweite Verbindungsbereich 18b auch als kurzer Verbindungsbereich bezeichnet werden.
Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungsbereich 18 elastisch verformbar sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsbereich 18 biegbar und/oder federnd sein. Die elastische Verformbarkeit kann dabei aus der stegförmigen und/oder streifenförmigen Form des mindestens einen Verbindungsbereichs 18 resultieren. Durch die elastische Verformbarkeit des mindestens einen Verbindungsbereichs 18 kann der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 zumindest abschnittsweise relativ zueinander bewegbar sein. Beispielsweise können der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 zumindest abschnittsweise gegeneinander verschiebbar und/oder verschwenkbar sein. Bevorzugt sind der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 dabei zumindest abschnittsweise entlang der Querachse Q relativ zueinander bewegbar. Durch die vorgenannte elastische Verformbarkeit und der damit einhergehenden Bewegbarkeit des ersten und zweiten Grundkörperabschnitts 12.1, 12.2 kann eine weitestgehend mechanische Entkopplung der beiden Grundkörperabschnitt 12.1, 12.2 erreicht werden, was nachfolgend anhand einer exemplarischen Finite Element Analyse verdeutlicht werden soll.
3A und 3B zeigen jeweils beispielhaft eine infolge einer simulierten Zugbelastung (siehe Kraftpfeile 31) entlang der Längsachse L auftretende Spannungsverteilung in der dargestellten Temperiervorrichtung 10. Die Isolinien bzw. Spannungslinien 32 (nicht alle separat referenziert) verbinden dabei Orte gleicher (von Mise) Spanungswerte. Wie aus 3A ersichtlich ist, ist die Spannungsverteilung symmetrisch bezüglich der Längsachse L der Temperiervorrichtung 10. Im Bereich der langen Verbindungsbereiche 18a tritt hierbei eine Spannungskonzentration auf (siehe Detaildarstellung in 3B). Dort tritt auch die maximale Spannung auf. Demgegenüber treten im ersten Grundkörperabschnitt 12.1 kaum Spannungen auf. Entsprechend wird dieser Bereich kaum beansprucht. Wie durch die Spannungsverteilung ebenfalls ersichtlich ist, erfolgt die Kraftübertragung zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Grundkörpers 12 vorrangig außen über den zweiten Grundkörperabschnitt 12.2. Durch die mehreren Aussparungen 16 kann somit eine effektive mechanische Entkopplung des ersten und zweiten Grundkörperabschnitts 12.1, 12.2 erreicht werden, sodass im Fall der simulierten Zugbelastung im Wesentlichen der außenliegende zweite Grundkörperabschnitts 12.2 beansprucht wird und der innenliegende erste Grundkörperabschnitt 12.1 mit dem Fluidkanal wenig beansprucht und damit wenig verformt wird. Die simulierte Zugbelastung entspricht dabei dem in der Praxis relevantesten Belastungsfall, da die Temperiervorrichtung 10 infolge eines Swellings der Batteriezellen 22 durch die Kraftumlenkung aufgrund der Befestigung an den Endplatten 25 in erster Linie auf Zug belastet wird.
Hierbei sei erwähnt, dass vorstehend die mechanische Entkopplung vorrangig anhand mindestens einer bzw. mehrerer Aussparungen 16 beschrieben wurde. Es ist aber auch möglich, die mechanische Entkopplung mittels anderer Merkmale zu realisieren. Beispielsweise können der erste und zweite Grundkörperabschnitts 12.1, 12.2 zumindest abschnittsweise durch ein elastisches Material (z. B. ein Gummi und/oder Schaummaterial) voneinander beabstandet sein. Beispielsweise kann das elastisches Material in die mindestens eine Aussparungen 16 aufgenommen sein. Bevorzugt kann hierbei die mindestens eine Aussparungen 16 den ersten und zweiten Grundkörperabschnitts 12.1, 12.2 vollständig voneinander trennen. Zudem oder alternativ kann die mechanische Entkopplung zumindest abschnittsweise auch z. B. über einen faltenbalgartigen Bereich und/oder eine Materialschwächung zwischen dem ersten und zweiten Grundkörperabschnitts 12.1, 12.2 erfolgen. Entsprechend kann der Grundkörper 12 mindestens einen faltenbalgartigen Bereich aufweisen, über den der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sind. Ferner kann der Grundkörper 12 mindestens eine Materialschwächung aufweisen, über die der erste und zweite Grundkörperabschnitt 12.1 und 12.2 zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sind.
Letztlich kann die Temperiervorrichtung 10 auch eine Niederhaltelasche 19 aufweisen. Bevorzugt dient die Niederhaltelasche 19 zur Auflage auf den mehreren Batteriezellen 22. Beispielsweise kann die Niederhaltelasche 19 auf den jeweiligen Deckflächen der mehreren Batteriezellen 22 aufliegen und/oder zur Auflage auf den jeweiligen Deckflächen ausgebildet sein. Mittels der Niederhaltelasche 19 können die mehreren Batteriezellen 22 nach unten gedrückt bzw. nach unten verspannt sein. Dazu kann die Niederhaltelasche 19 an dem zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 (z. B. senkrecht von diesen abstehend) angeordnet sein. Bevorzugt ist die Niederhaltelasche 19 an einem Randbereich des zweiten Grundkörperabschnitts 12.2 angeordnet. Die Niederhaltelasche 19 kann mit dem zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 verbunden sein. Beispielsweise kann die Niederhaltelasche 19 integral-einstückig mit dem Grundkörper 12 bzw. dem zweiten Grundkörperabschnitt 12.2 verbunden sein. So kann die Niederhaltelasche 19 z. B. eine abgekanteter und/oder umgebogener Abschnitt des Grundkörpers 12 bzw. des zweiten Grundkörperabschnitts 12.2 sein. Im Fall der doppelwandigen bzw. zweiwandigen Ausführung des Grundkörpers 12 kann die Niederhaltelasche 19 bevorzugt mit der inneren bzw. ersten Wand 12a verbunden sein.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

10: Temperiervorrichtung
12: Grundkörper
12.1: Erster Grundkörperabschnitt
12.2: Zweiter Grundkörperabschnitt
12a: Erste Wand
12b: Zweite Wand
13: Fügefläche
14: Fluidkanal
14a: Fluideinlass
14b: Fluidauslass
16: Aussparung
16a: Erste Aussparung
16b: Zweite Aussparung
18: Verbindungsbereich
18a: Erster Verbindungsbereich
18b: Zweiter Verbindungsbereich
19: Niederhaltelasche
20: Batteriemodul
22: Batteriezellen
23: Kontaktpole
24: Lückenfüller
25: Endplatte
31: Kraftpfeile
32: Spannungslinie
H: Hochachse
L: Längsachse
Q: Querachse
S: Stapelrichtung

Claims

Temperiervorrichtung (10) für ein Batteriemodul (20) mit mehreren Batteriezellen (22), aufweisend: einen im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper (12) zur Anlage an die mehreren Batteriezellen (22), wobei der Grundkörper (12) aufweist: einen, vorzugsweise zentral bezüglich des Grundkörpers angeordneten, ersten Grundkörperabschnitt (12.1), der einen Fluidkanal (14) zum Durchströmen mit einem Temperierfluid aufweist; und einen, vorzugsweise den ersten Grundkörperabschnitt (12.1) rahmenförmig umgebenden, zweiten Grundkörperabschnitt (12.2); wobei der erste Grundkörperabschnitt (12.1) und der zweite Grundkörperabschnitt (12.2) zumindest abschnittsweise mechanisch voneinander entkoppelt sind, vorzugsweise derart, dass bei einer Belastung des zweiten Grundkörperabschnitts (12.2) eine Übertragung der Belastung zum ersten Grundkörperabschnitt (12.1) zumindest abschnittsweise unterbrochen und/oder reduziert ist.
Temperiervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (12) mindestens eine, vorzugsweise schlitzförmige oder langlochförmige, Aussparung (16) aufweist, durch die der erste und zweite Grundkörperabschnitt (12.1, 12.2) zumindest abschnittsweise voneinander getrennt und/oder mechanisch voneinander entkoppelt sind.
Temperiervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Aussparung (16) mehrere Aussparungen (16) umfasst, wobei die mehreren Aussparungen (16): a) den ersten Grundkörperabschnitt (12.1) mehrseitig umgeben; und/oder b) sich jeweils im Wesentlichen entlang einer Längsachse (L) und/oder Hochachse (H) des Grundkörpers (12) erstrecken; und/oder c) den ersten Grundkörperabschnitt (12.1) randseitig begrenzen; und/oder d) eine erste Aussparung (16a) und eine zweite Aussparung (16b) aufweisen, wobei die erste Aussparung (16a) einen, vorzugsweise abgewinkelten, ersten Endbereich aufweist, der parallel und beabstandet zu einem zweiten Endbereich der zweiten Aussparung (16b) angeordnet ist, derart, dass zwischen dem ersten und zweiten Endbereich ein langgestreckter Steg ausgebildet ist.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und zweite Grundkörperabschnitt (12.1, 12.2) zumindest abschnittsweise relativ zueinander bewegbar sind.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (12) mindestens einen, vorzugsweise stegförmigen und/oder streifenförmigen, Verbindungsbereich (18) aufweist, über den der erste und zweite Grundkörperabschnitt (12.1, 12.2) miteinander verbunden sind.
Temperiervorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei: a) der mindestens eine Verbindungsbereich (18) mehrere Verbindungsbereiche (18) aufweist, die vorzugsweise jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind; und/oder b) der mindestens eine Verbindungsbereich (18) elastisch und/oder plastisch verformbar ist; und/oder c) der ersten Grundkörperabschnitt (12.1) über den mindestens einen Verbindungsbereich (18) in den zweiten Grundkörperabschnitt (12.2) übergeht.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: a) der zweite Grundkörperabschnitt (12.2) den ersten Grundkörperabschnitt (12.1) rahmenförmig umgibt; und/oder b) der zweite Grundkörperabschnitt (12.2) den ersten Grundkörperabschnitt (12.1) mehrseitig, vorzugsweise vierseitig, umgibt; und/oder c) der zweite Grundkörperabschnitt (12.2) keinen Fluidkanal aufweist; und/oder d) der erste Grundkörperabschnitt (12.1) mittig am Grundkörper (12) angeordnet ist; und/oder e) der erste Grundkörperabschnitt (12.1) innerhalb des zweiten Grundkörperabschnitts (12.2) angeordnet ist.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Fluidkanal (14) mäanderförmig verläuft und/oder mehrere Richtungswechsel aufweist.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Grundkörper (12) doppelwandig ausgebildet ist, aufweisend: zwei Wände (12a, 12b), vorzugsweise Metallbleche, wobei die zwei Wände (12a, 12b) über eine Fügefläche (13) miteinander verbunden sind und abschnittsweise einen beabstandeten Bereich einschließen, der den Fluidkanal (14) bildet.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Fluidkanal (14) einen Fluideinlass (14a) und einen Fluidauslass (14b) aufweist, wobei vorzugsweise der Fluideinlass (14a) und der Fluidauslass (14b): a) jeweils auf einer gleichen Seite des Grundkörpers (12) angeordnet sind; und/oder b) jeweils in eine gleiche Richtung orientiert sind; und/oder c) jeweils am ersten Grundkörperabschnitt (12.1) angeordnet sind.
Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine Niederhaltelasche (19) zur Auflage auf den mehreren Batteriezellen (22), wobei die Niederhaltelasche (19) mit dem zweiten Grundkörperabschnitt (12.2) verbunden ist und, vorzugsweise senkrecht, vom zweiten Grundkörperabschnitt (12.2) absteht.
Batteriemodul (20) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: mehrere Batteriezellen (22), die vorzugsweise entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelt angeordnet sind; und mindestens eine Temperiervorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche zur Temperierung der mehreren Batteriezellen (22).
Batteriemodul (20) nach Anspruch 12, ferner aufweisend: mindestens eine Endplatte, die vorzugsweise an einer Mantelfläche einer der mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Temperiervorrichtung (10) an der mindestens eine Endplatte befestigt, vorzugsweise verschweißt, ist.
Batteriemodul (20) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die mindestens eine Temperiervorrichtung (10): a) seitlich an den mehreren Batteriezellen (22) angeordnet ist; und/oder b) nicht an einer Unterseite der mehreren Batteriezellen (22) angeordnet ist; und/oder c) zwei Temperiervorrichtungen (10) umfasst, die jeweils an einander entgegengesetzten Seitenflächen der mehreren Batteriezellen (22) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend eine Temperiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder ein Batteriemodul (20) nach einem der Ansprüche 12 bis 14.