DE102022113965A1

DE102022113965A1 - Kühlkörper zur Aufnahme von Batteriezellen für ein Batteriemodul

Info

Publication number: DE102022113965A1
Application number: DE102022113965.4A
Authority: DE
Inventors: Lukas Kwoczek; Alexander Greinert; Naveen Kumar Soundararajan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (12) zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen (30) für ein Batteriemodul (10) einer Hochvolt-Batterie (120) für ein Kraftfahrzeug (100). Der Kühlkörper (12) umfasst eine erste Kühlrippe (16) und eine von der ersten Kühlrippe (18) beabstandete zweite Kühlrippe (18), wobei zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) ein Spalt (36) ausgebildet ist. Der Kühlkörper (12) umfasst ferner eine Bodenplatte (14) mit einem Kühlkanal (28) oder einer Kühlplatte (48) zur Durchströmung mit einem flüssigen Kühlmittel (44) sowie ein Ankopplungselement (46) zur Verbindung des Kühlkörpers (12) mit dem Batteriemodul (10). Eine Batteriezelle (30) ist zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) zerstörungsfrei und reversibel lösbar in dem Kühlkörper (12) angeordnet und durch diesen kühlbar.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10) für eine Hochvolt-Batterie (120) in einem Kraftfahrzeug (100) mit einem solchen Kühlkörper (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Aufnahme von Batteriezellen für ein Batteriemodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit einem solchen Kühlkörper gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Lithium-Ionen-Batterien haben in den letzten zwei Jahrzehnten für eine Vielzahl von Anwendungen in tragbaren elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops große Aufmerksamkeit erregt. Aufgrund der schnellen Marktentwicklung der Elektrofahrzeuge und der Energiespeicherung im Netz sind leistungsstarke, kostengünstige Lithium-Ionen-Batterien derzeit eine der vielversprechendsten Optionen für groß angelegte Energiespeicher.
Hochvoltbatterien zur Stromversorgung eines elektrischen Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges umfassen eine Vielzahl von Batteriezellen, welche zu Batteriemodulen vereinigt werden, um eine entsprechend hohe Leistung und Spannung zur Verfügung zu stellen. Die Batteriezellen sind vorzugsweise als prismatische Batteriezellen ausgeführt, welche zu Batteriemodulen zusammengeschaltet sind. Jede Batteriezelle enthält einen Zellstapel mit einer Vielzahl von Elektroden, welche jeweils durch einen Separator voneinander getrennt sind. Alternativ sind auch Hochvolt-Batterien bekannt, bei denen eine Vielzahl von Rundzellen zu einem Batteriemodul zusammengeschaltet ist.
Aufgrund des komplexen Aufbaus der Batteriemodule, bei dem die Batteriezellen miteinander und/oder mit einer Trägerstruktur verklebt sind, ist es nicht möglich, einzelne Batteriezellen eines Batteriemoduls auszutauschen. Wenn eine Batteriezelle während der Lebensdauer eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges ausfällt, so nimmt die Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls entsprechend ab. Unterschreitet das Batteriemodul eine bestimmte Leistungsfähigkeit, so ist der Ansatz für den Kundendienst, das komplette Batteriemodul zu tauschen. Dies ist mit extrem hohen Kosten verbunden und kann bei älteren Fahrzeugen den aktuellen Zeitwert des Kraftfahrzeuges übersteigen, sodass es oftmals nicht wirtschaftlich ist, das gesamte Batteriemodul auszutauschen.
Um die Leistungsfähigkeit und/oder die Lebensdauer solcher Batteriemodule zu verlängern sind Kühlkörper bekannt, welche mittels Luft oder einer Kühlflüssigkeit gekühlt sind und den Wärmeabtransport aus den Batteriezellen verbessern. Dadurch kann verhindert werden, dass die zulässige Maximaltemperatur einer Batteriezelle beim Laden oder bei einer Leistungsanforderung an die Batteriezelle überschritten und die Batteriezelle thermisch geschädigt wird.
Aus der US 2009/0 321 046 A1 ist ein Kühlkörper mit einer Basis und an der Basis befestigten Rippen bekannt. Ein Strömungsumlenker steht in Kontakt mit der Basis oder mindestens einer der Rippen und ist so konfiguriert, dass er einen laminaren Strömungsbereich eines Fluids stört, das neben mindestens einer der Rippen oder der Basis fließt. Solche Kühlkörper werden üblicherweise zur Vergrößerung der konvektiven Oberfläche eines elektronischen Geräts eingesetzt, um den Wärmewiderstand zwischen dem Gerät und dem Kühlmedium, z. B. Luft, zu verringern. Einige elektronische Bauteile haben eine so hohe Verlustleistung, dass ein luftgekühlter Kühlkörper nicht mehr ausreicht, um diese Geräte ausreichend zu kühlen. Eine Flüssigkeitskühlung verursacht jedoch erhebliche Kosten und reduziert die Zuverlässigkeit der Systeme und ist daher in vielen Fällen unerwünscht.
Die US 2009/0 321 045 A1 offenbart einen weiteren Kühlkörper mit einer Basis und einem Wärmeaustauschelement, das monolithisch mit einem Sockel verbunden ist. Das Wärmetauschelement hat eine Oberfläche, die zumindest teilweise erste und zweite Pfade durch das Wärmetauschelement begrenzt. Die Oberfläche des Kühlkörpers bildet eine obere Begrenzung des ersten und zweiten Pfades und eine durchgehende Öffnung, die den ersten und den zweiten Pfad verbindet.
Das chinesische Gebrauchsmuster CN 209 496 984 U beschreibt eine gerippte Kühlplatte zur Kühlung einer Batterie. Die Kühlplatte ist am Boden eines Batteriepacks eines Elektrofahrzeugs angeordnet und mit einem Batteriekastengehäuse durch eine Bolzenanordnung verbunden. Die Kühlplatte umfasst eine obere Abdeckplatte, eine Sandwichplatte, eine Bodenplatte, einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass, wobei die obere Abdeckplatte, die Sandwichplatte und die Bodenplatte durch ein Lötverfahren hermetisch verbunden sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei Batteriemodulen einen einfachen und kostengünstigen Austausch von Batteriezellen zu ermöglichen und somit die Kosten für eine Instandhaltung beziehungsweise Reparatur des Batteriemoduls zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch einen Kühlkörper zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen für ein Batteriemodul einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug gelöst. Der Kühlkörper umfasst eine erste Kühlrippe und eine von der ersten Kühlrippe beabstandete zweite Kühlrippe, wobei zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe ein Spalt ausgebildet ist. Der Kühlkörper umfasst ferner eine Bodenplatte mit einem Kühlkanal zur Durchströmung mit einen flüssigen Kühlmittel und ein Ankopplungselement zur Verbindung des Kühlkörpers mit dem Batteriemodul. In den Kühlkörper ist mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise eine Vielzahl von Batteriezellen eingesetzt, welche (jeweils) zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe zerstörungsfrei reversibel lösbar angeordnet ist/sind.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper ermöglicht den Austausch einzelner Batteriezellen eines Batteriemoduls im Rahmen einer Instandsetzung oder einer Reparatur des Batteriemoduls. Dadurch können die Kosten für die Reparatur oder Instandsetzung drastisch reduziert werden, da nicht das komplette Batteriemodul ausgetauscht werden muss, sondern lediglich die defekte(n) Batteriezelle(n).
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten zusätzlichen Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Kühlkörpers möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Batteriezelle in dem Spalt zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe kraftschlüssig, insbesondere mit einer Presspassung aufgenommen ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein entsprechend fester und stabiler Sitz der Batteriezellen in dem Kühlkörper realisiert werden. Ferner kann die Montage oder Demontage der Batteriezellen in den Kühlkörper durch einfaches Einstecken beziehungsweise Rausziehen aus den Kühlrippen erfolgen und erfordert somit kein zusätzliches Werkzeug.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass die erste Kühlrippe und die zweite Kühlrippe im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu einer Längsachse der Batteriezelle verlaufen. Dadurch kann eine besonders stabile Aufnahme der Batteriezelle erreicht werden. Unter einer Längsachse der Batteriezelle ist in diesem Zusammenhang eine Mittelachse parallel zu der längsten Seite der Batteriezelle zu verstehen. Diese längste Seite wird im Weiteren auch als Länge der Batteriezelle bezeichnet, während die Seite parallel zu den Kühlrippen als Höhe der Batteriezelle und die Ausdehnung der Batteriezellen zwischen den beiden Kühlrippen als Dicke der Batteriezelle bezeichnet wird.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Batteriezelle in dem Spalt formschlüssig aufgenommen ist. Durch eine formschlüssige Aufnahme der Batteriezelle kann der Sitz der Batteriezelle in dem Kühlkörper weiter verbessert werden. Insbesondere kann eine mechanische Belastung auf die Batteriezelle verringert werden, da die Batteriezelle nicht in eine kraftschlüssige Aufnahme gepresst werden muss.
Bevorzugt ist dabei, wenn zusätzlich zu den Kühlrippen mindestens eine Einfassung vorgesehen ist, um die Batteriezelle formschlüssig aufzunehmen. Durch eine Einfassung kann auf einfache Art und Weise ein Formschluss für die Batteriezelle realisiert werden. Darüber hinaus können durch die Einfassung zusätzliche Kontaktpunkte oder Anlageflächen für die Batteriezelle ausgebildet werden, um die formschlüssige Aufnahme der Batteriezelle zu verbessern.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Einfassung im Wesentlichen senkrecht zu den Kühlrippen und parallel zu einer Seitenwand der Batteriezelle verläuft. Dadurch kann ein von nur einer Seite offenes Gehäuse für die Batteriezelle ausgebildet werden, welches durch die Bodenplatte, die beiden Kühlrippen und die Einfassung zumindest an vier Seiten begrenzt ist. Bevorzugt ist dabei, wenn zwei Einfassungen vorgesehen sind, wobei die zweite Einfassung an den der ersten Einfassung gegenüberliegenden Enden der Kühlrippen ausgebildet ist, sodass die Batteriezelle von fünf Seiten begrenzt ist und durch die Öffnung des Gehäuses einfach in dieses eingesetzt werden kann.
In einer weiteren Verbesserung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass an mindestens einer Einfassung eine Ausnehmung ausgebildet ist. Durch eine Ausnehmung an dem Kühlkörper kann der Materialeinsatz und somit das Gewicht des Kühlkörpers reduziert werden. Dadurch kann der Kühlkörper und damit verbunden das Batteriemodul leichter ausgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass die Länge der Kühlrippen kürzer als die Länge der Batteriezelle ist. Dadurch ist eine besonders gute Zugänglichkeit zu den Batteriezellen gewährleistet. Ferner können Längentoleranzen und/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden, da die Batteriezelle stets in Längsrichtung über die Enden der Kühlrippen vorsteht. Bevorzugt deckt die Kühlrippe ca. 75 - 95% der Länge der Batteriezelle ab, um eine effiziente Kühlung und einen entsprechenden Wärmetransport von der Batteriezelle zu einem Kühlkanal, insbesondere einer Kühlplatte, zu gewährleisten.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Höhe der Kühlrippen geringer als die Höhe der Batteriezelle ist. Dadurch kann die Zugänglichkeit zu den Batteriezellen weiter verbessert werden, insbesondere ist es dadurch möglich, die Batteriezellen durch die Öffnung in dem Kühlkörper zu greifen und aus diesem herauszuziehen. Ferner können Höhentoleranzen und/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden, da die Batteriezelle stets in Höhenrichtung über die Enden der Kühlrippen vorsteht. Bevorzugt deckt die Kühlrippe ca. 75 - 95% der Höhe der Batteriezelle ab, um eine effiziente Kühlung und einen entsprechenden Wärmetransport von der Batteriezelle zu einem Kühlkanal, insbesondere einer Kühlplatte, zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass der Kühlkörper eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweist, wobei jeweils zwischen zwei Kühlrippen mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise jeweils genau eine Batteriezelle, aufgenommen ist. Dadurch ist eine besonders effiziente Kühlung der Batteriezellen möglich. Ferner sind die Batteriezellen dadurch voneinander jeweils durch eine Kühlrippe beabstandet, sodass selbst bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle die Gefahr reduziert ist, dass die benachbarte Batteriezelle ebenfalls thermisch geschädigt wird und es somit zu einer Kettenreaktion kommt.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe zwei oder mehr, vorzugsweise genau zwei, Batteriezellen aufgenommen sind. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise des Batteriemoduls möglich, da die Batteriezellen dichter zueinander angeordnet werden können und somit die Leistungsdichte pro Fläche erhöht werden kann.
In einer weiteren Verbesserung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass in den Spalt zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe eine Wärmeleitpaste eingebracht ist. Durch eine in den Spalt eingebrachte Wärmeleitpaste kann die Wärmeübertragung von einem Gehäuse der Batteriezelle auf den Kühlkörper verbessert werden. Ferner können durch die Wärmeleitpaste Unebenheiten in dem Spalt zwischen der ersten Kühlrippe und der zweiten Kühlrippe ausgeglichen werden, wodurch eine möglichst große Kontaktfläche zwischen einem Gehäuse der Batteriezelle und den Kühlrippen des Kühlkörpers realisiert werden kann. Dadurch ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von den Batteriezellen möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper aus einem Aluminiumwerkstoff oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Aluminium ist besonders geeignet, einfach und kostengünstig, insbesondere mittels eines Spritzgussprozesses die Geometrie des Kühlkörpers auszubilden. Zudem weist Aluminium gegenüber Stahl eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit aus, wodurch ein besonders effizienter Wärmeabtransport von den Batteriezellen möglich ist.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls für eine Hochvolt-Batterie in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlkörper, wobei eine Batteriezelle zwischen einer ersten Kühlrippe und einer zweiten Kühlrippe des Kühlkörpers angeordnet wird und zerstörungsfrei reversibel lösbar in dem Kühlkörper aufgenommen ist. Ein solches Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Montage eines Batteriemoduls. Insbesondere ermöglicht ein solches Verfahren, einzelne Batteriezellen des Batteriemoduls auszutauschen, ohne dass dabei das Batteriemodul beschädigt wird. Der Vorteil wird gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Batteriemodulen insbesondere dadurch erreicht, dass auf stoffschlüssige Verbindungen zwischen der Batteriezelle und dem Kühlkörper, insbesondere auf Schweiß- oder Klebeprozesse vollständig verzichtet werden kann und die Batteriezellen somit beschädigungsfrei und reversibel lösbar in den Kühlkörper eingesetzt bzw. aus diesem entnommen werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kühlkörper über ein oder mehrere Ankopplungselement(e), insbesondere über einen oder mehrere Ankerpunkt(e), besonders bevorzugt über zwei Ankerpunkte, mit dem Batteriemodul verbunden ist, wobei die Batteriezelle in den Kühlkörper eingesetzt wird und der Kühlkörper anschließend an dem Batteriemodul befestigt wird. Um die Montage des Batteriemoduls zu verbessern, sind an dem Kühlkörper ein oder mehrere Ankopplungselemente vorgesehen, mit welchen der Kühlkörper formschlüssig, kraftschlüssig oder über entsprechende Verbindungselemente mit einer Trägerstruktur des Batteriemoduls verbindbar ist. Dabei können die Batteriezellen vor dem Verbinden des Kühlkörpers mit dieser Trägerstruktur des Batteriemoduls in die Spalten zwischen den Kühlrippen eingesetzt werden, wodurch eine besonders einfache Montage ermöglicht wird.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Kühlkörper an dem Batteriemodul fixiert wird und die Batteriezelle anschließend in den Kühlkörper eingesetzt wird. Dabei wird der Kühlkörper über eine formschlüssige, stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung mit einer Trägerstruktur des Batteriemoduls, insbesondere einer Unterwanne des Batteriemoduls, verbunden. Dies ermöglicht es, dass die Batteriezellen direkt aus dem im Batteriemodul fixierten Kühlkörper entnommen bzw. in diesen eingesetzt werden können und der Kühlkörper bei einer Instandsetzung oder Reparatur des Batteriemoduls nicht erst ausgebaut werden muss, um die Batteriezellen zu entnehmen.
Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlkörper für ein Batteriemodul zur Aufnahme von prismatischen Batteriezellen;
2 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlkörper für ein Batteriemodul zur Aufnahme von prismatischen Batteriezellen;
3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Batteriemodul mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper; und
4 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Batteriemoduls mit einem solchen Kühlkörper.

1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlkörper 12 für ein Batteriemodul 10. Der Kühlkörper 12 umfasst eine Bodenplatte 14 und eine Mehrzahl von aus der Bodenplatte 14 hervorstehenden Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60. Der Kühlkörper 12 umfasst ferner mindestens einen Kühlkanal 28, insbesondere eine mit der Bodenplatte 14 verbundene Kühlplatte 48, welche von einem flüssigen Kühlmittel 44 durchströmt werden kann. Ferner sind an dem Kühlkörper 12 ein oder mehrere Ankopplungselemente 46 ausgebildet, um den Kühlkörper 12 mit einer Trägerstruktur des Batteriemoduls 10 zu verbinden. Insbesondere kann der Kühlkörper 12 einen ersten Ankerpunkt 20 an einer ersten Kühlrippe 16 und einen zweiten Ankerpunkt 22 an einem dem ersten Ankerpunkt 20 gegenüberliegenden Ende des Kühlkörpers 12 aufweisen. Zwischen den Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 sind jeweils Spalten 36 zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellen 30, insbesondere von prismatischen Batteriezellen 32, ausgebildet.
Die Kühlplatte 48 oder der Kühlkanal 28 wird auf geeignete Art und Weise mit der Bodenplatte 14 des Kühlkörpers 12 verbunden, wobei eine Wärmeleitpaste 38 auf die Kontaktstelle mit der Bodenplatte 14 aufgetragen werden kann, um den Wärmeübergang von der Bodenplatte 14 des Kühlkörpers 12 auf die Kühlplatte 48 beziehungsweise den Kühlkanal 28 zu verbessern.
In den Spalt 36 zwischen der ersten Kühlrippe 16 und der zweiten Kühlrippe 18 ist eine Batteriezelle 30 aufgenommen. In den weiteren Spalten 36 zwischen den weiteren Kühlrippen 18, 52, 54, 56, 58, 60 sind weitere Batteriezellen 30 aufgenommen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt sind. Vor dem Einsetzen der Batteriezelle 30 in den Spalt 36 kann eine Wärmeleitpaste 38 in den Spalt 36 eingebracht werden, um die Oberflächenunebenheiten an der Bodenplatte 14 sowie den Kühlrippen 16, 18 auszugleichen und eine Wärmübertragung von einem Gehäuse der Batteriezelle 30 auf die Kühlrippen 16, 18 beziehungsweise die Bodenplatte 14 zu verbessern.
Die Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 weisen eine Länge L_K, eine Höhe H_K und eine Dicke D_K auf und weisen im Wesentlichen untereinander gleiche Längen, Höhen und Dicken auf. Die Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 sind parallel zueinander und senkrecht zu der Bodenplatte 14 an dem Kühlkörper 12 ausgebildet. Die Länge L_K der Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 ist kleiner als die Länge L_Z der Batteriezelle 30. Ferner ist die Höhe H_K der Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 geringer als die Höhe H_Z der Batteriezelle 30. Die Dicke D_Z der Batteriezelle 30 ist so ausgeführt, dass sie den Spalt 36 vorzugsweise vollständig ausfüllt. Parallel zu den Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 sind diese zu mindestens 50%, vorzugsweise zu mindestens 75%, besonders bevorzugt zu mindestens 90% bedeckt, um eine gute Wärmeabfuhr vom Gehäuse der Batteriezelle 30 zu ermöglichen. Die übrigen Seitenwände 50 der Batteriezelle 30 sind in diesem Ausführungsbeispiel frei zugänglich.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlkörper 12 für ein Batteriemodul 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Der in 2 dargestellte Kühlkörper 12 weist zusätzlich zu den Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 Einfassungen 24, 26 auf, welche zusätzlich die Seitenwände 50 der Batteriezelle 30 einfassen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Länge L_K der Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 der Länge der Batteriezellen 30, 62, sodass die Batteriezellen 30, 62 formschlüssig in dem Kühlkörper 12 aufgenommen sind. Die Einfassungen 24, 26 können Ausnehmungen 40, 42 aufweisen, um das Gewicht des Kühlkörpers 12 zu reduzieren und/oder die Belüftung der Batteriezellen 30, 62 zu verbessern. Wie in 2 dargestellt, können auch zwei oder mehr, vorzugsweise genau zwei Batteriezellen 30, 62 zwischen einer ersten Kühlrippe 16 und einer zweiten Kühlrippe 18 angeordnet sein. Alternativ kann auch wie in 1 dargestellt genau eine Batteriezelle 30 zwischen der ersten Kühlrippe 16 und der zweiten Kühlrippe 18 angeordnet sein. Die Anordnung von zwei Batteriezellen 30, 62 zwischen zwei Kühlrippen 16, 18 bewirkt, dass jeweils nur eine Seite der Batteriezelle 30, 62 durch eine Kontaktfläche mit dem Kühlkörper 12 gekühlt ist. Dies reduziert zwar die maximal abführbare Wärmemenge, ermöglicht jedoch eine kompaktere Bauweise des Batteriemoduls 10, da die Batteriezellen 30 dichter zueinander angeordnet werden können.
In 3 ist ein Kraftfahrzeug 100 mit einem elektrischen Antriebsmotor 110 und einer Hochvolt-Batterie 120 dargestellt. Die Hochvolt-Batterie 120 umfasst mindestens ein Batteriemodul 10, welches in den vorhergehenden Figuren dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug kann sowohl als ein rein batterieelektrisches Kraftfahrzeug (BEV = battery electric vehicle) oder als ein Hybridfahrzeug, insbesondere als ein Plug-In-Hybrid, mit einem elektrischen Antriebsmotor 110 und einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor ausgeführt sein.
In 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Batteriemoduls 10 zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen 30 einer Hochvolt-Batterie 120 für ein Kraftfahrzeug 100 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> werden ein Kühlkanal 28 oder eine Kühlplatte 48 und ein Kühlkörper 12 mit einer Bodenplatte 14 bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt <110> wird auf eine dem Kühlkanal 28 oder der Kühlplatte 58 zugewandten Seite der Bodenplatte 14 eine Wärmleitpaste 38 aufgetragen. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf eine der Bodenplatte 14 zugewandten Seite des Kühlkanals 28 oder der Kühlplatte 48 eine solche Wärmeleitpaste 38 aufgetragen werden. In einem Verfahrensschritt <120> werden die Bodenplatte 14 und der Kühlkanal 28 oder die Kühlplatte 48 miteinander verbunden. Dies kann durch eine formschlüssige, stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung, ggf. unter Verwendung weiterer geeigneter Verbindungselemente, wie Schrauben oder Nieten, erfolgen. In einem Verfahrensschritt <130> wird Wärmeleitpaste 38 in die Spalten 36 zwischen den Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 eingebracht, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern und Oberflächenunebenheiten an der Bodenplatte 14 sowie den Kühlrippen 16, 18, 52, 54, 56, 58, 60 auszugleichen. In einem Verfahrensschritt <140> werden die Batteriezellen 30, 62 in die Spalten 36 eingesetzt, wobei die Batteriezellen 30, 62 durch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung beschädigungsfrei reversibel lösbar mit dem Kühlkörper 12 verbunden und in diesem aufgenommen werden. In einem Verfahrensschritt <150> wird schließlich der Kühlkörper 12 mit den darin aufgenommenen Batteriezellen 30, 62 an einer Struktur des Batteriemoduls 10 befestigt. Dadurch kann insbesondere die noch frei zugängliche Seite der Batteriezellen 30, 62 abgedeckt werden, sodass diese durch die Struktur des Batteriemoduls 10 den Kühlkörper 12 ummanteln und somit formschlüssig und verlustsicher aufgenommen sind.
Bezugszeichenliste

10: Batteriemodul
12: Kühlkörper
14: Bodenplatte
16: erste Kühlrippe
18: zweite Kühlrippe
20: erster Ankerpunkt
22: zweiter Ankerpunkt
24: erste Einfassung
26: zweite Einfassung
28: Kühlkanal
30: Batteriezelle
32: prismatische Batteriezelle
34: Rundzelle
36: Spalt
38: Wärmeleitpaste
40: erste Ausnehmung
42: zweite Ausnehmung
44: Kühlmittel
46: Ankopplungselement
48: Kühlplatte
50: Seitenwand der Batteriezelle
52: dritte Kühlrippe
54: vierte Kühlrippe
56: fünfte Kühlrippe
58: sechste Kühlrippe
60: siebte Kühlrippe
62: zweite Batteriezelle
100: Kraftfahrzeug
110: elektrischer Antriebsmotor
120: Hochvolt-Batterie
DK: Dicke der Kühlrippe
DZ: Dicke der Batteriezelle
HK: Höhe der Kühlrippe
HZ: Höhe der Batteriezelle
LK: Länge der Kühlrippe
LZ: Länge der Batteriezelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0321046 A1 [0006]
US 2009/0321045 A1 [0007]
CN 209496984 U [0008]

Claims

Kühlkörper (12) zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen (30) für ein Batteriemodul (10) einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend - eine erste Kühlrippe (16) und eine von der ersten Kühlrippe (18) beabstandete zweite Kühlrippe (18), wobei zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) ein Spalt (36) ausgebildet ist - eine Bodenplatte (14) mit einem Kühlkanal (28) oder einer Kühlplatte (48) zur Durchströmung mit einen flüssigen Kühlmittel (44), - ein Ankopplungselement (46) zur Verbindung des Kühlkörpers (12) mit dem Batteriemodul und - eine Batteriezelle (30), welche zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) zerstörungsfrei reversibel lösbar in dem Kühlkörper (12) angeordnet ist.
Kühlkörper (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (30) in dem Spalt (36) zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) kraftschlüssig aufgenommen ist.
Kühlkörper (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlrippe (16) und die zweite Kühlrippe (18) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Batteriezelle (30) verlaufen.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (30) in dem Spalt (36) formschlüssig aufgenommen ist.
Kühlkörper (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Kühlrippen mindestens eine Einfassung (24, 26) vorgesehen ist, um die Batteriezelle (30) formschlüssig aufzunehmen.
Kühlkörper (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung im Wesentlichen senkrecht zu den Kühlrippen (16, 18) und parallel zu einer Seitenwand (50) der Batteriezelle (30) verläuft.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_k) der Kühlrippen (16, 18) kürzer als die Länge (L_Z) der Batteriezelle (30) ist.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H_K) der Kühlrippen (16, 18) geringer als die Höhe (H_Z) der Batteriezelle (30) ist.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) eine Mehrzahl von Kühlrippen (16, 18, 52, 54, 56, 58, 60) aufweist, wobei jeweils zwischen zwei Kühlrippen (16, 18, 52, 54, 56, 58, 60) mindestens eine Batteriezelle (30) aufgenommen ist.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) zwei oder mehr Batteriezellen (30, 62) aufgenommen sind.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spalt (36) zwischen der ersten Kühlrippe (16) und der zweiten Kühlrippe (18) eine Wärmeleitpaste (38) eingebracht ist.
Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) aus einem Aluminiumwerkstoff oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10) für eine Hochvolt-Batterie (120) in einem Kraftfahrzeug (100) mit einem Kühlkörper (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Batteriezelle (30) zwischen einer ersten Kühlrippe (16) und einer zweiten Kühlrippe (18) eines Kühlkörpers (12) angeordnet wird und zerstörungsfrei reversibel lösbar in dem Kühlkörper (12) aufgenommen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) über Ankopplungselemente (46) mit dem Batteriemodul (10) verbunden ist, wobei die Batteriezelle (30) in den Kühlkörper (12) eingesetzt wird und der Kühlkörper (12) anschließend an dem Batteriemodul (10) befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) an dem Batteriemodul (10) fixiert wird und die Batteriezelle (30) anschließend in den Kühlkörper (12) eingesetzt wird.