DE102022123460B3 - Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) mit einem eigensteifen Batteriegehäuse (12), in dem mehrere plattenförmige Pouch-Batteriezellen (20,20`) parallel zueinander angeordnet sind, wobei zwischen zwei zueinander benachbarten Pouch-Batteriezellen (20,20`) eine plattenförmige Kühlstruktur (100) zur unmittelbaren Kühlung der Pouch-Batteriezellen (20,20`) durch eine Kühlflüssigkeit (41) angeordnet ist, wobei die in Querrichtung (Y) und senkrecht zu ihrer Plattenebene (XZ) kompressible Kühlstruktur (100) aufweist: mehrere eigensteife Rinnenkörper (30,30`) mit jeweils einer Rinnenöffnung (38), wobei die Rinnenkörper (30,30`) mit ihrer Rinnenöffnung (38) jeweils abwechselnd der einen Pouch-Batteriezelle (20) und der anderen Pouch-Batteriezelle (20`) der zueinander benachbarten zwei Pouch-Batteriezellen (20,20`) derart zugewandt sind, dass die betreffende Pouch-Batteriezelle (20,20`) unmittelbar durch eine in dem jeweiligen Rinnenkörper (30,30`) fließende Kühlflüssigkeit (41) gekühlt wird,einen elastischen Rinnenkörper-Spannmittel (50; 150), das den betreffenden Rinnenkörper (30,30`) in Querrichtung (Y) gegen die betreffende Pouch-Batteriezelle (20,20`) vorspannt und sich an der benachbarten Pouch-Batteriezelle (20', 20) abstützt, undeinen elastisch kompressiblen Abstandshalter (60) zwischen zwei benachbarten Rinnenkörpern (30,30`), durch den die beiden Rinnenkörper (30,30`) lateral beabstandet gehalten werden.Die hydraulische Kühlleistung bleibt auch bei einer durch eine Ausdehnung der Batteriezellen erzwungenen Stauchung der Kühlstruktur unverändert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeitsgekühltes Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul mit einem eigensteifen Batteriegehäuse.
  • Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodule sind sogenannte Hochvolt-Batteriemodule mit Klemmenspannungen von bis zu über 1000 V. Um sowohl beim Laden als auch beim Entladen des Traktionsbatterie-Moduls auch dauerhaft hohe elektrische Leistungen realisieren zu können, muss das Traktionsbatteriemodul eine interne Flüssigkeitskühlung aufweisen. Aus US 2011/0 189 525 A1 , EP 1 701 404 A1 , WO 2020/224 856 A1 , US 2011/0 052 960 A1 und DE 10 2020 124 376 A1 sind verschiedene Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodule mit einer internen Flüssigkeitskühlung bekannt, bei denen eine Vielzahl von plattenartigen Batteriezellen in einem eigensteifen Batteriegehäuse verbaut sind. Die interne Flüssigkeitskühlung wird durch eine plattenförmige und von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kühlstruktur realisiert, die jeweils zwischen zwei plattenförmigen Batteriezellen angeordnet ist.
  • EP 3570364 A1 zeigt eine Anordnung von zwei Wärmesenken zwischen Batteriemodulen, die durch einen Abstandshalter getrennt sind, und eine elastische Struktur, die den Kontakt zwischen Batterie und Wärmesenke sicherstellt.
  • US 11387502 B2 zeigt einen Rinnenkörper, in dessen Rinnen ein Material angeordnet ist, das sich in Abhängigkeit der Temperatur ausdehnt, welches sich an der benachbarten Batterie abstützt.
  • US 2019/0267682 A1 zeigt eine Anordnung von zwei Wärmesenken zwischen Batteriemodulen, die durch einen Abstandshalter getrennt sind, und eine elastische Struktur mit Noppen, die den Kontakt zwischen Batterie und Wärmesenke sicherstellt.
  • Als Batteriezellen werden häufig sogenannte Pouch-Batteriezellen eingesetzt, die aufgrund ihrer einfacheren Zellstruktur eine hohe elektrische Effizienz, geringe Herstellungskosten, eine hohe Lebensdauer und eine hohe innere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Allerdings weisen Pouch-Batteriezellen über ihre Lebenszeit naturgemäß einen erheblichen Volumenzuwachs auf.
  • US 10847850 B2 zeigt ein Traktionsbatteriemodul mit Rinnenkörpern, die zwischen den Pouchzellen angeordnet sind und die einen Kühlkanal bilden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul mit Pouch-Batteriezellen und einer effektiven Kühlstruktur zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul ist ein sogenanntes Hochvolt-Traktionsbatteriemodul mit einer Klemmenspannung im Hochvolt-Bereich von weit über 100 V bis zu über 1000 V. Das Traktionsbatteriemodul weist ein eigensteifes und crashfestes Batteriegehäuse auf, vorzugsweise ein Metall-Batteriegehäuse. Innerhalb des Batteriegehäuses sind mehrere plattenförmige Pouch-Batteriezellen parallel zueinander angeordnet. Unter einer Pouch-Batteriezelle ist vorliegend nicht notwendigerweise ein bestimmter physikalisch oder chemisch definierter Zellentyp zu verstehen, sondern jeder Zellentyp, der sich im Betrieb, insbesondere bei Erwärmung und/oder Alterung nennenswert ausdehnt. Zwischen zwei zueinander benachbarten Pouch-Batteriezellen ist eine plattenförmige Kühlstruktur zur aktiven und unmittelbaren Flüssigkeitskühlung der beiden angrenzenden Pouch-Batteriezellen vorgesehen. Um den Pouch-Batteriezellen Raum für ihre Ausdehnung zu geben, ist die plattenförmige Kühlstruktur in Querrichtung und senkrecht zu der Grundebene der Kühlstruktur bzw. der Grundebene der plattenförmigen Pouch-Batteriezellen kompressibel ausgebildet.
  • Die plattenförmige Kühlstruktur weist mehrere eigensteife Rinnenkörper mit jeweils einer Rinnenöffnung auf, wobei die Rinnenkörper mit ihrer Rinnenöffnung jeweils abwechselnd der einen Pouch-Batteriezelle und der anderen Pouch-Batteriezelle der beiden zueinander benachbarten Pouch-Batteriezellen derart zugewandt sind, dass die betreffende Pouch-Batteriezelle unmittelbar durch eine in dem jeweiligen Rinnenkörper fließende Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Die Kühlflüssigkeit fließt also unmittelbar auf der Oberfläche der betreffenden Pouch-Batteriezelle entlang und benetzt diese. Auf diese Weise ist ein optimaler Wärmetransport bzw. Wärmeübergang realisiert. Der Rinnenkörper ist jeweils eigensteif ausgebildet, verformt sich bei einer Ausdehnung der Pouch-Batteriezellen also nicht.
  • Durch die abwechselnd zu der einen Batteriezelle und zu der anderen Batteriezelle angeordneten Rinnenkörper wird keine vollflächige, sondern eine streifenweise unmittelbare Kühlung der betreffenden Batteriezelle realisiert. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise ein geeignetes Kühlöl sein, das elektrisch nicht leitend ist.
  • Die Kühlstruktur weist ein elastisches Rinnenkörper-Spannmittel auf, das den betreffenden eigensteifen Rinnenkörper in Querrichtung gegen die gekühlte Pouch-Batteriezelle vorspannt und sich an der anderen benachbarten Pouch-Batteriezelle abstützt. Das elastische Rinnenkörper-Spannmittel sorgt also dafür, dass der Rinnenkörper möglichst fluiddicht auf die Seitenwand bzw. Oberfläche der betreffenden Pouch-Batteriezelle gedrückt wird, so dass ein im Wesentlichen fluiddichter Kühlkanal definiert ist.
  • Zwischen zwei benachbarten Rinnenkörpern ist ein elastisch kompressibler Abstandshalter vorgesehen, durch den die beiden Rinnenkörper, von denen einer der einen Batteriezelle und der andere der anderen Batteriezelle funktional und räumlich zugeordnet ist, lateral zueinander beabstandet sind, so dass sich die Rinnenkörper nicht überlappen. Durch den lateralen Versatz der benachbarten Rinnenkörper können diese bei einer starken Ausdehnung der beiden zueinander benachbarten Batteriezellen in dieselbe Ebene verschoben werden, ohne hierbei miteinander zu kollidieren.
  • Der Abstandshalter ist kompressibel, um eine Ausdehnung der beiden zueinander benachbarten Batteriezellen auch in diesem Bereich nicht nennenswert zu behindern.
  • Grundsätzlich kann das Rinnenkörper-Spannmittel als eigenelastischer Vollkörper ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Rinnenkörper-Spannmittel aber aus einer Vielzahl einzelner eigenelastischer Federelemente gebildet, die besonders bevorzugt blattartig ausgebildet sind. Zwischen den Federelementen kann Kühlflüssigkeit fließen oder stehen. Auf diese Weise kann auf der Oberfläche einer Batteriezelle in dem Bereich zwischen zwei dieser zugeordneten Rinnenkörpern ein gewisser Wärmetransport und -ausgleich stattfinden. Die Federelemente können als Rippenkörper ausgebildet sein, und können entgegen der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit derart geneigt sein, dass die Federelemente durch die Anströmung des Kühlmittels an die betreffende Oberfläche der Batteriezelle angedrückt werden, auf der sie nur aufliegen.
  • Vorzugsweise verschließen die Rinnenkörper-Spannmittel den Raum zwischen dem Rinnenkörper und der benachbarten Pouch-Batteriezelle derart, dass sich hier kein nennenswerter Fluss der Kühlflüssigkeit ergibt.
  • Vorzugsweise ist der Abstandshalter aus einem elastisch kompressiblen Abstandshalter-Vollkörper gebildet, der die beiden unmittelbar benachbarten Rinnenkörper sowohl lateral voneinander beabstandet als auch fluidisch voneinander isoliert.
  • Vorzugsweise beträgt die Rinnentiefe in Querrichtung höchstens 80 % der Abstandshalter-Tiefe in Querrichtung. Es steht also mindestens ungefähr 50 % des Abstandes zweier zueinander benachbarter neuer Pouch-Batteriezellen für ihre beispielsweise altersbedingte Ausdehnung in Querrichtung zur Verfügung.
  • Vorzugsweise besteht der Rinnenkörper aus einem Metall. Besonders bevorzugt kann es sich hierbei um ein Stranggussprofil handeln, beispielsweise aus Aluminium.
  • Besonders bevorzugt definiert jeder Rinnenkörper jeweils zwei durch einen Mittelsteg voneinander getrennte Kühlflüssigkeits-Rinnen. Hierdurch wird eine gewisse Breite des durch den Rinnenkörper gebildeten Kühlstreifens realisiert, wobei der Rinnenkörper jedoch eine hohe strukturelle Stabilität aufweist.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Moduls, und
    • 2a und 2b jeweils einen Querschnitt II - II des Traktionsbatterie-Moduls der 1 mit nicht expandierten und expandierten Pouch-Batteriezellen.
  • In der 1 ist in einem schematischen Längsschnitt ein Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul 10 dargestellt, das ein Hochvolt-Batteriemodul mit einer Klemmenspannung von beispielsweise ca. 800 V ist. Das Traktionsbatteriemodul 10 ist vorliegend nur schematisch dargestellt, so dass in einem eigensteifen und crashsicheren Metall-Batteriegehäuse 12 vorliegend exemplarisch nur zwei plattenförmige Pouch-Batteriezellen 20,20' dargestellt sind.
  • Abhängig von der Eigenspannung einer Pouch-Batteriezelle 20,20' ist in einem Traktionsbatteriemodul 10 jedoch eine entsprechende Vielzahl an Pouch-Batteriezellen verbaut. Beispielsweise können in dem Batteriegehäuse sechs oder acht Pouch-Batteriezellen zu einem Zellenstapel zusammengefasst sein.
  • Die plattenförmigen Pouch-Batteriezellen 20,20` liegen parallel zueinander jeweils in einer Plattenebene XZ, sind identisch zueinander und können sich bei Erwärmung und durch Alterung in Querrichtung Y erheblich ausdehnen, was in der 2b dargestellt ist. Zwischen den beiden Pouch-Batteriezellen 20,20` ist eine plattenförmige Kühlstruktur 100 angeordnet, durch die jeweils eine Seitenwand 22,22` jeder Batteriezelle 20,20` streifenweise unmittelbar durch eine strömende Kühlflüssigkeit 41 gekühlt wird. Die Kühlflüssigkeit 41 ist vorliegend ein elektrisch nicht leitendes Kühlöl.
  • Das Batteriegehäuse 12 weist zwei großflächige und zueinander parallele Metall-Seitenwände 14,15 auf, die mit ihren Wandebenen parallel zu den Plattenebenen XZ der Batteriezellen 20, 20' und der plattenförmigen Kühlstruktur 100 stehen. Die in Querrichtung Y kompressible Kühlstruktur 100 besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl eigensteifer Metall-Rinnenkörper 30,30` mit jeweils zwei Rinnenöffnungen 38, einer entsprechenden Anzahl an Rinnenkörper-Spannmitteln 50; 150, wobei jedes Spannmittel 50; 150 jeweils einen Rinnenkörper 30,30' in Querrichtung an eine Seitenwand 22,22` einer Pouch-Batteriezelle 20,20' andrückt und sich an der Seitenwand 22`,22 der benachbarten Pouch-Batteriezelle 20`,20 abstützt, und mehreren elastisch kompressiblen Abstandshaltern 60, wobei ein Abstandshalter 60 jeweils zwischen zwei benachbarten Rinnenkörpern 30,30` angeordnet ist, so dass die zwei zueinander benachbarten Rinnenkörper 30,30` durch den Abstandshalter 60 lateral beabstandet gehalten werden.
  • Jeder Rinnenkörper 30,30` ist rechteckig und in der Querebene XY betrachtet M-förmig aufgebaut, und weist in der Querebene XY betrachtet einen Bodensteg 33, und senkrecht dazu zwei Seitenstege 31,32 und einen Mittelsteg 34 auf. Jeder Rinnenkörper 30,30` bildet auf diese Weise zwei zueinander parallele Kühlflüssigkeits-Rinnen 40.
  • Der Rinnenkörper 30,30' liegt derart an der jeweiligen Seitenwand 22,22` der betreffenden Batteriezelle 20,20` an, dass die Seitenwand 22,22` die beiden Rinnenöffnungen 38 der beiden Kühlflüssigkeits-Rinnen 40 fluiddicht verschließt. Die betreffende Seitenwand 22,22` wird auf diese Weise durch die Kühlflüssigkeit 41 im Bereich der Rinnenöffnungen 38 unmittelbar flüssigkeitsgekühlt.
  • Die Abstandshalter 60 sind jeweils aus einem elastisch kompressiblen Kunststoff-Abstandshalter-Vollkörper 61 gebildet.
  • Die eigenelastischen Rinnenkörper-Spannmittel 50; 150 können auf verschiedene Weise ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind die Rinnenkörper-Spannmittel 50 aus einer Vielzahl einzelner eigenelastischer und blattartiger Federelemente 51 gebildet. In einer alternativen Ausführungsform sind die Rinnenkörper-Spannmittel 150 aus rohrförmigen Spannelementen 151 gebildet. Die eigenelastischen Rinnenkörper-Spannmittel 50; 150 liegen weitgehend fluiddicht an dem Mittelsteg 34 des Rinnenkörpers 30,30`, an der Seitenwand 22,22` der angrenzenden Batteriezelle 20,20' sowie jeweils an den beiden angrenzenden Abstandshaltern 60 an, so dass keine nennenswerte Strömung der Kühlflüssigkeit in diesem Bereich möglich ist.
  • Wie in der 2b dargestellt ist, werden bei einer entsprechenden Ausdehnung der Batteriezellen 20,20` in Querrichtung Y die Rinnenkörper-Spannmittel 50; 150 und die Abstandshalter 60 in Querrichtung zusammengedrückt. Die Rinnenkörper 30,30' werden jedoch nicht deformiert, so dass der Kühlflüssigkeits-Fluss durch die Kühlflüssigkeits-Rinnen 40 stets unverändert konstant bleibt.
  • Wie in der 1 dargestellt, beträgt bei einem neuen Traktionsbatteriemodul 10 die Rinnentiefe Y40 der Kühlflüssgkeits-Rinne 40 in Querrichtung Y ca. 60 % der Abstandshaltertiefe Y50. Die Rinnenkörper-Tiefe Y30 beträgt ungefähr 40 % vom Zellenabstand bzw. von der Kühlstruktur-Tiefe Y340.
  • Der Rinnenkörper 30 kann optional eine laterale Kanalwand 39 aufweisen, die parallel zu einer Plattenebene XY liegt, und durch die ein lateraler Verbindungskanal 39' gebildet ist, um auf diese Weise einen Druckausgleich herzustellen zwischen allen Kühlflüssigkeits-Rinnen 40.

Claims (8)

  1. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) mit einem eigensteifen Batteriegehäuse (12), in dem mehrere plattenförmige Pouch-Batteriezellen (20,20`) parallel zueinander angeordnet sind, wobei zwischen zwei zueinander benachbarten Pouch-Batteriezellen (20,20`) eine plattenförmige Kühlstruktur (100) zur unmittelbaren Kühlung der Pouch-Batteriezellen (20,20`) durch eine Kühlflüssigkeit (41) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in Querrichtung (Y) und senkrecht zu ihrer Plattenebene (XZ) kompressible Kühlstruktur (100) aufweist: mehrere eigensteife Rinnenkörper (30,30`) mit jeweils einer Rinnenöffnung (38), wobei die Rinnenkörper (30,30`) mit ihrer Rinnenöffnung (38) jeweils abwechselnd der einen Pouch-Batteriezelle (20) und der anderen Pouch-Batteriezelle (20`) der zueinander benachbarten zwei Pouch-Batteriezellen (20,20`) derart zugewandt sind, dass die betreffende Pouch-Batteriezelle (20,20`) unmittelbar durch eine in dem jeweiligen Rinnenkörper (30,30`) fließende Kühlflüssigkeit (41) gekühlt wird, ein elastisches Rinnenkörper-Spannmittel (50; 150), das den betreffenden Rinnenkörper (30,30`) in Querrichtung (Y) gegen die betreffende Pouch-Batteriezelle (20,20`) vorspannt und sich an der benachbarten Pouch-Batteriezelle (20', 20) abstützt, und einen elastisch kompressiblen Abstandshalter (60) zwischen zwei benachbarten Rinnenkörpern (30,30`), durch den die beiden Rinnenkörper (30,30`) in lateraler Richtung (X) beabstandet gehalten werden.
  2. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach Anspruch 1, wobei das Rinnenkörper-Spannmittel (50; 150) aus einer Vielzahl einzelner eigenelastischer Federelemente (51; 151) gebildet ist.
  3. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach Anspruch 2, wobei die Federelemente (51) blattartig ausgebildet sind.
  4. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rinnenkörper-Spannmittel (50; 50`) den Raum zwischen dem Rinnenkörper (30,30`) und der benachbarten Pouch-Batteriezelle (20', 20) fluiddicht verschließen.
  5. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abstandshalter (60) aus einem elastisch kompressiblen Abstandshalter-Vollkörper (61) gebildet ist.
  6. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rinnentiefe (Y40) in Querrichtung (Y) höchstens 80 % der Abstandshaltertiefe (Y50) in Querrichtung (Y) beträgt.
  7. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Rinnenkörper (30,30`) aus Metall besteht.
  8. Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jeder Rinnenkörper (30,30`) jeweils zwei durch einen Mittelsteg (34) voneinander getrennte Kühlflüssigkeits-Rinnen (40) definiert.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1701404A1 (de) 2005-03-11 2006-09-13 Samsung SDI Co., Ltd. Batteriemodul
US20110052960A1 (en) 2009-09-03 2011-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Secondary battery module having cooling conduit
US20110189525A1 (en) 2010-02-02 2011-08-04 Palanchon Herve Conformal Heat Exchanger for Battery Cell Stack
US20190267682A1 (en) 2017-04-04 2019-08-29 Lg Chem, Ltd. Battery pack having crash beam structure
EP3570364A1 (de) 2017-04-06 2019-11-20 LG Chem, Ltd. Batteriepack mit wärmeleitmedium mit lamellenrippenform
WO2020224856A1 (de) 2019-05-03 2020-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von seriell in einem kühlmittelstrom angeordneten wärmequellen
US10847850B2 (en) 2014-11-17 2020-11-24 Lg Chem, Ltd. Cooling plate for secondary battery and secondary battery module including the same
DE102020124376A1 (de) 2019-10-08 2021-04-08 GM Global Technology Operations LLC Thermische barriere mit phasenwechselmaterial für eine leistungsmodul-baugruppe
US11387502B2 (en) 2018-01-31 2022-07-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery module comprising a heat transfer component and a thermal expansion material between cells

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021115657A1 (de) * 2021-06-17 2022-12-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flüssigkeitsgekühltes Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul
DE102021132608A1 (de) * 2021-12-10 2023-06-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriemodul und Batteriesystem Batteriemodul und Batteriesystem mit durch hitzebeständige Trennplatte getrennten Batteriezellen

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1701404A1 (de) 2005-03-11 2006-09-13 Samsung SDI Co., Ltd. Batteriemodul
US20110052960A1 (en) 2009-09-03 2011-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Secondary battery module having cooling conduit
US20110189525A1 (en) 2010-02-02 2011-08-04 Palanchon Herve Conformal Heat Exchanger for Battery Cell Stack
US10847850B2 (en) 2014-11-17 2020-11-24 Lg Chem, Ltd. Cooling plate for secondary battery and secondary battery module including the same
US20190267682A1 (en) 2017-04-04 2019-08-29 Lg Chem, Ltd. Battery pack having crash beam structure
EP3570364A1 (de) 2017-04-06 2019-11-20 LG Chem, Ltd. Batteriepack mit wärmeleitmedium mit lamellenrippenform
US11387502B2 (en) 2018-01-31 2022-07-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery module comprising a heat transfer component and a thermal expansion material between cells
WO2020224856A1 (de) 2019-05-03 2020-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von seriell in einem kühlmittelstrom angeordneten wärmequellen
DE102020124376A1 (de) 2019-10-08 2021-04-08 GM Global Technology Operations LLC Thermische barriere mit phasenwechselmaterial für eine leistungsmodul-baugruppe

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