DE102022125765A1

DE102022125765A1 - Antriebsbatterie mit einer Temperierplatte sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsbatterie

Info

Publication number: DE102022125765A1
Application number: DE102022125765.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Laasch; Matthias Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-10-06
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Batteriezellen (2), jeweils mit einer Sollbruchstelle (6) zum Ausgasen, und einer Temperierplatte (4) zum Temperieren der Batteriezellen (2), die von Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Batteriezellen (2) so auf der Temperierplatte (4) angeordnet sind, dass deren Sollbruchstellen (6) auf Material der Temperierplatte (4) weisen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsbatterie (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug, deren Batteriezellen mit einer Temperierplatte temperiert, d.h. gekühlt und/oder beheizt, werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Antriebsbatterie.
Es ist bekannt, dass Antriebsbatterien für elektrifizierte Kraftfahrzeuge zu temperieren, d.h. zu kühlen und zu beheizen sind, so dass die Batteriezellen sich im Betrieb in einem bestimmten Temperaturbereich befinden. Für diese Temperierung sind bereits verschiedene Lösungen bekannt. Beispielsweise sind aus dem Stand der Technik Temperierplatten, üblicherweise aus Metall, bekannt, auf denen die Batteriezellen stehen. Außerdem sind zwischen den Batteriezellen verlaufende Kühlbänder bekannt, die sich wellenförmig zwischen benachbarten Batteriezellenreihen erstrecken.
Da die Antriebsbatterie ein großen Kostenfaktor elektrifizierter Kraftfahrzeuge ist, bestehen Bestrebungen, die Herstellungskosten solcher Batterien inkl. deren Temperierlösungen zu senken.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstigere Temperierung der Antriebsbatterie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsbatterie gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit mehreren Batteriezellen, jeweils mit einer Sollbruchstelle zum Ausgasen, und einer Temperierplatte zum Temperieren der Batteriezellen, die von Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Batteriezellen so auf der Temperierplatte angeordnet sind, dass deren Sollbruchstellen auf Material der Temperierplatte weisen. Dem liegt die Idee zugrunde, dass im Falle des Ausgasens einer Batteriezelle, der heiße Gasstrahl auf das Material der Temperierplatte trifft und diese durchschmilzt. Dies hat den Vorteil, dass dadurch die Temperierplatte sehr einfach und kostengünstig aufgebaut sein kann. Es müssen keine Ausgasungsdurchgänge oder -kanäle in der Temperierplatte ausgebildet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Temperierplatte aus Kunststoff. Kunststoff ist ein kostengünstiger und leicht verfügbarer Werkstoff zum Bereitstellen der durchschmelzbaren Temperierplatte.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Temperierplatte eine Deckschicht und einen Boden auf, zwischen denen die Temperierplatte von Kühlmittel durchströmbar ist. Dieser Aufbau ist einfach herstellbar, beispielsweise mittels Strangpressen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Sollbruchstellen zu einem Bereich der Deckschicht, welcher frei von Sollbruchstellen in der Deckschicht ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Sollbruchstellen zu einem Bereich der Deckschicht, welcher frei von Durchgangsöffnungen durch die Deckschicht ist. Die Decksicht ist also frei von Sollbruchstellen und/oder Durchgangsöffnungen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Temperierplatte einen Boden und eine parallel dazu verlaufende Deckschicht auf, wobei senkrecht dazu verlaufende Stege den Boden und die Deckschicht verbinden. Dies ermöglicht einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau.
Insbesondere sind die Deckschicht und die Stege einstückig, insbesondere monolithisch ausgebildet.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Antriebsbatterie bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch eine räumliche Ansicht einer Antriebsbatterie 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Antriebsbatterie 1 ist in einem (nicht dargestellten) Kraftfahrzeug eingebaut, bei dem es sich um ein zumindest zeitweise rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug handelt, beispielsweise ein Elektroauto oder ein Hybridauto. Die Antriebsbatterie 1 speichert elektrische Energie und stellt diese einem Antrieb, d.h. zumindest einem Elektromotor, und weiteren Verbrauchern zur Verfügung.

Die Antriebsbatterie 1 weist ein Antriebsbatteriegehäuse auf, welches mehrere Batteriezellen 2 einhaust. Von dem Antriebsbatteriegehäuse ist nur ein Gehäuseboden 3 in 1 dargestellt. Bei den Batteriezellen 2 handelt es sich um elektrochemische Speicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie. Diese sind wiederaufladbar und insbesondere zylinderförmig (sog. Rundzellen). Die Batteriezellen 2 sind miteinander elektrisch parallel und/oder seriell verbunden.
Die Batteriezellen 2 sind auf einer Temperierplatte 4 angeordnet. Dabei soll möglichst eine gute Wärmeübertragung gewährleistet sein, damit ein guter Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen 2 und der Temperierplatte 4 gegeben ist.
Die Temperierplatte 4 dient zum Temperieren, d.h. zum Beheizen und/oder Kühlen, der Batteriezellen 2. Die Temperierplatte 4 ist von einem Kühlmittel oder Kältemittel durchströmbar, welches in bekannter Weise einen Kühlkreislauf oder Kältekreislauf durchströmt. Genauer weist die Temperierplatte 4 einen Boden 4A und eine Deckschicht 4B auf, die parallel zueinander verlaufen. Zwischen dem Boden 4A und der Deckschicht 4B verlaufen senkrecht zu diesen Stege 4C. Zwischen den Stegen 4C werden Strömungskanäle 4D ausgebildet, in denen das Kühlmittel die Temperierplatte 4 durchströmen kann. Der Boden 4A, die Deckschicht 4B und die Stege 4C sind einstückig, insbesondere monolithisch ausgebildet. Beispielsweise kann die Temperierplatte 4 zumindest abschnittsweise mittels Strangpressen hergestellt sein.
Die Batteriezellen 2 sind dabei beispielsweise so ausgerichtet, dass diese von der der Temperierplatte 4 gegenüberliegenden Seite kontaktiert werden. Das heißt, beide oder zumindest ein Pol 5 ist auf der Seite angeordnet, welche der Temperierplatte 4 gegenüberliegt. Diese Seite entspricht in der vorgesehenen Einbaulage der Antriebsbatterie 1 „oben“. Im Falle eines Pols 5 wäre das andere Potential am Batteriezellengehäuse abgreifbar. Auf der Seite der Batteriezellen 2, welche zur Temperierplatte 4 weist, sind Sollbruchstellen 6 zum Ausgasen ausgebildet. Diese Sollbruchstellen 6 sind in einem Normalbetrieb/-zustand der Batteriezellen 2 fluiddicht verschlossen und platzen beim Übersteigen eines kritischen Batteriezelleninnendrucks auf, der nur im Falle eines thermischen Ereignisses bzw. beim thermischen Durchgehen einer Batteriezelle 2 im Fehlerfall erreicht wird. Sollbruchstellen zum Ausgasen sind per se bekannt und in der Regel in Form von Berstmembranen ausgebildet. Sie platzen im Falle des thermischen Durchgehens einer Batteriezelle auf, so dass die Batteriezelle mittels dieser Sollbruchstelle ausgasen kann, d.h. Gas aus der aufgeplatzten Sollbruchstelle austreten kann. Die Bereiche, auf welche die Sollbruchstellen 6 gerichtet sind, sind frei von Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangslöchern, so dass die Gasstrahle 7 aller Batteriezellen 2 auf Material, insbesondere Kunststoffmaterial, der Temperierplatte 4 treffen würden. Insbesondere ist der Boden 4A und die Deckschicht 4B durchgehend und unterbrechungsfrei ausgebildet. Insbesondere stehen Hochachsen der Batteriezellen (im Falle von zylinderförmigen Batteriezellen die Zylinderachsen) senkrecht auf der Temperierplatte 4B, so dass die Bereiche der Temperierplatte 4, auf welche Senkrechte durch die Sollbruchstellen 6 der Batteriezellen, treffen, Material aufweisen bzw. frei von Temperierplatten-Durchgangsöffnungen oder Temperierplatten-Sollbruchstellen sind.
Da in dieser Erfindung die Sollbruchstellen 6 auf die Temperierplatte 4 gerichtet sind, welche aus Kunststoff hergestellt ist, schmilzt ein im Falle des thermischen Durchgehens einer Batteriezelle 2 entstehende heiße Gasstrahl 7 die Temperierplatte 4 durch, so dass die Batteriezelle 2 ungehindert nach unten ausgasen kann und die Temperierplatte 4 kein Strömungshindernis mehr für den Gasstrahl 7 darstellt. Nach dem Durchgang des Gasstrahls durch die Temperierplatte 4 kann der Gasstrahl 7 beispielsweise in einem Zwischenraum zwischen der Temperierplatte 4 und dem Gehäuseboden 3 seitlich weg und nach Außen geführt werden.
Für einen guten Wärmekontakt zwischen der Temperierplatte 4 und der Batteriezellen 2 ist es vorteilhaft, dass die Batteriezellen 2 direkt auf der Temperierplatte 4 stehen oder auf diese aufgeklebt sind. Es könnte auch eine Wärmeleitpaste zwischen der Temperierplatte 4 und den Batteriezellen 2 angeordnet sein. Für den Effekt des Durchschmelzens der Temperierplatte 4 mittels des Gasstrahls 7 ist es von Vorteil, dass zwischen der Sollbruchstelle 6 und dem dieser gegenüberliegenden Bereich der Temperierplatte 4 ein kleiner Abstand ausgebildet ist. Dies könnte erreicht werden, indem die Sollbruchstelle 6 gegenüber dem auf der Temperierplatte 4 aufliegenden Ende der Batteriezelle 2 zurückversetzt ist und/oder die Bereiche der Temperierplatte 4, welche den Sollbruchstellen 6 gegenüberliegen etwas zurückversetzt werden, d.h. Mulden ausgebildet werden.
Während die Erfindung detailliert in der Zeichnung und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Antriebsbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Batteriezellen (2), jeweils mit einer Sollbruchstelle (6) zum Ausgasen, und einer Temperierplatte (4) zum Temperieren der Batteriezellen (2), die von Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Batteriezellen (2) so auf der Temperierplatte (4) angeordnet sind, dass deren Sollbruchstellen (6) auf Material der Temperierplatte (4) weisen.
Antriebsbatterie (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Temperierplatte (4) aus Kunststoff ist.
Antriebsbatterie (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperierplatte eine Deckschicht (4B) und einen Boden (4D) aufweist, zwischen denen die Temperierplatte (4) von Kühlmittel durchströmbar ist.
Antriebsbatterie (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Sollbruchstellen (6) zu einem Bereich der Deckschicht (4B) weisen, welcher frei von Sollbruchstellen in der Deckschicht (4B) ist.
Antriebsbatterie (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Sollbruchstellen (6) zu einem Bereich der Deckschicht (4B) weisen, welcher frei von Durchgangsöffnungen durch die Deckschicht (4B) ist.
Antriebsbatterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierplatte (4) einen Boden (4A) und eine parallel dazu verlaufende Deckschicht (4B) aufweist, wobei senkrecht dazu verlaufende Stege (4C) den Boden (4A) und die Deckschicht (4C) verbinden.
Antriebsbatterie (1) gemäß Anspruch 6, wobei der Boden (4A), die Deckschicht (4B) und die Stege (4C) einstückig, insbesondere monolithisch ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug mit einer Antriebsbatterie (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.