DE102022127332B3

DE102022127332B3 - Abgedichtetes Kompressionspolster, seine Verwendung zwischen zwei Kühlmedium-umströmten Körpern und Batteriemodul

Info

Publication number: DE102022127332B3
Application number: DE102022127332.6A
Authority: DE
Inventors: Dominik Grass; Markus Göhring
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2042-10-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein abgedichtetes Kompressionspolster, welches ein Kompressionspolster (11, 13), das zumindest aufnahmefähig gegenüber Gasen ist, und eine an das Kompressionspolster (11, 13) in einem unverpressten Zustand formschlüssig anliegende mediendichte Hülle (12) umfasst, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c) flächig zwischen zwei von einem Kühlmedium umströmten taschenförmigen Körpern (15, 16), welche temperaturbedingt im Volumen veränderbar sind, anzuordnen ist, wobei das Kompressionspolster (11, 13) des abgedichteten Kompressionspolsters (10c) in einem verpressten Zustand ein kleineres Volumen als ein von der mediendichten Hülle (12) umschlossenes Volumen aufweist, wobei im verpressten Zustand mindestens ein Zwischenraum (14) zwischen Kompressionspolster (11, 13) und der mediendichten Hülle (12) ausgepresstes Gas aus dem Kompressionspolster (11, 13) aufweist, und wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c) dazu ausgestaltet ist, bei Anschwellen mindestens eines Körpers der zwei taschenförmigen Körper (16) sich zusammenzuziehen und dabei Gas dem mindestens einen Zwischenraum (14) zuzuführen und bei Abschwellen mindestens eines Körpers der taschenförmigen Körper (15) sich auszudehnen und dabei Gas aus dem mindestens einen Zwischenraum (14) aufzunehmen. Ferner wird die Verwendung des abgedichteten Kompressionspolsters, insbesondere in einem Batteriemodul, beansprucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein abgedichtetes Kompressionspolster, welches zwischen zwei Kühlmedium-umströmten Körpern angeordnet ist. Ferner wird eine Verwendung des abgedichteten Kompressionspolsters und ein Batteriemodul, in welchem mindestens ein abgedichtetes Kompressionspolster angeordnet ist, beansprucht.
In Batteriemodulen oder Hochvolt-HV-Batterien werden zwischen den aneinandergereihten Energiespeicherzellen sogenannte Compression-Pads bzw. Kompressionspolster verbaut. Einerseits dienen diese einem Ausgleich von fertigungsbedingten Toleranzen, anderseits zur Kompensation bei Dickenänderungen (engl. Swelling), welche bspw. in einem Betrieb durch Wärmeentwicklung bedingt sein können. Zusätzlich bringen die Kompressionspolster die notwendigen Verpresskräfte auf, um die Energiespeicherzellen innerhalb eines Batteriemoduls in Position zu halten. Umgekehrt wird das Kompressionspolster in Abhängigkeit von Ladezustand und/oder Alterung der Energiespeicherzellen mal schwächer und mal stärker verpresst.
Bei direktgekühlten Batterien strömt das Kühlmedium direkt an den Zellen und somit auch an den Kompressionspolstern entlang. Wenn die Batterie mit dem Kühlmedium befüllt wird und insbesondere während eines Betriebs, nimmt das Kompressionspolster Kühlmedium auf und gibt es entsprechend auch wieder ab, sobald es weniger stark verpresst wird.
Durch diese wiederkehrenden Vorgänge/Zustände wird von allen in der Batterie verbauten Kompressionspolstern ein bestimmtes Volumen an Kühlmedium aufgenommen und wieder abgegeben. Diese jeweiligen Volumina, die nicht aktiv zur Kühlung beitragen, müssen im Fahrzeug vorgehalten und bereitgestellt werden. Auf diese daraus folgenden Schwankungen des „Kühlmedienbedarfs“ im Fahrzeug müssen auch die Größe und der Bauraumvorhalt des Überdruckbehälters ausgelegt sein.
Die europäische Druckschrift EP 3 051 607 A1 offenbart ein aufblasbares Element, welches zwischen Energiespeicherzellen und einem Batteriegehäuse angeordnet ist. In einem Crashfall wird das aufblasbare Element mittels einer Aufblaseinheit mit einer Gaszufuhr aufgeblasen, um die Energiespeicherzellen zu schützen.
In der Druckschrift DE 10 2020 104 501 A1 weist als Luftverdränger für eine Traktionsbatterie einen Vakuumbeutel auf, welcher durch Luft expandierbaren Schaum aufblasbar ist. Dabei ist der Beutel zum Einbau evakuiert und wird im eingebauten Zustand über eine manuelle Lufteinlassstelle mit Luft geflutet, um sich auszudehnen.
Die Druckschrift DE 10 2014 206 813 A1 offenbart einen elektrischen Energiespeicher mit Energiespeicherelementen in einem Gehäuse. Ein Hohlraum zwischen den Energiespeicherelementen und dem Gehäuse ist über einen aufblasbaren, bspw. mit einem Kompressor, und anschließend gasdicht gestalteten Gassack ausfüllbar.
Die Druckschrift DE 10 2020 004 530 A1 zeigt ein Batteriemodul mit einem Modulgehäuse und mindestens zwei Zellen, wobei zwischen den mindestens zwei Zellen ein Druckausgleichselement mit einer elastischen Hülle, welche einen Hohlraum mit einem kompressiblen Medium umgibt, angeordnet ist. Das Druckausgleichselement verfügt über ein Überdruckventil, welches zumindest das kompressible Medium mit der Umgebung verbindet.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kompressionspolster zur Verfügung zu stellen, welches bei Volumenänderung eine Beeinträchtigung eines Kühlmedienhaushalts reduziert. Ferner soll eine Verwendung bereitgestellt werden, bei der ein derart gestaltetes Kompressionspolster zwischen zwei sich temperaturbedingt im Volumen ändernden Körpern angeordnet wird.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein abgedichtetes Kompressionspolster vorgeschlagen, welches ein Kompressionspolster, das zumindest aufnahmefähig gegenüber Gasen ist, und eine an das Kompressionspolster in einem unverpressten Zustand formschlüssig anliegende mediendichte Hülle umfasst. Das abgedichtete Kompressionspolster ist flächig zwischen zwei von einem Kühlmedium umströmten taschenförmigen Körpern, welche temperaturbedingt im Volumen veränderbar sind, anzuordnen. Das Kompressionspolster des abgedichteten Kompressionspolsters weist in einem verpressten Zustand ein kleineres Volumen als ein von der mediendichten Hülle umschlossenes Volumen auf. Dadurch entsteht mindestens ein Zwischenraum zwischen Kompressionspolster und mediendichter Hülle. Im verpressten Zustand weist mindestens ein Zwischenraum zwischen Kompressionspolster und der mediendichten Hülle ausgepresstes Gas aus dem Kompressionspolster auf. Das abgedichtete Kompressionspolster ist dazu ausgestaltet ist, bei Anschwellen mindestens eines Körpers der zwei taschenförmigen Körper sich zusammenzuziehen und dabei Gas dem mindestens einen Zwischenraum zuzuführen, und bei Abschwellen mindestens eines Körpers der taschenförmigen Körper sich auszudehnen und dabei Gas aus dem mindestens einen Zwischenraum aufzunehmen.
Das Kompressionspolster wird bspw. in die formschlüssig anliegende mediendichte Hülle eingepackt oder eingeschweißt. Dadurch wird vorteilhaft ausreichend vom Kompressionspolster im unverpressten Zustand aufgenommenes Gas, bspw. Luft, innerhalb der Hülle mit eingeschlossen, so dass das abgedichtete Kompressionspolster in seinen Federeigenschaften bzw. Verpresseigenschaften gegenüber einem unverhüllten Kompressionspolster nicht beeinträchtigt ist.
Durch die mediendichte Hülle wird weiter vorteilhaft verhindert, dass das Kompressionspolster Kühlmedium aufnimmt bzw. sich damit vollsaugt. Somit wird bei Volumenänderung der mit dem abgedichteten Kompressionspolster in flächigem Kontakt stehenden taschenförmigen Körper von dem erfindungsgemäßen Kompressionspolster auch kein Kühlmedium abgegeben oder aufgenommen. Bei dem Kühlmedium kann es sich bspw. um eine dielektrische Flüssigkeit handeln, welche in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf zirkuliert. Noch weiter vorteilhaft können für das Kompressionspolster auch Materialien gewählt werden, welche gegenüber dem Kühlmedium nicht resistent bzw. mit diesem unverträglich sind, da sie durch die erfindungsgemäß vorgesehene mediendichte Hülle geschützt werden. Somit steht für das reine Kompressionspolster eine größere Materialauswahl zur Verfügung.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters weist die formschlüssig anliegende Hülle des abgedichteten Kompressionspolsters im unverpressten Zustand ein gasfreies Reservoir auf. Im verpressten Zustand ist der mindestens eine Zwischenraum durch das mit aus dem Kompressionspolster ausgepresstem Gas gefüllte Reservoir gebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters ist außerhalb des flächigen Kontaktes des mindestens einen abgedichteten Kompressionspolsters zwischen den mindestens zwei taschenförmigen Körpern mindestens ein von der Hülle umschlossener Zwischenraum entfaltbar.
In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters ist der jeweilige taschenförmige Körper eine Energiespeicherzelle.
Ferner wird eine Verwendung eines abgedichteten Kompressionspolsters beansprucht, wobei ein Kompressionspolster, das zumindest aufnahmefähig gegenüber Gasen ist, in einem unverpressten Zustand mit einer formschlüssig anliegenden mediendichten Hülle umschlossen wird und damit ein abgedichtetes Kompressionspolster gebildet wird. Das abgedichtete Kompressionspolster wird flächig zwischen zwei von einem Kühlmedium umströmten taschenförmigen Körpern, welche temperaturbedingt im Volumen veränderbar sind, angeordnet. Das Kompressionspolster des abgedichteten Kompressionspolsters weist in einem verpressten Zustand ein kleineres Volumen als ein von der mediendichten Hülle umschlossenes Volumen auf. Im verpressten Zustand weist mindestens ein Zwischenraum zwischen Kompressionspolster und der mediendichten Hülle ausgepresstes Gas aus dem Kompressionspolster auf. Das abgedichtete Kompressionspolster ist dazu ausgestaltet, bei Anschwellen mindestens eines Körpers der zwei taschenförmigen Körper sich zusammenzuziehen und dabei Gas dem mindestens einen Zwischenraum zuzuführen, und bei Abschwellen mindestens eines Körpers der taschenförmigen Körper sich auszudehnen und dabei Gas aus dem mindestens einen Zwischenraum aufzunehmen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird an der formschlüssig anliegenden Hülle des abgedichteten Kompressionspolsters im unverpressten Zustand ein gasfreies Reservoir gebildet. Im verpressten Zustand des abgedichteten Kompressionspolsters wird der mindestens eine Zwischenraum durch das mit aus dem Kompressionspolster ausgepresstem Gas gefüllte Reservoir gebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird das mindestens eine abgedichtete Kompressionspolster zwischen den mindestens zwei taschenförmigen Körpern dergestalt angeordnet, dass mindestens ein von der Hülle umschlossener Zwischenraum außerhalb des flächigen Kontaktes zwischen dem mindestens einem abgedichteten Kompressionspolster und den mindestens zwei taschenförmigen Körpern entfaltbar ist.
In einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung wird der jeweilige taschenförmige Körper als eine Energiespeicherzelle gewählt. Damit wird das mindestens eine abgedichtete Kompressionspolster zwischen mindestens zwei Energiespeicherzellen angeordnet, und der von der Hülle umschlossene Zwischenraum entfaltet sich bspw. innerhalb eines Modulgehäuses eines Batteriemoduls.
Ferner wird ein Batteriemodul beansprucht, wobei das Batteriemodul ein Modulgehäuse, ein Kühlmedium, mindestens zwei Energiespeicherzellen und mindestens ein erfindungsgemäß abgedichtetes Kompressionspolster umfasst. Das mindestens eine abgedichtete Kompressionspolster ist zwischen jeweils zwei Energiespeicherzellen angeordnet.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ist ein außerhalb des flächigen Kontaktes des mindestens einen abgedichteten Kompressionspolsters zwischen den mindestens zwei taschenförmigen Körpern befindlicher räumlicher Bereich frei vom Kühlmedium. Damit ändert die den Zwischenraum umschließende und sich je nach Schwellverhalten der taschenförmigen Körper bzw. Energiespeicherzellen entfaltende Hülle nicht ein vom Kühlmedium durchströmtes Gesamtvolumen. Ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmedium kann somit vorteilhaft kleiner ausfallen oder ganz entfallen. Der frei von Kühlmedium räumliche Bereich ist bspw. durch einen leeren Raum zwischen Energiezellen/Kompressionspolstern und einer Gehäusewand des Batteriemoduls gegeben.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

1 zeigt schematisch Schnittdarstellungen zu einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters.
2 zeigt schematisch Schnittdarstellungen zu einer Hülle mit Reservoir in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters.

In 1 werden schematisch Schnittdarstellungen einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters bei verschiedenen Verpress-Zuständen 10a, 10b, 10c gezeigt. Darstellung 10a zeigt ein Kompressionspolster 11 im unverpressten Zustand ohne Hülle. Darstellung 10b zeigt das Kompressionspolster 11 im unverpressten Zustand, welches von einer mediendichten Hülle 12 umschlossen ist. Das abgedichtete Kompressionspolster ist zwischen zwei taschenförmigen Körpern 15 angeordnet, wobei sich eine jeweilige flächige Ausdehnung der taschenförmigen Körper 15 senkrecht zur Schnittebene befindet. Darstellung 10c zeigt ein abgedichtetes Kompressionspolster 13 im verpressten Zustand zwischen den zwei angeschwollenen taschenförmigen Körpern 16. Die Hülle 12 umschließt oberhalb und unterhalb des zwischen den taschenförmigen Körpern 16 angeordneten Kompressionspolsters 13 zwei Zwischenräume 14, welche mit aus dem Kompressionspolster 13 ausgepresstem Gas angefüllt sind.
2 zeigt schematisch Schnittdarstellungen zu einer Hülle mit Reservoir in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen abgedichteten Kompressionspolsters. In Darstellung 20a weist die formschlüssig anliegende Hülle 22 des abgedichteten Kompressionspolsters 22 im unverpressten Zustand ein gasfreies Reservoir 25 auf. Darstellung 20b zeigt den verpressten Zustand, wobei sich zwischen Hülle 22 und dem Kompressionspolster 23 ein mit aus dem Kompressionspolster 23 ausgepresstem Gas gefülltes Reservoir 24 gebildet hat.
Bezugszeichenliste

10a: Kompressionspolster im unverpressten Zustand ohne Hülle
10b: Abgedichtetes Kompressionspolster im unverpressten Zustand
10c: Abgedichtetes Kompressionspolster im verpressten Zustand
11: Kompressionspolster im unverpressten Zustand
12: Mediendichte Hülle
13: Kompressionspolster im verpressten Zustand
14: Zwischenraum
15: Abgeschwollener taschenförmiger Körper
16: Angeschwollener taschenförmiger Körper
20a: Abgedichtetes Kompressionspolster im unverpressten Zustand mit Reservoir
20b: Abgedichtetes Kompressionspolster im verpressten Zustand mit Reservoir
21: Kompressionspolster im unverpressten Zustand
22: Hülle mit Reservoir
23: Kompressionspolster im verpressten Zustand
24: Gasgefülltes Reservoir
25: Gasfreies Reservoir

Claims

Abgedichtetes Kompressionspolster, welches ein Kompressionspolster (11, 13, 21, 23), das zumindest aufnahmefähig gegenüber Gasen ist, und eine an das Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) in einem unverpressten Zustand formschlüssig anliegende mediendichte Hülle (12, 22) umfasst, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) geeignet ist, mit flächigem Kontakt zwischen zwei von einem Kühlmedium umströmten flächig ausgedehnten taschenförmigen Körpern (15, 16), welche temperaturbedingt im Volumen veränderbar sind, angeordnet zu werden, wobei das Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) des abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) ausgestaltet ist, in einem verpressten Zustand ein kleineres Volumen als ein von der mediendichten Hülle (12, 22) umschlossenes Volumen aufzuweisen, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) ausgestaltet ist, dass in einem verpressten Zustand des Kompressionspolsters (11, 13, 21, 23) mindestens ein Zwischenraum (14) zwischen Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) und der mediendichten Hülle (12, 22) ausgepresstes Gas aus dem Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) aufweist, und wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) dazu geeignet ist, bei Anschwellen mindestens eines Körpers der zwei taschenförmigen Körper (15, 16) verpresst zu werden und dabei Gas dem mindestens einen Zwischenraum (14) zuzuführen und bei Abschwellen mindestens eines Körpers der taschenförmigen Körper (15, 16) sich auszudehnen und dabei Gas aus dem mindestens einen Zwischenraum (14) aufzunehmen, wobei die formschlüssig anliegende Hülle (22) des abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) im unverpressten Zustand ein gasfreies Reservoir (25) aufweist, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) so ausgestaltet ist, dass in einem verpressten Zustand hervorgehend aus dem gasfreien Reservoir (25) der mindestens eine Zwischenraum (14) durch ein mit aus dem Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) ausgepresstem Gas gefülltes Reservoir (24) gebildet ist.
Abgedichtetes Kompressionspolster nach Anspruch 1 dazu ausgestaltet, sich außerhalb des flächigen Kontaktes mit den mindestens zwei taschenförmigen Körpern (15, 16) in mindestens einen von der Hülle (12) umschlossenen Zwischenraum (14) zu entfalten.
Verwendung eines abgedichteten Kompressionspolsters zwischen zwei sich temperaturbedingt im Volumen ändernden Körpern, wobei ein Kompressionspolster (11, 13, 21, 23), das zumindest aufnahmefähig gegenüber Gasen ist, in einem unverpressten Zustand mit einer formschlüssig anliegenden mediendichten Hülle (12, 22) umschlossen wird und damit ein abgedichtetes Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) gebildet wird, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) mit flächigem Kontakt zwischen zwei von einem Kühlmedium umströmten taschenförmigen Körpern (15, 16), welche temperaturbedingt im Volumen veränderbar sind, angeordnet wird, wobei das Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) des abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) in einem verpressten Zustand ein kleineres Volumen als ein von der mediendichten Hülle (12, 22) umschlossenes Volumen aufweist, wobei im verpressten Zustand mindestens ein Zwischenraum (14) zwischen Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) und der mediendichten Hülle (12, 22) ausgepresstes Gas aus dem Kompressionspolster (11, 13, 21, 23) aufweist, und wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) dazu geeignet ist, bei Anschwellen mindestens eines Körpers der zwei taschenförmigen Körper (15, 16) verpresst zu werden und dabei Gas dem mindestens einen Zwischenraum (14) zuzuführen und bei Abschwellen mindestens eines Körpers der taschenförmigen Körper (15, 16) sich auszudehnen und dabei Gas aus dem mindestens einen Zwischenraum (14) aufzunehmen, wobei an der formschlüssig anliegenden Hülle (22) des abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) im unverpressten Zustand ein gasfreies Reservoir (25) gebildet wird, wobei im verpressten Zustand des abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) hervorgehend aus dem gasfreien Reservoir (25) der mindestens eine Zwischenraum (14) durch ein mit aus dem Kompressionspolster (23) ausgepresstem Gas gefülltes Reservoir (24) gebildet wird.
Verwendung nach Anspruch 3, wobei das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) zwischen den zwei taschenförmigen Körpern (15, 16) dergestalt angeordnet wird, dass mindestens ein von der Hülle (12) umschlossener Zwischenraum (14) außerhalb des flächigen Kontaktes zwischen dem abgedichteten Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) und den zwei taschenförmigen Körpern (15, 16) entfaltbar ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der jeweilige taschenförmige Körper (15, 16) als eine Energiespeicherzelle gewählt wird und damit das abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) zwischen zwei Energiespeicherzellen angeordnet wird.
Batteriemodul, wobei das Batteriemodul ein Modulgehäuse, ein Kühlmedium, mindestens zwei Energiespeicherzellen in Form taschenförmigen Körper (15, 16) und mindestens ein abgedichtetes Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 umfasst, wobei das mindestens eine abgedichtete Kompressionspolster (10b, 10c, 20a, 20b) zwischen je zwei Energiespeicherzellen angeordnet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 6 dazu ausgestaltet, dass ein außerhalb des flächigen Kontaktes des mindestens einen abgedichteten Kompressionspolsters (10b, 10c, 20a, 20b) mit den mindestens zwei Energiespeicherzellen befindlicher räumlicher Bereich zwischen Energiespeicherzellen und einer Gehäusewand des Batteriemoduls frei vom Kühlmedium ist.