DE102022128806A1 - Energiespeicher mit Kühleinrichtung zur indirekten Kühlung von Modulverbindern und Verfahren zum Kühlen von Zellgruppen eines Energiespeichers - Google Patents

Energiespeicher mit Kühleinrichtung zur indirekten Kühlung von Modulverbindern und Verfahren zum Kühlen von Zellgruppen eines Energiespeichers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (10) mit einer ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) und mit einer Kühleinrichtung (32) zur Kühlung der Zellgruppen (14, 16), wobei der Energiespeicher (10) einen Modulverbinder (30) aufweist, der einen Zellpol (28) einer ersten Batteriezelle (18) der ersten Zellgruppe (14) und einen Zellpol (28) einer zweiten Batteriezelle (20) der zweiten Zellgruppe (16) elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Kühleinrichtung (32) eine Kühlplattenanordnung (34) mit einer ersten von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühleinheit (36) aufweist, die auf einer jeweiligen ersten Seite (14a, 16a) der ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) angeordnet ist, und wobei die Kühleinrichtung (32) eine Verteileranordnung (42) aufweist, die mindestens einen mit der ersten Kühleinheit (36) fluidisch gekoppelten Zuführanschluss (44a) und mindestens einen Abführanschluss (46a) aufweist. Dabei ist der mindestens eine Zuführanschluss (44a, 44b) den über den Modulverbinder (30) verbundenen Zellpolen (28) näher gelegen als den anderen beiden nicht über den Modulverbinder (30) verbundenen Zellpolen (26) der Batteriezellen (18, 20).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher mit einer ersten und zweiten Zellgruppe und mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung zumindest der ersten und zweiten Zellgruppe. Dabei weist der Energiespeicher eine erste Energiespeicheranordnung auf, die die erste und zweite Zellgruppe umfasst, die wiederum jeweils eine erste Seite und eine der ersten Seite bezüglich einer ersten Richtung gegenüberliegende zweite Seite aufweisen. Dabei sind die erste und die zweite Zellgruppe bezüglich einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet und die erste Zellgruppe weist einen ersten Endbereich bezogen auf eine dritte Richtung auf, in dem eine erste Batteriezelle der ersten Zellgruppe angeordnet ist, die einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol aufweist, wobei der zweite Zellpol der zweiten Zellgruppe näher gelegen ist als der erste Zellpol. Weiterhin weist die zweite Zellgruppe einen zweiten Endbereich bezogen auf die dritte Richtung auf, in dem eine zweite Batteriezelle der zweiten Zellgruppe angeordnet ist, die einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol aufweist, wobei der zweite Zellpol der zweiten Batteriezelle der ersten Zellgruppe näher gelegen ist als der erste Zellpol der zweiten Batteriezelle. Dabei befindet sich der erste Endbereich bezogen auf die zweite Richtung neben dem zweiten Endbereich. Weiterhin weist die erste Energiespeicheranordnung einen Modulverbinder auf, der den zweiten Zellpol der ersten Batteriezelle und den zweiten Zellpol der zweiten Batteriezelle elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Kühleinrichtung als Teil der ersten Energiespeicheranordnung eine Kühlanordnung mit einer ersten von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühleinheit aufweist, die auf den ersten Seiten der ersten und zweiten Zellgruppe angeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung eine Verteileranordnung aufweist, die mindestens einen mit der ersten Kühleinheit fluidisch gekoppelten Zuführanschluss zur Zuführung eines Kühlmittels zur ersten Kühleinheit aufweist und mindestens einen mit der ersten Kühleinheit fluidisch gekoppelten Abführanschluss zur Abführung des der ersten Kühleinheit zugeführten Kühlmittels aus der ersten Kühleinheit.
  • Unter einer Zellgruppe kann zum Beispiel ein Batteriemodul verstanden werden. Solche Batteriemodule können nebeneinander angeordnet sein und ihre Oberseiten oder Unterseiten können mit einer plattenförmigen Kühleinrichtung gekühlt werden, die von einem Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, durchströmbar ist. Dabei wird typischerweise das Kühlmittel einer solchen Kühlplatte über mindestens einen Zuführanschluss zugeführt und über einen Abführanschluss wieder abgeführt. Dabei können auch mehrere solcher Zu- und Abführanschlüsse vorgesehen sein. Das Kühlmittel legt dabei typischerweise einen gewissen Weg vom Zuführanschluss bis zum Abführanschluss, über welchen das Kühlmittel wieder aus der Kühlplatte abgeführt wird, zurück. Dabei erwärmt sich das Kühlmittel folglich. Bei der Auslegung solcher Kühleinrichtungen besteht dabei grundsätzlich immer das Bestreben, die zu kühlenden Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen möglichst gleichmäßig und homogen zu kühlen. Dabei muss Berücksichtigung finden, dass das über einen Zuführanschluss zugeführte Kühlmittel typischerweise deutlich kühler sein kann, als das letztendlich aus dem Abführanschluss abgeführte Kühlmittel, welches sich zwischenzeitlich erwärmt hat. Je nach Verlauf der Kühlkanäle zwischen diesem Zuführanschluss und dem Abführanschluss ergeben sich also Bereiche des Energiespeichers, die eventuell mehr oder weniger stark gekühlt sind.
  • Die DE 10 2015 217 790 A1 beschreibt eine Anordnung zur Kühlung von Batteriezellen, wobei Pole von mindestens zwei Batteriezellen über mindestens einen Zellverbinder miteinander verschaltet sind. Dabei ist auf einer der Batteriezelle gegenüberliegenden Seite des mindestens einen Zellverbinders eine Kühlvorrichtung in thermisch leitender Verbindung und elektrisch isolierender Verbindung zu dem mindestens einen Zellverbinder angeordnet.
  • Weiterhin beschreibt die DE 10 2013 015 422 A1 eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Batteriezellen mit einem Wärmetauscherelement zur thermischen Verbindung mit einer Batteriezelle zum Leiten von Wärme von der Batteriezelle an eine Umgebung. Zudem umfasst die Kühlvorrichtung eine von dem Wärmetauscherelement getrennt angeordnete Kühlmediumszuführeinrichtung zum Zuführen eines Kühlmediums zu dem Wärmetauscherelement. Das Wärmetauscherelement ist dabei über einen Anschlusspol der Batteriezelle mit dieser verbunden. Weiterhin ist das Wärmetauscherelement mit einem Zellverbinder gebildet und kann Rippen und/oder Fahnen aufweisen. Als Kühlmedium wird weiterhin ein nicht leitendes und chemisch inertes Kühlmedium verwendet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, auf möglichst einfache Weise eine möglichst homogene Kühlung von Zellgruppen bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Energiespeicher und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher umfasst eine erste und eine zweite Zellgruppe und eine Kühleinrichtung zur Kühlung zumindest der ersten und zweiten Zellgruppe. Dabei weist der Energiespeicher eine erste Energiespeicheranordnung auf, die die erste und zweite Zellgruppe umfasst, die wiederum jeweils eine erste Seite und eine der ersten Seite bezüglich einer ersten Richtung gegenüberliegende zweite Seite aufweisen. Dabei sind die erste und die zweite Zellgruppe bezüglich einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet und die erste Zellgruppe weist einen ersten Endbereich bezogen auf eine dritte Richtung auf, in dem eine erste Batteriezelle der ersten Zellgruppe angeordnet ist, die einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol aufweist, wobei der zweite Zellpol der zweiten Zellgruppe näher gelegen ist als der erste Zellpol. Weiterhin weist die zweite Zellgruppe einen zweiten Endbereich bezogen auf die dritte Richtung auf, in dem eine zweite Batteriezelle der zweiten Zellgruppe angeordnet ist, die einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol aufweist, wobei der zweite Zellpol der zweiten Batteriezelle der ersten Zellgruppe näher gelegen ist als der erste Zellpol der zweiten Batteriezelle. Dabei befindet sich der erste Endbereich bezogen auf die zweite Richtung neben dem zweiten Endbereich. Weiterhin weist die erste Energiespeicheranordnung einen Modulverbinder auf, der den zweiten Zellpol der ersten Batteriezelle und den zweiten Zellpol der zweiten Batteriezelle elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Kühleinrichtung als Teil der ersten Energiespeicheranordnung eine Kühlanordnung mit einer ersten von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühleinheit aufweist, die auf den ersten Seiten der ersten und zweiten Zellgruppe angeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung eine Verteileranordnung aufweist, die mindestens einen mit der ersten Kühleinheit fluidisch gekoppelten Zuführanschluss zur Zuführung eines Kühlmittels zur ersten Kühleinheit aufweist und mindestens einen mit der ersten Kühleinheit fluidisch gekoppelten Abführanschluss zur Abführung des der ersten Kühleinheit zugeführten Kühlmittels aus der ersten Kühleinheit. Dabei weist nun die erste Kühleinheit einen ersten Kühlbereich auf, der der ersten Zellgruppe zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung in einen vom Kühlmittel durchströmbaren ersten Teilbereich und einen vom Kühlmittel durchströmbaren zweiten Teilbereich gegliedert ist. Zudem umfasst die erste Kühleinheit einen dritten Kühlbereich, der der zweiten Zellgruppe zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung in einen vom Kühlmittel durchströmbaren ersten Teilbereich und einen vom Kühlmittel durchströmbaren zweiten Teilbereich gegliedert ist, wobei die beiden zweiten Teilbereiche bezogen auf die zweite Richtung zwischen den beiden ersten Teilbereichen angeordnet sind und mit dem mindestens einen Zuführanschluss gekoppelt sind, und die beiden ersten Teilbereiche mit dem mindestens einen Abführanschluss gekoppelt sind, sodass die zweiten Teilbereiche bezüglich einer bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss gelegen sind als die ersten Teilbereiche.
  • Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass gerade im Bereich von Modulverbindern sehr viel Abwärme entsteht. Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine direkte Kühlung eines solchen Modulverbinders, zum Beispiel über eine eigens dafür vorgesehene Kühleinrichtung, ineffizient ist, da ein solcher stromführender Modulverbinder entsprechend von einer solchen Kühleinrichtung isoliert sein müsste, was die Effizienz des Wärmeübertrags vom Modulverbinder an eine solche Kühleinrichtung extrem mindert. Die im Modulverbinder entstehende Wärme würde daher nicht oder nur geringfügig an die Kühlung übertragen werden sondern vielmehr über die Zellpole in die Batteriezellen eingetragen werden. Durch die Verwendung von nicht leitenden oder chemisch inerten Kühlmedien vermindert sich die Kühleffizienz ebenfalls und/oder die Kühlung gestaltet sich extrem teuer. Weiterhin nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass es durch eine geschickte Positionierung der Zu- und Abführanschlüsse der ersten Kühleinheit, die zur Kühlung der beiden Zellgruppen auf deren ersten Seiten angeordnet ist, möglich ist, den verstärkten Wärmeeintrag in die Zellen durch den Modulverbinder zumindest zum Teil zu kompensieren. Wie eingangs beschrieben, ist ein dem Zuführanschluss zugeführtes Kühlmittel, bevor dieses also die erste Kühleinheit durchlaufen hat, deutlich kühler, als nach Durchlaufen der Kühleinheit und bei dessen Abfuhr über den Abführanschluss. Durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Energiespeichers ist nunmehr der Zu- und Abführanschluss so positioniert, dass gerade durch die beschriebene Kühlplattenanordnung die zweiten Pole der ersten und zweiten Batteriezelle in den beiden Endbereichen der Zellgruppen stärker gekühlt werden können, als die jeweiligen beiden ersten Pole dieser beiden Batteriezellen. Da nunmehr gerade die zweiten Pole über den Modulverbinder miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wird der beschriebene Effekt der verstärkten Kühlung der zweiten Pole zumindest zum Teil durch den erhöhten Wärmeeintrag durch den Modulverbinder kompensiert beziehungsweise umgekehrt, der verstärkte Wärmeeintrag in die zweiten Pole, bedingt durch den Modulverbinder, kann zumindest zum Teil durch die verstärkte Kühlung dieser beiden zweiten Pole gegenüber den ersten Polen kompensiert werden. Dies trägt vorteilhafterweise dazu bei, dass über die Batteriezellen hinweg eine deutlich homogenere Temperaturverteilung eingestellt werden kann. Inhomogenitäten in der Kühlleistungsverteilung können somit vorteilhafterweise genutzt werden, um Inhomogenitäten des Wärmeeintrags in die Zellen bedingt durch vorhandene Modulverbinder zumindest teilweise auszugleichen. Damit können Modulverbinder vorteilhafterweise thermodynamisch in das Kühlkonzept integriert werden, um insgesamt eine homogenere Kühlung der Zellen erreichen zu können.
  • Dass der Modulverbinder den zweiten Zellpol der ersten Batteriezelle und den zweiten Zellpol der zweiten Batteriezelle elektrisch leitend miteinander verbindet, ist dabei so zu verstehen, dass in dieser elektrisch leitenden Verbindung keine weitere Batteriezelle angeordnet bzw. zwischengeschaltet ist. Eine jeweilige Zellgruppe umfasst dabei mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise jedoch mehrere Batteriezellen. Diese können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, zum Beispiel als Rundzellen, Pouchzellen oder prismatische Zellen. Bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist jedoch eine Ausbildung als prismatische Zellen oder Pouchzellen. Darüber hinaus können die Batteriezellen zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann als Batterie ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Energiespeicher als Hochvolt-Energiespeicher, insbesondere als Hochvoltbatterie, ausgebildet. Eine Zellgruppe kann dabei mehrere Batteriezellen umfassen, die in eine Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind. Diese Stapelrichtung korrespondiert dabei zur zuvor genannten dritten Richtung. Im Übrigen können die oben genannten ersten, zweiten und dritten Richtungen zueinander senkrecht sein, das heißt die erste Richtung ist senkrecht zur zweiten und dritten Richtung und die zweite Richtung ist ebenfalls senkrecht zur dritten Richtung. Die erste Richtung entspricht bevorzugt einer Fahrzeughochrichtung bezogen auf eine bestimmungsgemäße Einbaulage des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug. Die erste Kühleinheit kann zum Beispiel eine oberseitige oder unterseitige Kühlplatte darstellen. Ist die erste Kühleinheit beispielsweise als obere Kühlplatte ausgebildet, so kann diese zum Beispiel durch einen Gehäusedeckel eines Batteriegehäuses des Energiespeichers bereitgestellt sein, in welchem die Zellgruppen angeordnet sind. Ist die Kühleinheit zum Beispiel als untere Kühlplatte ausgebildet, so kann diese zum Beispiel durch einen Boden eines solchen Batteriegehäuses bereitgestellt sein. Die erste Kühleinheit kann aber auch als separates Bauteil bereitgestellt sein, das heißt also separat von einem Gehäuseboden und/oder Gehäusedeckel ausgebildet sein. Weiterhin kann die erste Kühleinheit so ausgebildet sein, dass sie alle von der ersten und zweiten Zellgruppe des Energiespeichers, und eventuell die Zellen von optionalen weiteren vom Energiespeicher umfassten Zellgruppen gleichzeitig überdeckt. Entsprechend können die Zellen der ersten und zweiten Zellgruppe alle in einer Ebene angeordnet sein. Die Kühleinheit verläuft also nicht zwischen den Zellen oder zwischen Zellreihen. Die erste Kühleinheit, und insbesondere auch die später noch näher beschriebene zweite Kühleinheit, kann entsprechend im Wesentlichen eben ausgebildet sein, zum Beispiel als Kühlplatte, wobei die Kühlkanäle geringfügige Erhebungen gegenüber dieser Ebene darstellen können. Die den Zellen zugewandte Seite der ersten Kühleinheit ist vorzugsweise flach beziehungsweise eben und ohne Erhebungen ausgebildet. Dies vereinfacht die thermische Anbindung an die Batteriezellen.
  • Die erste und zweite Zellgruppe kann wie beschrieben ein Batteriemodul definieren. Der Energiespeicher kann dabei nicht nur zwei solcher Batteriemodule aufweisen, sondern beispielsweise auch mehr als zwei Batteriemodule, zum Beispiel drei oder vier Batteriemodule. Diese sind dann entsprechend derart zueinander angeordnet, dass ihre jeweiligen Stapelrichtungen zueinander parallel verlaufen, insbesondere in die oben definierte dritte Richtung, und die Batteriemodule selbst können in Bezug auf die zweite Richtung alle nebeneinander angeordnet sein. Optional können auch mehrere Batteriemodule in der dritten Richtung nebeneinander angeordnet sein, bevorzugt jedoch nicht in der ersten Richtung. Damit kann vorteilhafterweise für mehrere Batteriemodule eine gemeinsame erste Kühleinheit zum Kühlen dieser Batteriemodule genutzt werden. Die erste Kühleinheit kann also beispielsweise einen gemeinsamen Gehäusedeckel oder einen gemeinsamen Gehäuseboden für die mehreren Batteriemodule bereitstellen. Dadurch kann enorm viel Bauraum gespart werden und die Ausbildung der Kühleinrichtung vereinfacht sich stark. Weiterhin können die beiden Zellpole einer jeweiligen Batteriezelle grundsätzlich auf jeder beliebigen Seite einer solchen Batteriezelle angeordnet sein, vorzugsweise jedoch nicht auf den Seiten der Batteriezellen, die diese in beziehungsweise entgegen der dritten Richtung begrenzen. Weiterhin können die Zellpole an einer gleichen Seite einer jeweiligen Batteriezelle angeordnet sein, zum Beispiel der erste und zweite Zellpol auf der gleichen Seite der ersten Batteriezelle beziehungsweise der zweiten Batteriezelle, oder auch auf unterschiedlichen Seiten. Bevorzugt ist es dabei, dass die beiden Zellpole einer jeweiligen Batteriezelle einer Zellgruppe auch bezüglich der zweiten Richtung auf sich gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle angeordnet sind. Der zweite Zellpol der ersten Batteriezelle ist damit dem zweiten Zellpol der zweiten Batteriezelle zugewandt, während die beiden ersten Zellpole der ersten und zweiten Batteriezelle zueinander abgewandt an den jeweiligen Zellseiten angeordnet sind. Die beiden zweiten Zellpole, die über den Modulverbinder elektrisch leitend miteinander verbunden sind, sind dabei bevorzugt gegenpolig ausgestaltet, das heißt einer von ihnen ist als Pluspol, der andere als Minuspol ausgebildet. Hierdurch können die beiden Zellgruppen durch den Modulverbinder in Serie geschaltet werden. Eine Zellgruppe beziehungsweise ein Zellmodul kann zum Beispiel dadurch definiert sein, dass von einem Zellmodul alle in der dritten Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen umfasst sind. Es kann auch so definiert sein, dass die einem gleichen Zellmodul beziehungsweise einer gleichen Zellgruppe zugeordneten Batteriezellen durch eine gemeinsame Spanneinrichtung, zum Beispiel ein Modulgehäuse oder einen Spannrahmen, miteinander verspannt sind. Unter einem Modulverbinder ist dabei ein elektrisch leitendes Element zu verstehen, mittels welchem zwei verschiedene Batteriemodule, vorliegend die beiden Zellgruppen, elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei ist ein solcher Modulverbinder von einem Zellverbinder zu unterscheiden, mittels welchem die einzelnen Batteriezellen eines gleichen Batteriemoduls beziehungsweise einer gleichen Zellgruppe untereinander miteinander elektrisch leitend verbunden und elektrisch verschalten sind. Die Zellpole können auch als Zellpolabgriffe oder Terminals bezeichnet werden.
  • Die Zellpole sind wie beschrieben bevorzugt nicht oben oder unten an der betreffenden Zelle angeordnet, was eine ober- und/oder unterseitige Anordnung einer jeweiligen Kühleinheit deutlich vereinfacht. Hierdurch ist vor allem auch eine beidseitige Kühlung der jeweiligen Zellgruppen möglich, wie später näher erläutert. Dass die beiden zweiten Teilbereiche in der bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss gelegen sind als die beiden ersten Teilbereiche bezieht sich dabei auf die bestimmungsgemäße Strömungsrichtung, die vom mindestens einen Zuführanschluss zum mindestens einen Abführanschluss entlang der von den jeweiligen Teilbereichen bereitgestellten Kühlkanälen beziehungsweise Kühlkanalabschnitten verläuft. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Kühleinrichtung, wenn das Kühlmittel bestimmungsgemäß der ersten Kühleinheit zu und abgeführt wird, sind zum Beispiel die ersten Teilbereiche stromabwärts der zweiten Teilbereiche angeordnet. Mit anderen Worten wird im bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiespeichers, insbesondere dessen Kühleinrichtung, das Kühlmittel über den Zuführanschluss zunächst den zweiten Teilbereichen zugeführt und dieses gelangt erst nach Durchlaufen der jeweiligen zweiten Teilbereiche in die ersten Teilbereiche und verlässt diese wieder über den mindestens einen Abführanschluss. Die Bezeichnungen „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ beziehen sich also im Allgemeinen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels im bestimmungsgemäßen Betrieb der Kühleinrichtung des Energiespeichers. Die beiden Teilbereiche können dabei unmittelbar mit dem mindestens einen Zuführanschluss gekoppelt sein, das heißt direkt an diesen angeschlossen sein. Dabei kann die Verteileranordnung auch mehrere Zuführanschlüsse aufweisen, wobei die beiden zweiten Teilbereiche jeweils mit einem dieser mehreren Zuführanschlüsse gekoppelt beziehungsweise direkt an diesen angeschlossen sein können. Die beiden ersten Teilbereiche sind dagegen nicht direkt mit dem Zuführanschluss der Verteileranordnung verbunden, sondern lediglich mittelbar beziehungsweise indirekt über die zweiten Teilbereiche der Kühlplattenanordnung. Dagegen ist es bevorzugt, dass die beiden ersten Teilbereiche direkt und unmittelbar mit dem mindestens einen Abführanschluss gekoppelt sind beziehungsweise an diesen angeschlossen sind. Auch hierbei ist es wiederum denkbar, dass die Verteileranordnung mehrere solcher separaten Abführanschlüsse aufweist und die beiden ersten Teilbereiche jeweils mit einem solchen Abführanschluss gekoppelt sind und direkt an diese angeschlossen sind. Es ist aber auch denkbar, dass die beiden ersten Teilbereiche an einen gemeinsamen Abführanschluss angeschlossen sind und/oder die beiden zweiten Teilbereiche an einen gemeinsamen Zuführanschluss angeschlossen sind. Dabei ist die Kühleinrichtung wie beschrieben so ausgestaltet, dass, wenn über den mindestens einen Zuführanschluss der Kühlplattenanordnung ein Kühlmittel zugeführt wird, dieses zuerst in die beiden zweiten Teilbereiche eintritt und diese durchströmt, bevor diese in die jeweiligen beiden ersten Teilbereiche eintritt und diese durchströmt und wieder aus diesen durch den mindestens einen Abführanschluss abgeführt wird.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, die Batteriezellen mittels der Kühleinrichtung zu beheizen anstatt zu kühlen. Im Allgemeinen kann die Kühleinrichtung dazu genutzt werden, die Batteriezellen zu temperieren. Wenn also im Folgenden die Kühleinrichtung weiterhin primär im Hinblick auf ihre Kühlfunktion beschrieben wird, so lassen sich die zuvor beschriebenen und nachfolgend noch näher beschriebenen Ausführungsformen analog auch auf eine durch die Kühleinrichtung ausführbare Heizfunktion übertragen.
  • Beim Kühlmittel kann es sich zum Beispiel um Wasser oder ein wasserbasiertes Kühlmittel, zum Beispiel Wasser mit Glykol und/oder anderen Zusätzen zum Zwecke zum Beispiel des Frostschutzes, oder ähnliches handeln. Grundsätzlich sind aber auch andere Kühlmittel denkbar, im Allgemeinen flüssige oder auch gasförmige Kühlmittel, wobei ein flüssiges Kühlmittel aufgrund seiner effizienteren Kühlwirkung bevorzugt ist.
  • Die erste Batteriezelle stellt dabei eine Randzelle der ersten Zellgruppe dar und die zweite Batteriezelle eine Randzelle der zweiten Zellgruppe. Die erste und zweite Batteriezelle sind also die jeweils ersten oder letzten Batteriezellen der Zellgruppe bezogen auf die dritte Richtung.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlplattenanordnung eine von einem Kühlmittel durchströmbare zweite Kühleinheit auf, die auf den zweiten Seiten der ersten und zweiten Zellgruppe angeordnet ist. Damit können in vorteilhafter Weise auch die zweiten Seiten der jeweiligen Zellgruppen gekühlt werden. Im Allgemeinen kann die zweite Kühleinheit wie zur ersten Kühleinheit beschrieben ausgebildet sein, insbesondere was ihre strukturellen Merkmale und Beschaffenheiten betrifft. Auch die zweite Kühleinheit kann also als Kühlplatte ausgebildet sein, insbesondere als obere oder untere Kühlplatte bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage in einem Kraftfahrzeug. Auch diese kann also entweder als Gehäusedeckel oder Gehäuseboden oder separates Bauteil bereitgestellt sein. Ebenso kann die zweite Kühleinheit Kühlkanäle aufweisen, die von einem Kühlmittel durchströmbar sind. Die den Zellgruppen zugewandte Seite der zweiten Kühleinheit ist ebenfalls bevorzugt eben ausgestaltet, was die thermische Anbindung an die Zellen vereinfacht. Die den Zellen abgewandte Seite der zweiten Kühleinheit kann zum Teil mit hervorstehenden Kanalwandungen der Kühlkanäle ausgebildet sein. Somit kann vorteilhafterweise eine beidseitige Kühlung der beiden Zellgruppen bereitgestellt werden.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Kühleinheit einen zweiten Kühlbereich auf, der der ersten Zellgruppe zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung in einen vom Kühlmittel durchströmbaren dritten Teilbereich und einen vom Kühlmittel durchströmbaren vierten Teilbereich gegliedert ist, wobei der erste Teilbereich des ersten Kühlbereichs bezüglich der ersten Richtung dem dritten Teilbereich gegenüberliegt und der zweite Teilbereich des ersten Kühlbereichs bezüglich der ersten Richtung dem vierten Teilbereich gegenüberliegt, wobei der zweite und dritte Teilbereich mit dem mindestens einen Zuführanschluss gekoppelt sind und der erste und vierte Teilbereich mit dem mindestens einen Abführanschluss gekoppelt sind, sodass der zweite und dritte Teilbereich in Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss gelegen sind als der erste und vierte Teilbereich. Bezogen auf den ersten Kühlbereich liegen sich also der erste Teilbereich und der dritte Teilbereich in Bezug auf die erste Richtung gegenüber, sowie auch der zweite Teilbereich und der vierte Teilbereich. Mit anderen Worten sind der erste Teilbereich und der vierte Teilbereich diagonal zueinander angeordnet, sowie auch der zweite Teilbereich und der dritte Teilbereich. Der zweite und der dritte Teilbereich sind mit dem Zuführanschluss direkt verbunden, oder optional auch mit mehreren verschiedenen Zuführanschlüssen, die durch die Verteileranordnung bereitgestellt werden, während der erste und vierte Teilbereich dagegen direkt mit dem Abführanschluss oder mehreren durch die Verteileranordnung bereitgestellten separaten Abführanschlüssen verbunden sind. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Art Kreuzdurchströmung erreicht werden. Dies führt zu einer weiteren Homogenisierung der Temperaturverteilung innerhalb der Zellen. Es sind also nicht die beiden bezüglich der ersten Richtung direkt gegenüberliegenden Teilbereiche der ersten und zweiten Kühleinheit mit dem Zuführanschluss beziehungsweise dem Abführanschluss gekoppelt, sondern die diagonal zueinander angeordneten Teilbereiche. Dadurch kann vor allem eine deutlich homogenere Temperaturverteilung in Bezug auf die zweite Richtung bereitgestellt werden.
  • Das gleiche Prinzip kann im Übrigen auch für die zweite Zellgruppe umgesetzt sein. Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die zweite Kühleinheit einen vierten Kühlbereich aufweist, der der zweiten Zellgruppe zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung in einen vom Kühlmittel durchströmbaren dritten Teilbereich und einen vom Kühlmittel durchströmbaren vierten Teilbereich gegliedert ist, wobei der erste Teilbereich des dritten Kühlbereichs bezüglich der ersten Richtung im dritten Teilbereich des vierten Kühlbereichs gegenüberliegt und der zweite Teilbereich des dritten Kühlbereichs bezüglich der ersten Richtung dem vierten Teilbereich des vierten Kühlbereichs gegenüberliegt. Dabei sind der zweite Teilbereich des dritten Kühlbereichs und der dritte Teilbereich des vierten Kühlbereichs mit dem mindestens einen Zuführanschluss gekoppelt, insbesondere wiederum direkt mit diesem verbunden, und der erste Teilbereich des dritten Kühlbereichs und der vierte Teilbereich des vierten Kühlbereichs sind mit dem mindestens einen Abführanschluss gekoppelt, insbesondere direkt mit diesem verbunden, sodass der zweite und dritte Teilbereich in Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss gelegen sind als der erste und vierte Teilbereich. Auch hierdurch kann vorteilhafterweise eine Kreuzdurchströmung bezogen auf die zweite Zellgruppe erreicht werden. Die zuerst und zuletzt vom Kühlmittel durchflossenen Teilbereiche, die direkt an der zweiten Zellgruppe angeordnet sind, liegen sich auch hier wiederum diagonal gegenüber. Dadurch kann ein besonders guter Temperaturausgleich erreicht werden.
  • Dabei ist es vor allem besonders vorteilhaft, wenn die zweite Kühleinheit, insbesondere pro Zellgruppe, eine geringere Kühlleistung aufweist als die erste Kühleinheit, insbesondere pro Zellgruppe. Eine geringere Kühlleistung kann sich zum Beispiel durch eine geringere Durchflussrate des die jeweilige Kühleinheit durchströmenden Kühlmittels äußern beziehungsweise bewerkstelligen lassen. Eine geringere Durchflussrate lässt sich zum Beispiel wiederum durch einen geringeren Strömungsquerschnitt bereitstellen. Mit anderen Worten kann zum Beispiel der von der zweiten Kühleinheit pro Zellgruppe bereitgestellte Strömungsquerschnitt geringer sein als der von der ersten Kühleinheit pro Zellgruppe bereitgestellte Strömungsquerschnitt, insbesondere bezogen auf eine Querschnittsebene senkrecht zur dritten Richtung. Bei der ersten Kühleinheit kann es sich also um eine Primärkühleinheit handeln und bei der zweiten Kühleinheit um eine Sekundärkühleinheit, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass durch die zweite Kühleinheit eine etwas geringere Kühlleistung bereitstellbar ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da nämlich die zweiten Teilbereiche der Primärkühleinheit, die direkt vom mindestens einen Zuführanschluss gespeist werden, näher an den zweiten Zellpolen angeordnet sind, die über den Modulverbinder elektrisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten werden durch die beschriebene Anordnung der jeweiligen Teilbereiche und ihre Positionierung hinsichtlich der Zu- und Abführanschlüsse erreicht, dass die zweiten Pole im Endbereich grundsätzlich etwas besser gekühlt werden als die ersten Pole. Die Kühleinrichtung ist also so ausgestaltet, dass eine verbesserte Kühlleistung gerade dort bereitgestellt wird, wo sich der Modulverbinder befindet, nämlich im Bereich der zweiten Pole beziehungsweise diese elektrisch verbindend. Gerade in die zweiten Pole der ersten und zweiten Batteriezelle wird danach vermehrt durch den Modulverbinder Wärme eingetragen. Dies kann nun vorteilhafterweise durch die verbesserte Kühlleistung gerade im Bereich dieser zweiten Pole kompensiert werden. Insgesamt kann hierdurch eine besonders homogene Temperierung der Batteriezellen bereitgestellt werden, die es vermag, auch lokale Hotspotbereiche, wie zum Beispiel im Bereich der Modulverbinder, zu berücksichtigen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energiespeicher eine zweite Energiespeicheranordnung auf, die wie die erste Energiespeicheranordnung ausgebildet ist und in der zweiten Richtung neben der ersten Energiespeicheranordnung angeordnet ist. Für eine jeweilige Energiespeicheranordnung lässt sich somit eine besonders homogene Temperierung der jeweiligen Batteriezellen bereitstellen. Dabei können die Kühleinheiten, zum Beispiel die ersten Kühleinheiten der beiden Energiespeicheranordnungen, als separate Bauteile gefertigt sein oder als gemeinsames Bauteil. Entsprechendes gilt für die zweiten Kühleinheiten. Außerdem können auch die erste Kühleinheit sowie die zweite Kühleinheit als solches aus mehreren separaten Kühlplatten aufgebaut sein, zum Beispiel eine Kühlplatte pro Kühlbereich, nämlich eine für den ersten Kühlbereich, eine für den zweiten Kühlbereich, eine für den dritten Kühlbereich und eine für den vierten Kühlbereich. Der erste und dritte Kühlbereich können aber auch durch eine gemeinsame Kühlplatte bereitgestellt sein, ebenso wie der zweite und vierte Kühlbereich. Die beiden Energiespeicheranordnungen nutzen zudem bevorzugt eine gemeinsame Verteileranordnung. Für die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels zu den jeweiligen Kühlbereichen kann die Verteileranordnung dabei mehrere Zu- und Abführanschlüsse aufweisen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein jeweiliger erster Teilbereich fluidisch mit dem zweiten Teilbereich des gleichen Kühlbereichs verbunden, sodass der zweite Teilbereich stromaufwärts des ersten Teilbereichs des gleichen Kühlbereichs angeordnet ist, und ein jeweiliger dritter Teilbereich ist fluidisch mit dem vierten Teilbereich des gleichen Kühlbereichs verbunden, sodass der dritte Teilbereich stromaufwärts des vierten Teilbereichs angeordnet ist. Die vom ersten Teilbereich umfassten Kühlkanäle können einfach fluidisch mit den Kühlkanälen des zweiten Teilbereichs des gleichen Kühlbereichs gekoppelt sein. Insbesondere können diese Kühlkanäle eines gleichen Kühlbereichs als unterschiedliche Kühlkanalabschnitte eines gleichen den ersten und zweiten Teilbereich durchlaufenden Kühlkanals aufgefasst werden. Auch das Vorsehen mehrerer parallel zueinander verlaufender Kühlkanäle pro Kühlbereich ist denkbar. Gleiches gilt auch für den dritten und vierten Teilbereich. Das heißt, auch der dritte und vierte Teilbereich eines jeweiligen Kühlbereichs sind fluidisch miteinander verbunden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist den ersten und insbesondere den vierten Teilbereichen eine erste Hauptströmungsrichtung zugeordnet und den zweiten, und insbesondere auch den dritten Teilbereichen eine zweite Hauptströmungsrichtung, die der ersten Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt ist.
  • Dadurch lässt sich der Aufbau der Teilbereiche und der Kühlplattenanordnung an sich besonders einfach gestalten. Die Hauptströmungsrichtungen können dabei im Wesentlichen parallel zur dritten Richtung verlaufen. Damit strömt das Kühlmittel beispielsweise zunächst in den zweiten Teilbereich und durch diesen in der Hauptströmungsrichtung entlang und somit über alle Zellen des Zellmoduls hinweg. Am dem ersten bzw. zweiten Endbereich gegenüberliegenden Ende des Zellmoduls kann das Kühlmittel vom zweiten Teilbereich in den ersten Teilbereich, zum Beispiel über einen Umlenkkanalabschnitt, eingeleitet werden und in der entgegengesetzten Richtung, nämlich der zweiten Hauptströmungsrichtung, wieder über alle Zellen des gleichen Zellmoduls hinweg zurückströmen. Gleiches gilt auch wieder analog für den dritten und vierten Teilbereich.
  • Als Hauptströmungsrichtung wird dabei insbesondere eine Richtung bezeichnet, in welcher das Kühlmittel beim Durchströmen der betreffenden Teilbereiche zumindest im Mittel oder hauptsächlich strömt. Die den jeweiligen Teilbereichen zugeordneten Kühlkanäle müssen dabei nicht notwendigerweise ausschließlich parallel zu dieser Hauptströmungsrichtung verlaufen, sondern können theoretisch, wenn auch weniger bevorzugt, wellenförmig verlaufen oder zickzackförmig oder ähnliches. Außerdem wird das Kühlmittel beim Umleiten vom zweiten in den ersten Teilbereich und insbesondere auch vom dritten in den vierten Teilbereich in eine Richtung gelenkt, die nicht parallel zu einer der Hauptströmungsrichtungen ist, sondern zu diesen im Wesentlichen senkrecht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verteileranordnung eine den mindestens einen Zuführanschluss bereitstellende Zuführverteilereinrichtung auf, die einen Hauptzuführanschluss zum Zuführen eines Kühlmittels zur Zuführverteilereinrichtung aufweist, und eine den mindestens einen Abführanschluss bereitstellende Sammelverteilereinrichtung, die einen Hauptabführanschluss zum Abführen eines Kühlmittels aus der Sammelverteilereinrichtung aufweist, insbesondere wobei die Zuführverteilereinrichtung mehrere mit der Kühlplattenanordnung fluidisch verbundene Zuführanschlüsse bereitstellt und die Sammelverteilereinrichtung mehrere mit der Kühlplattenanordnung fluidisch verbundene Abführanschlüsse bereitstellt.
  • Dadurch kann die Zu- und Abführung des Kühlmittels besonders effizient gestaltet werden. Die Zuführverteilereinrichtung und die Sammelverteilereinrichtung können sich dabei auf einer gleichen Seite der Batteriemodule befinden, insbesondere an der Seite der Batteriemodule, an welcher auch die beiden Endbereiche bezogen auf die erste Energiespeicheranordnung angeordnet sind. Weist der Energiespeicher mehrere solcher Energiespeicheranordnungen auf, so sind diese derart in der zweiten Richtung nebeneinander angeordnet, dass entsprechend auch die Endbereiche der Zellgruppen der zweiten Energiespeicheranordnung bezogen auf die zweite Richtung neben den Endbereichen der beiden Zellgruppen der ersten Energiespeicheranordnung angeordnet sind.
  • Die Verteileranordnung kann sich also grundsätzlich in eine Zuführverteilereinrichtung und eine Sammelverteilereinrichtung gliedern. Diese können zum Beispiel in Form von Rohren, Schläuchen, Wellrohren oder ähnlichem bereitgestellt sein. Jede dieser Verteilereinrichtungen kann wiederum einen Hauptanschluss umfassen, nämlich einen Hauptzuführanschluss und einen Hauptabführanschluss. Hier wird das Kühlmittel zentral der Kühleinrichtung zugeführt, zum Beispiel mittels einer Kühlmittelpumpe, und aus dieser wieder abgeführt. Im Allgemeinen ist dabei die Kühleinrichtung des Energiespeichers an einen geschlossenen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs, in welchem der Energiespeicher Anwendung findet, angeschlossen. In einem solchen geschlossenen Kühlkreislauf wird zum Zwecke der Kühlung der Zellgruppen das Kühlmittel zirkuliert. Das Kühlmittel durchläuft also die Kühleinrichtung, wird aus dieser wieder abgeführt, abgekühlt und wieder der Kühleinrichtung zugeführt, und so weiter.
  • Das aus der Kühlplattenanordnung abgeführte Kühlmittel wird über die mehreren Abführanschlüsse in die Sammelverteilereinrichtung eingeführt und entsprechend durch diese gesammelt und aus dem Hauptabführanschluss wieder abgeführt.
  • Dies ermöglicht einen besonders vorteilhaften, einfachen und bauraumeffizienten Aufbau der Verteileranordnung. Hierbei ist noch anzumerken, dass nicht notwendigerweise jedem Teilbereich der Kühlplattenanordnung eigens ein Zuführanschluss oder Abführanschluss zugeordnet sein muss. Manche Teilbereiche können zum Beispiel an einen gemeinsamen Zuführanschluss und/oder manche Teilbereiche an einen gemeinsamen Abführanschluss gekoppelt sein. Dies eignet sich vor allem für in Bezug auf die zweite Richtung nebeneinander angeordneten Teilbereiche, zum Beispiel die beiden zweiten Teilbereiche der ersten Kühleinheit und/oder die beiden vierten Teilbereiche der zweiten Kühleinheit. Hierdurch ist sehr viel Flexibilität bezüglich der Auslegung der Kühlplatten bereitgestellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt die erste Kühleinheit die einzige Kühleinheit zur Kühlung der ersten und zweiten Zellgruppe dar. Dies gilt zumindest für die erste Energiespeicheranordnung, sowie optional für jede weitere Energiespeicheranordnung. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die in der zweiten Richtung nebeneinander angeordneten Zellgruppen nur einseitig gekühlt werden, nämlich nur auf der ersten Seite durch die erste Kühleinheit. Auch hierbei zeigen sich sehr große Vorteile durch die erfindungsgemäße Positionierung des Zuführanschlusses in Bezug auf den Modulverbinder, da auch in diesem Fall wiederum die zweiten Pole die etwas stärker gekühlten Pole darstellen. Auch hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der Temperatureintrag, der durch den Modulverbinder verursacht ist, zumindest teilweise ausgleichen.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher oder einer seiner Ausgestaltungen.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
  • Die Erfindung kann auch ebenso bei stationären Energiespeichern Anwendung finden, das heißt beim erfindungsgemäßen Energiespeicher und seinen Ausführungsformen kann es sich auch um einen stationären Energiespeicher handeln, der also nicht in einem Kraftfahrzeug verbaut ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Kühlen einer ersten und zweiten Zellgruppe eines erfindungsgemäßen Energiespeichers oder einer seiner Ausgestaltungen. Dabei wird der Kühlplattenanordnung über die Verteileranordnung das Kühlmittel zugeführt und der zweite Teilbereich des ersten Kühlbereichs wird vom Kühlmittel durchströmt, bevor dieses den ersten Teilbereich des ersten Kühlbereichs durchströmt. Ebenfalls wird der zweite Teilbereich des dritten Kühlbereichs vom Kühlmittel durchströmt, bevor dieses den ersten Teilbereich des dritten Kühlbereichs durchströmt.
  • Die für den erfindungsgemäßen Energiespeicher und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Energiespeichers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Energiespeichers in einer Draufsicht ohne dargestellte Kühleinheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Energiespeichers mit einem Modulverbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Batteriezelle eines Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist hierbei eine erste Energiespeicheranordnung 12 eines solchen Energiespeichers 10 dargestellt. Der Energiespeicher 10 weist dabei eine erste Zellgruppe 14 in Form eines ersten Batteriemoduls 14 auf, sowie eine zweite Zellgruppe 16, welche ebenfalls als Batteriemodul 16 in diesem Beispiel ausgebildet ist. Jedes dieser beiden Batteriemodule 14, 16 umfasst mehrere in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnete Batteriezellen 18, 20. Die Stapelrichtung korrespondiert hierbei zur dargestellten y-Richtung. Die beiden dargestellten Batteriezellen 18, 20 stellen insbesondere zwei Randzellen der jeweiligen Batteriemodule 14, 16 dar, die also die erste beziehungsweise letzte Batteriezelle 18, 20 des betreffenden Batteriemoduls 14, 16 bezüglich der y-Richtung darstellen. Die erste Batteriezelle 18 ist also in einem ersten Endbereich 22 des ersten Batteriemoduls 14 angeordnet, und die zweite Batteriezelle 20 des zweiten Batteriemoduls 16 in einem zweiten Endbereich 24. Der erste Endbereich 22 und der zweite Endbereich 24 sind in der dargestellten x-Richtung nebeneinander angeordnet. Weiterhin weist die erste Batteriezelle 18 zwei Zellpole, nämlich einen ersten Zellpol 26 und einen zweiten Zellpol 28, auf. Ebenso weist die zweite Batteriezelle 20 einen ersten Zellpol 26 und einen zweiten Zellpol 28 auf. Die zweiten Zellpole 28 sind dabei über einen Modulverbinder 30 elektrisch leitend miteinander verbunden. Über diesen Modulverbinder 30 können die beiden Batteriemodule 14, 16 zum Beispiel in Reihe geschaltet sein. Gerade im Bereich eines solchen Modulverbinders 30 entsteht sehr viel Wärme im Betrieb des Energiespeichers 10. Da der Modulverbinder 30 aus elektrisch leitfähigem Material ist und mit den elektrisch leitfähigen zweiten Polen 28 der beiden Zellen 18, 20 verbunden ist, überträgt sich diese Wärme auf die Pole 28 und wird entsprechend in die jeweiligen Batteriezelle 18, 20 eingetragen. Gerade im Bereich der zweiten Pole 28 entsteht damit, insbesondere ohne Gegenmaßnahme beziehungsweise Kühlung, ein Hotspotbereich der beiden Zellen 18, 20.
  • Der Energiespeicher 10 weist nun vorteilhafterweise eine Kühleinrichtung 32 auf, die es vermag, die durch den Modulverbinder 30 verursachte inhomogene Temperaturverteilung innerhalb einer jeweiligen Zelle 18, 20 zumindest teilweise zu homogenisieren. Hierzu weist die Kühleinrichtung 32 eine Kühlplattenanordnung 34 auf, die zumindest eine erste Kühleinheit 36 umfasst. Diese erste Kühleinheit 36 ist in diesem Beispiel als Primärkühleinheit 36 ausgebildet, da in diesem Beispiel die Kühlplattenanordnung 34 zusätzlich noch eine zweite Kühleinheit 38 aufweist.
  • Das erste Batteriemodul 14 weist eine erste Seite 14a und eine der ersten Seite 14a bezüglich der z-Richtung gegenüberliegende zweite Seite 14b auf. Ebenso weist das zweite Batteriemodul 16 eine erste Seite 16a und eine bezüglich der z-Richtung gegenüberliegende zweite Seite 16b auf. Die erste Kühleinheit 36 ist nun so in Bezug auf die Batteriemodule 14, 16 angeordnet, dass sie an den ersten Seiten 14a, 16a der jeweiligen Batteriemodule 14, 16 angeordnet ist, oder zum Beispiel über eine Wärmeleitmasse an dieser angeschlossen ist. Die zweite Kühleinheit 38 ist dagegen an den zweiten Seiten 14b, 16b der Batteriemodule 14, 16 angeordnet. Die erste Kühleinheit 36 ist somit als oberseitige Kühlplatte und die zweite Kühleinheit 38 als unterseitige Kühlplatte angeordnet. Die erste Kühleinheit 36 weist von einem Kühlmittel durchströmbare erste Kühlkanäle 36a auf, und die zweite Kühleinheit 38 weist entsprechend zweite Kühlkanäle 38a auf, die ebenfalls von einem Kühlmittel durchströmbar sind.
  • Die erste Kühleinheit 36 kann als Primärkühleinheit eine größere Kühlleistung bereitstellen, zum Beispiel pro Batteriemodul 14, 16, als die zweite Kühleinheit 38, die entsprechend auch als Sekundärkühleinheit bezeichnet werden kann. Die größere Kühlleistung der ersten Kühleinheit 36 kann zum Beispiel durch eine größere Querschnittsfläche der Kühlkanäle 36a gegenüber der Querschnittsfläche der Kühlkanäle 38a der zweiten Kühleinheit 38 realisiert sein, wie in diesem Beispiel dargestellt.
  • Die erste Kühleinheit 36, ebenso wie die zweite Kühleinheit 38, kann nun nochmal in mehrere Bereiche untergliedert werden. Zum einen weist die erste Kühleinheit 36 einen ersten Kühlbereich 40 auf, der dem ersten Batteriemodul 14 zugeordnet ist, und einen dritten Kühlbereich 40`, der dem zweiten Batteriemodul 16 zugeordnet ist. Der erste Kühlbereich 40 untergliedert sich nochmal in einen ersten Teilbereich 40a und einen zweiten Teilbereich 40b. Auch der dritte Kühlbereich 40' untergliedert sich in einen ersten Teilbereich 40a` und einen zweiten Teilbereich 40b'. Dabei sind diese Teilbereiche 40a, 40b, 40a', 40b` derart in Bezug auf die dargestellte x-Richtung angeordnet, dass die beiden zweiten Teilbereiche 40b, 40b` zwischen den beiden ersten Teilbereichen 40a, 40a` angeordnet sind. Die Teilbereiche 40a, 40b des ersten Kühlbereichs sind entsprechend an der ersten Seite 14a des ersten Batteriemoduls 14 angeordnet, und die Teilbereiche 40a', 40b` des dritten Kühlbereichs 40' sind an der ersten Seite 16a des zweiten Batteriemoduls 16 angeordnet.
  • Die Kühleinrichtung 32 weist nun zudem noch eine Verteileranordnung 42 auf, die eine Zuführverteilereinrichtung 44 zur Zuführung eines Kühlmittels zur Kühlplattenanordnung 34 und eine Sammelverteilereinrichtung 46 umfasst. Die Verteileranordnung 42 kann auch als Kühlmittelverteiler bezeichnet werden. Die Zuführverteilereinrichtung 44 umfasst wiederum mindestens einen Zuführanschluss, vorliegend mehrere Zuführanschlüsse, wobei die mit der ersten Kühleinheit 36 gekoppelten Zuführanschlüsse mit 44a bezeichnet sind und die mit der zweiten Kühleinheit 38 gekoppelten Zuführanschlüsse mit 44b bezeichnet sein. Auch die Sammelverteilereinrichtung 46 weist mindestens einen Abführanschluss auf, vorliegend mehrere Abführanschlüsse 46a, 46b, wobei die mit der ersten Kühleinheit 36 verbundenen Abführanschlüsse mit 46a bezeichnet sind und die mit der zweiten Kühleinheit 38 verbundenen Abführanschlüsse mit 46b.
  • Über den mindestens einen Zuführanschluss 44a, 44b kann also der ersten Kühleinheit 36, und insbesondere auch der zweiten Kühleinheit 38, wie später näher erläutert, das Kühlmittel zugeführt werden, und über den Abführanschluss 46a, 46b oder mehrere Abführanschlüsse 46a, 46b kann das Kühlmittel aus der ersten Kühleinheit 36, und insbesondere ebenso aus der zweiten Kühleinheit 38, wieder abgeführt werden. Die einzelnen Teilbereiche 40a, 40b, 40a', 40b` sind nun wie folgt ausgeführt: Zum einen sind der erste Teilbereich 40a und der zweite Teilbereich 40b des ersten Kühlbereichs 40 fluidisch miteinander verbunden. Ebenso sind der erste Teilbereich 40a` und der zweite Teilbereich 40b` des dritten Kühlbereichs 40' fluidisch miteinander verbunden. Die Kühlmittelzufuhr über den Zuführanschluss 44a erfolgt dabei zu den jeweiligen zweiten Teilbereichen 40b, 40b'. Beispielsweise kann der mindestens eine Zuführanschluss 44a direkt an einem Anschlusspunkt des jeweiligen zweiten Teilbereichs 40b, 40b` angeschlossen sein. Das Kühlmittel wird also beispielsweise dem zweiten Teilbereich 40b des ersten Kühlbereichs 40 zugeführt, durchströmt diesen zweiten Teilbereich 40b in einer ersten Hauptströmungsrichtung H1, die in diesem Beispiel parallel zur dargestellten y-Richtung ausgerichtet ist, wird dann zum Beispiel am Ende der ersten Kühleinheit 36 bezogen auf die y-Richtung in den ersten Teilbereich 40a umgelenkt und durchströmt diesen in einer zweiten Hauptströmungsrichtung H2, der der ersten Hauptströmungsrichtung H1 entgegengesetzt ist und entsprechend hier entgegen der dargestellten y-Richtung ausgerichtet ist. Das Kühlmittel durchströmt den ersten Teilbereich 40a entsprechend wiederum bis zum Endbereich der Kühleinheit 36 bezogen auf die y-Richtung und wird dann über die mindestens eine Abführleitung 46, d.h. die Sammelverteilereinrichtung 46, wieder aus der Kühleinheit 36 abgeführt. In entsprechender Weise wird auch dem zweiten Teilbereich 40b` des dritten Kühlbereichs 40' das Kühlmittel über die mindestens eine Zuführleitung 44, d.h. die Zuführverteilereinrichtung 46, beziehungsweise den mindestens einen Zuführanschluss 44a zugeführt, durchströmt den zweiten Teilbereich 40b` in der ersten Hauptströmungsrichtung H1, wird am Ende der ersten Kühleinheit 36 entsprechend in den ersten Teilbereich 40a` umgeleitet und strömt in der zweiten Hauptströmungsrichtung H2 zurück bis zum Anfang der ersten Kühleinheit 36 und wird entsprechend über die mindestens eine Abführleitung 46 beziehungsweise den mindestens einen Abführanschluss 46a wieder aus der ersten Kühleinheit 36 abgeleitet. Der erste Kühlbereich 40 und der dritte Kühlbereich 40' sind dabei im Übrigen nicht fluidisch miteinander verbunden.
  • Der große Vorteil bei dieser Ausgestaltung der Kühleinrichtung 32 liegt nun darin, dass das Kühlmittel den zweiten Bereichen 40b, 40b` der ersten Kühleinheit 36 zugeführt wird, die den zweiten Polen 28, die über den Modulverbinder 30 miteinander elektrisch leitend verbunden sind, nähergelegen sind als die ersten Teilbereiche 40a, 40a'. Hintergrund ist, dass das Kühlmittel zum Zeitpunkt der Zuführung zur ersten Kühleinheit 36 typischerweise deutlich kühler ist, als nach Durchlaufen der ersten Kühleinheit 36 zum Zeitpunkt des Abführens des Kühlmittels aus der ersten Kühleinheit 36. Entsprechend werden die zweiten Pole 28 beziehungsweise die Zellen 18, 24 im Bereich ihrer zweiten Pole 28 durch das deutlich kältere Kühlmittel stärker gekühlt als im Bereich der ersten Pole 26, die den ersten Teilbereichen 40a, 40a` nähergelegen sind, und die entsprechend mit wärmerem Kühlmittel durchströmt werden. Gerade im Bereich des Modulverbinders 30 erwärmen sich die Zellen 18, 24 deutlich stärker. Dies kann nun vorteilhafterweise durch die verstärkte Kühlung in diesem Bereich zumindest zum Teil kompensiert werden. Durch die Auslegung der Kühleinrichtung 32 und insbesondere durch die geschickte Positionierung der Zuführanschlüsse 44a und der Kühlkanalführung kann nun vorteilhafterweise auch die stärkere Erwärmung der Zellen 18, 24 im Bereich des Modulverbinders 30 Berücksichtigung finden. Insgesamt führt dies zu einer deutlich homogeneren Temperaturverteilung innerhalb der Zellen 18, 24. Diese homogene Temperaturverteilung kann zudem noch durch geeignete Auslegung der zweiten Kühleinheit 38 gefördert werden. Auch diese zweite Kühleinheit 38 kann in mehrere Bereiche gegliedert werden. Die zweite Kühleinheit 38 umfasst dabei einen zweiten Kühlbereich 50, sowie einen vierten Kühlbereich 50'. Der zweite Kühlbereich 50 gliedert sich wiederum in einen dritten Teilbereich 50b und einen vierten Teilbereich 50a. Entsprechend gliedert sich auch der vierte Kühlbereich 50' in einen dritten Teilbereich 50b' und einen vierten Teilbereich 50a'. Der zweite Kühlbereich 50 ist dabei wiederum dem ersten Batteriemodul 14 zugeordnet und der vierte Kühlbereich 50' ist räumlich dem zweiten Batteriemodul 16 zugeordnet. Entsprechend ist der zweite Kühlbereich 50 an der zweiten Seite 14b des ersten Batteriemoduls 14 angeordnet beziehungsweise an diesem zum Beispiel über eine Wärmeleitmasse angebunden, und der vierte Kühlbereich 50' ist einer zweiten Seite 16b des zweiten Batteriemoduls 16 angeordnet beziehungsweise an dieses über eine Wärmeleitmasse beziehungsweise ein thermisches Interfacematerial angebunden.
  • Weiterhin sind die entsprechenden Teilbereiche nun wie folgt mit der Zuführleitung 44 und der Abführleitung 46 verbunden: Der Zuführanschluss 44b ist dabei an die jeweiligen dritten Teilbereiche 50b, 50b` angeschlossen, sodass das Kühlmittel zuerst diesen dritten Teilbereichen 50b, 50b` zugeführt wird, bevor es nach Durchlaufen dieser Teilbereiche 50b, 50b` in die entsprechend fluidisch mit diesen Teilbereichen 50b, 50b` verbundenen vierten Teilbereiche 50a, 50a` geleitet wird und über die Abführleitung 46 beziehungsweise den Abführanschluss 46b wieder aus der zweiten Kühleinheit 38 abgeführt wird. Das Kühlmittel durchströmt bei Zuführung in die dritten Teilbereiche 50b, 50b` diese entsprechend wieder in der ersten Hauptströmungsrichtung H1 und strömt entsprechend die vierten Teilbereiche 50a, 50a' in der zweiten Hauptströmungsrichtung H2 zurück. Der zweite Kühlbereich 50 ist dabei wiederum vom vierten Kühlbereich 50' fluidisch getrennt. Der dritte und vierte Teilbereich 50b, 50a des zweiten Kühlbereichs 50 sind fluidisch miteinander verbunden und der dritte und vierte Teilbereich 50b`, 50a' des vierten Kühlbereichs 50' sind fluidisch miteinander verbunden. Das Kühlmittel, welches den zweiten Teilbereich 50 durchströmt, durchströmt also nicht den vierten Kühlbereich 50', zumindest nicht bevor es im Kühlkreislauf erneut abgekühlt und erneut der zweiten Kühleinheit 38 zugeführt wird. Bezogen auf die zweite Kühleinheit 38 erfolgt nun die Kühlmittelzufuhr vorteilhafterweise über die außenliegenden Teilbereiche 50b, 50b' und nicht über die innenliegenden Teilbereiche 50a, 50a`. Die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr der zweiten Kühleinheit 38 ist damit diagonal beziehungsweise gekreuzt zu der der ersten Kühlplatte 36 ausgelegt. Durch diese überkreuzte Anordnung der Kühlmittelzu- und -abfuhr wird entsprechend eine homogene Temperaturverteilung und eine homogene Kühlung der Zellen 18, 24 sowie aller übrigen Zellen der Module 14 und 16 gefördert.
  • Zudem ist es denkbar, dass der Energiespeicher 10 mehrere solcher beschriebenen Energiespeicheranordnungen 12 aufweist, die in oder entgegen x-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten können, zur Bereitstellung eines größeren Energiespeichers 10, einfach mehrere derartige Energiespeicheranordnungen 12 in identischer Weise nebeneinander in x- oder entgegen x-Richtung angeordnet werden. Eine jeweilige Energiespeicheranordnung 12 ist entsprechend bezüglich einer Mittelebene, die in x-Richtung durch die Mitte der beiden Batteriemodule 14, 16 verläuft und senkrecht zur x-Richtung ausgerichtet ist, bezüglich der Auslegung der Kühlplattenanordnung 34 sowie insbesondere der Kühlmittelzu- und -abfuhr spiegelsymmetrisch ausgebildet.
  • 2 zeigt nochmal eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 10, insbesondere ohne dargestellte Kühlplattenanordnung 34, mit zwei in x-Richtung nebeneinander angeordneten Energiespeicheranordnungen 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Weiterhin ist auch wiederum die Verteileranordnung 42 für die Kühlmittelzu- und -abfuhr dargestellt. Der Energiespeicher 10, insbesondere die Energiespeicheranordnungen 12, sind dabei in einer Draufsicht auf die z-Richtung dargestellt.
  • Die Verteileranordnung 42 ist hierbei detaillierter dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst diese eine Zuführleitung 44 und eine Abführleitung 46. Die Zuführleitung 44 ist nun über mehrere Anschlüsse 44a, 44b an die erste und zweite Kühleinheit 36, 38 angeschlossen. Die Zuführanschlüsse für die erste Kühleinheit 36 sind dabei wieder mit 44a bezeichnet und die Zuführanschlüsse für die zweite Kühleinheit 38 sind mit 44b bezeichnet. Vorliegend ist lediglich die Kühlmittelzuführung für die erste Kühlplatte 36 durch die Pfeile 52 illustriert. Die Zuführanschlüsse 44a können also wie beschrieben an die jeweiligen zweiten Teilbereiche 40b, 40b` der jeweiligen Energiespeicheranordnungen 12 zugeführt werden, wie zuvor beschrieben.
  • Die untere Seite, das heißt die zweite Kühleinheit 38, kann als Kühlplatte mit vier Pfaden umgesetzt sein, wobei sich jeweils zwei Pfade einen Rücklauf teilen. Mit anderen Worten gibt es für die untere Platte 38 vier Zulaufanschlüsse 44b und zwei Rücklaufanschlüsse 46b. Die Oberseite, das heißt die erste Kühleinheit 36, ist als Modulkühlung umgesetzt, bei der jedes Kühlmodul, das heißt jeder Kühlbereich 40, 40', eigene Anschlüsse für Vor- und Rücklauf aufweist. In diesem Beispiel sind also vier Zulaufanschlüsse 44a vorgesehen, sowie vier Rücklaufanschlüsse 46a. Deutlich zu erkennen sind hierbei auch die sich überkreuzenden Einlässe beziehungsweise Auslässe der Kühlanschlüsse für die obere und untere Platte 36, 38. Auf der rechts dargestellten Seite des Kühlmittelverteilers 42 weisen die Pfeile 52 auf den Zustrom des kalten Kühlwassers auf die Module 14, 16 und somit auf die ersten Zellen 18, 20 in den Modulen 14, 16 hin, an denen die Hochvoltquerverbinder 30 angebracht sind.
  • Die Kühlmittelzufuhr zur ersten Kühleinheit 36, insbesondere zur Kühleinheit mit der höheren Kühlleistung, erfolgt damit vorteilhafterweise im Bereich der Modulverbinder 30, sodass gerade die zunehmend starke Hitzeentwicklung in diesem Bereich sehr gut kompensiert werden kann. Die Zuführleitung 44 kann dabei einen Hauptzuführanschluss 44' aufweisen, insbesondere in diesem Beispiel einen einzigen Hauptzuführanschluss 44', um das Kühlmittel der Verteileranordnung 42 zuzuführen. Nachdem das Kühlmittel die erste Kühleinheit durchlaufen hat, wird dieses über die entsprechenden Abführanschlüsse 46a in die Abführleitung 46 als Teil der Verteileranordnung 42 abgeführt. Diese Abführleitung 46 weist dabei einen Hauptabführanschluss 46' auf, über welchen das Kühlmittel dann entsprechend wieder aus der Verteileranordnung 42 abgeführt werden kann. Der Pfeil 58 markiert dabei den Zulauf des kalten Kühlmediums von der Fahrzeugseite und der Pfeil 60 markiert den fahrzeugseitigen Kühlmittelrücklauf. Auch das Kühlmittel, welches die zweite Kühleinheit 38 durchlaufen hat, kann über entsprechende Anschlüsse 46b wieder der Abführleitung 46 zugeführt werden und über den Hauptabführanschluss 46' abgeführt werden. Anschließend wird das Kühlmittel im Kühlkreislauf zirkuliert, dabei wiederum abgekühlt und erneut der Verteileranordnung 42 über den Hauptzuführanschluss 44' zugeführt.
  • 3 zeigt nochmal eine schematische und perspektivische Detaildarstellung eines Teils eines Energiespeichers 10 im Bereich eines Modulverbinders 30, der zwei zweite Zellpole 28 zweier Batteriemodule 14, 16 miteinander kontaktiert. Die Batteriemodule 14, 16 sind dabei in einer Draufsicht von schräg oben dargestellt, sodass vorliegend ein Teil der auf dieser angeordneten ersten Kühlplatte 36 zu sehen ist, insbesondere der erste Kühlbereich 40 und der dem zweiten Modul 16 zugeordnete dritte Kühlbereich 40'. Außerdem ist auch ein Anschluss 44a der Verteileranordnung 42 zu sehen, der vorliegend mit dem zweiten Teilbereich 40b` des dritten Kühlbereichs 40' verbunden ist. 3 illustriert dabei die Umsetzung der Hochvoltquerverbinder 30, d.h. der Modulverbinder 30, im Hochvoltspeichersystem 10 mit der Anbindung an die räumlich ersten Zellen 18, 20 im System, die unmittelbar mit dem kalten Kühlmittel angeströmt werden.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Querschnitts durch die zweite Batteriezelle 20 im Endbereich 24 des Batteriemoduls 16 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezelle 20 weist wiederum die beiden Zellpole 26, 28 auf, von denen einer als positiver Zellpol und der andere als negativer Zellpol ausgebildet ist. Die Zellpole 26, 28 sind hier vorteilhafterweise auf den Seiten 20c, 20d der Zelle 20 angeordnet, die von einer Oberseite 20a und einer Unterseite 20b der Zelle 20 verschieden sind. Dies ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise eine sehr effiziente beidseitige Kühlung einer solchen Batteriezelle 20, und die zudem auch von einer Vorder- und Rückseite der Zelle 20 verschieden sind, die die Zelle in und entgegen Stapelrichtung y begrenzen.
  • Zur Kühlung der Batteriezelle 20 umfasst der Energiespeicher 10, wie bereits beschrieben, die Kühleinrichtung 32 mit der Kühlplattenanordnung 34, welche die erste Kühleinheit 36 und die zweite Kühleinheit 38 umfasst. Von diesen sind insbesondere vorliegend lediglich der dritte Kühlbereich 40' und der vierte Kühlbereich 50' mit den jeweiligen Teilbereichen 40a`, 40b', 50a`, 50b' dargestellt. Die entsprechenden durch diese Teilbereiche verlaufenden Kühlkanäle sind mit 36a, 38a bezeichnet. An der Unterseite 20b der Batteriezelle 20 ist zudem eine Ventingöffnung 20e angeordnet. Diese kann für alle übrigen Batteriezellen des Energiespeichers 10 ebenso an deren Unterseiten vorgesehen sein. Diese Ventingöffnung 20e stellt eine freigebbare Entgasungsöffnung dar, die zum Beispiel in Form einer Berstmembran realisiert sein kann und aus welcher im Falle eines thermischen Durchgehens einer solchen Batteriezelle 20 entstehende Gase aus einer solchen Batteriezelle 20 austreten können. Um den Gasaustritt nach unten zu erleichtern, weisen die Kühlkanäle 38a im dritten und vierten Teilbereich 50a', 50b` entsprechend einen größeren Abstand in x-Richtung zueinander auf als beispielsweise die Kühlkanäle 36a der ersten Kühleinheit 36. So kann direkt unterhalb der Ventingöffnung 20e ein Freibereich 54 bereitgestellt werden.
  • Durch die beschriebenen Ausgestaltung der Kühleinrichtung 32 ergibt sich nun vorteilhafterweise eine besonders homogene Temperaturverteilung über die Zelle 20 hinweg. Zur besseren Veranschaulichung dieser homogenen Temperaturverteilung sind nunmehr in 4 auch unterschiedliche Temperaturbereiche T1, T2, T3 dargestellt, wobei der erste Temperaturbereich T1 den Bereich mit der höchsten Temperatur darstellt, zum Beispiel bei zirka 38,3 Grad Celsius, der zweite Temperaturbereich T2 einen Bereich mit niedrigerer Temperatur darstellt, und der Temperaturbereich T3 einen Bereich mit der vorliegend niedrigsten Temperatur darstellt. Diese kann zum Beispiel bei 15 Grad Celsius liegen. Mit 56 sind im Übrigen Temperatursensoren zur Erfassung eines derartigen Temperaturprofils bezeichnet. Mit P ist zudem die Position des lokalen Temperaturmaximums bezeichnet.
  • Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Systemanordnung zur thermodynamischen Integration von Modulverbindern eines Hochvoltspeichersystems bereitgestellt werden kann. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, Hochvoltquerverbinder in relativ kompakter Bauweise zu gestalten und im Bereich der Kühlung anzuordnen. Dabei werden die Anschlüsse der Hochvoltverbinder dort platziert, wo der Kühlmittelstrom mit dem größtmöglichen Temperaturgradienten auf die vorderen Zellen trifft - sprich in der Nähe der Kaltwasseranschlüsse der Kühlplatten. Mit anderen Worten werden die Kaltwasseranschlüsse der Kühlplatten in der Nähe der Modulverbinder platziert. Hierdurch kann die Schnittstelle zwischen Zelle und Modulverbinder gezielt mit Kaltwasser angeströmt werden. So wird die thermische Energie, die durch den Transport der hohen Ströme entsteht, dort in die Module, auf die Zelle geleitet, wo sie vorteilhafterweise auf die niedrigsten Temperaturen im gesamten Modul trifft. Das wiederum führt über die gesamte Batterie hinweg zu einer homogeneren Temperaturverteilung, was sich positiv auf den Temperaturhaushalt und infolge dessen auf die gesamte Leistungsfähigkeit des Speichers, zum Beispiel Ladezeit, Performance und so weiter, auswirkt. Vor allem wird durch die gleichmäßige thermische Belastung die Alterung aller Zellen angeglichen und damit die Lebensdauer der Gesamtbatterie erhöht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015217790 A1 [0003]
    • DE 102013015422 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Energiespeicher (10) mit einer ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) und mit einer Kühleinrichtung (32) zur Kühlung zumindest der ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16), - wobei der Energiespeicher (10) eine erste Energiespeicheranordnung (12) aufweist, die die erste und zweite Zellgruppe (14, 16) umfasst, die jeweils eine erste Seite (14a, 16a) und eine der ersten Seite (14a, 16a) bezüglich einer ersten Richtung (z) gegenüberliegende zweite Seite (14b, 16b) aufweisen, - wobei die erste und die zweite Zellgruppe (14, 16) bezüglich einer zweiten Richtung (x) nebeneinander angeordnet sind, - wobei die erste Zellgruppe (14) einen ersten Endbereich (22) bezogen auf eine dritte Richtung (y) aufweist, in dem eine erste Batteriezelle (18) der ersten Zellgruppe (14) angeordnet ist, die einen ersten Zellpol (26) und einen zweiten Zellpol (28) aufweist, wobei der zweite Zellpol (28) der ersten Batteriezelle (18) der zweiten Zellgruppe (16) näher gelegen ist als der erste Zellpol (26) der ersten Batteriezelle (18); - wobei die zweite Zellgruppe (16) einen zweiten Endbereich (24) bezogen auf die dritte Richtung (y) aufweist, in dem eine zweite Batteriezelle (20) der zweiten Zellgruppe (16) angeordnet ist, die einen ersten Zellpol (26) und einen zweiten Zellpol (28) aufweist, wobei der zweite Zellpol (28) der zweiten Batteriezelle (20) der ersten Zellgruppe (14) näher gelegen ist als der erste Zellpol (26) der zweiten Batteriezelle (20); - wobei sich der erste Endbereich (22) bezogen auf die zweite Richtung (x) neben dem zweiten Endbereich (24) befindet; - wobei die erste Energiespeicheranordnung (12) einen Modulverbinder (30) aufweist, der den zweiten Zellpol (28) der ersten Batteriezelle (18) und den zweiten Zellpol (28) der zweiten Batteriezelle (20) elektrisch leitend miteinander verbindet; - wobei die Kühleinrichtung (32) als Teil der ersten Energiespeicheranordnung (12) eine Kühlplattenanordnung (34) mit einer ersten von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühleinheit (36) aufweist, die auf den ersten Seiten (14a, 16a) der ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) angeordnet ist; und - wobei die Kühleinrichtung (32) eine Verteileranordnung (42) aufweist, die mindestens einen mit der ersten Kühleinheit (36) fluidisch gekoppelten Zuführanschluss (44a) zur Zuführung eines Kühlmittels zur ersten Kühleinheit (36) aufweist und mindestens einen mit der ersten Kühleinheit (36) fluidisch gekoppelten Abführanschluss (46a) zur Abführung des der ersten Kühleinheit (36) zugeführten Kühlmittels aus der ersten Kühleinheit (36) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Kühleinheit (36) einen ersten Kühlbereich (40) aufweist, der der ersten Zellgruppe (14) zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung (x) in einen vom Kühlmittel durchströmbaren ersten Teilbereich (40a) und einen vom Kühlmittel durchströmbaren zweiten Teilbereich (40b) gegliedert ist; - die erste Kühleinheit (36) einen dritten Kühlbereich (40`) aufweist, der der zweiten Zellgruppe (16) zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung (x) in einen vom Kühlmittel durchströmbaren ersten Teilbereich (40a') und einen vom Kühlmittel durchströmbaren zweiten Teilbereich (40b`) gegliedert ist, - wobei die beiden zweiten Teilbereiche (40b, 40b`) bezogen auf die zweite Richtung (x) zwischen den beiden ersten Teilbereichen (40a, 40a') angeordnet sind und mit dem mindestens einen Zuführanschluss (44a) gekoppelt sind, und die beiden ersten Teilbereiche (40a, 40a') mit dem mindestens einen Abführanschluss (46a) gekoppelt sind, so dass die zweiten Teilbereiche (40b, 40b`) bezüglich einer bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss (44a) gelegen sind als die ersten Teilbereiche (40a, 40a`).
  2. Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlplattenanordnung (34) eine von einem Kühlmittel durchströmbare zweite Kühleinheit (38) aufweist, die auf den zweiten Seiten (14b, 16b) der ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) angeordnet ist, - wobei die zweite Kühleinheit (38) einen zweiten Kühlbereich (50) aufweist, der der ersten Zellgruppe (14) zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung (x) in einen vom Kühlmittel durchströmbaren dritten Teilbereich (50b) und einen vom Kühlmittel durchströmbaren vierten Teilbereich (50a) gegliedert ist, - wobei der erste Teilbereich (40a) des ersten Kühlbereichs (40) bezüglich der ersten Richtung (z) dem dritten Teilbereich (50b) gegenüberliegt und der zweite Teilbereich (40b) des ersten Kühlbereichs (40) bezüglich der ersten Richtung (z) dem vierten Teilbereich (50a) gegenüberliegt, - wobei der zweite und dritte Teilbereich (40b, 50b) mit dem mindestens einen Zuführanschluss (44a, 44b) gekoppelt sind, und der erste und vierte Teilbereich (40a, 50a) mit dem mindestens einen Abführanschluss (46a, 46b) gekoppelt sind, so dass der zweite und dritte Teilbereich (40b, 50b) in Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss (44a, 44b) gelegen sind als der erste und vierte Teilbereich (40a, 50a).
  3. Energiespeicher (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühleinheit (38) pro Zellgruppe (14, 16) eine geringere Kühlleistung aufweist als die erste Kühleinheit (36) pro Zellgruppe (14, 16).
  4. Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die zweite Kühleinheit (38) einen vierten Kühlbereich (50') aufweist, der der zweiten Zellgruppe (16) zugeordnet ist, und der bezüglich der zweiten Richtung (x) in einen vom Kühlmittel durchströmbaren dritten Teilbereich (50b`) und einen vom Kühlmittel durchströmbaren vierten Teilbereich (50a') gegliedert ist, - wobei der erste Teilbereich (40a') des dritten Kühlbereichs (40') bezüglich der ersten Richtung (z) dem dritten Teilbereich (50b`) des vierten Kühlbereichs (50') gegenüberliegt und der zweite Teilbereich (40b') des dritten Kühlbereichs (40') bezüglich der ersten Richtung (z) dem vierten Teilbereich (50a') des vierten Kühlbereichs (50`) gegenüberliegt, - wobei der zweite Teilbereich (40b`) des dritten Kühlbereichs (40') und der dritte Teilbereich (50b`) des vierten Kühlbereichs (50') mit dem mindestens einen Zuführanschluss (44a, 44b) gekoppelt sind, und der erste Teilbereich (40a') des dritten Kühlbereichs (40') und der vierte Teilbereich (50a') des vierten Kühlbereichs (50`)mit dem mindestens einen Abführanschluss (46a, 46b) gekoppelt sind, so dass der zweite und dritte Teilbereich (40b`, 50b`) in Strömungsrichtung näher am mindestens einen Zuführanschluss (44a, 44b) gelegen sind als der erste und vierte Teilbereich (40a', 50a`).
  5. Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) eine zweite Energiespeicheranordnung (12) aufweist, die wie die erste Energiespeicheranordnung (12) ausgebildet ist und in der zweiten Richtung (x) neben der ersten Energiespeicheranordnung (12) angeordnet ist.
  6. Energiespeicher (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger erster Teilbereich (40a, 40a') fluidisch mit dem zweiten Teilbereich (40b, 40b`) des gleichen Kühlbereichs (40, 40') verbunden ist, so dass der zweite Teilbereich (40b, 40b`) stromaufwärts des ersten Teilbereichs (40a, 40a') des gleichen Kühlbereichs (40, 40') angeordnet ist, und ein jeweiliger dritter Teilbereich (50b, 50b`) fluidisch mit dem vierten Teilbereich (50a, 50a') des gleichen Kühlbereichs (50, 50') verbunden ist, so dass der dritte Teilbereich (50b, 50b') stromaufwärts des vierten Teilbereichs (50a, 50a') des gleichen Kühlbereichs (50, 50') angeordnet ist.
  7. Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den ersten und insbesondere den vierten Teilbereichen (40a, 40a'; 50a, 50a') eine erste Hauptströmungsrichtung (H1) zugeordnet ist und den zweiten und insbesondere den dritten Teilbereichen (40b, 40b'; 50b, 50b`)eine zweite Hauptströmungsrichtung (H2) zugeordnet ist, die der ersten Hauptströmungsrichtung (H1) entgegengesetzt ist.
  8. Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileranordnung (42) eine den mindestens einen Zuführanschluss (44a, 44b) bereitstellende Zuführverteilereinrichtung (44) aufweist, die einen Hauptzuführanschluss (44') zum Zuführen eines Kühlmittels zur Zuführverteilereinrichtung (44) aufweist, und eine den mindestens einen Abführanschluss (46a, 46b) bereitstellende Sammelverteilereinrichtung (46), die einen Hauptabführanschluss (46') zum Abführen eines Kühlmittels aus der Sammelverteilereinrichtung (46) aufweist, insbesondere wobei die Zuführverteilereinrichtung (44) mehrere mit der Kühlplattenanordnung (34) fluidisch verbundene Zuführanschlüsse (44a, 44b) bereitstellt und die Sammelverteilereinrichtung (46) mehrere mit der Kühlplattenanordnung (34) fluidisch verbundene Abführanschlüsse (46a, 46b) bereitstellt.
  9. Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühleinheit (36) die einzige Kühleinheit (36) zur Kühlung der ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) darstellt.
  10. Verfahren zum Kühlen einer ersten und zweiten Zellgruppe (14, 16) eines Energiespeichers (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kühlplattenanordnung (34) über die Verteileranordnung (42) das Kühlmittel zugeführt wird, und - der zweite Teilbereich (40b) des ersten Kühlbereichs (40) vom Kühlmittel durchströmt wird bevor dieses den ersten Teilbereich (40a) des ersten Kühlbereichs (40) durchströmt und - der zweite Teilbereich (40b`) des dritten Kühlbereichs (40') vom Kühlmittel durchströmt wird bevor dieses den ersten Teilbereich (40a') des dritten Kühlbereichs (40') durchströmt.
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