DE102022209382A1

DE102022209382A1 - Batterie

Info

Publication number: DE102022209382A1
Application number: DE102022209382.8A
Authority: DE
Inventors: Julius Aktas; Jochen Eppinger; Dragos-Cristian Iancu; Thomas Kalmbach; Jessica Kansy; Christian Kern; Oleksandr Pavlov; Eduard Reimer; Dieter Reisinger; Karl-Ulrich Schmid-Walderich
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2024052288A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie (1), insbesondere eine Traktionsbatterie (2), welches ein Gehäuse (4) und im Gehäuse (4) angeordnete Batteriezellen (5) aufweist, welche in einem Strömungspfad (3) eines durch das Gehäuse (4) führenden Kühlfluids angeordnet sind.Eine erhöhte Leistungsdichte der Batterie (1) wird dadurch erreicht, dass ein zwischen zwei aufeinanderfolgenden Batteriezellen (5) angeordneter Kühlkörper (8) mit einem abstehenden Abschnitt (10) mit einer Stirnseite (6) zumindest einer der zugehörigen Batteriezellen (5) einen Hohlraum (11) begrenzt, durch welchen der Strömungspfad (3) führt.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug (100) mit einer solchen Batterie (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, die ein Gehäuse aufweist, durch das ein Strömungspfad eines Kühlfluids führt und in welchem Batteriezellen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
Eine Batterie weist üblicherweise in einem Gehäuse aufgenommene Batteriezellen auf. Insbesondere mit erhöhten Leistungsansprüchen wird eine Temperierung, insbesondere eine Kühlung, der Batteriezellen benötigt. Derartige Leistungsansprüche liegen beispielsweise bei einer Traktionsbatterie vor.
Eine solche Batterie ist aus der DE 10 2018 217 319 A1 bekannt. Die Batterie weist aufeinanderfolgende Batteriezellen auf. Zwischen den aufeinanderfolgenden Batteriezellen sind abwechselnd Kühlbleche und Zellhalter angeordnet. Die Zellhalter weisen im Vergleich zu den Kühlblechen abstehende Abschnitte auf, welche eine Außenwand eines Gehäuses der Batterie bilden. Das Gehäuse begrenzt dabei ein Strömungspfad eines Kühlfluids, welches durch das Gehäuse führt und die Batteriezellen im Betrieb kühlt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine Batterie der eingangs genannten Art sowie für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche insbesondere Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für die Batterie sowie für das Kraftfahrzeug verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Leistungsdichte und/oder eine verbesserte Temperierung/Kühlung auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Batterie zwischen zwei benachbarten Batteriezellen einen Kühlkörper anzuordnen, welcher mit den beiden zugehörigen Batteriezellen wärmeübertragend kontaktiert ist, und welcher zudem einen abstehenden Abschnitt aufweist, der im Bereich des Abschnitts den durchströmbaren Querschnitt in Unterabschnitte, nachfolgend auch als Hohlräume bezeichnet, unterteilt. In der Folge kommt es durch den Abschnitt an sich zu einer Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche. Zugleich führt die Unterteilung des durchströmbaren Querschnitts in die Hohlräume zu einer hinsichtlich der Wärmeübertragung verbesserten, Durchströmung bzw. einer Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten, sodass die Wärmeübertragung mit dem Abschnitt und folglich mit dem Kühlkörper weiter verbessert ist. Insgesamt kommt es somit zu einer verbesserten Wärmeübertragung des Kühlkörpers mit einem durch den Querschnitt strömenden Fluid, nachfolgend auch als Kühlfluid bezeichnet. Dies erlaubt es, in einem vorgegebenen verfügbaren durchströmbaren Querschnitt die Wärmeübertragung und somit Temperierung, insbesondere Kühlung, zu verbessern, sodass die Batteriezellen mit einer erhöhten Leistung betrieben werden können. Somit ist im gleichen Volumen eine erhöhte Leistung und folglich eine erhöhte Leistungsdichte der Batterie erreicht.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Batterie ein Gehäuse auf. Durch das Gehäuse führt ein Strömungspfad des Kühlfluids in einer Richtung, welche nachfolgend auch als erste Richtung bezeichnet wird. Im Gehäuse sowie im Strömungspfad sind die Batteriezellen angeordnet. Dabei folgen die Batteriezellen in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden Richtung aufeinander, welche nachfolgend auch als zweite Richtung bezeichnet wird. Die jeweilige Batteriezelle weist in einer quer zur ersten Richtung und quer zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung zwei Stirnseiten auf. Zwischen zumindest zwei der aufeinanderfolgenden Batteriezellen ist ein zugehöriger Kühlkörper angeordnet. Der Kühlkörper weist einen Abschnitt auf, der zwischen den zugehörigen Batteriezellen angeordnet ist und mit diesen in wärmeübertragendem Kontakt steht. Dieser Abschnitt wird nachfolgend auch als Kontaktabschnitt bezeichnet. Vom Kontaktabschnitt steht dabei in dritter Richtung zumindest einseitig ein Abschnitt ab, welcher zwischen sich und der Stirnseite zumindest einer der zugehörigen Batteriezellen einen Hohlraum begrenzt, der sich in erster Richtung erstreckt, und durch welchen der Strömungspfad führt. Dieser Abschnitt wird nachfolgend auch als Finnenabschnitt bezeichnet. Die zwischen dem Finnenabschnitt und der jeweiligen Stirnseite begrenzten Hohlräume werden nachfolgend jeweils auch als Zellen-Hohlraum bezeichnet.
Zum Begrenzen des zumindest einen Zellen-Hohlraums weist der jeweilige Finnenabschnitt eine entsprechende Geometrie auf. Vorteilhaft ist die Geometrie der Finnenabschnitte, zumindest in erster Richtung endseitig, an eine das Kühlfluid in den zumindest einen Hohlraum einlassende oder aus dem zumindest einen Hohlraum sammelnde Kammer angepasst. Die Anpassung ist vorzugsweise derart, dass ein optimiertes Einströmen des Kühlfluids in den zumindest einen Hohlraum und/oder ein optimiertes Ausströmen des Kühlfluids aus dem zumindest einen Hohlraum und/oder ein optimiertes Durchströmen des Kühlfluids durch den zumindest einen Hohlraum erzielt ist.
Wie vorstehend erläutert, erfolgt mit dem Finnenabschnitt, insbesondere mit dem zumindest einen Hohlraum eine Unterteilung des verfügbaren, durchströmbaren Querschnitts. Der zumindest eine Finnenabschnitt ist daher zweckmäßig kein Bestandteil eines Gehäuses der Batterie.
Bei dem Kühlfluid kann es sich um ein beliebiges Fluid handeln.
Vorteilhaft handelt es sich bei dem Kühlfluid um eine Flüssigkeit, also um eine Kühlflüssigkeit. Die Kühlflüssigkeit ist zweckmäßig dielektrisch. Die Anordnung der Batteriezellen im Strömungspfad führt vorzugsweise dazu, dass die Batteriezellen im Betrieb im Kühlfluid getaucht sind. Mittels des Kühlfluids erfolgt also vorteilhaft eine sogenannte Tauchkühlung bzw. Immersionskühlung. Dies führt zu einer weiter effizienten Temperierung, insbesondere Kühlung, der Batteriezellen und folglich zu einer weiter erhöhten Leistungsdichte.
Der wärmeübertragende Kontakt des Kontaktabschnitts mit der jeweiligen Batteriezelle erfolgt vorzugsweise durch eine flächige Auflage der Batteriezellen mit dem Kontaktabschnitt. Somit wird die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkörper und den Batteriezellen verbessert und folglich die Leistungsdichte erhöht.
Vorteilhaft weist die jeweilige Batteriezelle zu diesem Zweck in zweiter Richtung ebene, vorzugsweise zudem flache, Seitenflächen auf. Vorzugsweise weist der Kontaktabschnitt zu diesem Zweck in zweiter Richtung ebene, bevorzugt zudem flache, Außenflächen auf. Bevorzugt ist der Kontaktabschnitt als eine Platte ausgebildet. Bevorzugt liegt auf der jeweiligen Außenfläche eine zugehörige Seitenfläche, vorzugsweise unmittelbar, auf.
Vorteilhaft begrenzt das Gehäuse den Strömungspfad. Das heißt, dass der Strömungspfad in erster Richtung durch das Gehäuse führt und vom Gehäuse begrenzt wird. Zweckmäßig begrenzt das Gehäuse den Strömungspfad in dritter Richtung und/oder in zweiter Richtung.
Bei dem Gehäuse kann es sich um ein Gehäuse der gesamten Batterie handeln, welches eine Außenhüll der Batterie bilden kann. Ebenso kann es sich bei dem Gehäuse um ein Modulgehäuse eines Zellenmoduls der Batterie handeln, wobei das Zellenmodul Batteriezellen umfasst.
Die Batterie kann dabei zwei oder mehr solche Zellenmodule aufweisen.
Zweckmäßig weist die Batterie zwei oder mehr solche Kühlkörper auf, welche entsprechend der Anordnung der Batteriezellen in zweiter Richtung aufeinanderfolgen, wobei der jeweilige Kühlkörper mit seinem Kontaktabschnitt zwischen zwei zugehörigen Batteriezellen angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Finnenabschnitte der Kühlkörper, insbesondere die Kühlkörper insgesamt, zueinander beabstandet.
Bei der Batterie handelt es sich zweckmäßig um eine wieder aufladbare Batterie.
Die jeweilige Batteriezelle kann prinzipiell eine solche beliebiger Art sein. Dabei weist die jeweilige Batteriezelle ein aktives Material zum Beladen und Entladen der Batteriezelle und somit zum Beladen und Entladen der Batterie auf.
Insbesondere handelt es sich bei der jeweiligen Batteriezelle um eine sogenannte Pouch-Zelle. Auch kann zumindest eine der Batteriezellen eine prismatische Zelle sein.
Die Batterie kann zum elektrischen Versorgen beliebiger Verbraucher zum Einsatz kommen.
Insbesondere kommt die Batterie zum Versorgen von Verbrauchern mit einem erhöhten Leistungsbedarf zum Einsatz.
Vorstellbar ist es insbesondere, dass die Batterie eine Traktionsbatterie ist.
Vorteilhaft kommt die Batterie dabei in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Bevorzugt versorgt die Batterie als Traktionsbatterie zumindest eine Antriebskomponente, insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor, des Kraftfahrzeugs elektrisch.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist zumindest einer der wenigstens einen Finnenabschnitte, vorteilhaft der jeweilige Finnenabschnitt, ein Segment auf, welches an zumindest einer der zugehörigen Stirnseiten aufliegt. Dieses Segment wird nachfolgend auch als Abstützsegment bezeichnet. Bevorzugt liegt das Abstützsegment an beiden zugehörigen Stirnseiten auf. Zudem weist der Finnenabschnitt zumindest ein vom Abstützsegment abstehendes Segment auf, welches einen solchen zugehörigen Zellen-Hohlraum begrenzt. Dieses Segment wird nachfolgend auch als Kanalsegment bezeichnet. Der Finnenabschnitt weist also zumindest ein vom Abstützsegment abstehendes Kanalsegment auf, welches einen solchen zugehörigen Zellen-Hohlraum begrenzt. Somit kommt es zu einer vereinfachten Herstellung und Montage der Batterie sowie einer definierten Begrenzung des Hohlraums. Dies führt neben der besagten vereinfachten Montage zu einer definierten Durchströmung des Hohlraums und folglich zu einer verbesserten Temperierung und damit zu einer erhöhten Leistungsdichte.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der jeweilige Finnenabschnitt für die jeweilige zugehörige Stirnseite ein solches Kanalsegment auf. Vorzugsweise liegt das Abstützsegment zumindest einer der wenigstens einen Finnenabschnitte, bevorzugt des jeweiligen Finnenabschnitts, an den Stirnseiten der beiden zugehörigen Batteriezellen auf und weist der Finnenabschnitt für die jeweilige Stirnseite ein zugehöriges solches Kanalsegment auf, sodass zwischen der jeweiligen Stirnseite und dem zugehörigen Kanalsegment ein solcher Zellen-Hohlraum begrenzt ist. Damit begrenzt also der Finnenabschnitt zwei solche Zellen-Hohlräume.
Vorteilhaft weist zumindest eines der Kanalsegmente, bevorzugt das jeweilige Kanalsegment, zwei Schenkel auf, welche den zugehörigen Zellen-Hohlraum begrenzen. Vorzugsweise weist zumindest eines der Kanalsegmente, bevorzugt das jeweilige Kanalsegment, einen ersten Schenkel, welcher von der zugehörigen Stirnseite abgewandt vom Abstützsegment absteht, und einen zweiten Schenkel auf, welcher vom ersten Schenkel absteht und geneigt oder quer zum ersten Schenkel verläuft. Dies führt zu einer definierten Ausbildung des jeweiligen zugehörigen Zellen-Hohlraums und folglich zu einer definierten Durchströmung des jeweiligen Zellen-Hohlraums. In der Folge ist die Kühlung verbessert und die Leistungsdichte erhöht.
Insbesondere können dabei der erste Schenkel und der zweite Schenkel in einer Draufsicht in erster Richtung L-förmig verlaufen.
Weist der Finnenabschnitt zwei Kanalsegmente auf, so verlaufen vorzugsweise das Abstützsegment und die beiden zweiten Schenkel in einer Draufsicht in erster Richtung U-förmig.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen sich zumindest einer der zweiten Schenkel, vorteilhaft der jeweilige zweite Schenkel, in zweiter Richtung in etwa bis zur Mitte der zugehörigen Stirnseite erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der zweite Schenkel bei einer Pouch-Zelle in zweiter Richtung in etwa bis zu einer in dritter Richtung von der zugehörigen Stirnseite abstehenden Falz der Pouch-Zelle. Eine derartige Dimensionierung des zweiten Schenkels führt zu einer vorteilhaften und definierten Begrenzung des zugehörigen Zellen-Hohlraums, welche wiederum zu einer vorteilhaften und definierten Durchströmung des Zellen-Hohlraums führt. Folglich ist die Kühlung der zugehörigen Batteriezelle verbessert und die Leistungsdichte weiter erhöht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Gehäuse für zumindest einen der wenigstens einen Finnenabschnitte eine zugehörige Vertiefung auf, in welcher der Finnenabschnitt zumindest teilweise eindringt. Das heißt, dass das Gehäuse eine zumindest einem der Finnenabschnitte in dritter Richtung gegenüberliegende Wandung aufweist, welche den Strömungspfad begrenzt. Die Wandung weist für zumindest einen der Finnenabschnitte eine weg vom Finnenabschnitt gerichtete Vertiefung auf, in welcher der Finnenabschnitt eindringt, sodass zwischen dem Finnenabschnitt und der Wandung ein Hohlraum begrenzt ist, welche nachfolgend auch als Wandung-Hohlraum bezeichnet wird. Der Wandung-Hohlraum erstreckt sich in erster Richtung, wobei der Strömungspfad durch den Wandung-Hohlraum führt. Somit begrenzt der Finnenabschnitt zusätzlich zum zumindest einen Zellen-Hohlraum den Wandung-Hohlraum. In der Folge kommt es zu einer weiteren Unterteilung des durchströmbaren Querschnitts, sodass der Querschnitt weiter verbessert, insbesondere gleichmäßiger, durchströmt ist. Dies führt zu einer weiter verbesserten Wärmeübertragung und folglich zu einer weiter erhöhten Leistungsdichte.
Als bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei denen zumindest einer der zweiten Schenkel, vorzugsweise der jeweilige zweite Schenkel, in der Vertiefung angeordnet ist, sodass der Wandung-Hohlraum vom ersten Schenkel, vorzugsweise vom jeweiligen ersten Schenkel, und dem Abstützsegment begrenzt ist. Dies führt zu einer vereinfachten und definierten Ausbildung des Wandung-Hohlraums. Somit kommt es neben einer vereinfachten Herstellung und Montage der Batterie zu einer verbesserten Wärmeübertragung und folglich einer erhöhten Leistungsdichte.
Prinzipiell können die von einem Finnenabschnitt begrenzten Hohlräume relativ zueinander beliebig groß sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen begrenzt zumindest einer der Finnenabschnitte, vorzugsweise der jeweilige Finnenabschnitt, zwei solche Zellen-Hohlräume und einen solchen Wandung-Hohlraum, wobei die durchströmbaren Querschnitte der Hohlräume, nachfolgend auch als Strömungsquerschnitte bezeichnet, einander zumindest im Wesentlichen entsprechen. Das heißt, dass die beiden vom Finnenabschnitt begrenzten Zellen-Hohlräume und der vom Finnenabschnitt begrenzte Wandung-Hohlraum zumindest im Wesentlichen gleiche Strömungsquerschnitte aufweisen. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Durchströmung der Hohlräume und folglich zu einer verbesserten Wärmeübertragung mit dem Kühlkörper. In der Folge ist die Leistungsdichte weiter erhöht.
Unter zumindest im Wesentlichen ist dabei zu verstehen, dass die Strömungsquerschnitte einander entsprechen oder im Wesentlichen einander entsprechen.
Im Wesentlichen bedeutet vorteilhaft ein Unterschied von weniger als 10 %.
Die jeweilige Vertiefung weist zweckmäßig einen Grund und zwei davon abstehende Flanken auf, welche nachfolgend auch als Vertiefungsgrund und Vertiefungsflanken bezeichnet werden. Die jeweilige Vertiefung weist den Vertiefungsgrund und die beiden Vertiefungsflanken auf, welche in zweiter Richtung vom Vertiefungsgrund abstehen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen verläuft zumindest einer der zweiten Schenkel, bevorzugt der jeweilige zweite Schenkel, parallel zum Vertiefungsgrund der zugehörigen Vertiefung und steht in Richtung einer zugehörigen der Vertiefungsflanken der zugehörigen Vertiefung vom ersten Schenkel ab. Der in Richtung der Vertiefungsflanke abstehende Verlauf des zweiten Schenkels führt dabei dazu, dass zwischen dem zweiten Schenkel und dem Vertiefungsgrund die Strömung zumindest reduziert ist. Folglich strömt das Kühlfluid zumindest überwiegend durch die Hohlräume. In der Folge ist die Kühlung verbessert und die Leistungsdichte erhöht.
Eine verbesserte, insbesondere gleichmäßigere, Durchströmung der Hohlräume kann dadurch erreicht werden, dass eine in zweiter Richtung verlaufende Breite zumindest einer der Vertiefungen, nachfolgend auch als Vertiefungs-Breite bezeichnet, im Wesentlichen der Summe einer halben Zellen-Breite der jeweiligen zugehörigen Stirnseite und einer Körper-Breite des zugehörigen Kontaktabschnitts entspricht. Die jeweilige Batteriezelle weist also eine in zweiter Richtung verlaufende Breite auf, welche auch als Zellen-Breite bezeichnet wird. Zudem weist der Kontaktabschnitt eine in zweiter Richtung verlaufende Breite, welche auch als Körper-Breite bezeichnet wird. Die Vertiefungs-Breite entspricht also der Summe aus der Hälfte der jeweiligen Zellen-Breite und der Körper-Breite. Somit überdeckt die Vertiefung die beiden zugehörigen Stirnseiten jeweils im Wesentlichen bis zur Hälfte. In der Folge werden die Strömungen durch die zugehörigen Zellen-Hohlräume auf die zugehörigen Stirnseiten konzentriert. Zudem wird, sofern vorhanden, die Strömung durch den Wandung-Hohlraum auf das Abstützsegment konzentriert, welches auf den zugehörigen Stirnseiten aufliegt. In der Folge kommt es bei Durchströmung des jeweiligen Hohlraums zu einer verbesserten Wärmeübertragung mit den zugehörigen Stirnseiten und folglich Batteriezellen, sodass die Wärmeübertragung insgesamt verbessert und die Leistungsdichte weiter erhöht ist.
Vorteilhaft ist ein Abstand zwischen zumindest einem zweiten Schenkel und der zugehörigen Vertiefungsflanke in zweiter Richtung kleiner als ein Abstand des Abstützsegments des zugehörigen Finnenabschnitts zum Vertiefungsgrund in dritter Richtung. Somit ist eine Strömung des Kühlfluids zwischen dem zweiten Schenkel und der benachbarten, zugehörigen Vertiefungsflanke im Vergleich zu einer Strömung des Kühlfluids durch den Wandung-Hohlraum und/oder im Vergleich zur Strömung durch den zugehörigen Zellen-Hohlraum zumindest reduziert, insbesondere minimiert. In der Folge strömt das Kühlfluid gezielt und definiert durch die Hohlräume. Somit ist die Wärmeübertragung verbessert und die Leistungsdichte weiter erhöht.
Der jeweilige Kühlkörper dient insbesondere der Kühlung. Insbesondere ist der Kühlkörper hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, weist also eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Vorteilhaft ist der Kühlkörper aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt.
Der jeweilige zumindest eine Kühlkörper kann prinzipiell mehrteilig ausgebildet sein, also zumindest zwei separat hergestellte und anschließend miteinander verbundene Teile aufweisen.
Bevorzugt ist zumindest einer der wenigstens einen Kühlkörper, vorzugsweise der jeweilige Kühlkörper, einteilig aus einem Material hergestellt. Die Abschnitte des Kühlkörpers sind also gemeinsam aus dem Material hergestellt. Somit kommt es zu einem verbesserten Wärmefluss innerhalb des Kühlkörpers. Dies führt zu einer verbesserten Wärmeübertragung des Kühlkörpers mit den zugehörigen Batteriezellen und mit dem Kühlfluid. Folglich ist die Wärmeübertragung verbessert und die Leistungsdichte erhöht.
Bei zumindest einem Kühlkörper handelt es sich insbesondere um ein Blechbauteil, also ein aus einem Blechmaterial hergestelltes Bauteil. Ebenso kann es sich bei zumindest einem Kühlkörper um ein Extrusionsbauteil handeln, also ein mittels Extrusion hergestelltes Bauteil.
Es versteht sich, dass neben der Batterie auch das Kraftfahrzeug mit der Batterie zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug,
2 eine isometrische Innenansicht der Batterie,
3 eine frontale Innenansicht der Batterie bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
4 eine isometrische Ansicht eines Kühlkörpers der Batterie,
5 eine Frontalansicht des Kühlkörpers.

Eine Batterie 1, wie sie beispielhaft in den 1 bis 3 gezeigt ist, kommt beispielsweise in einem in 1 stark vereinfacht und schaltplanartig gezeigten Kraftfahrzeug 100 zum Einsatz. Die Batterie 1 kann, wie in 1 angedeutet, eine Traktionsbatterie 2 sein, welche dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 100 dient. Zu diesem Zweck versorgt die Batterie 1 im Betrieb eine Antriebskomponente 101 des Kraftfahrzeugs 100 elektrisch. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Antriebskomponente 101 um einen elektrischen Antriebsmotor 102, der zumindest ein Rad 105 des Kraftfahrzeugs 100 antreibt. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, ist die Batterie 1 von einem Kühlfluid durchströmt, sodass ein Strömungspfad 3 des Kühlfluids durch die Batterie 1 führt. Wie 1 entnommen werden kann, kann die Batterie 1 zu diesem Zweck in einem Kühlkreis 103 eingebunden sein, durch welchen das Kühlfluid im Betrieb zirkuliert. Der Kühlkreis 103 weist zum Kühlen des Kühlfluids einen Kühlfluid-Kühler 104 auf. Zudem kann der Kühlkreis 103 zum Zirkulieren des Kühlfluids eine nicht gezeigte Fördereinrichtung, beispielsweise eine nicht gezeigte Pumpe, aufweisen. Bei dem Kühlfluid handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um eine dielektrische Kühlflüssigkeit.
Wie den 2 und 3 entnommen werden kann, weist die Batterie 1 ein Gehäuse 4 auf, durch das der Strömungspfad 3 des Kühlfluids in einer ersten Richtung R1 führt. Im Gehäuse 4 sind zumindest zwei Batteriezellen 5 in einer quer zur ersten Richtung R1 verlaufenden zweiten Richtung R2 aufeinander folgend angeordnet. In den Ansichten der 2 und 3 sind zum besseren Verständnis lediglich drei bzw. zwei Batteriezellen 5 sichtbar. Im Betrieb werden die Batteriezellen 5 mit dem Kühlfluid gekühlt. Die Batteriezellen 5 sind zu diesem Zweck im Strömungspfad 3 angeordnet. Somit stehen die Batteriezellen 5 mit dem Kühlfluid im direkten Kontakt und sind im Betrieb in der Kühlflüssigkeit als Kühlfluid getaucht. Somit erfolgt im Betrieb eine Kühlung der Batteriezellen 5 mittels der sogenannten „Tauchkühlung“, auch als „Immersionskühlung“ geläufig. Die jeweilige Batteriezelle 5 weist in einer quer zur ersten Richtung R1 und quer zur zweiten Richtung R2 verlaufenden dritten Richtung R3 zwei Stirnseiten 6 auf. Dabei ist in den Ansichten der 2 und 3 lediglich eine Stirnseite 6 der jeweiligen Batteriezelle 5 sichtbar. Die jeweilige Batteriezelle 5 weist ferner in zweiter Richtung R2 zwei Seitenflächen 7 auf. Somit sind jeweils zwei Seitenflächen 7 der in zweiter Richtung R2 aufeinanderfolgenden Batteriezellen 5 einander zugewandt. Zwischen zumindest zwei der aufeinanderfolgenden Batteriezellen 5 ist ein zugehöriger Kühlkörper 8 angeordnet. In den Ansichten der 2 und 3 ist dabei lediglich ein solcher Kühlkörper 8 zu sehen. Der Kühlkörper 8 ist in den 4 und 5 separat dargestellt. Der Kühlkörper 8 weist einen Abschnitt 9 auf, welcher zwischen den zugehörigen Batteriezellen 5 angeordnet ist und mit diesen in wärmeübertragendem Kontakt steht. Der Abschnitt 9 wird nachfolgend auch als Kontaktabschnitt 9 bezeichnet. Der Kontaktabschnitt 9 ist also zwischen den einander zugewandten Seitenflächen 7 der zugehörigen Batteriezellen 5 angeordnet und mit diesen in wärmeübertragendem Kontakt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kontaktabschnitt 9 in direktem Kontakt mit den zugehörigen Batteriezellen 5 und somit mit den zugehörigen Seitenflächen 7. Wie den 2 bis 5 entnommen werden kann, weist der Kühlkörper 8 in dritter Richtung R3 zumindest einseitig einen vom Kontaktabschnitt 9 abstehenden Abschnitt 10 auf, welcher zwischen sich und der Stirnseite 6 zumindest einer der zugehörigen Batteriezellen 5 einen sich in erster Richtung R1 ersteckenden Hohlraum 11 begrenzt. Der Abschnitt 10 wird nachfolgend auch als Finnenabschnitt 10 bezeichnet. Der vom Finnenabschnitt 10 und der jeweiligen Stirnseite 6 begrenzte Hohlraum 11 wird nachfolgend auch als Zellen-Hohlraum 11 bezeichnet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Kühlkörper 8, wie den 4 und 5 entnommen werden kann, in dritter Richtung R3 beidseitig des Kontaktabschnitts 9 jeweils einen solchen Finnenabschnitt 10 auf. Wie insbesondere den 2 und 3 ferner entnommen werden kann, begrenzt in den gezeigten Ausführungsbeispielen der jeweilige Finnenabschnitt 10 zwischen sich und den Stirnseiten 6 der beiden zugehörigen Batteriezellen 5 jeweils einen solchen Zellen-Hohlraum 11. Somit ist der durchströmbare Querschnitt im Bereich des jeweiligen Finnenabschnitt 10 zumindest in die beiden Hohlräumen 11 unterteilt. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Strömung des Kühlfluids durch den insgesamt durchströmbaren Querschnitt. Darüber hinaus ist mittels des jeweiligen Finnenabschnitts 10 die mit dem Kühlfluid wärmeübertragende Fläche vergrößert. Somit kommt es innerhalb des verfügbaren Bauraums zu einer verbesserten Kühlung der Batteriezellen 5 und folglich zu einer erhöhten Leistungsdichte.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Batteriezellen 5 rein beispielhaft jeweils als eine Pouch-Zelle 12 ausgebildet. Wie insbesondere den 2 und 3 entnommen werden kann, sind die Seitenflächen 7 flach und eben. Wie insbesondere den 4 und 5 entnommen werden kann, ist der Kontaktabschnitt 9 als eine Platte ausgebildet. Somit kommt es zu einer flächigen Auflage der jeweiligen Seitenfläche 7 auf dem Kontaktabschnitt 9.
Wie insbesondere den 4 und 5 entnommen werden kann, ist der Kühlkörper 8 einteilig aus einem Material hergestellt. Bei dem Kühlkörper 8 handelt es sich dabei beispielsweise um ein Blechbauteil 13 oder ein Extrusionsbauteil 14.
Wie den 2 bis 5 entnommen werden kann, weist der jeweilige Finnenabschnitt 10 ein auf den zugehörigen Stirnseiten 6 aufliegendes Segment 15 auf, welches nachfolgend auch als Abstützsegment 15 bezeichnet wird. Zudem weist der jeweilige Finnenabschnitt 10 für die jeweilige zugehörige Stirnseite 6 bzw. für den jeweiligen Zellen-Hohlraum 11 ein zugehöriges und vom Abstützsegment 15 abstehendes Segment 16 auf, welches nachfolgend auch als Kanalsegment 16 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der jeweilige Finnenabschnitt 10 also zwei solche Kanalsegmente 16 auf, wobei das jeweilige Kanalsegment 16 mit der zugehörigen Stirnseite 6 den zugehörigen Zellen-Hohlraum 11 begrenzt. Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, weist das jeweilige Kanalsegment 16 in den gezeigten Ausführungsbeispielen zwei Schenkel 17, 18, nämlich einen ersten Schenkel 17 und einem zweiten Schenkel 18 auf. Der erste Schenkel 17 steht von der zugehörigen Stirnseite 6 abgewandt vom Abstützsegment 15 ab. Der zweite Schenkel 18 steht vom ersten Schenkel 17 ab und verläuft geneigt oder quer zum ersten Schenkel 17. In den gezeigten Ausführungsbeispielen verläuft das Abstützsegment 15 in erster Richtung R1 und im Wesentlichen quer zur dritten Richtung R3. In den gezeigten Ausführungsbeispielen steht ferner der jeweilige erste Schenkel 17 in dritter Richtung R3 vom zugehörigen Abstützsegment 15 und der jeweilige zweite Schenkel 18 in zweiter Richtung R2 vom zugehörigen ersten Schenkel 17 ab. Somit ist, wie insbesondere 3 entnommen werden kann, das jeweilige Kanalsegment 16 in der Draufsicht in erster Richtung R1 L-förmig. Zudem verläuft das jeweilige Abstützsegment 16 mit den ersten Schenkeln 17 in der Draufsicht in erster Richtung R1 U-förmig.
Wie den 2 und 3 entnommen werden kann, erstreckt sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen der jeweilige zweite Schenkel 18 in zweiter Richtung R2 in etwas bis zur Mitte der zugehörigen Stirnseite 6. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die als Pouch-Zelle 12 ausgebildete Batterie in der Mitte der Stirnseite 6 einen abstehenden Falz 20 auf. Der jeweilige zweite Schenkel 18 erstreckt sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen in zweiter Richtung R2 also in etwa bis zur Höhe derjenigen Stelle, an welcher der Falz 20 von der zugehörigen Stirnseite 6 absteht. Die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich dabei lediglich dadurch, dass im Ausführungsbeispiel der 2 der von der jeweiligen Stirnseite 6 abstehende Falz 20 in zweiter Richtung R2 mit gleicher Orientierung umgebogen ist. In der Folge ist zwischen einer der Stirnseiten 6 und dem zugehörigen Kanalsegment 16 der der Stirnseite 6 zugehörige Falz 20 angeordnet. Demgegenüber sind beim Ausführungsbeispiel der 3 die Falze 20 jeweils in zweiter Richtung R2 von dem der zugehörigen Stirnseite 6 zugehörigen Kanalsegment 16 weggebogen. In der Folge ist kein solcher Falz 20 zwischen der zugehörigen Stirnseite 6 und dem der Stirnseite 6 zugehörigen Kanalsegment 16 angeordnet.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Gehäuse 4, wie den 2 und 3 entnommen werden kann, für die jeweiligen in dritter Richtung R3 an einer Seite abstehenden Finnenabschnitte 10 eine Wandung 21 auf, welche den Strömungspfad 3 in dritter Richtung R3 begrenzt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Gehäuse 4 also zwei solche, in dritter Richtung R3 gegenüberliegende Wandungen 21 auf, wobei in den Ansichten der 2 und 3 eine der Wandungen 21 zu sehen ist. Die Wandung 21 weist, wie den 2 und 3 entnommen werden kann, für zumindest einen der in dritter Richtung R3 gegenüberliegenden Finnenabschnitte 10, vorzugsweise für den jeweiligen Finnenabschnitt 10, eine zugehörige Vertiefung 22 auf. Die Vertiefung 22 ist vom zugehörigen Finnenabschnitt 10 weggerichtet und weist einen Grund 23 und zwei vom Grund 23 abstehende Flanken 24 auf, welche nachfolgend auch als Vertiefungsgrund 23 und Vertiefungsflanken 24 bezeichnet werden. Der Vertiefungsgrund 23 begrenzt die Vertiefung 22 in dritter Richtung. Die Vertiefungsflanken 24 begrenzen die Vertiefung 22 in zweiter Richtung R2. Der Finnenabschnitt 10 dringt in der zugehörigen Vertiefung 22 ein, sodass zwischen dem Finnenabschnitt 10 und der Wandung 21 ein weiterer Hohlraum 19 begrenzt ist, welcher nachfolgend auch als Wandung-Hohlraum 19 bezeichnet wird. Der Wandung-Hohlraum 19 erstreckt sich, analog zu den Zellen-Hohlräumen 11, in erster Richtung R1, wobei der Strömungspfad 3 durch den Wandung-Hohlraum 19 führt (siehe insbesondere 3). In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Wandung-Hohlraum 19 vom Abstützsegment 15, den beiden ersten Schenkeln 17 und dem Vertiefungsgrund 23 begrenzt. Dabei ist, wie den 2 und 3 entnommen werden kann, der jeweilige zweite Schenkel 18 in der zugehörigen Vertiefung 22 angeordnet. Die beiden ersten Schenkeln 17 begrenzen also jeweils einen Zellen-Hohlraum 11 sowie zwischen sich den Wandung-Hohlraum 19. Der im Bereich des jeweiligen Finnenabschnitts 10 gesamte durchströmbare Querschnitt wird also in die drei Hohlräume 11, 19 unterteilt. Dies führt zu einer weiter verbesserten und/oder gleichmäßigeren Durchströmung des Querschnitts, wobei die wärmeübertragende Fläche weiter vergrößert ist. Insgesamt wird im verfügbaren Bauraum eine verbesserte Kühlung erzielt und folglich die Leistungsdichte weiter erhöht.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, weisen vorzugsweise die beiden vom Finnenabschnitt 10 begrenzten Zellen-Hohlräume 11 und der vom Finnenabschnitt 10 begrenzte Wandung-Hohlraum 19 zumindest im Wesentlichen gleiche Strömungsquerschnitte auf.
Wie den 2 und 3 ferner entnommen werden kann, verlaufen in den gezeigten Ausführungsbeispielen die zweiten Schenkel 18 parallel zum Vertiefungsgrund 23 und stehen in Richtung einer zugehörigen der Vertiefungsflanken 24 vom ersten Schenkel 17 ab. In den gezeigten Ausführungsbeispielen steht also der jeweilige zweite Schenkel 18 in zweiter Richtung R2 in Richtung der zugehörigen Vertiefungsflanke 24 vom zugehörigen ersten Schenkel 17 ab.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, weist die Vertiefung 22 eine in zweiter Richtung R2 verlaufende Breite 25 auf, welche nachfolgend auch als Vertiefungs-Breite 25 bezeichnet wird. Die jeweilige Stirnseite 6 weist eine in zweiter Richtung R2 verlaufende Breite 26 auf, welche nachfolgend auch als Zellen-Breite 26 bezeichnet wird. Die Zellen-Breite 26 entspricht in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Breite 26 der zugehörigen Batteriezelle 5. Der Kontaktabschnitt 9 weist eine in zweiter Richtung R2 verlaufende Breite 27 auf, welche nachfolgend auch als Körper-Breite 27 bezeichnet wird. Die Vertiefungs-Breite 25 entspricht in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie insbesondere ebenfalls 3 entnommen werden kann, im Wesentlichen der Summe der halben Zellen-Breite 26 der jeweiligen zugehörigen Stirnseite 6 und der Körper-Breite 27 des zugehörigen Kontaktabschnitts 9. Dabei ist die Vertiefung 22 relativ zu den Stirnseiten 6 in zweiter Richtung R2 mittig angeordnet. Somit entspricht die Vertiefungs-Breite 25 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in etwa dem Abstand der Falze 20 an den zugehörigen Stirnseiten 6.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, ist der jeweilige zweite Schenkel 18 mit einem in zweiter Richtung R2 verlaufenden Abstand 28 zur zugehörigen Vertiefungsflanke 24 beabstandet. Der Abstand 28 wird nachfolgend auch als Schenkel-Abstand 28 bezeichnet. Zudem ist das Abstützsegment 15 mit einem in dritter Richtung R3 verlaufenden Abstand 29 zum Vertiefungsgrund 23 beabstandet. Der Abstand 29 wird nachfolgend auch als Vertiefung-Abstand 29 bezeichnet. Der Schenkel-Abstand 28 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie insbesondere ebenfalls 3 entnommen werden kann, kleiner als der Vertiefung-Abstand 29. In der Folge ist die Strömung des Kühlfluids zwischen dem jeweiligen zweiten Schenkel 18 und dem Vertiefungsgrund 23 sowie der zugehörigen Vertiefungsflanke 24 reduziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018217319 A1 [0003]

Claims

Batterie (1), insbesondere Traktionsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (100), - mit einem Gehäuse (4), durch das ein Strömungspfad (3) eines Kühlfluids in einer ersten Richtung (R1) führt, - mit zumindest zwei im Gehäuse (4) angeordneten Batteriezellen (5), welche im Strömungspfad (3) angeordnet sind und in einer quer zur ersten Richtung (R1) verlaufenden zweiten Richtung (R2) aufeinander folgen, - wobei die jeweilige Batteriezelle (5) in einer quer zur ersten Richtung (R1) und quer zur zweiten Richtung (R2) verlaufenden dritten Richtung (R3) zwei Stirnseiten (6) aufweist, - wobei zwischen zumindest zwei der aufeinanderfolgenden Batteriezellen (5) ein zugehöriger Kühlkörper (8) angeordnet ist, welcher einen Kontaktabschnitt (9) aufweist, der zwischen den zugehörigen Batteriezellen (5) angeordnet ist und mit diesen in wärmeübertragendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kontaktabschnitt (9) in dritter Richtung (R3) zumindest einseitig ein Finnenabschnitt (10) absteht, welcher zwischen sich und der Stirnseite (6) zumindest einer der zugehörigen Batteriezellen (5) einen sich in erster Richtung (R1) ersteckenden Zellen-Hohlraum (11) begrenzt, durch welchen der Strömungspfad (3) führt.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der wenigstens einen Finnenabschnitte (10) ein an zumindest einer der zugehörigen Stirnseiten (6) aufliegendes Abstützsegment (15) und ein vom Abstützsegment (15) abstehendes und einen solchen zugehörigen Zellen-Hohlraum (11) begrenzendes Kanalsegment (16) aufweist.
Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kanalsegmente (16) einen ersten Schenkel (17), welcher von der zugehörigen Stirnseite (6) abgewandt vom Abstützsegment (15) absteht, und einen zweiten Schenkel (18) aufweist, welcher vom ersten Schenkel (17) absteht und geneigt oder quer zum ersten Schenkel (17) verläuft.
Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (17) und der zweite Schenkel (18) in einer Draufsicht in erster Richtung (R1) L-förmig verlaufen.
Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einer der zweiten Schenkel (18) in zweiter Richtung (R2) in etwa bis zur Mitte der zugehörigen Stirnseite (6) erstreckt.
Batterie nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützsegment (15) zumindest einer der wenigstens einen Finnenabschnitte (10) an den Stirnseiten (6) der beiden zugehörigen Batteriezellen (5) aufliegt und für die jeweilige Stirnseite (6) ein zugehöriges solches Kanalsegment (16) aufweist, sodass zwischen der jeweiligen Stirnseite (6) und dem zugehörigen Kanalsegment (16) ein solcher Zellen-Hohlraum (11) begrenzt ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass das Gehäuse (4) eine zumindest einem der Finnenabschnitte (10) in dritter Richtung (R3) gegenüberliegende Wandung (21) aufweist, welche den Strömungspfad (3) begrenzt, - dass zumindest eine der wenigstens einen die Wandungen (21) für zumindest einen der wenigstens einen gegenüberliegenden Finnenabschnitte (10) eine weg vom Finnenabschnitt (10) gerichtete Vertiefung (22) aufweist, in welcher der Finnenabschnitt (10) eindringt, sodass zwischen dem Finnenabschnitt (10) und der Wandung (21) ein Wandung-Hohlraum (19) begrenzt ist, welcher sich in erste Richtung (R1) erstreckt und durch welchen der Strömungspfad (3) führt.
Batterie nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zweiten Schenkel (18) in der Vertiefung (22) angeordnet ist, sodass der Wandung-Hohlraum (19) vom zugehörigen ersten Schenkel (17) und dem Abstützsegment (15) begrenzt ist.
Batterie nach Anspruch 6 und Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vom Finnenabschnitt (10) begrenzten Zellen-Hohlräume (11) und der vom Finnenabschnitt (10) begrenzte Wandung-Hohlraum (19) zumindest im Wesentlichen gleiche Strömungsquerschnitte aufweisen.
Batterie nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vertiefung (22) einen Vertiefungsgrund (23) und zwei in zweiter Richtung (R2) vom Vertiefungsgrund (23) abstehende Vertiefungsflanken (24) aufweist, - dass zumindest einer der zweiten Schenkel (18) parallel zum Vertiefungsgrund (23) verläuft und in Richtung einer zugehörigen der Vertiefungsflanken (24) vom zugehörigen ersten Schenkel (17) absteht.
Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine in zweite Richtung (R2) verlaufende Vertiefungs-Breite (25) zumindest einer der Vertiefungen (22) im Wesentlichen der Summe der halben einer Zellen-Breite (26) der jeweiligen zugehörigen Stirnseite (6) und einer Körper-Breite (27) des zugehörigen Kontaktabschnitts (9) entspricht.
Batterie nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel-Abstand (28) zwischen zumindest einem der zumindest einen zweiten Schenkel (18) und der zugehörigen Vertiefungsflanke (24) in zweiter Richtung (R2) kleiner ist als ein Vertiefung-Abstand (29) des Abstützsegments (15) zum Vertiefungsgrund (23) in dritter Richtung (R3).
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der wenigstens einen Kühlkörper (8) einteilig aus einem Material hergestellt ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid eine Kühlflüssigkeit ist.
Kraftfahrzeug (100) mit einer Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Batterie (1) im Betrieb eine Antriebskomponente (101) des Kraftfahrzeugs (100), insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor (102), elektrisch versorgt.