DE102023102385A1

DE102023102385A1 - Liquid-cooled battery and method for producing a liquid-cooled battery

Info

Publication number: DE102023102385A1
Application number: DE102023102385.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Grass
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2023-02-01
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2024-08-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsgekühlte Batterie (100;200) mit einem Gehäuse (10) und mehreren in dem Gehäuse (10) angeordneten Batteriezellen (11), wobei in dem Gehäuse (10) mindestens eine Dichtmatte (12) angeordnet ist, die aus einem sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums (K) ausdehnenden Material besteht und eine der Anzahl von Batteriezellen (11) entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen (121) aufweist, wobei in jeder Aufnahmeöffnung (121) der mindestens einen Dichtmatte (12) eine Batteriezelle (11) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Dichtmatte (12) in einem ausgedehnten Zustand an alle Batteriezellen (11) und das Gehäuse (10) angepresst ist und innerhalb des Gehäuses (10) einen flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum (102) begrenzt, der eingerichtet ist, mit einem flüssigen Kühlmittel (K) befüllt zu werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie (100;200), wobei: mehrere Batteriezellen (11) parallel zueinander angeordnet werden, mindestens eine Dichtmatte (12), die aus einem sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums (K) ausdehnenden Material besteht und eine der Anzahl von Batteriezellen (11) entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen (121) aufweist, derart auf die Batteriezellen (11) aufgeschoben wird, dass in jeder Aufnahmeöffnung (121) der mindestens einen Dichtmatte (12) eine Batteriezelle (11) angeordnet ist, und die Batteriezellen (11) zusammen mit der mindestens einen Dichtmatte (12) in ein Gehäuse (10) eingesetzt werden.The present invention relates to a liquid-cooled battery (100; 200) with a housing (10) and a plurality of battery cells (11) arranged in the housing (10), wherein at least one sealing mat (12) is arranged in the housing (10), which consists of a material that expands under the action of an expansion medium (K) and has a number of receiving openings (121) corresponding to the number of battery cells (11), wherein a battery cell (11) is arranged in each receiving opening (121) of the at least one sealing mat (12), and wherein the at least one sealing mat (12) is pressed against all battery cells (11) and the housing (10) in an expanded state and delimits a liquid-tight housing interior (102) within the housing (10), which is designed to be filled with a liquid coolant (K). The present invention further relates to a method for producing a liquid-cooled battery (100; 200), wherein: a plurality of battery cells (11) are arranged parallel to one another, at least one sealing mat (12), which consists of a material that expands under the action of an expansion medium (K) and has a number of receiving openings (121) corresponding to the number of battery cells (11), is pushed onto the battery cells (11) in such a way that a battery cell (11) is arranged in each receiving opening (121) of the at least one sealing mat (12), and the battery cells (11) are inserted into a housing (10) together with the at least one sealing mat (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Batterie mit einem Gehäuse und mehreren in dem Gehäuse angeordneten Batteriezellen, insbesondere eine flüssigkeitsgekühlte Batterie mit direkt von einem flüssigen Kühlmittel umströmten Batteriezellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen flüssigkeitsgekühlten Batterie.The present invention relates to a liquid-cooled battery with a housing and a plurality of battery cells arranged in the housing, in particular a liquid-cooled battery with battery cells directly surrounded by a liquid coolant, and a method for producing such a liquid-cooled battery.

Batterien eingangs genannter Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden insbesondere als Traktionsbatterie in elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendet.Batteries of the type mentioned above are well known in the art and are used in particular as traction batteries in electrically or partially electrically powered vehicles.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie eingangs genannter Art zu ermöglichen.The present invention is based on the object of enabling a relatively simple production of a liquid-cooled battery of the type mentioned above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine flüssigkeitsgekühlte Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by a liquid-cooled battery having the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Batterie umfasst ein flüssigkeitsdichtes, vorzugsweise gasdichtes Gehäuse, das im Allgemeinen mehrere Gehäuseteile umfasst, die aneinander befestigt sind. Typischerweise besteht das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Metall oder Kunststoff.The liquid-cooled battery according to the invention comprises a liquid-tight, preferably gas-tight housing, which generally comprises several housing parts that are fastened to one another. Typically, the housing consists at least partially of a metal or plastic.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst mehrere Batteriezellen, die in dem Modulgehäuse angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Batteriezellen im Wesentlichen stabförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die Batteriezellen umfassen im Allgemeinen ein gasdichtes Zellgehäuse, in dem Aktivmaterialien der Batteriezelle angeordnet sind.The battery module according to the invention comprises a plurality of battery cells which are arranged in the module housing. The battery cells are preferably essentially rod-shaped and arranged parallel to one another. The battery cells generally comprise a gas-tight cell housing in which active materials of the battery cell are arranged.

Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse mindestens eine Dichtmatte angeordnet, die aus einem sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums ausdehnenden Material besteht und eine der Anzahl von Batteriezellen entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen aufweist. Das Ausdehnungsmedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere ein flüssiges Kühlmittel, oder ein Fett beziehungsweise einer oder mehrere darin enthaltene Bestandteile sein. In jeder Aufnahmeöffnung jeder Dichtmatte ist eine Batteriezelle angeordnet, derart, dass jede Batteriezelle von jeder Dichtmatte umschlossen ist. Die mindestens eine erfindungsgemäße Dichtmatte ist derart ausgebildet und angeordnet, dass die mindestens eine Dichtmatte in einem ausgedehnten Zustand an alle Batteriezellen und das Gehäuse angepresst ist und innerhalb des Gehäuses einen flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum begrenzt, der eingerichtet ist, mit einem flüssigen Kühlmittel befüllt zu werden. Jede Dichtmatte ist vorzugsweise derart an einem Endbereich der Batteriezellen angeordnet, dass sich ein Großteil jeder Batteriezelle innerhalb des im Betrieb der Batterie mit dem flüssigen Kühlmittel gefüllten flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums befindet.According to the invention, at least one sealing mat is arranged in the housing, which consists of a material that expands under the action of an expansion medium and has a number of receiving openings corresponding to the number of battery cells. The expansion medium can be, for example, a liquid, in particular a liquid coolant, or a grease or one or more components contained therein. A battery cell is arranged in each receiving opening of each sealing mat, such that each battery cell is enclosed by each sealing mat. The at least one sealing mat according to the invention is designed and arranged such that the at least one sealing mat is pressed against all battery cells and the housing in an expanded state and delimits a liquid-tight housing interior within the housing, which is designed to be filled with a liquid coolant. Each sealing mat is preferably arranged at an end region of the battery cells in such a way that a large part of each battery cell is located within the liquid-tight housing interior filled with the liquid coolant when the battery is in operation.

Die mindestens eine sich beim Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel ausdehnende Dichtmatte ermöglicht es zwischen den einzelnen Batteriezellen sowie zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse vorhandene Zwischenräume zuverlässig abzudichten. Hierbei kann die mindestens eine Dichtmatte auf einfache Weise vor dem Einsetzen in das Gehäuse an den Batteriezellen angeordnet werden, sodass keine aufwendige Montage von Dichtmitteln innerhalb des mit den Batteriezellen bestückten Gehäuses erforderlich ist. Dies ermöglicht eine relativ einfache Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie.The at least one sealing mat, which expands when it comes into contact with the liquid coolant, makes it possible to reliably seal the gaps between the individual battery cells and between the battery cells and the housing. The at least one sealing mat can be easily placed on the battery cells before being inserted into the housing, so that no complex assembly of sealing agents is required within the housing equipped with the battery cells. This enables a liquid-cooled battery to be manufactured relatively easily.

Vorzugsweise sind die Durchmesser der Aufnahmeöffnungen der mindestens einen Dichtmatte derart ausgelegt, dass die mindestens eine Dichtmatte bereits in einem nichtausgedehnten Zustand, also bereits vor dem Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel, vorzugsweise vollumfänglich, also entlang des gesamten Außenumfangs der entsprechenden Batteriezelle, an einer Außenseite jeder der in den Aufnahmeöffnungen der jeweiligen Dichtmatte angeordneten Batteriezellen anliegt, um beim Einfüllen des flüssigen Kühlmittels in die Batterie ein Austreten des Kühlmittels durch die Aufnahmeöffnungen zu vermeiden.Preferably, the diameters of the receiving openings of the at least one sealing mat are designed such that the at least one sealing mat already in a non-expanded state, i.e. even before contact with the liquid coolant, preferably fully, i.e. along the entire outer circumference of the corresponding battery cell, rests on an outer side of each of the battery cells arranged in the receiving openings of the respective sealing mat in order to prevent the coolant from escaping through the receiving openings when the liquid coolant is poured into the battery.

Bevorzugt ist die mindestens eine Dichtmatte derart dimensioniert, dass die mindestens eine Dichtmatte bereits im nichtausgedehnten Zustand, vorzugsweise entlang des gesamten Innenumfangs des Gehäuses, an einer Innenseite des Gehäuses anliegt, um beim Einfüllen des flüssigen Kühlmittels in die Batterie ein Austreten des Kühlmittels entlang der Gehäusewandungen zu vermeiden.Preferably, the at least one sealing mat is dimensioned such that the at least one sealing mat already rests against an inner side of the housing in the non-expanded state, preferably along the entire inner circumference of the housing, in order to prevent the coolant from leaking along the housing walls when the liquid coolant is poured into the battery.

Vorzugsweise sind in dem Gehäuse zwei Dichtmatten beabstandet zueinander angeordnet, die im ausgedehnten Zustand den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum auf gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Dies ermöglicht es auf einfache Weise einen flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum in einem als Hohlprofil ausgebildeten Gehäuseteil zu realisieren. Vorzugsweise sind die beiden Dichtmatten an gegenüberliegenden Endbereichen der Batteriezellen angeordnet, sodass sich ein Großteil jeder Batteriezelle innerhalb des im Betrieb der Batterie mit dem flüssigen Kühlmittel gefüllten flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum befindet. Vorzugsweise sind die beiden Dichtmatten im Wesentlichen identisch ausgebildet.Preferably, two sealing mats are arranged in the housing at a distance from one another, which in the expanded state limit the liquid-tight housing interior on opposite sides. This makes it easy to create a liquid-tight housing interior in a housing part designed as a hollow profile. Preferably, the two sealing mats are arranged at opposite end regions of the battery cells, so that a large part of each battery cell is located within the liquid-tight housing interior filled with the liquid coolant when the battery is in operation. Preferably, the Both sealing mats are essentially identical.

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Batterie einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass, die fluidisch mit dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum verbunden sind, um im Betrieb der Batterie ein Kühlmittel durch den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum pumpen zu können und dadurch eine effiziente Kühlung der Batteriezellen zu ermöglichen.In a preferred embodiment, the liquid-cooled battery according to the invention comprises a coolant inlet and a coolant outlet, which are fluidically connected to the liquid-tight housing interior in order to be able to pump a coolant through the liquid-tight housing interior during operation of the battery and thereby enable efficient cooling of the battery cells.

Vorteilhafterweise sind der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass an gegenüberliegenden Seiten des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums angeordnet, sodass das Kühlmittel auf dem Weg vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass den gesamten flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum durchströmt.Advantageously, the coolant inlet and the coolant outlet are arranged on opposite sides of the liquid-tight housing interior, so that the coolant flows through the entire liquid-tight housing interior on the way from the coolant inlet to the coolant outlet.

Bevorzugt ist in dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum eine Trennmatte angeordnet, die aus einem sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums ausdehnenden Material besteht und eine der Anzahl von Batteriezellen entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen aufweist. In jeder Aufnahmeöffnungen der Trennmatte ist eine Batteriezelle angeordnet, wobei die Trennmatte in einem ausgedehnten Zustand an alle Batteriezellen und das Gehäuse angepresst ist und hierdurch den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum in einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich unterteilt, die nur über mindestens eine in der Trennmatte ausgebildete Durchlassöffnung fluidisch miteinander verbunden sind. Im ausgedehnten Zustand der Trennmatte ist also außer der mindestens einen Durchlassöffnung keine weitere fluidische Verbindung zwischen den beiden Teilbereichen des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums vorhanden. Hierbei mündet der Kühlmitteleinlass in den ersten Teilbereich des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums und der Kühlmittelauslass in den zweiten Teilbereich des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums, sodass das Kühlmittel im Betrieb der Batterie von dem Kühlmitteleinlass durch den ersten Teilbereich hindurch zu der mindestens einen Durchlassöffnung, durch die mindestens eine Durchlassöffnung in den zweiten Teilbereich und dort von der mindestens einen Durchlassöffnung durch den zweiten Teilbereich hindurch zu dem Kühlmittelauslass gefördert wird. Dies ermöglicht eine effiziente Kühlung der Batteriezellen. Vorzugsweise weist die Trennmatte mehrere nebeneinanderliegende Durchlassöffnungen auf, die besonders bevorzugt alle in einem Randbereich der Trennmatte angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Trennmatte, abgesehen von der mindestens einen Durchlassöffnung, im Wesentlichen identisch zu der mindestens einen Dichtmatte ausgebildet.Preferably, a separating mat is arranged in the liquid-tight housing interior, which consists of a material that expands under the influence of an expansion medium and has a number of receiving openings corresponding to the number of battery cells. A battery cell is arranged in each receiving opening of the separating mat, wherein the separating mat is pressed against all battery cells and the housing in an expanded state and thereby divides the liquid-tight housing interior into a first partial area and a second partial area, which are only fluidically connected to one another via at least one passage opening formed in the separating mat. In the expanded state of the separating mat, there is therefore no further fluidic connection between the two partial areas of the liquid-tight housing interior apart from the at least one passage opening. Here, the coolant inlet opens into the first partial area of the liquid-tight housing interior and the coolant outlet opens into the second partial area of the liquid-tight housing interior, so that when the battery is in operation, the coolant is conveyed from the coolant inlet through the first partial area to the at least one passage opening, through the at least one passage opening into the second partial area and from there from the at least one passage opening through the second partial area to the coolant outlet. This enables efficient cooling of the battery cells. The separating mat preferably has a plurality of passage openings lying next to one another, which are particularly preferably all arranged in an edge region of the separating mat. The separating mat is preferably designed to be substantially identical to the at least one sealing mat, apart from the at least one passage opening.

Besonders bevorzugt münden hierbei der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass an einer ersten Seite in den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum und sind alle Durchlassöffnungen der Trennmatte an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums angeordnet, sodass das Kühlmittel auf dem Weg vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass beide Teilbereiche des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums im Wesentlichen vollständig und in entgegengesetzter Richtung durchströmt. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßige Kühlung aller Batteriezellen erreicht werden.Particularly preferably, the coolant inlet and the coolant outlet open into the liquid-tight housing interior on a first side and all passage openings of the separating mat are arranged on a second side of the liquid-tight housing interior opposite the first side, so that the coolant flows through both partial areas of the liquid-tight housing interior essentially completely and in opposite directions on the way from the coolant inlet to the coolant outlet. This makes it possible to achieve particularly uniform cooling of all battery cells.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Batterie sind die Batteriezellen im Wesentlichen zylinderförmig. Derartige zylinderförmige Batteriezellen werden auch als Rundzellen bezeichnet und können relativ kostengünstig hergestellt werden.In a preferred embodiment of the liquid-cooled battery according to the invention, the battery cells are essentially cylindrical. Such cylindrical battery cells are also referred to as round cells and can be manufactured relatively inexpensively.

Vorteilhafterweise sind elektrische Anschlussbereiche aller Batteriezellen auf einer dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum gegenüberliegenden Seite einer Dichtmatte angeordnet und somit durch die Dichtmatte zuverlässig vor einem Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel geschützt. Da die elektrischen Anschlussbereiche der Batterien nicht mit dem flüssigen Kühlmittel in Kontakt stehen, kann - sofern zusätzlich alle mit dem Kühlmittel in Kontakt kommenden Bereiche der Batteriezellen mit einer Isolationsfolie bedeckt sind - auf die Verwendung eines relativ kostspieligen dielektrischen Kühlmittels verzichtet werden. Es kann jedoch auch ein dielektrisches Kühlmittel verwendet werden, sodass keine Isolationsfolie zum Bedecken der mit dem Kühlmittel in Kontakt kommenden Bereiche notwendig ist und die Dichtmatte direkt an einem Zellgehäuse der Batteriezellen anliegen kann.Advantageously, electrical connection areas of all battery cells are arranged on a side of a sealing mat opposite the liquid-tight housing interior and are thus reliably protected by the sealing mat from contact with the liquid coolant. Since the electrical connection areas of the batteries are not in contact with the liquid coolant, the use of a relatively expensive dielectric coolant can be dispensed with - provided that all areas of the battery cells that come into contact with the coolant are also covered with an insulating film. However, a dielectric coolant can also be used so that no insulating film is necessary to cover the areas that come into contact with the coolant and the sealing mat can lie directly against a cell housing of the battery cells.

Typischerweise weist jede Batteriezelle eine Entgasungseinrichtung auf, durch die im Falle einer Überhitzung der Batteriezelle ein Fluid relativ kontrolliert aus der Batteriezelle austreten kann, um ein Explodieren der Batteriezelle zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Entgasungseinrichtungen aller Batteriezellen auf einer dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum gegenüberliegenden Seite einer Dichtmatte angeordnet, um im Falle einer Überhitzung einer Batteriezelle einen Kontakt zwischen dem heißen Fluid und dem typischerweise relativ leicht entzündlichen Kühlmittel zu vermeiden.Typically, each battery cell has a degassing device through which, in the event of overheating of the battery cell, a fluid can escape from the battery cell in a relatively controlled manner in order to prevent the battery cell from exploding. Preferably, the degassing devices of all battery cells are arranged on a side of a sealing mat opposite the liquid-tight housing interior in order to avoid contact between the hot fluid and the typically relatively easily flammable coolant in the event of overheating of a battery cell.

Eine besonders einfach montierbare flüssigkeitsgekühlte Batterie kann realisiert werden, indem das Gehäuse in einer bevorzugten Ausführung ein als Hohlprofil, vorzugsweise als Strangpressprofil, ausgebildetes Gehäuseteil umfasst, dessen offene Seiten nach dem Einbringen der Batteriezellen und allen anderen im Gehäuse vorgesehenen Komponenten typischerweise durch Anbringen entsprechend ausgestalteter Deckel verschlossen werden. Vorteilhafterweise ist hierbei die mindestens eine Dichtmatte im ausgedehnten Zustand an alle Seitenwände des als Hohlprofil ausgebildeten Gehäuseteils angepresst, sodass zumindest an einer Seite des Hohlprofils keine weiteren Dichtmittel vorgesehen werden müssen. Vorzugsweise sind in dem als Hohlprofil ausgebildeten Gehäuseteil zwei Dichtmatten beabstandet zueinander angeordnet, derart, dass der flüssigkeitsdichte Gehäuseinnenraum nur durch das als Hohlprofil ausgebildete Gehäuseteil und die beiden Dichtmatten gebildet ist.A particularly easy-to-install liquid-cooled battery can be realized by the housing, in a preferred embodiment, comprising a housing part designed as a hollow profile, preferably as an extruded profile, the open sides of which, after the battery cells and all other components provided in the housing are typically closed by attaching appropriately designed covers. Advantageously, the at least one sealing mat is pressed against all side walls of the housing part designed as a hollow profile in the expanded state, so that no further sealing means need to be provided on at least one side of the hollow profile. Preferably, two sealing mats are arranged at a distance from one another in the housing part designed as a hollow profile, such that the liquid-tight housing interior is formed only by the housing part designed as a hollow profile and the two sealing mats.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie, mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.The above-mentioned object is further achieved according to the invention by a method for producing a liquid-cooled battery, having the features of claim 13.

Erfindungsgemäß werden bei der Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie mehrere Batteriezellen parallel zueinander angeordnet, wird mindestens eine Dichtmatte, die aus einem sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums ausdehnenden Material besteht und eine der Anzahl von Batteriezellen entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen aufweist, derart auf die Batteriezellen aufgeschoben, dass in jeder Aufnahmeöffnung jeder Dichtmatte eine Batteriezelle angeordnet ist, und werden die Batteriezellen zusammen mit der mindestens einen Dichtmatte in ein Gehäuse eingesetzt. Sofern zwei Dichtmatten vorgesehen sind, werden diese vorzugsweise von gegenüberliegenden Seiten auf die Batteriezellen aufgeschoben.According to the invention, when producing a liquid-cooled battery, several battery cells are arranged parallel to one another, at least one sealing mat, which consists of a material that expands under the action of an expansion medium and has a number of receiving openings corresponding to the number of battery cells, is pushed onto the battery cells in such a way that a battery cell is arranged in each receiving opening of each sealing mat, and the battery cells are inserted into a housing together with the at least one sealing mat. If two sealing mats are provided, these are preferably pushed onto the battery cells from opposite sides.

Dies ermöglicht eine relativ einfache Herstellung einer flüssigkeitsgekühlten Batterie, da keine aufwendige Montage von Dichtmitteln innerhalb des mit den Batteriezellen bestückten Gehäuses erforderlich ist.This enables a liquid-cooled battery to be manufactured relatively easily, since no complex assembly of sealing agents is required within the housing containing the battery cells.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Batterie, und
2 eine schematische Schnittdarstellung der flüssigkeitsgekühlten Batterie aus 1, wobei die flüssigkeitsgekühlte Batterie entlang der in 1 dargestellten Linie II-II geschnittenen ist, und
3 eine der Ansicht aus 2 entsprechende Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Batterie.

Embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying figures.

1 a schematic plan view of a liquid-cooled battery according to the invention, and
2 a schematic sectional view of the liquid-cooled battery from 1 , with the liquid-cooled battery along the 1 shown line II-II, and
3 one of the views 2 corresponding representation of an alternative liquid-cooled battery according to the invention.

1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Batterie 100 mit einem Gehäuse 10, in dem mehrere Batteriezellen 11 und zwei Dichtmatten 12 angeordnet sind. 1 and 2 show a liquid-cooled battery 100 according to the invention with a housing 10 in which several battery cells 11 and two sealing mats 12 are arranged.

Das Gehäuse 10 umfasst ein als Hohlprofil, im Speziellen als Strangpressprofil, ausgebildetes Gehäuseteil 101, das vier Gehäusewände 1011-1014 des Gehäuses 10 bildet. Die beiden offenen Seiten des Gehäuseteils werden typischerweise durch hier nicht dargestellte Deckel verschlossen. An einer ersten Gehäusewand 1011 ist in einem - bezogen auf die Ausrichtung der Batteriezelle 100 in 2 - oberen Bereich ein Kühlmitteleinlass 103 ausgebildet und an einer der ersten Gehäusewand 1011 gegenüberliegenden dritten Gehäusewand 1013 ist in einem - bezogen auf die Ausrichtung der Batteriezelle 100 in 2 - unteren Bereich ein Kühlmittelauslass 104 ausgebildet.The housing 10 comprises a housing part 101 designed as a hollow profile, in particular as an extruded profile, which forms four housing walls 1011-1014 of the housing 10. The two open sides of the housing part are typically closed by covers (not shown here). On a first housing wall 1011, in a - based on the orientation of the battery cell 100 in 2 - upper area, a coolant inlet 103 is formed and on a third housing wall 1013 opposite the first housing wall 1011, in a - related to the orientation of the battery cell 100 in 2 - a coolant outlet 104 is formed in the lower area.

Die Batteriezellen 11 sind als im Wesentlichen zylinderförmige Rundzellen ausgebildet und sind derart angeordnet, dass ihre Zylinderachsen parallel zueinander sind. Die Batteriezellen 11 umfassen jeweils zwei elektrische Anschlussbereiche 111, die an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Batteriezelle 11 angeordnet sind. Die Batteriezellen 11 umfassen ferner jeweils eine nicht näher spezifizierte Entgasungseinrichtung 112, die an einer Stirnseite der Batteriezelle 11 angeordnet ist.The battery cells 11 are designed as essentially cylindrical round cells and are arranged such that their cylinder axes are parallel to one another. The battery cells 11 each comprise two electrical connection areas 111, which are arranged on the opposite end faces of the battery cell 11. The battery cells 11 also each comprise a degassing device 112 (not specified in more detail), which is arranged on one end face of the battery cell 11.

Die beiden Dichtmatten 12 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet und bezogen auf eine axiale Richtung der Batteriezellen 11 beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Dichtmatten 12 bestehen jeweils aus einem Material, das sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums, hier ein flüssiges Kühlmittel K, ausdehnt, und weisen jeweils eine der Anzahl von Batteriezellen 11 entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnung 121 auf, in denen jeweils eine der Batteriezellen 11 angeordnet ist. Die beiden Dichtmatten 12 sind derart ausgebildet, dass sie in einem nichtausgedehnten Zustand vollumfänglich an Mantelflächen aller Batteriezellen 11 und an Innenflächen aller Gehäusewände 1011-1014 anliegen und in einem ausgedehnten Zustand an die Mantelflächen aller Batteriezellen 11 und an die Innenflächen aller Gehäusewände 1011-1014 angepresst sind. Durch die beiden Dichtmatten 12 ist folglich innerhalb des Gehäuses 10 ein flüssigkeitsdichter Gehäuseinnenraum 102 gebildet, der - bezogen auf die Ausrichtung der Batteriezelle 100 in 2 - auf einer Oberseite und einer Unterseite durch die beiden Dichtmatten 12 begrenzt ist. Dadurch, dass die Dichtmatten 12 im ausgedehnten Zustand an die Batteriezellen 11 und das Gehäuse 10 angepresst sind, kann der flüssigkeitsdichte Gehäuseinnenraum 102 mit einem relativ hohen Flüssigkeitsdruck beaufschlagt werden, ohne dass Flüssigkeit aus dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 austritt.The two sealing mats 12 are essentially identical and are arranged at a distance from one another in relation to an axial direction of the battery cells 11. The two sealing mats 12 each consist of a material that expands under the influence of an expansion medium, here a liquid coolant K, and each have a number of receiving openings 121 corresponding to the number of battery cells 11, in each of which one of the battery cells 11 is arranged. The two sealing mats 12 are designed in such a way that in a non-expanded state they fully abut the outer surfaces of all battery cells 11 and the inner surfaces of all housing walls 1011-1014 and in an expanded state they are pressed against the outer surfaces of all battery cells 11 and the inner surfaces of all housing walls 1011-1014. The two sealing mats 12 consequently form a liquid-tight housing interior 102 within the housing 10, which - based on the orientation of the battery cell 100 in 2 - is limited on a top side and a bottom side by the two sealing mats 12. Because the sealing mats 12 are pressed against the battery cells 11 and the housing 10 in the expanded state, the liquid-tight housing interior 102 can be subjected to a relatively high liquid pressure without liquid escaping from the liquid-tight housing interior 102.

Über den Kühlmitteleinlass 103, der in den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 mündet, kann der flüssigkeitsdichte Gehäuseinnenraum 102 im Betrieb der flüssigkeitsgekühlten Batterie 100 mit dem Kühlmittel K befüllt werden. Das Kühlmittel K kann über den Kühlmittelauslass 104, der ebenfalls in den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 mündet, wieder aus dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 austreten, sodass der flüssigkeitsdichte Gehäuseinnenraum 102 im Betrieb kontinuierlich von dem Kühlmittel K durchströmt wird.During operation of the liquid-cooled battery 100, the liquid-tight housing interior 102 can be filled with the coolant K via the coolant inlet 103, which opens into the liquid-tight housing interior 102. The coolant K can exit the liquid-tight housing interior 102 again via the coolant outlet 104, which also opens into the liquid-tight housing interior 102, so that the coolant K continuously flows through the liquid-tight housing interior 102 during operation.

Die beiden Dichtmatten 12 sind an gegenüberliegenden Enden der Batteriezellen 11 angeordnet, sodass sich ein Großteil jeder Batteriezelle 11 innerhalb des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 befindet und folglich im Betrieb von dem Kühlmittel K umströmt wird. Die elektrischen Anschlussbereiche 111 sowie die Entgasungseinrichtungen 112 aller Batteriezellen 11 sind hingegen jeweils auf einer dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 gegenüberliegenden Seite einer Dichtmatte 12 angeordnet und kommen daher nicht mit dem Kühlmittel K in Kontakt. The two sealing mats 12 are arranged at opposite ends of the battery cells 11, so that a large part of each battery cell 11 is located within the liquid-tight housing interior 102 and is consequently surrounded by the coolant K during operation. The electrical connection areas 111 and the degassing devices 112 of all battery cells 11, on the other hand, are each arranged on a side of a sealing mat 12 opposite the liquid-tight housing interior 102 and therefore do not come into contact with the coolant K.

3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Batterie 200, die sich von der flüssigkeitsgekühlten Batterie 100 zum einen dadurch unterscheidet, dass der Kühlmitteleinlass 103 und der Kühlmittelauslass 104 beide an der ersten Gehäusewand 1011 ausgebildet sind, und dass in dem flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 eine Trennmatte 13 angeordnet ist. 3 shows an alternative liquid-cooled battery 200 according to the invention, which differs from the liquid-cooled battery 100 in that the coolant inlet 103 and the coolant outlet 104 are both formed on the first housing wall 1011, and that a separating mat 13 is arranged in the liquid-tight housing interior 102.

Die Trennmatte 13 ist im Wesentlichen identisch zu den beiden Dichtmatten 12 ausgebildet, besteht also ebenfalls aus einem Material, das sich unter Einwirkung eines Ausdehnungsmediums, hier ebenfalls das Kühlmittel K, ausdehnt, und weist ebenfalls eine der Anzahl von Batteriezellen 11 entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnung 131 auf, in denen jeweils eine der Batteriezellen 11 angeordnet ist, wobei die Trennmatte 13 in einem ausgedehnten Zustand an die Mantelflächen aller Batteriezellen 11 und an die Innenflächen aller Gehäusewände 1011-1014 angepresst ist. Die Trennmatte 13 unterscheidet sich jedoch von den Dichtmatten 12 dadurch, dass die Trennmatte 13 in einem an die dritte Gehäusewand 1013 angrenzenden Randbereich mehrere Durchlassöffnungen 132 aufweist. Die Durchlassöffnungen 132 sind also bezogen auf den Kühlmitteleinlass 103 und den Kühlmittelauslass 104 an einer gegenüberliegenden Seite des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 angeordnet. Die Trennmatte 13 unterteilt den flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraum 102 in einen ersten Teilbereich 1021 und einen zweiten Teilbereich 1022, die nur über die Durchlassöffnungen 132 fluidisch miteinander verbunden sind.The separating mat 13 is essentially identical to the two sealing mats 12, i.e. it also consists of a material that expands under the influence of an expansion medium, here also the coolant K, and also has a number of receiving openings 131 corresponding to the number of battery cells 11, in each of which one of the battery cells 11 is arranged, wherein the separating mat 13 in an expanded state is pressed against the outer surfaces of all battery cells 11 and against the inner surfaces of all housing walls 1011-1014. The separating mat 13 differs from the sealing mats 12, however, in that the separating mat 13 has several passage openings 132 in an edge region adjacent to the third housing wall 1013. The passage openings 132 are therefore arranged on an opposite side of the liquid-tight housing interior 102 with respect to the coolant inlet 103 and the coolant outlet 104. The separating mat 13 divides the liquid-tight housing interior 102 into a first partial area 1021 and a second partial area 1022, which are only fluidically connected to one another via the passage openings 132.

Der Kühlmitteleinlass 103 mündet in den ersten Teilbereich 1021 des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 und der Kühlmittelauslass 104 mündet in den zweiten Teilbereich 1022 des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102. Im Betrieb der flüssigkeitsgekühlten Batterie 200 strömt das Kühlmittel K folglich von dem an der ersten Gehäusewand 1011 angeordneten Kühlmitteleinlass 103 durch den gesamten ersten Teilbereich 1021 hindurch bis zu den an der gegenüberliegenden Seite des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 angeordneten Durchlassöffnungen 132, durch die Durchlassöffnungen 132 hindurch in den zweiten Teilbereich 1022, und dort durch den gesamten zweiten Teilbereich 1022 hindurch bis zu dem wieder an der ersten Gehäusewand 1011 angeordneten Kühlmittelauslass 104.The coolant inlet 103 opens into the first partial area 1021 of the liquid-tight housing interior 102 and the coolant outlet 104 opens into the second partial area 1022 of the liquid-tight housing interior 102. During operation of the liquid-cooled battery 200, the coolant K consequently flows from the coolant inlet 103 arranged on the first housing wall 1011 through the entire first partial area 1021 to the passage openings 132 arranged on the opposite side of the liquid-tight housing interior 102, through the passage openings 132 into the second partial area 1022, and from there through the entire second partial area 1022 to the coolant outlet 104 arranged again on the first housing wall 1011.

Bei der Herstellung der flüssigkeitsgekühlten Batterie 100 und der flüssigkeitsgekühlten Batterie 200 werden die Batteriezellen 11 außerhalb des Gehäuses 10 wie in 1 dargestellt parallel zueinander angeordnet und die beiden Dichtmatten 12 von gegenüberliegenden axialen Seiten auf die Batteriezellen 11 aufgeschoben, derart, dass die Batteriezellen 11 in die Aufnahmeöffnungen 121 der Dichtmatten 12 eingeführt werden. Bei der flüssigkeitsgekühlten Batterie 200 wird vorher noch die Trennmatte 13 auf die Batteriezellen 11 aufgeschoben. Anschließend werden die Batteriezellen 11 zusammen mit den aufgeschobenen Dichtmatten 12 und der gegebenenfalls aufgeschobenen Trennmatte 13 von einer offenen Seite in das als Hohlprofil ausgebildete Gehäuseteil 101 eingeschoben.In the manufacture of the liquid-cooled battery 100 and the liquid-cooled battery 200, the battery cells 11 are outside the housing 10 as in 1 shown arranged parallel to each other and the two sealing mats 12 are pushed onto the battery cells 11 from opposite axial sides, such that the battery cells 11 are inserted into the receiving openings 121 of the sealing mats 12. In the case of the liquid-cooled battery 200, the separating mat 13 is pushed onto the battery cells 11 beforehand. The battery cells 11 are then pushed together with the pushed-on sealing mats 12 and the possibly pushed-on separating mat 13 from an open side into the housing part 101 designed as a hollow profile.

Beim ersten Befüllen des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 mit dem Kühlmittel K dehnen sich die Dichtmatten 12 und gegebenenfalls die Trennmatte 13 beim Kontakt mit dem Kühlmittel K aus, wodurch diese an die Batteriezellen 11 und das Gehäuseteil 101 angepresst werden und dadurch ein Beaufschlagen des flüssigkeitsdichten Gehäuseinnenraums 102 mit einem im Betrieb der flüssigkeitsgekühlten Batterie 100 beziehungsweise der flüssigkeitsgekühlten Batterie 200 auftretenden Betriebsflüssigkeitsdruck ermöglichen.When the liquid-tight housing interior 102 is first filled with the coolant K, the sealing mats 12 and, if applicable, the separating mat 13 expand upon contact with the coolant K, whereby they are pressed against the battery cells 11 and the housing part 101 and thereby enable the liquid-tight housing interior 102 to be subjected to an operating fluid pressure that occurs during operation of the liquid-cooled battery 100 or the liquid-cooled battery 200.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100;200100;200: flüssigkeitsgekühlte Batterie liquid cooled battery
1010: GehäuseHousing
101101: GehäuseteilHousing part
10111011: erste Gehäusewandfirst housing wall
10121012: zweite Gehäusewandsecond housing wall
10131013: dritte Gehäusewandthird housing wall
10141014: vierte Gehäusewandfourth housing wall
102102: flüssigkeitsdichter Gehäuseinnenraumliquid-tight housing interior
10211021: erster Teilbereichfirst section
10221022: zweiter Teilbereichsecond part
103103: KühlmitteleinlassCoolant inlet
104104: Kühlmittelauslass Coolant outlet
1111: BatteriezellenBattery cells
111111: elektrische Anschlussbereicheelectrical connection areas
112112: Entgasungseinrichtungen Degassing devices
1212: DichtmattenSealing mats
121121: Aufnahmeöffnungen Receiving openings
1313: TrennmatteSeparation mat
131131: AufnahmeöffnungReceiving opening
132132: Durchlassöffnungen Passage openings
KK: KühlmittelCoolant

Claims

Liquid-cooled battery (100; 200) with a housing (10) and a plurality of battery cells (11) arranged in the housing (10), characterized in that at least one sealing mat (12) is arranged in the housing (10), which consists of a material that expands under the action of an expansion medium (K) and has a number of receiving openings (121) corresponding to the number of battery cells (11), wherein a battery cell (11) is arranged in each receiving opening (121) of the at least one sealing mat (12), and wherein the at least one sealing mat (12) is pressed against all battery cells (11) and the housing (10) in an expanded state and delimits a liquid-tight housing interior (102) within the housing (10), which is designed to be filled with a liquid coolant (K).

Liquid-cooled battery (100;200) according to Claim 1 , wherein the at least one sealing mat (12) in a non-expanded state rests against the battery cells (11) arranged in the receiving openings (121) of the respective sealing mat (12).

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the at least one sealing mat (12) rests against the housing (10) in a non-expanded state.

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein two sealing mats (12) are arranged in the housing (10) at a distance from one another, which in the expanded state delimit the liquid-tight housing interior (102) on opposite sides.

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, comprising a coolant inlet (103) and a coolant outlet (104) which are fluidically connected to the liquid-tight housing interior (102).

Liquid cooled battery (100) to Claim 5 , wherein the coolant inlet (103) and the coolant outlet (104) are arranged on opposite sides of the liquid-tight housing interior (102).

Liquid cooled battery (200) after Claim 5 , wherein a separating mat (13) is arranged in the liquid-tight housing interior (102), which consists of a material that expands under the action of an expansion medium (K) and has a number of receiving openings (131) corresponding to the number of battery cells (11), wherein a battery cell (11) is arranged in each receiving opening (131) of the separating mat (13), wherein the separating mat (13) is pressed against all battery cells (11) and the housing (10) in an expanded state and divides the liquid-tight housing interior (102) into a first partial area (1021) and a second partial area (1022), which are only fluidically connected to one another via at least one passage opening (132) formed in the separating mat (13), and wherein the coolant inlet (103) opens into a partial area (1021) of the liquid-tight housing interior (102) and the coolant outlet (104) opens into the second partial region (1022) of the liquid-tight housing interior (102).

Liquid cooled battery (200) after Claim 7 , wherein the coolant inlet (103) and the coolant outlet (104) open into the liquid-tight housing interior (102) on a first side and all passage openings (132) of the separating mat (13) are arranged on a second side of the liquid-tight housing interior (102) opposite the first side.

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the battery cells (11) are substantially cylindrical.

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein electrical connection regions (111) of all battery cells (11) are arranged on a side of a sealing mat (12) opposite the liquid-tight housing interior (102).

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein degassing devices (112) of all battery cells (11) are arranged on a side of a sealing mat (12) opposite the liquid-tight housing interior (102).

Liquid-cooled battery (100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the housing (10) comprises a housing part (101) designed as a hollow profile, and wherein the at least one sealing mat (12) in the expanded state is pressed against all side walls (1011-1014) of the housing part (101) designed as a hollow profile.

Method for producing a liquid-cooled battery (100; 200), wherein: several battery cells (11) are arranged parallel to one another, at least one sealing mat (12), which consists of a material that expands under the action of an expansion medium (K) and has a number of receiving openings (121) corresponding to the number of battery cells (11), is pushed onto the battery cells (11) in such a way that a battery cell (11) is arranged in each receiving opening (121) of the at least one sealing mat (12), and the battery cells (11) are inserted into a housing (10) together with the at least one sealing mat (12).