EP2396837A1

EP2396837A1 - Batteriekühlung

Info

Publication number: EP2396837A1
Application number: EP10702617A
Authority: EP
Inventors: Walter Lachenmeier; Andreas Gutsch; Tim Schäfer; Markus Wohnig
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-12-21
Also published as: BRPI1008379A2; US20120164507A1; JP2012517657A; CN102318104A; KR20110117229A; WO2010091809A1; DE102009008222A1

Abstract

Batterie (1), umfassend zumindest eine, insbesondere mehrere, Batteriezellen (2) insbesondere Flachbatteriezellen, wobei die Batteriezellen (2) in einem Batteriegehäuse (5) gehalten sind, und wobei innerhalb des Batteriegehäuses zumindest eine Wärmetauscheinheit (3) angeordnet ist.

Description

Batteriekühlung

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, die insbesondere in einem e- lektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug Anwendung findet.

Aus der DE 602 13 474 T2 ist eine elektrochemische Speichereinheit bekannt, welche mehrere elektrochemische Zellen aufweist, die mit Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen zwei Seitenflächen der elektrochemischen Zellen ist ein Kühlbalg angeordnet, der die Seitenflächen der elektrochemischen Zellen berührt. Durch den Kühlbalg fließt ein Wärmeübertragungsmedium.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs genannten Art zu verbessern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie, umfassend zumindest eine, insbesondere mehrere, Batteriezellen, insbesondere Flachbatteriezellen, wobei die Batteriezellen in einem Batteriegehäuse gehalten sind und wobei innerhalb des Batteriegehäuses zumindest eine Wärmetauschereinheit angeordnet ist.

Unter Batterie bzw. Batteriezelle sind grundsätzlich nicht wiederaufladbare Primärbatterien bzw. Primärbatteriezellen als auch wiederaufladbare Sekundärbatterien bzw. Sekundärbatteriezellen zu verstehen. Eine Batteriezelle umfasst dabei insbesondere eine elektrische Zelle, welche zumindest zwei Elektroden und zwischen zwei Elektroden angeordnete Elektrolyte aufweist. In der elektrischen Zelle wird dabei elektrische Energie gespeichert, wobei die elektrischen Zellen auch zur Umwandlung von chemischer und elektrischer Energie dient. Wenn es sich bei der Batteriezelle um eine Sekundärbatteriezelle handelt, kann elektrische Energie auch in chemische Energie umgewandelt werden. Eine Wärmetauschereinheit ist dabei eine Vorrichtung, welche grundsätzlich Wärme von einem Stoff auf einen anderen überträgt. Vorzugsweise überträgt die Wärmetauchereinheit dabei Wärme aus einem Innenraum des Batteriege- häuses auf ein Kühlmedium.

Die Wärmetauschereinheit weist vorzugsweise eine Anzahl von Rohren auf, durch die ein erstes Kühlmedium, insbesondere ein gasförmiges Kühlmedium oder ein flüssiges Kühlmedium, strömen kann. Das erste Kühlmedium kann dabei einen Stoff darstellen, auf den Wärme übertragen wird, die aus dem Gehäuseinnenraum abgeführt werden soll. Die Rohre können dabei das erste Kühlmedium durch verschiedene Abschnitte des Gehäuseinnenraums leiten und können das Kühlmedium auch durch eine Gehäusewand hindurch aus der

Batterie hinaus leiten, wo die Kühlflüssigkeit vorzugsweise mittels eines weiteren externen Wärmetauschers gekühlt werden kann. Vorzugsweise ist eine Wärmetauschereinheit zumindest mittelbar, insbesondere unmittelbar, an dem Batteriegehäuse befestigt.

Vorzugsweise ist in einem Zwischenraum zwischen der Wärmetauschereinheit und der Batteriezelle ein zweites Kühlmedium, insbesondere ein gasförmiges oder ein flüssiges Kühlmedium angeordnet. Die Bezeichnung "zweites" Kühlmedium ist nicht derart zu verstehen, dass grundsätzlich zwei verschiedene Kühlmedien vorhanden sein müssen. Vielmehr dient die Bezeichnung zur Abgrenzung gegenüber einem ersten Kühlmedium. Insofern kann auch das "zweite"¹ Kühlmedium vorgesehen sein, ohne das ein "erstes" Kühlmedium vorgesehen ist. Das zweite Kühlmedium kann für einen Wärmetransport zwischen der Batteriezelle und der Wärmetauschereinheit dienen. Somit wird die Wärmeab- fuhr von der Batteriezelle hin zur Wärmetauschereinheit begünstigt. Gasförmige oder flüssige Kühlmittel haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer Fließfähigkeit Wärme schneller abführen können als feste Kühlmedien. Vorzugsweise kann eine Wärmeleitpaste verwendet werden. Vorzugsweise ist eine Pumpe vorgesehen, die insbesondere innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist. Die Pumpe kann das zweite Kühlmedium, welches innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sein kann, in Bewegung versetzen. Von dem Begriff Pum- pe sind dabei sämtliche Einrichtungen umfasst, die ein fließfähiges Medium beschleunigen oder unter Druck setzen können, nämlich vorzugsweise ein Gebläse oder ein Kompressor. Das zweite Kühlmedium kann verbessert Wärme übertragen, wenn es in Bewegung ist. Das zweite Kühlmedium kann aber auch eine Wärmeleitfolie sein, die vorzugsweise in unmittelbarem Kontakt mit der Batteriezelle Kontakt steht. Die Wärmeleitfolie zeichnet bei hoher Wärmeübertragungsfähigkeit durch ein leichtes Gewicht aus.

Vorzugsweise kann sich das zweite Kühlmedium frei zwischen dem Batteriegehäuse, der Wärmetauschereinheit und der Batteriezelle bewegen. Das zwei- te Kühlmedium ist dabei nicht in zusätzlichen Rohren oder Behältnissen aufgenommen.

Vorzugsweise ist innerhalb des Batteriegehäuses zumindest ein Strömungsleitelement, insbesondere ein Luftleitelement und/oder ein Strömungsumlenk- element angeordnet. Ein derartiges Strömungsleitelement kann beschleunigtes

Kühlmedium, insbesondere beschleunigtes zweites Kühlmedium, in gewisse Richtungen leiten, welche für eine besonders gute Wärmeabfuhr geeignet sind. Dabei kann ein Strömungsleitelement vorzugsweise derart angeordnet sein, dass es eine Strömung an Stellen der Batteriezelle leitet, die besonders warm oder heiß werden und daher eine erhöhte Wärmeabfuhr benötigen. Ferner kann ein Strömungsleitelement derart angeordnet sein, dass es eine Strömung an Stellen des Batteriegehäuses oder Wärmetauschereinheit leitet, die besonders kalt sind. Die Begriffe besonders heiß oder besonders kalt sind nicht absolut, sondern relativ zu verstehen.

Vorzugsweise umfassen die Strömungsleitelemente zumindest ein Strömungsumlenkelement. Vorzugsweise bewirkt ein derartiges Strömungsumlenkele- ment eine Umlenkung einer Strömung von zumindest 45°, insbesondere 90°, insbesondere zumindest 135°, insbesondere in etwa 180°. Durch eine derartige Umlenkung kann eine Art kreisförmige oder umwälzende Strömung innerhalb des Batteriegehäuses bewirkt werden. Derartige Strömungen bewirken eine verbesserte Wärmeabfuhr, insbesondere an verwinkelten Bereichen der Batterie.

Vorzugsweise sind innerhalb des Batteriegehäuses zumindest zwei Strömungskanäle gebildet. Die Strömungskanäle können dabei durch Strömungs- leitelemente gebildet sein. Insbesondere kann innerhalb des Batteriegehäuses ein Strömungsrücklaufkanal und ein Strömungsvorlaufkanal gebildet sein. Dabei kann ein Strömungsvorlaufkanal insbesondere einen Strömungskanal darstellen, in dem eine Strömung von einer Pumpe weg in Richtung zu einer Batteriezelle hingeleitet wird. Dabei kann ein Strömungsrücklaufkanal insbesonde- re einen Strömungskanal darstellen, in dem eine Strömung von einer Batteriezelle weg in Richtung zu einer Pumpe hin geleitet werden kann.

Vorzugsweise weist eine Batteriezelle zumindest einen, insbesondere einen, zwei oder drei Wärmeübertragungsabschnitte auf. Die Wärmeübertragungsab- schnitte können an einer Oberfläche der Batteriezelle gebildet sein oder auch an einer Wärmeleitplatte der Batteriezelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist eine Wärmeübertragungsfläche parallel zu einer Strömungsrichtung ausgerichtet. Eine Wärmeübertragungsfläche kann dabei an einem Wärmeübertragungsabschnitt angeordnet sein. Die Strömungsrichtung kann sich auf eine Strömungsrichtung des zweiten Kühlmediums beziehen. Dadurch, dass die

Strömungsrichtung parallel zu einer Wärmeübertragungsfläche verläuft, kann eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen der Wärmeübertragungsfläche und einer Strömung erfolgen. Dabei ist vorzugsweise die Wärmeübertragungsfläche innerhalb eines Strömungskanals angeordnet, so dass die Wärmeüber- tragungsfläche mit einem strömenden Medium in Kontakt geraten kann. Alternativ oder in Kombination mit den vorgenannten Möglichkeiten kann eine Wärmetauschereinheit in Festkörperkontakt mit einer Oberfläche der Batteriezelle sein. Die Wärmeabfuhr kann dabei zumindest teilweise, insbesondere vollständig, über den Festkörperkontakt hergestellt werden. Dabei kann die Wärmetauschereinheit in Festkörperkontakt mit einer zumindest einer Wärmeleitplatte der Batteriezelle sein. Eine Wärmeleitplatte kann sich dabei durch eine Umhüllung der Batteriezelle erstrecken und somit Abschnitte, die sich innerhalb der Batteriezelle befinden und Abschnitte, die sich außerhalb der Batteriezelle befinden, aufweisen. Hierdurch kann eine verbesserte Wärmeüber- tragbarkeit vom Inneren der Batteriezelle nach außen begünstigt werden.

Wenn diese Wärmeleitplatte in Festkörperkontakt mit der Wärmetauschereinheit ist, wird die Wärmeübertragbarkeit weiter begünstigt.

Vorzugsweise weist die Batteriezelle einen Befestigungsflansch auf. Der Befes- tigungsflansch kann eine seitliche Begrenzung der Batteriezelle zumindest an einer Seite der Batteriezelle sein. An dem Befestigungsflansch kann die Batteriezelle kraftschlüssig oder formschlüssig an andere Bauteile festgelegt werden. Dabei weist der Befestigungsflansch vorzugsweise eine gewisse Formstabilität auf. Ein Quetschen der Batteriezelle selbst kann dabei bei Befesti- gung an den Befestigungsflansch vermieden werden.

Vorzugsweise ist zwischen benachbarten Batteriezellen, insbesondere zwischen Befestigungsflanschen benachbarter Batteriezellen zumindest ein Distanzelement, insbesondere eine Distanzleiste angeordnet. Das Distanzelement kann die Batteriezellen auf Abstand zueinander halten, wodurch auch ein definierter Abstand der beiden Batteriezellen zueinander gewährleistet bleibt. Das Distanzelement kann dabei auch gleichzeitig ein Mittel sein, mit dem eine Wärmetauschereinheit in Festkörperkontakt mit der Oberfläche der Batteriezelle ist. Das Distanzelement kann sich dabei entlang einer Kante der Batteriezelle erstrecken und vorzugsweise einen Zwischenraum zwischen der Batteriezelle und dem Batteriegehäuse zumindest teilweise, insbesondere vollständig ausfüllen. Vorzugsweise ist zumindest ein Rohr der Wärmetauschereinheit durch eine Bohrung der Batteriezelle hindurchgeführt. Die Bohrung kann dabei an einem Befestigungsflansch der Batteriezelle angeordnet sein. Der Befestigungs- flansch kann an einer Wärmeleitplatte der Batteriezelle angeordnet sein. Alternativ oder in Kombination hierzu kann zumindest ein Rohr einer Wärmetauschereinheit in einer Bohrung eines Distanzelements durchgeführt sein. Insbesondere kann zumindest ein Rohr einer Wärmetauschereinheit sowohl in einer Bohrung eines Distanzelements als auch in einer Bohrung der Batteriezelle durchgeführt sein. Das Rohr der Wärmetauschereinheit steht in unmittelbarem

Festkörperkontakt mit der Batteriezelle, wenn insbesondere das Rohr der Wärmetauschereinheit durch eine Bohrung der Batteriezelle hindurchgeführt ist. Der Wärmetauschereinheit kann in mittelbarem Festkörperkontakt mit der Batteriezelle stehen, wenn ein Rohr der Wärmetauschereinheit insbesondere in einer Bohrung eines Distanzelements durchgeführt ist. Vorzugsweise ist das

Distanzelement aus wärmeleitendem Material hergestellt.

Vorzugsweise weist ein Rohr einer Wärmetauschereinheit ein Gewinde auf. Vorzugsweise kann zumindest ein Rohr einer Wärmetauschereinheit mittels Schraubmitteln gegenüber einem Distanzelement und/oder einer Batteriezelle verspannt sein. Eine Mutter kann dabei auf ein Gewinde eines Rohres aufgeschraubt werden. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Verbindung aus Wärmetauschereinheit und Distanzelement und/oder Batteriezelle.

Vorzugsweise ist die Wärmetauschereinheit an einen Fahrzeug-Kühlkreislauf angeschlossen. Hierbei kann die Kühlfunktion des Motorkühlers auch für die Kühlung der Batterie verwendet werden. Dies ist insbesondere bei Hybridfahrzeugen von Vorteil.

Eine Wärmeleitplatte ist vorzugsweise seitlich um eine Breite der Batteriezelle abgekantet. Eine Abkantung um insbesondere 90° ermöglicht dass ein Abschnitt der Wärmeleitplatte in Strömungsrichtung eines an der Batteriezelle vorbeiströmenden Mediums ausgerichtet sein kann. Die vorzugsweise Abkantung um eine Breite der Batteriezelle kann bewirken, dass die Abkantung sich nicht über eine Breitenerstreckung der Batteriezelle hinaus erstreckt. Es können benachbarte Batteriezellen mittels ihrer Abkantungen eine geschlossene einheitliche Anstromfläche bilden, die von einem Kühlmedium angeströmt werden kann.

Es können Wärmeleitplatten vorgesehen sein, die integral mit Batteriezellen ausgebildet sind. Alternativ können Wärmeleitplatten separat zu Batteriezellen ausgebildet sein. Bei integral ausgebildeten Wärmeleitplatten durchdringen die

Wärmeleitplatten vorzugsweise die Batteriezellen und bilden einen Wärmleitpfad von innerhalb der Batteriezelle nach außen. Vorzugsweise ist eine Wärmeleitplatte aus Aluminium hergestellt. Aluminium weist dabei eine gute Wärmeleitfähigkeit bei relativ geringem Gewicht auf. Eine Wärmeleitplatte weist maximal eine Stärke von 2mm, insbesondere in etwa 1mm auf.

Vorzugsweise weist eine Wärmetauschereinheit mehrere Rohre auf, wobei Rohre mittels einer Sammeleinrichtung miteinander verbunden sein können. Die Sammeleinrichtung kann eine Strömung trennen bzw. mehrere Strömun- gen zu einer einzigen Strömung sammeln.

Vorzugsweise kann ein Wärmeleitelement mittelbar mit der Oberfläche einer Batteriezelle sowie unmittelbar mit einer Oberfläche des Batteriegehäuses in Kontakt sein. Ein Wärmeleitelement kann dabei durch eine Wärmeleitplatte oder ein Distanzelement gebildet sein.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Hierin zeigt.

Fig. 1 eine in erfindungsgemäße Batterie in einer ersten Ausführungsform a) in Frontansicht, b) in Seitenansicht; Fig. 2 eine in erfindungsgemäße Batterie in einer zweiten Ausführungsform a) in Frontansicht, b) in Seitenansicht;

Fig. 3 eine Batteriezelle gemäß Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 4 eine Batteriezelle gemäß Fig. 2 in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie 1 in einer ersten Ausführungsform, wobei in beiden Darstellungen nach Fig. 1 eine Gehäusewand entfernt ist, so dass das Innere der Batterie 1 zu erkennen ist. Die Batterie 1 weist ein Batteriegehäuse 5 auf, welches einen Innenraum der Batterie nach außen herme- tisch, d.h. gas- und flüssigkeitsdicht abdichtet. Davon unberührt bleibt die Möglichkeit, dass Kühlmittel, das innerhalb eines Wärmetauschers vorgesehen ist, gegebenenfalls durch Rohre von dem Batterieinneren nach außen gefördert werden kann.

Die Batterie 1 weist mehrere Batteriezellen 2 auf, die als Flachbatteriezellen gestaltet sind. Die Flachbatteriezellen sind als Sekundärbatteriezellen ausgebildet, so dass diese wiederaufladbar sind. Die Batteriezellen 2 sind, wie insbesondere in Fig. 1 b) zu erkennen ist, hintereinander angeordnet, wobei insgesamt fünf der Batteriezellen 2 zu erkennen sind. Es sind weitere, nicht darge- stellte Batteriezellen 2 innerhalb des Batteriegehäuses 5 angeordnet. Separat zu den Batteriezellen 2 sind Wärmeleitplatten 9 vorgesehen, die jeweils zwischen zwei Batteriezellen 2 angeordnet sind. Die Wärmeleitplatten 9 sind dabei unmittelbar an Oberflächen 16 von benachbarten Batteriezellen 2 angeordnet, so dass die Batteriezellen 2 mit den Wärmeleitplatten 9 in Kontakt sind.

Die Batteriezellen 2 weisen jeweils zwei Stromableiter 25 auf, die sich oben aus einer Umhüllung der Batteriezelle 2 erstrecken. Die Stromableiter 25 stehen dabei in Kontakt innerhalb der Batteriezelle 2 angeordneten Elektroden. Die Stromableiter 25 stellen die äußeren Stromanschlüsse der Batteriezelle 2 dar.

Innerhalb des Batteriegehäuses 5 sind zwei Wärmetauschereinheiten 3 ange- ordnet, welche über nicht dargestellte Befestigungsmittel an Luftleitelementen

8 befestigt sind. Die Luftleitelemente 8 wiederum sind fest mit dem Batteriegehäuse 5 verbunden. Die Strömungsleitelemente 8 sind durch ein Aluminiumblechprofil gebildet. Die Wärmetauschereinheit 3 ist somit mittelbar an dem Batteriegehäuse 5 befestigt.

Die Wärmetauschereinheiten 3 umfassen mehrere Rohre 4, durch die ein erstes flüssiges Kühlmedium 6 fließt. Die Rohre 4 der Wärmetauschereinheit 3 können mit einem Fahrzeugkühlkreislauf auch außerhalb der Batteriezelle 2 verbunden werden, an dem weitere Batterien angeschlossen sein können.

Der Innenraum der Batterie 1 , der von dem Batteriegehäuse 5 umschlossen wird, enthält neben den bereits genannten Komponenten ein gasförmiges zweites Kühlmedium 7, welches sich frei innerhalb des Batteriegehäuses 5 bewegen kann. Das zweite Kühlmedium 7 kann Luft, aber auch ein anderes gasför- miges Medium sein, welches insbesondere unter Druck steht. Die Bewegung des zweiten Kühlmediums 7 wird jedoch über Luftleitelemente 8 sowie ein Strömungsumleitelement 15 beeinflusst. Ferner ist ein Gebläse 24 innerhalb des Batteriegehäuses 5 vorgesehen, welches das zweite Kühlmedium 7 beschleunigt.

Die Wärmeleitplatten 9 erstrecken sich von einer Deckelfläche 26 bis zu einer Bodenfläche 27 des Batteriegehäuses 5. Somit verbleibt dem zweiten Kühlmedium lediglich ein Zwischenraum 28 zwischen den Wärmeleitplatten 9 und den seitlichen Begrenzungswänden 29 des Batteriegehäuses, um in Längsrichtung der Batterie 1 zu strömen, wobei die Längsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckung der Wärmeleitplatten 9 verläuft und durch Pfeile 30 gekennzeichnet ist. In dem Zwischenraum 28 sind die Luftleitelemente 8 angeordnet, welche jeweils einen linken Zwischenraum und einen rechten Zwischenraum in einen oberen Bereich, nämlich einen Strömungsvorlaufkanal 10 sowie in einen unteren Spaltbereich, nämlich einen Strömungsrücklaufkanal 11 aufteilt. Wie an den Pfeilen zu erkennen ist, ist die Strömungsrichtung 3O₁ im Strömungs- Vorlaufkanal entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 3O₂ im Strömungsrücklaufkanal. An einem axialen Ende 31 ist das Strömungsumlenkelement 15 angeordnet, welches eine Umlenkung der Strömung 30 um 180° bewirkt. Ein derartiges Strömungsumlenkelement 15 ist auch an dem nicht dargestellten anderen axialen Ende des Batteriegehäuses 5 vorgesehen. Im Strömungsvorlauf- kanal 10 sowie im Strömungsrücklaufkanal 11 ist jeweils eine Wärmetauschereinheit 3 angeordnet.

Das zweite Kühlmedium 7 kann alternativ auch als flüssiges Kühlmedium ausgestaltet sein. In diesem Fall ist das Gebläse 24 als Pumpe ausgestaltet.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie 1 in einer zweiten Ausführungsform, wobei in beiden Darstellungen nach Fig. 2 eine Gehäusewand entfernt ist, so dass das Innere der Batterie 1 zu erkennen ist. Die Batterie 1 der zweiten Ausführungsform entspricht in Teilen der Batterie in der ersten Ausfüh- rungsform nach Fig. 1. Im Folgenden wird nur auf Unterschiede zur Batterie nach der ersten Ausführungsform eingegangen.

Die Batterie 1 umfasst mehrere Batteriezellen 2, die als Flachbatteriezellen ausgestaltet sind. Die Flachbatteriezellen 2 sind integral mit Wärmeleitplatten 9 ausgebildet. Dabei erstrecken sich die Wärmeleitplatten 9, wie weiter unten näher erläutert wird, durch eine Umhüllung der Batteriezellen hindurch und weisen daher innerhalb der Umhüllung angeordnete sowie außerhalb der Umhüllung angeordnete Abschnitte auf. Die Wärmeleitplatte ist somit Bestandteil der Batteriezelle 2. Die Wärmeleitplatten 9 bilden dabei seitlich angeordnete Befes- tigungsflansche 17, an denen die Batteriezelle 2 in dem Batteriegehäuse 5 befestigt werden kann. Die Befestigungsflansche 17 weisen Bohrungen 19 auf, durch die Rohre 4 einer Wärmetauschereinheit 3 hindurchgeführt werden. Dabei sind einzelne Bohrungen 19 koaxial zu Bohrungen 19 anderer Batteriezellen 2 angeordnet, so dass ein gerade verlaufendes Rohr 4 durch Bohrungen 19 mehrerer Batteriezellen 2 zugleich hindurchgeführt ist. An einer Batteriezelle 2, die eine äußerste Batteriezelle 2 darstellt, d.h. diese Batteriezelle 2 grenzt nur mit einer Seite an eine andere Batteriezelle an, ist eine Abschlussplatte 12 vorgesehen.

Wie später noch beschrieben wird, ist der Befestigungsflansch 17 in Längsrich- tung schmaler ausgeführt als der gesamte Körper der Batteriezelle 2. Insofern ergibt sich bei in Anlage befindlichen Batteriezellen 2 zwischen Befestigungsflanschen 17 der Batteriezellen 2 ein Zwischenraum 28, in dem jeweils eine Distanzleiste 18 angeordnet ist. Die Distanzleiste 18 weist analog zu den Befestigungsflanschen 17 und der Abschlussplatte 12 Bohrungen 20 auf, die ko- axial zu den Bohrungen 19 der Befestigungsflansche 17 und der Abschlussplatte 12 angeordnet sind. Insofern können die Rohre 4 auch durch Bohrungen der Abschlussplatte 12 hindurchragen. Die Distanzleiste 18 ist aus einem wärmeleitenden Material hergestellt und liegt sowohl an einer Oberfläche der Umhüllung der Batteriezelle 2 als auch an einer Oberfläche des Batteriegehäuses 5 an und stellt somit eine mittelbare Wärmeleitverbindung zwischen der Batteriezelle 2 und dem Batteriegehäuse 5 dar. In Figur 2 sind die Rohre 4 mit durchgehenden Linien versehen. Dies dient lediglich einer verbesserten Darstellung. Real sind die Rohre 4 jedoch durch die Distanzleisten 18 verdeckt und somit nicht sichtbar. Die Distanzleisten füllen den Zwischenraum 28 zwischen der Batteriezelle 2 und dem Batteriegehäuse vollständig aus.

Die Rohre 4 weisen endseitig ein nicht dargestelltes Gewinde auf, an dem jeweils eine Mutter 21 aufgeschraubt ist. Die Muttern verschrauben dabei die Rohre 4 gegenüber der Abschlussplatte 12. In Figur 2b sind nur Muttern auf der linken Seite des Stapels von Batteriezellen 2 gezeigt. Ebenfalls sind, hier nicht dargestellt, auf der rechten Seite des Stapels aus Batteriezellen 2 Muttern vorgesehen, welche auf Gewinden der Rohre 4 aufgeschraubt sind. Somit sind die Batteriezellen 2 zwischen zwei Anschlussplatten 12 auf den Rohren 4 zusammen mit Distanzleisten 18 und den Wärmeleitplatten 9 der Batteriezellen 2 verspannt.

Über Sammeleinrichtungen 22 werden die Rohre 4 teilweise zusammengeführt. Ein Sammelrohr, welches mit der Sammeleinrichtung 22 verbunden ist, durchdringt eine Wand des Batteriegehäuses 5 und stellt damit einen äußeren Rohranschluss der Wärmetauschereinheit 3 dar. In der Wärmetauschereinheit 3 ist ein flüssiges erstes Kühlmedium angeordnet. Anders als in der ersten Ausführungsform ist kein zweites Kühlmedium vorgesehen. Eine Wärmeableitung weg von der Oberfläche einer Batteriezelle 2 geschieht entweder unmittelbar an Kontaktflächen zwischen den Rohren 4 und dem Befestigungsflansch 17 oder über Festkörperkontakt zwischen der Oberfläche 16 der Batteriezelle 2 und der Distanzleisten 18.

Figur 3 zeigt eine Batteriezelle 2 mit einer Wärmeleitplatte 9, wie sie in einer Batteriezelle nach Figur 1 verwendet wird. Die Batteriezelle 2 sowie die Wärmeleitplatte 9 werden dabei von oben betrachtet. Die Batteriezelle 2 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. An einer Seitenfläche 32 der Batteriezelle 2 ist dabei die Wärmeleitplatte 9 in Anlage. Die Wärmeleitplatten 9 weisen seitliche Abkantungen 33 auf, wobei die Abkantungen 33 sich parallel zu den Strömungsrichtungen 3O₁, 3O₂ sowie parallel zu den Rohren 4 erstrecken. Die Wärmeleitplatte 9 ist somit in Draufsicht betrachtet u-förmig gestaltet und umschließt dabei die Batteriezelle 2 teilweise. Nicht dargestellt ist eine weitere Ab- kantung an der Unterseite der Wärmeleitplatte 9, die auf einer Bodenfläche 27 des Batteriegehäuses 5 aufliegt, und auf der eine Bodenfläche der Batteriezelle 2 ebenfalls aufliegt. Die seitlichen Abkantungen weisen dabei eine Breite auf, die einer Breite der Batteriezelle 2 entspricht. Insofern bilden die Abkantungen 33 mehrerer nebeneinanderliegender, durch Batteriezellen 2 getrennter Wär- meleitplatten 9 eine geschlossene Anströmfläche 34. Figur 4 zeigt eine Batteriezelle 2 mit einer Wärmeleitplatte 9, wie sie in einer Batteriezelle nach Figur 2 verwendet wird. Die Batteriezelle 2 sowie die Wärmeleitplatte 9 werden dabei von oben betrachtet. Die Batteriezelle 2 weist einen rechteckigen Querschnitt auf.

Mehrere Batteriezellen 2 liegen dabei an Seitenflächen 32 direkt aneinander an. Die Wärmeleitplatten 9 sind in etwa mittig an einer Breite der Batteriezellen 2 angeordnet und durchdringen die Batteriezelle 2 in ihrer gesamten Erstreckung. Die Wärmeleitplatten 9 sind eben ausgestaltet weisen keine Abkantung auf. Zu erkennen sind mit gestrichelten Linien die Rohre 4, welche sich durch die Bohrungen 19, 20 der Wärmeleitplatte 9 und der Distanzleisten 18 erstrecken. An einem Ende des Stapels aus Batteriezellen 2 ist die Abschlussplatte 12 zu erkennen. Die bereits angesprochenen Gewinde und Schraubmittel sind in der Figur 4 nicht dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Distanz- element sowohl unmittelbar mit der Oberfläche 16 der Batteriezelle als auch unmittelbar mit einer Oberfläche des Batteriegehäuses in Kontakt ist.

Bezugszeichenliste

1 Batterie

2 Batteriezelle

3 Wärmetauschereinheit

4 Rohr

5 Batteriegehäuse

6 erstes Kühlmedium

7 zweites Kühlmedium

8 Luftleitelement

9 Wärmeleitplatte

10 Strömungsvorlaufkanal

11 Strömungsrücklaufkanal

12 Abschlussplatte

13 Wärmeübertragungsabschnitt

14 Rohranschlüsse

15 Strömungsumlenkelement

16 Oberfläche

17 Befestigungsflansch

18 Distanzleiste

19 Bohrung

20 Bohrung

21 Mutter

22 Sammeleinrichtung

24 Gebläse

25 Stromableiter

26 Deckelfläche

27 Bodenfläche

28 Zwischenraum

29 Seitenwand Strömungsrichtung axiales Ende Seitenfläche Abkantung Anströmfläche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Batterie (1 ), umfassend zumindest eine, insbesondere mehrere, Bat- teriezellen (2), insbesondere Flachbatteriezellen, wobei die Batteriezellen (2) in einem Batteriegehäuse (5) gehalten sind, und wobei innerhalb des Batteriegehäuses (5) zumindest eine Wärmetauschereinheit (3) angeordnet ist.

2. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (3) eine Anzahl von Rohren (4) aufweist, durch die ein erstes Kühlmedium (6), insbesondere ein gasförmiges Kühlmedium oder ein flüssiges Kühlmedium, strömen kann.

3. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmetauschereinheit (3) zumindest mittelbar an dem Batteriegehäuse (5) befestigt ist.

4. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenraum (28) zwischen der Wärmetauschereinheit (3) und der Batteriezelle (2) ein zweites Kühlmedium (7), insbesondere ein gas- förmiges Kühlmittel oder ein flüssiges Kühlmittel oder eine Wärmeleitfolie, angeordnet ist.

5. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (24) vorgesehen ist, die insbesondere innerhalb des Batteriegehäuses (5) angeordnet ist.

6. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses (5) zumindest ein Strömungsleitelement, insbesondere ein Luftleitelement (8) und/oder ein Strömungsumlenkelement (15), angeordnet ist.

7. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses (5) zumindest zwei Strömungskanäle (10, 11 ) gebildet sind.

8. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriegehäuses (5) durch Strömungsleitelemente (8) zumindest zwei Strömungskanäle (10, 11 ) gebildet sind.

9. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriekanals ein Strömungsrücklaufkanal (11 ) und ein Strömungsvorlaufkanal (10) gebildet ist.

10. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (8) zumindest ein Strömungsumlenkelement (15) umfassen, welches eine Umlenkung einer Strömung von zumindest 45°, insbesondere zumindest 90° insbesondere zumindest 135°, insbesondere in etwa 180° ermöglicht.

11. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batteriezelle (2) zumindest einen, insbesondere einen, zwei oder drei Wärmeübertragungsabschnitte (13) aufweist,

12. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragungsfläche (25) parallel zu einer Strömungsrich- tung (14) ausgerichtet ist.

13. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschereinheit (3) in Festkörperkontakt mit einer Oberflä- che (16) der Batteriezelle (2) ist.

14. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschereinheit (3) in Festkörperkontakt mit zumindest ei- ner Wärmeleitplatte (9) der Batteriezelle (2) ist.

15. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (2) einen Befestigungsflansch (17) aufweist.

16. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Batteriezellen (2), insbesondere zwischen den Befestigungsflanschen (17) benachbarter Batteriezellen (2) zu- mindest ein Distanzelement, insbesondere eine Distanzleiste (18) , angeordnet ist.

17. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohr (4) einer Wärmetauschereinheit (3) durch eine Bohrung (20) der Batteriezelle (2) hindurchgeführt ist.

18. Batterie (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) durch die Oberfläche (16) der Batteriezelle (2) an dem Befestigungsflansch (17) der Batteriezelle angeordnet ist.

19. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (17) an einer Wärmeleitplatte (9) der Batteriezelle (2) angeordnet ist.

20. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohr (4) einer Wärmetauschereinheit (3) in einer Bohrung (20) eines Distanzelements (18) durchgeführt ist.

21. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (4) einer Wärmetauschereinheit (3) mittels Schraubmitteln (21 ) gegenüber eines Distanzelements (18) und/oder einer Batteriezelle (2) verspannt ist.

22. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Distanzelement (18) aus wärmeleitendem Material hergestellt ist.

23. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (3) an einem Fahrzeug-Kühlkreislauf angeschlossen ist.

24. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Wärmeleitplatten (9) seitlich um eine Breite der Batteriezelle (2) abgekantet ist.

25. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Wärmeleitplatten (9) integral mit Batteriezellen (2) ausgebildet sind.

26. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitplatten (9) separat zu Batteriezellen (2) ausgebildet sind.

27. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitplatte (9) aus Aluminium hergestellt ist.

28. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitplatte (9) eine Stärke von maximal 2mm, insbesondere in etwa 1 mm aufweist.

29. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre (4) einer Wärmetauschereinheit (3) mittels einer Sammeleinrichtung (22) miteinander verbunden sind.

30. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitelement (9) unmittelbar mit der Oberfläche (16) der Batteriezelle (2) sowie mit unmittelbar mit einer Oberfläche des Batterie- gehäuse (5) in Kontakt ist.