EP3198663A1 - Batteriesystem mit kühlvorrichtung - Google Patents

Batteriesystem mit kühlvorrichtung

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Publication number
EP3198663A1
EP3198663A1 EP15767143.9A EP15767143A EP3198663A1 EP 3198663 A1 EP3198663 A1 EP 3198663A1 EP 15767143 A EP15767143 A EP 15767143A EP 3198663 A1 EP3198663 A1 EP 3198663A1
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EP
European Patent Office
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battery system
housing
dad
net
fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15767143.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Obrist
Martin Graz
Joachim Georg Roth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obrist Technologies GmbH
Original Assignee
Obrist Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Obrist Technologies GmbH filed Critical Obrist Technologies GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery system, in particular for a hybrid drive, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle, with at least one such battery system.
  • a battery system of the aforementioned type is known, for example, from EP 2 744 033 A1, which is based on the Applicant.
  • the battery system mentioned above comprises a housing, wherein a plurality of battery cells are arranged within the housing.
  • the battery cells are combined into several layers and are tempered by arranged within the housing cooling elements, which are each in heat-conducting contact with the poles of the batteries.
  • On the housing fluid ports are provided, which are in fluid communication with the cooling elements.
  • the fluid connections comprise on the one hand at least one coolant inlet and on the other hand at least one coolant outlet, so that a cooling circuit can be formed in which the cooling element flows through a cooling medium.
  • an electrical connection is arranged on the housing, which is in electrical connection with the battery cells.
  • the battery housing is substantially cuboid-shaped and comprises an end-side cover, through which the fluid connections and the electrical connection extend.
  • this object is achieved with respect to the battery by the subject of claim 1 and in H inblick on the motor vehicle by the subject of claim 15.
  • the invention is based on the idea of specifying a battery system, in particular for a hybrid drive, with a housing, a plurality of battery cells arranged within the housing and a cooling element, fluid connections and at least one electrical connection being arranged on the housing.
  • the electrical connection is electrically coupled to the battery cells.
  • the fluid connections have at least one coolant inlet and at least one coolant outlet, which are in each case fluid-connected to the cooling element.
  • the housing has a tubular main body, which is closed in a fluid-tight manner at its opposite end sides by a respective end cover.
  • the electrical connection is arranged on a first end cover.
  • the fluid connections are at a second
  • the fluid connections and the electrical connection are spatially separated.
  • the fluid connections and the electrical connection are arranged on respectively opposite end sides of the housing. Due to the spatial separation of
  • connection point free the cooling element can be constructed without connection points within the housing.
  • the cooling element which is arranged within the housing, has no connection points. It forms rather a unity, which only at the Fluid connections, in particular at the coolant inlet and the coolant outlet, with other components of the cooling circuit is fluid-connectable.
  • Each of the cooling elements preferably each comprises a coolant inlet and a coolant outlet.
  • the cooling element can be a single
  • Coolant inlet and the coolant outlet are preferably each formed integrally with the cooling element and guided out of the housing through the second end cap.
  • the cooling element thus forms a uniform component with the coolant inlet and the coolant outlet, which is free of connection points, in particular detachable connection points.
  • connection points in particular detachable connection points.
  • the battery cells are preferably designed as round cells and have a height which is between 50 mm and 90 mm.
  • the height of the battery cells can be between 60 mm and 80 mm, in particular about 65 mm.
  • Such battery cells are particularly well suited for a compact design of the battery system.
  • such battery cells are available at low cost, so that the production costs for the battery system are reduced overall.
  • the battery cells are preferably combined to form cell blocks, wherein a cooling element is arranged between two cell blocks and / or between a cell block and the housing.
  • the elements may each carry separate fluid streams.
  • the cooling elements can each separate coolant supplies and
  • connection points form the coolant inlets and coolant outlets, which are arranged outside the housing on the second connection cover.
  • Battery system are each at least two coolant inlets and at least two coolant flows fluidly connected to a fluid manifold.
  • the fluid distributor may be arranged on an outer side of the second cover lid.
  • the fluid manifold connects the coolant inlets to a single inlet port and the coolant outlets into a single port
  • the fluid manifold allows multiple coolant inlets to merge into a single inlet port.
  • coolant which is circulated through the cooling circuit via a circulation pump can be distributed uniformly over all single coolant inlet via the single inlet connection.
  • the fluid distributor summarizes the extent the coolant flows together and directs their fluid streams to the single outlet nozzle.
  • the fluid distributor is plate-like and has a central recess, wherein the inlet nozzle and the outlet nozzle protrude respectively into the central recess. It is particularly advantageous if the inlet connection and the outlet connection are aligned coaxially with one another. This arrangement of the inlet nozzle and the outlet nozzle allows a particularly compact design of the battery system.
  • the coaxial alignment of the inlet nozzle and the outlet nozzle is preferably carried out in the plate plane of the fluid distributor.
  • the fluid distributor thus has no protruding parts that can be damaged during assembly of the battery system.
  • a further optimization of the ease of installation of the battery system is achieved in that the fluid distributor is preferably substantially
  • the fluid distributor is thus integrated into a compact battery system unit and protected against damage.
  • the battery system is between the battery cells, in particular between the cell blocks, and the first
  • End cover arranged a receiving space.
  • all electrical connection means for connecting the electrical connection to the cell blocks and / or with electronic components arranged inside the housing are preferably arranged.
  • the receiving space thus combines all the electrical connections between the cell blocks and the electrical connection as well as electronic components arranged inside the housing and the electrical connection. These are thus spatially separated from the fluid ports on the second end cover, in particular, the cell blocks function as a separation.
  • the concentration of the electrical connections at one longitudinal end of the housing serves on the one hand because of the spatial separation to the
  • Connection with the cell blocks or electronic components housing must be accessible only from one side.
  • valve with a gas-permeable and liquid-tight membrane is arranged.
  • the valve allows on the one hand an exchange of air and a pressure equalization between a sufficient air circulation inside the housing and the environment and prevented on the other hand by the
  • valve serves as a pressure relief valve to establish a sudden pressure equalization between the interior of the housing and the environment at an overpressure, which can lead to damage.
  • the valve may also include an air drying agent that operates within the housing.
  • the valve is preferably attached to an outside of the first end cover, with a
  • Air drying agent equipped, which acts on the interior of the housing.
  • the air drying agent is thus arranged such that it
  • the valve in particular the air drying agent and / or the membrane, is preferably replaceable.
  • the valve may be replaced at regular intervals, preferably annually, to ensure that the air-drying agent is effective to prevent condensation.
  • the air-drying agent may comprise, for example, xeolite, which absorbs moisture.
  • the valve is preferably
  • valve Since the valve is preferably mounted on the outside of the first end cover, replacement of the valve is easy and possible in a few steps.
  • a secondary aspect of the invention relates to a motor vehicle
  • a hybrid vehicle with at least one battery system described above.
  • a plurality of battery systems of the type mentioned above can be arranged in a motor vehicle and preferably be electrically coupled to each other.
  • the individual battery systems can also share a common circulation pump for the cooling system.
  • Motor vehicles according to the present invention are not limited to land vehicles, but also include air and water vehicles.
  • Fig. 1 is a front perspective view of the invention
  • FIG. 2 shows a perspective rear view of the battery system according to FIG. 1 with a valve, the individual parts of which are shown in an exploded view;
  • Fig. 3 is a perspective longitudinal sectional view of the battery system according to
  • Fig. 4 is a perspective view of the internal structure of the battery system of FIG. 1 with two cell blocks and a cooling element.
  • the battery system 10 can be used advantageously as an energy store for a hybrid vehicle, wherein the battery system is preferably coupled to an electric motor, which is used for locomotion of the vehicle.
  • a vehicle in particular
  • the battery system 10 generally includes a housing 11 having a tubular main body 12.
  • the tubular main body 12 has two open end faces and a substantially rectangular cross section.
  • the main body 12 is thus formed as a square tube.
  • At the end faces of the main body 12 is closed by end cap 13, 14, wherein in the present application between a first end cap 13 and a second end cap 14 is distinguished.
  • the main body 12 and the end caps 13, 14 may be formed of steel, preferably with a wall thickness of 3 mm.
  • battery cells 22 Within the housing 11 are battery cells 22 and at least one
  • Cooling element 30 is arranged.
  • the battery cells 22 are preferably too
  • Cell blocks 20 summarized, wherein between two cell blocks 20 and / or between a cell block 20 and the housing 11 each one
  • Cooling element 30 is arranged.
  • fluid connections 31 and at least one electrical connection 21 are provided outside the housing 11.
  • the electrical terminal 21 is connected to the battery cells 22 electrically coupled.
  • the fluid connections 31 comprise at least one coolant inlet 32 and a coolant outlet 33, wherein the coolant inlet 32 and the coolant outlet 33 are in fluid communication with the cooling element 30. Taking into account the operational safety of the battery system 10 is provided that the electrical connection 21 on the first end cover 13 and the
  • Fluid connections 31 on the second end cover 14 arranged, in particular fixed, are.
  • a spatial separation of fluid connections 31 and electrical connection 21 is achieved.
  • Fig. 1 shows the battery system with the housing 11, wherein in particular the fluid connection side of the housing 11 is shown.
  • the housing 11 includes the main body 12 and the end caps 13, 14 which are inserted in the main body 12.
  • the end caps 13, 14 are preferably welded to the main body 12 in a fluid-tight manner.
  • a plurality of fluid ports 31 extend, in which case three coolant inlets
  • coolant inlets 32 and the coolant outlets 33 are fixed to the second end cover 14,
  • the battery system preferably includes a fluid manifold 36 having at least two coolant inlets 32 and at least two coolant outlets
  • the fluid distributor 36 may be arranged on an outer side of the second end cover 14.
  • the fluid manifold 36 connects the coolant inlets 32 to a single inlet port 37 and the coolant outlets 33 to a single downcomer 38.
  • Such a fluid manifold 36 is shown in FIG.
  • the fluid distributor 36 comprises
  • Fluid distributor 36 are arranged. Thus, the fluid distributor 36 can be plugged onto the second end cover 14 and thus establishes the fluid connection with the fluid connections 31. Within the fluid distributor 36 are
  • Distributor channels formed, which extend from the inlet port 37 to the coolant feeds 32 and from the coolant outlets 33 to the discharge nozzle 38.
  • the fluid distributor 36 may be plate-like. In the plate plane of the fluid distributor 36, the discharge nozzle 38 and the inlet nozzle 37 are preferably aligned. In this case, the inlet pipe 37 and the extend
  • the central recess has a substantially rectangular shape and has a triangular attachment, the tip of which is arranged equidistant from the inlet connection 37 and the outlet connection 38. The tip essentially comes to rest between the inlet stub 37 and the outlet stub 38.
  • the inlet nozzle 37 and the outlet nozzle 38 may be arranged coaxially with each other. As a result, the lengths of the connecting channels on the
  • the fluid distributor 36 is preferably fixedly connected to the housing 11, so that for connecting the battery system 10 to a hybrid drive only the
  • Inlet port 37 and the drain port 38 are to be connected to a cooling system to ensure the cooling within the battery system 10.
  • the coolant flows through the inlet port 37 and arranged in the distribution manifold 36 distribution channels to the coolant inlet 32 and thus enters several cooling elements 30.
  • the cooling elements 30 are flowed through and cool the battery cells 22 within the battery system 10.
  • the heated in the cooling elements 30 coolant leaves the housing 11 via the coolant outlets 33 and the discharge nozzle 38 of the fluid distributor 36th
  • FIG. 1 shows a front side of the battery system
  • FIG. 2 shows a rear side of the same battery system 10.
  • the electrical connection 21 is arranged.
  • the electrical connection 21 is fastened in particular to the first end cover 13, which is preferably inserted into the tubular main body 12 and welded to the main body in a fluid-tight manner
  • the electrical connection 21 comprises a power socket 26 and an electronics socket 27.
  • the power socket 26 is coupled to the battery cells 22 in the interior of the housing 11 and serves for tapping within the housing
  • Battery cells 22 stored electrical energy or to charge the Battery cell 22.
  • the electronic socket 27 is arranged, which is coupled to electronic components in the interior of the housing 11 and for signal and / or data exchange between the
  • the first end cap 13 further includes a valve port 19, the
  • the valve opening 19 may be formed substantially oval. A round or square design is also possible.
  • a valve 15 On the valve opening 19 is seated a valve 15, whose components are preferably arranged completely outside of the housing 11.
  • the valve 15 comprises a valve frame 17, in which an air drying means 16 is held.
  • the air drying agent 16 may comprise xeolite.
  • the air drying means 16 lies directly on the valve opening 19, so that the air drying means 16 is effective in the interior of the housing.
  • the air space within the housing 11 is thus continuously freed of moisture.
  • the valve also provides overpressure protection by allowing pressure equalization between the inside of the housing and the environment.
  • the valve frame 17 comprises in particular an opening into which a
  • Relief valve 40 is inserted in the form of a rubber stopper.
  • Relief valve 40 is held in the opening so that it releases when the pressure within the housing 11 exceeds a predetermined threshold.
  • the membrane 18 are arranged.
  • Each of the two membranes 18 is preferably formed fluid-tight and gas-permeable.
  • a suitable membrane 18 may comprise, for example, a textile. The membrane 18 ensures sufficient air exchange within the housing 11 and at the same time prevents the ingress of moisture.
  • the valve 15, in particular the air drying means 16, the pressure relief valve 40 and / or the membrane 18, can be exchangeable.
  • the valve 15 can be replaced as part of a service plan at regular intervals, preferably annually.
  • the capacity of the Air-drying agent 16 decreases over time, so it is recommended to replace at least the air-drying agent 16.
  • the membrane 18 may lose effect over time, so that an exchange is also recommended here. Since the valve 15 is preferably mounted on the outside of the first end cap 13, an exchange of the valve 15 is simple and possible in a few steps.
  • Fig. 3 shows the internal structure of the battery system 10.
  • two cell blocks 20 are arranged, which are formed of a plurality of parallel and serially interconnected battery cells 22.
  • a cooling element 30 is arranged, which is in heat-conducting contact with the poles of the battery cells 22.
  • Cooling elements 30 may be arranged between the housing 11 and the cell blocks 20.
  • a receiving space 24 may be arranged, in which connecting lines 25 are located.
  • connecting lines 25 are located.
  • the receiving space 24 are preferably all electrical connection means for connecting the electrical connection 21 with the cell blocks 20 and / or within the housing 11th
  • End cover 14 spatially separated, in particular, the cell blocks 20 can act as a separation.
  • the concentration of the electrical connections at a longitudinal end of the housing 11 serves on the one hand because of the spatial
  • Electronic components housing 11 must be accessible only from one side.
  • the fluid ports 31 are preferably formed integrally with the cooling element 30 and extend through the second end cover 14.
  • a support structure 29 is provided, on the one hand, the fluid ports 31 and on the other the housing 31 stabilized.
  • Fig. 4 shows the arrangement of the cell blocks 20 with the intermediate cooling element 30 in detail.
  • the cell blocks 20 are each composed of several
  • Battery cells formed which are preferably designed as round cells.
  • the round cells are arranged in several rows, the rows are staggered offset to each other gap.
  • the individual battery cells 22 of a row are electrically connected in parallel with each other.
  • contact plates 23 are provided which are connected to the upper and lower poles of
  • Battery cells 22 are welded.
  • the fixed on opposite sides of the battery cells 22 contact plates 23 are each offset from each other, so that the individual rows of battery cells 22 in
  • the battery cells 22 and the round cells preferably have a height which is between 50 mm and 90 mm. In particular, the height of the
  • the cooling element 30 extends between the two cell blocks 20.
  • the cooling element 30 is formed by a bag 34 in the interior of which a plurality of flow channels 35 are arranged.
  • the structure of the flow channels 35 is adapted so that a uniform fluid flow through the
  • Cooling element 30 results. At one longitudinal end of the bag 34 are the
  • Fluid connections 31 arranged.
  • the fluid ports 31 are preferably formed as an integral part of the bag 34. Thus, there are no releasable fluid connections between the fluid ports 31 and the bag 34, thereby increasing leakage safety.
  • the fluid connections 31 comprise a coolant inlet 32 and a coolant outlet 33. The coolant thus flows into the coolant inlet 32, flows through the flow channels 35 and leaves the bag 34 via the coolant outlet 33.
  • the bag 34 has flexible outer walls, so that via the fluid pressure within the cooling element 30 and optionally further Anpressreheat within the battery system 10, a good heat-conducting contact between the cooling element 30 and the
  • the battery system 10 is preferably designed as a high-voltage battery system 10.
  • the spatial separation of the electrical connection 21 and the fluid connections 31 ensures that the high-voltage region is separated from the coolant-carrying region. This increases the reliability of the battery system 10.
  • An additional security is achieved in that all detachable connection points of the cooling circuit and the fluid distributor 36 are arranged outside of the housing 11. Specifically, the fluid connections 31 protrude beyond the cell blocks 20 and extend through the support structure 29 and the second end cover 14.
  • the cooling element 30 itself can be embodied without connection points within the housing 11 of the battery system 10. The only connection points form the fluid connections 30, which are arranged outside the housing 11 on the second connection cover 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10), insbesondere für einen Hybridantrieb, mit einem Gehäuse (11), mehreren innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Batteriezellen (22) und einem Kühlelement (30), wobei am Gehäuse (11) Fluidanschlüsse (31) und wenigstens ein elektrischer Anschluss (21) angeordnet sind, der mit den Batteriezellen (22) elektrisch gekoppelt ist, und wobei die Fluidanschlüsse (31) wenigstens einen Kühlmittelzulauf (32) und wenigstens einen Kühlmittelablauf (33) aufweisen, die jeweils mit dem Kühlelement (30) fluidverbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse (11) einen rohrförmigen Hauptkörper (12) aufweist, der an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten durch jeweils einen Abschlussdeckel (13, 4) fluiddicht verschlossen ist, wobei der elektrische Anschluss (21) an einem ersten Abschlussdeckel (13) und die Fluidanschlüsse (31) an einem zweiten Abschlussdeckel (14) angeordnet sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem.

Description

BATTERIESYSTEM MIT KÜHLVORRICHTUNG
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, insbesondere für einen Hybridantrieb, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit wenigstens einem derartigen Batteriesystem. Ein Batteriesystem der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der auf die Anmelderin zurückgehenden EP 2 744 033 AI bekannt.
Das eingangs genannte Batteriesystem umfasst ein Gehäuse, wobei innerhalb des Gehäuses mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen sind zu mehreren Lagen zusammengefasst und werden durch innerhalb des Gehäuses angeordnete Kühlelemente, die jeweils im wärmeleitenden Kontakt mit den Polen der Batterien stehen, temperiert. Am Gehäuse sind Fluidanschlüsse vorgesehen, die in Fluidverbindung mit dem Kühlelementen stehen. Die Fluidanschlüsse umfassen einerseits wenigstens einen Kühlmittelzulauf und andererseits wenigstens einen Kühlmittelablauf, sodass ein Kühlkreislauf gebildet werden kann, bei welchem das Kühlelement mit einem Kühlmedium durchströmt wird. Ferner ist am Gehäuse ein elektrischer Anschluss angeordnet, der in elektrischer Verbindung mit den Batteriezellen steht.
Das Batteriegehäuse ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und umfasst einen stirnseitigen Deckel, durch welchen sich die Fluidanschlüsse und der elektrische Anschluss erstrecken. Eine solche Konstruktion ist zwar hinsichtlich der Dichtigkeit des Batteriegehäuses und der Montagefreundlichkeit vorteilhaft. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die räumliche Nähe der Fluidanschlüsse und des elektrischen Anschlusses aus Sicherheitsaspekten bedenklich ist, zumal innerhalb des Gehäuses der bekannten Batterie Verbindungsstellen im Kühlkreislauf bestehen, die bei Undichtigkeit zu einem Austreten von Kühlflüssigkeit in den Bereich des Batteriegehäuses führen können, in welchen auch die elektrischen Anschlüsse angeordnet sind . Es besteht daher das Risiko eines Kurzschlusses, der insbesondere bei Hochvoltsystemen zu einer Brandgefahr führt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Batterie weiterzuentwickeln, um deren Betriebssicherheit zu verbessern. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen,
verbesserten Batterie anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Batterie durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im H inblick auf das Kraftfahrzeug durch den Gegenstand des Patentanspruchs 15 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Batteriesystem, insbesondere für einen Hybridantrieb, mit einem Gehäuse, mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen und einem Kühlelement anzugeben, wobei am Gehäuse Fluidanschlüsse und wenigstens ein elektrischer Anschluss angeordnet sind. Der elektrische Anschluss ist mit den Batteriezellen elektrisch gekoppelt. Die Fluidanschlüsse weisen wenigstens einen Kühlmittelzulauf und wenigstens einen Kühlmittelablauf auf, die jeweils mit dem Kühlelement fluidverbunden sind.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse einen rohrförmigen Hauptkörper auf, der an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten durch jeweils einen Abschlussdeckel fluiddicht verschlossen ist. Der elektrische Anschluss ist dabei an einem ersten Abschlussdeckel angeordnet. Die Fluidanschlüsse sind an einem zweiten
Abschlussdeckel angeordnet.
Bei der vorliegenden Erfindung sind folglich die Fluidanschlüsse und der elektrische Anschluss räumlich voneinander getrennt. Insbesondere sind die Fluidanschlüsse und der elektrische Anschluss an jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses angeordnet. Durch die räumliche Trennung der
Fluidanschlüsse von dem elektrischen Anschluss wird das Risiko eines
Kurzschlusses und eines gegebenenfalls daraus folgenden thermischen Events, beispielsweise Feuer, oder einer Elektrolyse effizient reduziert.
Um das Risiko von Leckagen im Kühlsystem innerhalb des Gehäuses zu
reduzieren, ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Kühlelement
verbindungsstellenfrei ausgebildet ist. Insbesondere kann das Kühlelement innerhalb des Gehäuses verbindungsstellenfrei konstruiert sein. Mit anderen Worten weist das Kühlelement, welches innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, keinerlei Verbindungsstellen auf. Es bildet vielmehr eine Einheit, die nur an den Fluidanschlüssen, insbesondere am Kühlmittelzulauf und am Kühlmittelablauf, mit weiteren Bauteilen des Kühlkreislaufs fluidverbindbar ist.
Es können grundsätzlich ein oder mehrere Kühlelemente innerhalb des
Batteriesystems, insbesondere innerhalb des Gehäuses, vorgesehen sein. Jedes der Kühlelemente umfasst vorzugsweise jeweils einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf. Insbesondere kann das Kühlelement einen einzigen
Kühlmittelzulauf und einen einzigen Kühlmittelablauf aufweisen. Der
Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf sind vorzugsweise jeweils integral mit dem Kühlelement ausgebildet und durch den zweiten Abschlussdeckel aus dem Gehäuse geführt. Das Kühlelement bildet somit mit dem Kühlmittelzulauf und dem Kühlmittelablauf ein einheitliches Bauteil, das frei von Verbindungsstellen, insbesondere lösbaren Verbindungsstellen, ist. Somit wird die Leckagesicherheit des Kühlelements erhöht und folglich Anschlussgefahr für das Batteriesystem reduziert.
Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem sind die Batteriezellen vorzugsweise als Rundzellen ausgebildet und weisen eine Höhe auf, die zwischen 50 mm und 90 mm beträgt. Insbesondere kann die Höhe der Batteriezellen zwischen 60 mm und 80 mm, insbesondere etwa 65 mm, betragen. Derartige Batteriezellen eignen sich besonders gut für eine kompakte Bauweise des Batteriesystems. Zudem sind derartige Batteriezellen kostengünstig verfügbar, sodass die Produktionskosten für das Batteriesystem insgesamt reduziert werden.
Die Batteriezellen sind vorzugsweise zu Zellenblöcken zusammengefasst, wobei zwischen zwei Zellenblöcken und/oder zwischen einem Zellenblock und dem Gehäuse jeweils ein Kühlelement angeordnet ist. Die Elemente können jeweils voneinander getrennte Fluidströme führen. Mit anderen Worten können die Kühlelemente jeweils voneinander getrennte Kühlmittelzuläufe und
Kühlmittelabläufe aufweisen, die aus dem Gehäuse geführt sind . Jedes der Kühlelemente ist somit verbindungsstellenfrei innerhalb des Gehäuses
angeordnet. Die einzigen Verbindungsstellen bilden die Kühlmittelzuläufe und Kühlmittelabläufe, die außerhalb des Gehäuses am zweiten Anschlussdeckel angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Batteriesystems sind jeweils wenigstens zwei Kühlmittelzuläufe und wenigstens zwei Kühlmittelabläufe mit einem Fluidverteiler fluidverbunden. Der Fluidverteiler kann auf einer Außenseite des zweiten Abschlussdeckels angeordnet sein.
Vorzugsweise verbindet der Fluidverteiler die Kühlmittelzuläufe mit einem einzigen Einlassstutzen und die Kühlmittelabläufe mit einem einzigen
Ablaufstutzen. Mit anderen Worten ermöglicht es der Fluidverteiler, mehrere Kühlmittelzuläufe zu einem einzigen Einlassstutzen zusammenzuführen. So kann Kühlmittel, welches über eine Umwälzpumpe durch den Kühlkreislauf zirkuliert wird, über den einzigen Einlassstutzen gleichmäßig auf alle Kühlmittelzuläufe verteilt werden.
Analoges gilt für den einzigen Ablaufstutzen, über welchen alle Fluidströme aus den Kühlmittelabläufen gemeinsam austreten können. Der Fluidverteiler fasst insofern die Kühlmittelabläufe zusammen und leitet deren Fluidströme zum einzigen Ablaufstutzen. Durch die Zusammenfassung der Kühlmittelzuläufe und der Kühlmittelabläufe mit Hilfe des Fluidverteilers ist das erfindungsgemäße Batteriesystem besonders einfach in einen Hybridantrieb integrierbar. Es ist lediglich der Einlassstutzen und der Ablaufstutzen mit dem Kühlkreislauf zu verbinden, um für eine ausreichende Kühlung der Batteriezellen zu sorgen.
Vorzugsweise ist der Fluidverteiler plattenartig ausgebildet und weist eine zentrale Ausnehmung auf, wobei der Einlassstutzen und der Ablaufstutzen jeweils in die zentrale Ausnehmung hineinragen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Einlassstutzen und der Ablaufstutzen koaxial zueinander ausgerichtet sind. Diese Anordnung des Einlassstutzens und des Ablaufstutzens ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Batteriesystems.
Die koaxiale Ausrichtung des Einlassstutzen und des Ablaufstutzens erfolgt vorzugsweise in der Plattenebene des Fluidverteilers. Der Fluidverteiler weist somit keine vorstehenden Teile auf, die bei der Montage des Batteriesystems beschädigt werden können.
Eine weitere Optimierung der Montagefreundlichkeit des Batteriesystems wird dadurch erreicht, dass der Fluidverteiler vorzugsweise im Wesentlichen
flächenbündig mit einem Längsende des rohrförmigen Hauptkörpers abschließt. Der Fluidverteiler ist somit in eine kompakte Batteriesystemeinheit integriert und vor Beschädigung geschützt. In einer vorteilhaften Variante des Batteriesystems ist zwischen den Batteriezellen, insbesondere zwischen den Zellenblöcken, und dem ersten
Abschlussdeckel ein Aufnahmeraum angeordnet. In dem Aufnahmeraum sind vorzugsweise alle elektrischen Verbindungsmittel zur Verbindung des elektrischen Anschlusses mit den Zellenblöcken und/oder mit innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronikbauteilen angeordnet. Der Aufnahmeraum vereint somit alle elektrischen Verbindungen zwischen den Zellenblöcken und dem elektrischen Anschluss sowie innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronikbauteilen und dem elektrischen Anschluss. Diese sind somit von den Fluidanschlüssen am zweiten Abschlussdeckel räumlich getrennt, wobei insbesondere die Zellenblöcke als Trennung fungieren.
Die Konzentration der elektrischen Verbindungen an einem Längsende des Gehäuses dient einerseits wegen der räumlichen Trennung zu den
Fluidanschlüssen der Betriebssicherheit und erhöht andererseits die
Montagefreundlichkeit, da für die elektrische Verbindung des elektrischen
Anschlusses mit den Zellenblöcken bzw. Elektronikbauteilen das Gehäuse nur von einer Seite zugänglich sein muss.
Die Anordnung der Fluidanschlüsse und des elektrischen Anschlusses an gegenüberliegenden Stirnseiten des fluiddicht abgeschlossenen Gehäuses reduziert das Kurzschlussrisiko infolge von Leckagen an Verbindungsstellen im Fluidkreislauf. Um auch einer Kondensatbildung innerhalb des Gehäuses vorzubeugen, ist in weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, dass am ersten Abschlussdeckel beabstandeten elektrischen
Anschluss ein Ventil mit einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membran angeordnet ist. Das Ventil ermöglicht einerseits einen Luftaustausch sowie einen Druckausgleich zwischen eine ausreichende Luftzirkulation dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung und verhindert andererseits durch die
flüssigkeitsdichte Membran ein Eintreten von Flüssigkeit. Gleichzeitig dient das Ventil als Überdruckventil, um bei einem Überdruck, der zu einem Schaden führen kann, einen plötzlichen Druckausgleich zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung herzustellen.
Das Ventil kann außerdem ein Lufttrocknungsmittel aufweisen, das innerhalb des Gehäuses wirksam ist. Mit anderen Worten ist das Ventil, welches vorzugsweise auf einer Außenseite des ersten Abschlussdeckels befestigt ist, mit einem
Lufttrocknungsmittel ausgestattet, welches auf dem Innenraum des Gehäuses einwirkt. Das Lufttrocknungsmittel ist also derart angeordnet, dass es
Feuchtigkeit aus dem Innenraum des Gehäuses aufnimmt, sodass eine
Kondensatbildung innerhalb des Gehäuses vermieden wird .
Das Ventil, insbesondere das Lufttrocknungsmittel und/oder die Membran, ist vorzugsweise auswechselbar. Im Rahmen eines Serviceplans kann das Ventil beispielsweise in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise jährlich ausgewechselt werden, um sicherzustellen, dass das Lufttrocknungsmittel zur Vermeidung einer Kondensatbildung wirksam ist. Das Lufttrocknungsmittel kann beispielsweise Xeolit umfassen, welches Feuchtigkeit aufnimmt.
Das Aufnahmevermögen des Lufttrocknungsmittels lässt im Laufe der Zeit nach, sodass es sich empfiehlt, zumindest das Lufttrocknungsmittel auszutauschen. Auch die Membran kann im Laufe der Zeit an Wirkung verlieren, sodass auch hier ein Austausch empfehlenswert ist. Dazu ist das Ventil vorzugsweise
auswechselbar. Da das Ventil vorzugsweise auf der Außenseite des ersten Abschlussdeckels befestigt ist, ist ein Austausch des Ventils einfach und mit wenigen Handgriffen möglich.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug,
insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit wenigstens einem zuvor beschriebenen Batteriesystem. Grundsätzlich können auch mehrere Batteriesysteme der eingangs genannten Art in einem Kraftfahrzeug angeordnet und vorzugsweise miteinander elektrisch gekoppelt sein. Die einzelnen Batteriesysteme können sich auch eine gemeinsame Umwälzpumpe für das Kühlsystem teilen. Kraftfahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung sind nicht auf Landfahrzeuge beschränkt, sondern umfassen ebenfalls Luft- und Wasserfahrzeuge.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
Fig . 1 eine perspektivische Vorderansicht des erfindungsgemäßen
Batteriesystems mit einem Fluidverteiler, der vom Gehäuse entfernt ist; Fig. 2 eine perspektivische Rückansicht des Batteriesystems gemäß Fig. 1 mit einem Ventil, dessen Einzelteile in Explosionsdarstellung gezeigt sind;
Fig. 3 eine perspektivische Längsschnittansicht des Batteriesystems gemäß
Fig. 1; und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Innenaufbaus des Batteriesystems gemäß Fig. 1 mit zwei Zellenblöcken und einem Kühlelement.
In den beigefügten Figuren ist ein Batteriesystem 10 dargestellt, das
insbesondere für einen Hybridantrieb geeignet ist. Das Batteriesystem 10 kann vorteilhaft als Energiespeicher für ein Hybridfahrzeug genutzt werden, wobei das Batteriesystem vorzugsweise mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der zur Fortbewegung des Fahrzeugs genutzt wird. Als Fahrzeug, insbesondere
Kraftfahrzeug, kommen Landfahrzeuge, Luftfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge in Betracht.
Das Batteriesystem 10 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse 11, welches einen rohrförmigen Hauptkörper 12 aufweist. Der rohrförmige Hauptkörper 12 hat zwei offene Stirnseiten und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Der Hauptkörper 12 ist insofern als Vierkantrohr ausgebildet. An den Stirnseiten ist der Hauptkörper 12 durch Abschlussdeckel 13, 14 verschlossen, wobei in der vorliegenden Anmeldung zwischen einem ersten Abschlussdeckel 13 und einem zweiten Abschlussdeckel 14 unterschieden wird. Der Hauptkörper 12 und die Abschlussdeckel 13, 14 können aus Stahl gebildet sein, wobei vorzugsweise eine Wandstärke von 3 mm vorgesehen ist.
Innerhalb des Gehäuses 11 sind Batteriezellen 22 und wenigstens ein
Kühlelement 30 angeordnet. Die Batteriezellen 22 sind vorzugsweise zu
Zellenblöcken 20 zusammengefasst, wobei zwischen zwei Zellenblöcken 20 und/oder zwischen einem Zellenblock 20 und dem Gehäuse 11 jeweils ein
Kühlelement 30 angeordnet ist.
Außen am Gehäuse 11 sind Fluidanschlüsse 31 und wenigstens ein elektrischer Anschluss 21 vorgesehen. Der elektrische Anschluss 21 ist mit den Batteriezellen 22 elektrisch gekoppelt. Die Fluidanschlüsse 31 umfassen wenigstens einen Kühlmittelzulauf 32 und einen Kühlmittelablauf 33, wobei der Kühlmittelzulauf 32 und der Kühlmittelablauf 33 mit dem Kühlelement 30 fluidverbunden sind . Unter Berücksichtigung der Betriebssicherheit des Batteriesystems 10 ist vorgesehen, dass der elektrische Anschluss 21 am ersten Abschlussdeckel 13 und die
Fluidanschlüsse 31 am zweiten Abschlussdeckel 14 angeordnet, insbesondere fixiert, sind. So wird eine räumliche Trennung von Fluidanschlüssen 31 und elektrischem Anschluss 21 erreicht.
Fig. 1 zeigt das Batteriesystem mit dem Gehäuse 11, wobei insbesondere die Fluidanschlussseite des Gehäuses 11 dargestellt ist. Das Gehäuse 11 umfasst den Hauptkörper 12 und die Abschlussdeckel 13, 14, die in dem Hauptkörper 12 eingeschoben sind. Die Abschlussdeckel 13, 14 sind vorzugsweise mit dem Hauptkörper 12 fluiddicht verschweißt. Durch den zweiten Abschlussdeckel 14 erstrecken sich mehrere Fluidanschlüsse 31, wobei konkret drei Kühlmittelzuläufe
32 und drei Kühlmittelabläufe 33 vorgesehen sind. Die Kühlmittelzuläufe 32 und die Kühlmittelabläufe 33 sind am zweiten Abschlussdeckel 14 fixiert,
beispielsweise mittels einer Abdichtung .
Das Batteriesystem umfasst vorzugsweise einen Fluidverteiler 36, der mit jeweils wenigstens zwei Kühlmittelzuläufen 32 und wenigstens zwei Kühlmittelabläufen
33 fluidverbunden ist. Der Fluidverteiler 36 kann auf einer Außenseite des zweiten Abschlussdeckels 14 angeordnet sein. Vorzugsweise verbindet der Fluidverteiler 36 die Kühlmittelzuläufe 32 mit einem einzigen Einlassstutzen 37 und die Kühlmittelabläufe 33 mit einem einzigen Ablaufstutzen 38. Ein solcher Fluidverteiler 36 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Fluidverteiler 36 umfasst
Aufnahmebuchsen, die deckungsgleich mit den Fluidanschlüssen 31 am
Fluidverteiler 36 angeordnet sind . So kann der Fluidverteiler 36 auf den zweiten Abschlussdeckel 14 aufgesteckt werden und stellt somit die Fluidverbindung mit dem Fluidanschlüssen 31 her. Innerhalb des Fluidverteilers 36 sind
Verteilerkanäle ausgebildet, die vom Einlassstutzen 37 zu den Kühlmittelzuläufen 32 bzw. von den Kühlmittelabläufen 33 zum Ablaufstutzen 38 verlaufen.
Der Fluidverteiler 36 kann plattenartig ausgebildet sein. In der Plattenebene des Fluidverteilers 36 sind vorzugsweise der Ablaufstutzen 38 und der Einlaufstutzen 37 ausgerichtet. Dabei erstrecken sich der Einlassstutzen 37 und der
Ablaufstutzen 38 in eine zentrale Ausnehmung 39 des Fluidverteilers 36, wodurch eine besonders kompakte Bauweise des Batteriesystems 10 erreicht wird . Dazu trägt auch bei, dass der Fluidverteiler 36 vorzugsweise im Wesentlichen
flächenbündig mit einem Längsende des rohrförmigen Hauptkörpers 12
abschließt.
Die zentrale Ausnehmung ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgeprägt und weist einen dreieckförmigen Vorsatz auf, dessen Spitze äquidistant beabstandet zum Einlassstutzen 37 und zum Ablaufstutzen 38 angeordnet ist. Die Spitze kommt im Wesentlichen zwischen dem Einlassstutzen 37 und dem Ablaufstutzen 38 zu liegen.
Der Einlassstutzen 37 und der Ablaufstutzen 38 können koaxial zueinander angeordnet sein. Dadurch sind die Längen der Verbindungskanäle auf der
Einlassseite und auf der Auslassseite des Fluidverteilers 36 identisch, was für die Durchströmung der Kühlelemente 30 mit einem Kühlmittel vorteilhaft ist. Der Fluidverteiler 36 ist vorzugsweise mit dem Gehäuse 11 fest verbunden, sodass zur Anbindung des Batteriesystems 10 an einen Hybridantrieb lediglich der
Einlassstutzen 37 und der Ablaufstutzen 38 mit einem Kühlsystem zu verbinden sind, um die Kühlung innerhalb des Batteriesystems 10 sicherzustellen. Das Kühlmittel fließt dabei über den Einlassstutzen 37 und die im Fluidverteiler 36 angeordneten Verteilerkanäle an die Kühlmittelzuläufe 32 und gelangt so in mehrere Kühlelemente 30. Die Kühlelemente 30 werden durchströmt und kühlen die Batteriezellen 22 innerhalb des Batteriesystems 10. Das in den Kühlelementen 30 erwärmte Kühlmittel verlässt das Gehäuse 11 über die Kühlmittelabläufe 33 und den Ablaufstutzen 38 des Fluidverteilers 36.
Während Fig. 1 eine Vorderseite des Batteriesystems 10 zeigt, ist in Fig . 2 eine Rückseite desselben Batteriesystems 10 dargestellt. Auf der Rückseite des
Batteriesystems 10 ist der elektrische Anschluss 21 angeordnet. Der elektrische Anschluss 21 ist insbesondere am ersten Abschlussdeckel 13 befestigt, der vorzugsweise in den rohrförmigen Hauptkörper 12 eingeschoben und mit dem Hauptkörper fluiddicht verschweißt ist
Der elektrische Anschluss 21 umfasst vorliegend eine Strombuchse 26 und eine Elektronikbuchse 27. Die Strombuchse 26 ist mit den Batteriezellen 22 im Inneren des Gehäuses 11 gekoppelt und dient zum Abgreifen der innerhalb der
Batteriezellen 22 gespeicherten elektrischen Energie bzw. zum Laden der Batteriezellen 22. Neben der Strombuchse 26 ist die Elektronikbuchse 27 angeordnet, die mit elektronischen Bauteilen im Inneren des Gehäuses 11 gekoppelt ist und zum Signal- und/oder Datenaustausch zwischen dem
Batteriesystem 10 und einer Fahrzeugelektronik, beispielsweise einem Bussystem, dient. Der elektrische Anschluss 21, insbesondere die Strombuchse 26 und die Elektronikbuchse 27, ist/ sind jeweils mit Dichtungen versehen, um eine
Fluiddichtigkeit des Gehäuses 11 sicherzustellen.
Der erste Abschlussdeckel 13 umfasst ferner eine Ventilöffnung 19, die
beabstandet zum elektrischen Anschluss 21 angeordnet ist. Die Ventilöffnung 19 kann im Wesentlichen oval ausgeformt sein. Eine runde oder eckige Ausführung ist ebenfalls möglich. Auf der Ventilöffnung 19 sitzt ein Ventil 15, dessen Bauteile vorzugsweise vollständig außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind.
Das Ventil 15 umfasst einen Ventilrahmen 17, in dem ein Lufttrocknungsmittel 16 gehalten ist. Das Lufttrocknungsmittel 16 kann Xeolit umfassen. Vorzugsweise liegt das Lufttrocknungsmittel 16 unmittelbar auf der Ventilöffnung 19 auf, sodass das Lufttrocknungsmittel 16 im Inneren des Gehäuses wirksam ist. Der Luftraum innerhalb des Gehäuses 11 wird somit fortwährend von Feuchtigkeit befreit. Das Ventil bildet außerdem eine Überdrucksicherung, indem es einen Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung ermöglicht.
Der Ventilrahmen 17 umfasst insbesondere eine Öffnung, in die ein
Überdruckventil 40 in Form eines Gummipfropfens eingesetzt ist. Das
Überdruckventil 40 ist in der Öffnung so gehalten, dass es sich löst, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses 11 einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Ferner sind in dem Ventilrahmen die Membrane 18 angeordnet. Jede der beiden Membrane 18 ist vorzugsweise fluiddicht und gasdurchlässig ausgebildet. Eine geeignete Membran 18 kann beispielsweise ein Textil umfassen. Die Membran 18 stellt einen ausreichenden Luftaustausch innerhalb des Gehäuses 11 sicher und verhindert gleichzeitig das Eintreten von Feuchtigkeit.
Das Ventil 15, insbesondere das Lufttrocknungsmittel 16, das Überdruckventil 40 und/oder die Membran 18, kann/können auswechselbar sein. Beispielsweise kann das Ventil 15 im Rahmen eines Serviceplans in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise jährlich, ausgewechselt werden. Das Aufnahmevermögen des Lufttrocknungsmittels 16 lässt im Laufe der Zeit nach, sodass es sich empfiehlt, zumindest das Lufttrocknungsmittel 16 auszutauschen. Auch die Membran 18 kann im Laufe der Zeit an Wirkung verlieren, sodass auch hier ein Austausch empfehlenswert ist. Da das Ventil 15 vorzugsweise auf der Außenseite des ersten Abschlussdeckels 13 befestigt ist, ist ein Austausch des Ventils 15 einfach und mit wenigen Handgriffen möglich.
Fig. 3 zeigt den inneren Aufbau des Batteriesystems 10. Innerhalb des Gehäuses 11 sind insbesondere zwei Zellenblöcke 20 angeordnet, die aus mehreren parallel und seriell miteinander verschalteten Batteriezellen 22 gebildet sind . Zwischen den Zellenblöcken 20 ist ein Kühlelement 30 angeordnet, das mit den Polen der Batteriezellen 22 in wärmeleitendem Kontakt steht. Ferner können weitere
Kühlelemente 30 zwischen dem Gehäuse 11 und den Zellenblöcken 20 angeordnet sein.
Zwischen den Batteriezellen 22 bzw. den Zellenblöcken 20 und dem ersten Abschlussdeckel 13 kann ein Aufnahmeraum 24 angeordnet sein, in dem sich Verbindungsleitungen 25 befinden. In dem Aufnahmeraum 24 sind vorzugsweise alle elektrischen Verbindungsmittel zur Verbindung des elektrischen Anschlusses 21 mit den Zellenblöcken 20 und/oder mit innerhalb des Gehäuses 11
angeordneten Elektronikbauteilen, beispielsweise einer Steuerplatine 28, angeordnet. Letztere sind somit von den Fluidanschlüssen 31 am zweiten
Abschlussdeckel 14 räumlich getrennt, wobei insbesondere die Zellenblöcke 20 als Trennung fungieren können. Die Konzentration der elektrischen Verbindungen an einem Längsende des Gehäuses 11 dient einerseits wegen der räumlichen
Trennung zu den Fluidanschlüssen 31 der Betriebssicherheit und erhöht andererseits die Montagefreundlichkeit, da für die elektrische Verbindung des elektrischen Anschlusses 21 mit den Zellenblöcken 20 bzw. mit
Elektronikbauteilen das Gehäuse 11 nur von einer Seite zugänglich sein muss.
Die Fluidanschlüsse 31 sind vorzugsweise integral mit dem Kühlelement 30 ausgebildet und erstrecken sich durch den zweiten Abschlussdeckel 14. Um die Fluidanschlüsse 13 zu stützen, ist zwischen den Zel lenblöcken 20 und dem zweiten Abschlussdeckel 14 eine Stützstruktur 29 vorgesehen, die einerseits die Fluidanschlüsse 31 und andererseits das Gehäuse 31 stabilisiert. Fig. 4 zeigt die Anordnung der Zellenblöcke 20 mit dem dazwischenliegenden Kühlelement 30 im Detail. Die Zellenblöcke 20 sind jeweils aus mehreren
Batteriezellen gebildet, die vorzugsweise als Rundzellen ausgebildet sind . Die Rundzellen sind in mehreren Reihen angeordnet, wobei die Reihen versetzt zueinander auf Lücke eng gepackt sind . Die einzelnen Batteriezellen 22 einer Reihe sind in Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden. Dazu sind Kontaktplatten 23 vorgesehen, die mit den oberen und unteren Polen der
Batteriezellen 22 verschweißt sind . Die auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezellen 22 fixierten Kontaktplatten 23 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet, so dass die einzelnen Reihen von Batteriezellen 22 in
Reihenschaltung miteinander gekoppelt sind.
Die Batteriezellen 22 bzw. die Rundzellen weisen vorzugsweise eine Höhe auf, die zwischen 50 mm und 90 mm beträgt. Insbesondere kann die Höhe der
Batteriezellen 22 zwischen 60 mm und 80 mm, insbesondere etwa 65 mm, betragen. Besonders geeignet für das Batteriesystem 10 sind Batteriezellen 22 des Typs 18650. Derartige Batteriezellen 22 sind kostengünstig verfügbar, sodass die Produktionskosten für das Batteriesystem insgesamt reduziert werden.
Zwischen den beiden Zellenblöcken 20 erstreckt sich das Kühlelement 30. Das Kühlelement 30 ist durch einen Beutel 34 gebildet, in dessen Innerem mehrere Strömungskanäle 35 angeordnet sind . Die Struktur der Strömungskanäle 35 ist derart angepasst, dass sich eine gleichmäßige Fluidströmung durch das
Kühlelement 30 ergibt. An einem Längsende des Beutels 34 sind die
Fluidanschlüsse 31 angeordnet. Die Fluidanschlüsse 31 sind vorzugsweise als integraler Bestandteil des Beutels 34 ausgebildet. Somit bestehen zwischen den Fluidanschlüssen 31 und dem Beutel 34 keine lösbaren Fluidverbindungen, wodurch die Leckagesicherheit erhöht wird . Die Fluidanschlüsse 31 umfassen einen Kühlmittelzulauf 32 und einen Kühlmittelablauf 33. Das Kühlmittel fließt also in den Kühlmittelzulauf 32 ein, durchströmt die Strömungskanäle 35 und verlässt den Beutel 34 über den Kühlmittelablauf 33. Der Beutel 34 weist flexible Außenwände auf, so dass über den Fluiddruck innerhalb des Kühlelements 30 und gegebenenfalls weitere Anpressmaßnahmen innerhalb des Batteriesystems 10 ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen dem Kühlelement 30 und den
Zellenblöcken 20 gewährleistet ist. Das Batteriesystem 10 ist vorzugsweise als Hochvolt-Batteriesystem 10 ausgebildet. Durch die räumliche Trennung des elektrischen Anschlusses 21 und der Fluidanschlüsse 31 wird erreicht, dass der Hochvolt-Bereich von dem kühlmittelführenden Bereich separiert ist. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Batteriesystems 10. Eine zusätzliche Sicherheit wird dadurch erreicht, dass alle lösbaren Verbindungsstellen des Kühlkreislaufs sowie der Fluidverteiler 36 außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind. Konkret stehen die Fluidanschlüsse 31 über die Zellenblöcke 20 vor und erstrecken sich durch die Stützstruktur 29 sowie den zweiten Abschlussdeckel 14. Das Kühlelement 30 selbst kann innerhalb des Gehäuses 11 des Batteriesystems 10 verbindungsstellenfrei ausgeführt sein. Die einzigen Verbindungsstellen bilden die Fluidanschlüsse 30, die außerhalb des Gehäuses 11 am zweiten Anschlussdeckel 14 angeordnet sind.
Bezuaszeichenliste
10 Batteriesystem
11 Gehäuse
12 Hauptkörper
13 Erster Abschlussdeckel
14 Zweiter Abschlussdeckel
15 Ventil
16 Lufttrocknungsmittel
17 Ventilrahmen
18 Membran
19 Ventilöffnung
20 Zellenblock
21 Elektrischer Anschluss
22 Batteriezelle
23 Kontaktplatte
24 Aufnahmeraum
25 Verbindungsleitung
26 Strombuchse
27 Elektronikbuchse
28 Steuerplatine
29 Stützstruktur
30 Kühlelement Fluidanschluss Kühlmittelzulauf Kühlmittelablauf Beutel
Strömungskanal Fluidverteiler Einlassstutzen Ablaufstutzen Ausnehmung Überdruckventil

Claims

Ansprüche
1. Batteriesystem (10), insbesondere für einen Hybridantrieb, mit einem
Gehäuse (11), mehreren innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Batteriezellen (22) und einem Kühlelement (30), wobei am Gehäuse (11) Fluidanschlüsse (31) und wenigstens ein elektrischer Anschluss (21) angeordnet sind, der mit den Batteriezellen (22) elektrisch gekoppelt ist, und wobei die Fluidanschlüsse (31) wenigstens einen Kühlmittelzulauf (32) und wenigstens einen Kühlmittelablauf (33) aufweisen, die jeweils mit dem Kühlelement (30) fluidverbunden sind,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Gehäuse (11) einen rohrförmigen Hauptkörper (12) aufweist, der an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten durch jeweils einen Abschlussdeckel (13, 14) fluiddicht verschlossen ist, wobei der elektrische Anschluss (21) an einem ersten Abschlussdeckel (13) und die Fluidanschlüsse (31) an einem zweiten Abschlussdeckel (14) angeordnet sind.
2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Kühlelement (30), insbesondere innerhalb des Gehäuses (11), verbindungsstellenfrei ausgebildet ist.
3. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dad u rch geken nzeich net, dass
jeweils ein Kühlmittelzulauf (32) und ein Kühlmittelablauf (33) integral mit dem Kühlelement (30) ausgebildet und durch den zweiten Abschlussdeckel (14) aus dem Gehäuse (11) geführt sind.
4. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Batteriezellen (22) als Rundzellen ausgebildet sind und eine Höhe aufweisen, die zwischen 50mm und 90mm, insbesondere zwischen 60mm und 80mm, insbesondere 65mm, beträgt.
5. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Batteriezellen (22) zu Zellenblöcken (20) zusammengefasst sind, wobei zwischen zwei Zellenblöcken (20) und/oder zwischen einem Zellenblock (20) und dem Gehäuse (11) jeweils ein Kühlelement (30) angeordnet ist, und wobei die Kühlelemente (30) jeweils voneinander getrennte Fluidströme führen.
6. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
jeweils wenigstens zwei Kühlmittelzuläufe (32) und wenigstens zwei
Kühlmittelabläufe (33) mit einem Fluidverteiler (36) fluidverbunden sind, der auf einer Außenseite des zweiten Abschlussdeckels (14) angeordnet ist und die Kühlmittelzuläufe (32) mit einem einzigen Einlassstutzen (37) und die Kühlmittelabläufe (33) mit einem einzigen Ablaufstutzen (38) verbindet.
7. Batteriesystem (10) nach Anspruch 6,
dad u rch geken nzeich net, dass
der Fluidverteiler (36) plattenartig ausgebildet ist und eine zentrale
Ausnehmung (39) aufweist, wobei der Einlassstutzen (37) und der
Ablaufstutzen (38) jeweils in die zentrale Ausnehmung (39) hineinragen.
8. Batteriesystem (10) nach Anspruch 6 oder 7,
dad u rch geken nzeich net, dass
der Einlassstutzen (37) und der Ablaufstutzen (38) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
9. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dad u rch geken nzeich net, dass
der Fluidverteiler (36) derart mit dem zweiten Abschlussdeckel (14) verbunden ist, dass der Fluidverteiler (36) im Wesentlichen flächenbündig mit einem Längsende des rohrförmigen Hauptkörpers (12) abschließt.
10. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
zwischen den Batteriezellen (22), insbesondere den Zellenblöcken (20), und dem ersten Abschlussdeckel (13) ein Aufnahmeraum (24) angeordnet ist, in dem alle elektrischen Verbindungsmittel zur Verbindung des elektrischen Anschlusses (21) mit den Zellenblöcken (20) und/oder mit innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Elektronikbauteilen angeordnet sind.
11. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
am ersten Abschlussdeckel (13) beabstandet zum elektrischen Anschluss (21) ein Ventil (15) mit einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membran (18) angeordnet ist.
12. Batteriesystem (10) nach Anspruch 11,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Ventil (15) ein Lufttrocknungsmittel (16) aufweist, das innerhalb des Gehäuses (11) wirksam ist.
13. Batteriesystem (10) nach Anspruch 11 oder 12,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Ventil (15) ein Überdruckventil (40) aufweist.
14. Batteriesystem (10) nach Anspruch 11 oder 12,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Ventil (15), insbesondere das Lufttrocknungsmittel (16) und/oder die Membran (18) und/oder das Überdruckventil (40), auswechselbar ist.
15. Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit wenigstens einem
Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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