EP4211737A1 - Kühlvorrichtung für ein batteriemodul mit zumindest einer batteriezelle, batteriemodul sowie verfahren - Google Patents

Kühlvorrichtung für ein batteriemodul mit zumindest einer batteriezelle, batteriemodul sowie verfahren

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EP4211737A1
EP4211737A1 EP21769348.0A EP21769348A EP4211737A1 EP 4211737 A1 EP4211737 A1 EP 4211737A1 EP 21769348 A EP21769348 A EP 21769348A EP 4211737 A1 EP4211737 A1 EP 4211737A1
Authority
EP
European Patent Office
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battery cell
area
cooling device
swelling
cooling
Prior art date
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Pending
Application number
EP21769348.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Müller
Giuseppe Di Lella
Patrick Wittmann
Meike Kollmannthaler
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Cooling device for a battery module with at least one battery cell, battery module and method
  • the invention relates to a cooling device for a battery module with at least one battery cell for an at least partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a battery module and a method.
  • an electrical energy store is installed in at least partially electrically operated motor vehicles, in particular in fully electrically operated motor vehicles, which has at least one battery module, for example, with the battery module in turn having at least one battery cell.
  • heat can arise within a respective battery cell, which heat has to be cooled.
  • the battery cells are lithium-ion cells and only work meaningfully in a specific work area.
  • a homogeneous cooling allows a maximum utilization of a temperature-dependent current limit and a thermal storage capacity of the battery cell.
  • the continuous power can be increased.
  • Direct cooling which leads a cold and a warm volume flow over the battery cell, enables the cooling to be homogenized, since particularly cold and hot cells are avoided.
  • lithium-ion cells in particular swell.
  • the swelling is in particular an expansion of the cells. This is a reversible cell expansion during charging and discharging.
  • an irreversible cell expansion can also be found, which occurs, for example, due to aging effects.
  • DE 10 2008 035 400 A1 relates to a device for cooling a heat source of a motor vehicle, with a heat sink which has a number of pre-flow channels and a number of return-flow channels. At least a majority of Preflow flows and the return flow flows are alternately arranged side by side in the heat sink.
  • the object of the present invention is to create a cooling device, a battery module and a method by means of which improved direct cooling of a battery cell can be implemented.
  • One aspect of the invention relates to a cooling device for a battery module with at least one battery cell for an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one first sealing element, which is designed to rest on an outside of the at least one battery cell in a first sealing position, with the The battery cell is divided into a first area and a second area that is fluidically separate from the first area, and with a cooling liquid, the cooling liquid being designed for direct cooling of the at least one battery cell, the cooling device being designed in such a way that the cooling liquid is supplied in a flow and in an afterrun cools the at least one battery cell, the battery cell having a non-swelling first portion and at least one swelling second portion.
  • the first sealing position is formed between the non-swelling first partial area and the swelling second partial area, so that the first area at least partially includes the non-swelling first partial area and the second area at least partially includes the swelling second partial area.
  • the sealing plane is attached in the areas where essentially no deformation of the battery cell is to be expected. This means that there is no stress on the sealing level due to the corresponding expansion forces.
  • the sealing element is thus positioned in such a way that it rests in an area where there is essentially no bulging of the battery cell.
  • the cooling liquid can in particular be designed as a dielectric, so that a non-conductive cooling liquid can be provided.
  • the battery cell is in particular connected in parallel or in series with other battery cells and then forms in particular a battery module.
  • a battery module can in turn be formed in an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, in particular a fully electrically operated motor vehicle, and can in particular provide electrical energy for example for a drive unit of the at least partially electrically operated motor vehicle.
  • the flow of the cooling liquid is formed in the first area and the after-run of the cooling liquid is formed in the second area.
  • the pre-run and the post-run are fluidically connected.
  • the pre-run is cooler than the post-run.
  • the flow takes place in particular, which means that improved cooling of the battery cell can be achieved at this point.
  • the run-on is then formed, which is then already heated, but can still continue to provide reliable cooling of the battery cell.
  • the cooling device has a second
  • the cooling device thus has the first sealing element and the second sealing element.
  • the battery cell is divided into three areas in particular. It can then be provided, for example, that the lead or the lag is formed in the different areas.
  • leading edge is formed in the third area and in the first area and the trailing edge is formed in the second area or that the trailing edge is formed in the third area and in the first area and the leading edge is formed in the second area.
  • the at least one battery cell is designed as a lithium-ion battery cell.
  • Lithium-ion battery cells in particular have already established themselves in electrified motor vehicle construction. Advantageous cooling can thus be carried out on an already existing technology.
  • At least the first sealing element is additionally designed as a battery cell holding element.
  • the sealing element can then be in contact with a housing of the battery module and/or the electrical energy store and can serve as a holding element for the battery cell.
  • the sealing element can be used in a highly flexible manner and is used in particular for sealing or for fluidic separation of the two areas and can at the same time be used to hold the battery cell.
  • the cooling device can thus be provided with fewer components and less weight.
  • at least the first sealing element is designed for contacting a further outside of a further battery cell in the first sealing position.
  • a large number of battery cells can thus be provided within the battery module, wherein in the present case a large number means in particular more than one battery cell, which can advantageously be cooled by means of the cooling device.
  • the sealing element between the respective battery cells also seals them from one another.
  • the battery cells, which can be arranged in parallel next to one another for example, have a common first area and a common second area.
  • the common first region of the battery cells can be cooled with the common pre-run and the second region can be cooled in the common second region with a common after-run.
  • the cooling device is designed for at least one prismatic battery cell and/or for a cylindrical battery cell.
  • the prismatic battery cell and/or the cylindrical battery cell are already used in motor vehicle construction, so that a cooling device can advantageously be provided for an already existing technology.
  • Another aspect of the invention relates to a battery module with at least one battery cell and with a cooling device according to the previous aspect, wherein the cooling device is designed to cool the at least one battery cell.
  • Yet another aspect of the invention relates to an electrical energy storage device with a battery module according to the preceding aspect.
  • the invention relates to a motor vehicle with an electrical energy store and/or with a battery module according to the preceding aspects.
  • the motor vehicle is designed in particular as an at least partially electrically operated motor vehicle, in particular as a fully electrically operated motor vehicle.
  • Yet another aspect of the invention relates to a method for cooling at least one battery cell of a battery module of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of a cooling device, in which the battery cell is fluidically separated into a first area and a second area by means of a first sealing element in a first sealing position , wherein the battery cell by means of a Cooling liquid of the cooling device is cooled in a pre-run and in a post-run, the battery cell having a non-swelling first portion and at least one swelling second portion.
  • the sealing element in the first sealing position is positioned between the non-swelling first partial area and the swelling second partial area, so that the first area at least partially includes the non-swelling first partial area and the second area at least partially includes the swelling second partial area.
  • Advantageous configurations of the cooling device are to be regarded as advantageous configurations of the battery module, the electrical energy store, the motor vehicle and the method.
  • the cooling device, the battery module, the electrical energy store and the motor vehicle have physical features that are necessary to carry out a method.
  • the only figure shows a schematic side view of an embodiment of an electrical energy store with an embodiment of a battery module with a cooling device.
  • the figure shows an embodiment of a motor vehicle 10 in a schematic side view, the motor vehicle 10 being shown purely schematically.
  • Motor vehicle 10 has an electrical energy store 12 .
  • the electrical energy store has in particular a battery module 14, wherein the battery module 14 has in particular two battery cells 16 in the present case.
  • the two battery cells 16 can be connected to one another both in parallel and in series. Provision can also be made for the battery module 14 to have further battery cells 16 . Provision can furthermore be made for the electrical energy store 12 to have a multiplicity of battery modules 14 .
  • a structure of the electrical energy store 12 is thus shown purely by way of example. This exemplary embodiment is only intended to describe the present inventive idea and should in no way be regarded as conclusive.
  • Motor vehicle 10 is, in particular, at least partially electrically operated.
  • the motor vehicle 10 can also be operated, in particular, fully electrically.
  • the motor vehicle 10 then has an electric drive unit, wherein the electric energy store 12 can provide electric energy for the electric drive unit.
  • the battery module 14 also has a cooling device 18 .
  • the cooling device 18 is designed for the battery module 14 with the at least one battery cell 16 .
  • Cooling device 18 has at least one first sealing element 20, which is designed to rest against an outer side 22 of the at least one battery cell 16 in a first sealing position P1, with battery cell 16 being divided into a first region 24 and into a first region 24 fluidically separated second area 26, and with a cooling liquid 28, wherein the cooling liquid 28 is designed for direct cooling of the at least one battery cell 16, wherein the cooling device 18 is designed in such a way that the cooling liquid 28 in a pre-run 30 and in a post-run 32 the at least one battery cell 16 cools, the battery cell 16 having a non-intumescent first portion 34 and at least one intumescent second portion 36 .
  • first sealing position P1 is formed between the non-swelling first partial area 34 and the swelling second partial area 36, so that the first area 24 at least partially includes the non-swelling first partial area 34 and the second area 26 at least partially includes the swelling second partial area 36 .
  • the inlet 30 of the cooling liquid 28 is formed in the first area 24 and the outlet 32 of the cooling liquid 28 is formed in the second area 26 .
  • the cooling device 18 has a second sealing element 38, which is formed at a second sealing position P2, with the second sealing element 38 fluidically separating a third region 40 from the second region 26, with the at least one battery cell 16 forming a non-swelling third partial area 42 and the second sealing position P2 is formed in such a way that the third area 40 at least partially includes the non-swelling third partial area 42 .
  • leading edge 30 is formed in the third region 40 and in the first region 24 and the trailing edge 32 is formed in the second region 26 .
  • this can also be designed in such a way that the trailing edge 32 is formed in the third region 40 and in the first region 24 and the leading edge 30 is formed in the second region 26 .
  • the sealing element 20, 38 advantageously performs a double task.
  • the sealing elements 20, 38 fluidly separate the areas 24, 26, 40 from one another and, on the other hand, they hold the battery cell 16, in particular within the battery module 14.
  • At least the first sealing element 20, in this case also the second sealing element 38, is designed to rest against a further outer side 22 of a further battery cell 16 in the first sealing position P1 or in the second sealing position P2.
  • the battery cells 16 are designed, for example, as prismatic battery cells 16 .
  • the battery cells 16 can be configured as cylindrical battery cells 16 .
  • the sealing plane which in the present case does not correspond to the sealing positions P1 , P2 but would be between these positions, this would result in a high pressure load on the sealing element or battery module 14 .
  • the sealing planes are placed in the areas of the battery cell 16 where typically essentially no deformation and therefore no swelling is to be expected.
  • the figure thus shows direct cooling of lithium-ion battery cells, taking cell swelling into account.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (18) mit zumindest einer Batteriezelle (16) für ein Kraftfahrzeug (10), mit zumindest einem ersten Dichtelement (20), wobei die Batteriezelle (16) in einen ersten Bereich (24) und in einen zweiten Bereich (26) getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit (28) zum direkten Kühlen der Batteriezelle (16), wobei die Kühlvorrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit (28) in einem Vorlauf (30) und in einem Nachlauf (32) die Batteriezelle (16) kühlt, wobei die Batteriezelle (16) einen nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und einen aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) aufweist, wobei eine erste Dichtungsposition (P1) zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) ausgebildet ist, so dass der erste Bereich (24) den nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) umfasst und der zweite Bereich (26) den aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul (14) sowie ein Verfahren.

Description

Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle, Batteriemodul sowie Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul sowie ein Verfahren.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass in zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere in vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, ein elektrischer Energiespeicher verbaut ist, welcher beispielsweise zumindest ein Batteriemodul aufweist, wobei das Batteriemodul wiederum zumindest eine Batteriezelle aufweist. Insbesondere bei einem Ladevorgang beziehungsweise einem Entladevorgang kann hierbei innerhalb einer jeweiligen Batteriezelle Hitze entstehen, welche gekühlt werden muss. Ferner ist insbesondere bekannt, dass beispielsweise die Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen sind und hierbei nur in einem bestimmten Arbeitsbereich sinnvoll arbeiten. Eine homogene Kühlung erlaubt dabei eine maximale Ausnutzung eines temperaturabhängigen Stromlimits und einer thermischen Speicherfähigkeit der Batteriezelle. Hierbei kann insbesondere die Dauerleistung erhöht werden. Eine Direktkühlung, welche je einen kalten und einen warmen Volumenstrom über die Batteriezelle führt, ermöglicht eine Homogenisierung der Kühlung, da besonders kalte und heiße Zellen vermieden werden. Insbesondere Lithium-Ionen-Zellen schwellen jedoch an. Bei dem Schwellen handelt es sich insbesondere um ein Ausdehnen der Zellen. Hierbei handelt es sich um eine reversible Zellausdehnung während der Ladung und Entladung. Ferner kann auch eine irreversible Zellausdehnung aufzufinden sein, welche beispielsweise aufgrund von Alterungseffekten auftritt.
Die DE 10 2008 035 400 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkörper, der mehrere Vorströmungsfluten und mehrere Rückströmungsfluten aufweist. Zumindest eine Mehrzahl der Vorströmungsfluten und der Rückströmungsfluten sind abwechselnd nebeneinanderliegend in dem Kühlkörper angeordnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung, ein Batteriemodul sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Direktkühlung einer Batteriezelle realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung, ein Batteriemodul sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einem ersten Dichtelement, welches zum Anlegen an eine Außenseite der zumindest einen Batteriezelle in einer ersten Dichtungsposition ausgebildet ist, wobei im anliegenden Zustand die Batteriezelle in einen ersten Bereich und in einen zum ersten Bereich fluidisch getrennten zweiten Bereich getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit zum direkten Kühlen der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit in einem Vorlauf und in einem Nachlauf die zumindest eine Batteriezelle kühlt, wobei die Batteriezelle einen nichtschwellenden ersten Teilbereich und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die erste Dichtungsposition zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich ausgebildet ist, sodass der erste Bereich zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich umfasst und der zweite Bereich zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich umfasst.
Dadurch ist es ermöglicht, dass bei einer schwellenden Batteriezelle dennoch zuverlässig eine Kühlung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die schwellenden Teilbereiche und die nichtschwellenden Teilbereiche voneinander getrennt sind. Insbesondere kann somit eine Direktkühlung realisiert werden, welche je einen kalten und einen warmen Volumenstrom über die Batteriezelle führt und somit eine Homogenisierung der Kühlung durchführt, wodurch besonders kalte und heiße Zellen vermieden werden. Unter dem vorliegenden Schwellen ist insbesondere ein sogenanntes Batterie Swelling zu verstehen, bei welchem sich die Batteriezelle ausdehnt. Diese Ausdehnung kann sowohl bei einer Ladung und einer Entladung reversibel sein, als auch durch Alterungseffekte irreversibel. Um nun bei diesen Ausdehnungen die Dichtebene entsprechend vorteilhaft einzusetzen und somit Druckbelastungen auf das Dichtelement vermieden werden können, wird die Dichtebene in den Bereichen angebracht, wo im Wesentlichen keine Verformung der Batteriezelle zu erwarten ist. Somit entfällt eine Belastung auf der Dichtebene durch die entsprechenden Ausdehnungskräfte. Insbesondere ist somit das Dichtungselement derart positioniert, dass dieses in einem Bereich aufliegt, wo im Wesentlichen keine Bauchung der Batteriezelle stattfindet.
Die Kühlflüssigkeit kann dabei insbesondere als Dielektrikum ausgebildet sein, sodass eine nicht leitende Kühlflüssigkeit bereitgestellt werden kann.
Die Batteriezelle ist insbesondere mit weiteren Batteriezellen parallel beziehungsweise seriell verschaltet und bildet dann insbesondere ein Batteriemodul. Ein Batteriemodul kann wiederum in einem elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein und kann insbesondere elektrische Energie für beispielsweise eine Antriebseinheit des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bereitstellen.
Insbesondere ist somit eine Direktkühlung von der Batteriezelle unter Berücksichtigung des Cell-Swellings bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind im ersten Bereich der Vorlauf der Kühlflüssigkeit ausgebildet und im zweiten Bereich der Nachlauf der Kühlflüssigkeit ausgebildet. Insbesondere sind der Vorlauf und der Nachlauf fluidisch verbunden. Der Vorlauf ist insbesondere kühler als der Nachlauf. Im ersten Bereich, welcher fluidisch getrennt vom zweiten Bereich ist, findet insbesondere der Vorlauf statt, wodurch an dieser Stelle eine verbesserte Kühlung der Batteriezelle realisiert werden kann. Im zweiten Bereich ist dann insbesondere der Nachlauf ausgebildet, welcher dann bereits erhitzt ist, aber dennoch eine zuverlässige Kühlung der Batteriezelle weiterhin realisieren kann.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlvorrichtung ein zweites
Dichtelement aufweist, welches in einer zweiten Dichtungsposition ausgebildet ist, wobei das zweite Dichtelement einen dritten Bereich fluidisch von dem zweiten Bereich trennt, und wobei zumindest eine Batteriezelle einen nichtschwellenden dritten Teilbereich aufweist und die zweite Dichtungsposition derart ausgebildet ist, dass der dritte Bereich zumindest bereichsweise den nicht aufschwellenden dritten Teilbereich umfasst. Insbesondere weist somit die Kühlvorrichtung das erste Dichtelement sowie das zweite Dichtelement auf. Dadurch wird die Batteriezelle insbesondere in drei Bereiche unterteilt. Es kann dann beispielsweise vorgesehen sein, dass in den unterschiedlichen Bereichen der Vorlauf oder der Nachlauf ausgebildet ist. Insbesondere kann somit genutzt werden, dass beispielsweise im mittleren Teilbereich einer als prismatische Batteriezelle ausgebildeten Batteriezelle die Bauchung aufgrund des Swellings stattfindet, wobei an den jeweiligen Endbereichen der prismatischen Batteriezelle im Wesentlichen keine Bauchung auftritt. Dies wird nun genutzt, um eine entsprechende Kühlung mit den entsprechenden Dichtelementen realisieren zu können.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn im dritten Bereich und im ersten Bereich der Vorlauf ausgebildet ist und im zweiten Bereich der Nachlauf ausgebildet ist oder dass im dritten Bereich und im ersten Bereich der Nachlauf ausgebildet ist und im zweiten Bereich der Vorlauf ausgebildet ist. Somit ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise die Kühlung realisiert werden kann. Insbesondere kann somit ein vorteilhafter Kühlkreislauf bereitgestellt werden, mittels welchem sowohl im Vorlauf als auch im Nachlauf eine direkte Kühlung der Batteriezelle realisiert werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Batteriezelle als Lithium-Ionen- Batteriezelle ausgebildet ist. Insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen haben sich im elektrifizierten Kraftfahrzeugbau bereits durchgesetzt. Somit kann auf eine bereits bestehende Technologie eine vorteilhafte Kühlung durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform ist zumindest das erste Dichtelement zusätzlich als Batteriezellenhalteelement ausgebildet. Insbesondere kann beispielsweise dann das Dichtelement mit einem Gehäuse des Batteriemoduls und/oder des elektrischen Energiespeichers kontaktiert sein und kann als Halteelement der Batteriezelle dienen. Somit ist das Dichtelement hochflexibel einsetzbar und dient insbesondere zum Abdichten beziehungsweise zur fluidischen Trennung der beiden Bereiche und kann gleichzeitig zum Halten der Batteriezelle genutzt werden. Somit kann bauteilreduziert und gewichtsreduziert die Kühlvorrichtung bereitgestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zumindest das erste Dichtelement zum Anlegen einer weiteren Außenseite einer weiteren Batteriezelle in der ersten Dichtungsposition ausgebildet. Insbesondere kann somit eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei vorliegend Vielzahl insbesondere mehr als eine Batteriezelle bedeutet, innerhalb des Batteriemoduls bereitgestellt werden, welche auf vorteilhafte Weise mittels der Kühlvorrichtung gekühlt werden können. Beispielsweise kann ebenfalls vorgesehen sein, dass zwischen den jeweiligen Batteriezellen ebenfalls das Dichtelement diese voneinander abdichtet. Insbesondere weisen jedoch die Batteriezellen, welche beispielsweise parallel nebeneinander angeordnet werden können, einen gemeinsamen ersten Bereich und einen gemeinsamen zweiten Bereich auf. Somit kann mit dem gemeinsamen Vorlauf beispielsweise der gemeinsame erste Bereich der Batteriezellen gekühlt werden und in dem gemeinsamen zweiten Bereich mit einem gemeinsamen Nachlauf der zweite Bereich gekühlt werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlvorrichtung für zumindest eine prismatische Batteriezelle und/oder für eine zylindrische Batteriezelle ausgebildet ist. Insbesondere die prismatische Batteriezelle und/oder die zylindrische Batteriezelle sind bereits im Kraftfahrzeugbau vertreten, sodass vorteilhaft für eine bereits bestehende Technologie eine Kühlvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle und mit einer Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Kühlvorrichtung zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet ist.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und/oder mit einem Batteriemodul nach den vorhergehenden Aspekten. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, ausgebildet.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle eines Batteriemoduls eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels einer Kühlvorrichtung, bei welchem die Batteriezelle mittels eines ersten Dichtelements in einer ersten Dichtungsposition fluidisch in einen ersten Bereich und in einen zweiten Bereich getrennt wird, wobei die Batteriezelle mittels einer Kühlflüssigkeit der Kühlvorrichtung in einem Vorlauf und in einem Nachlauf gekühlt wird, wobei die Batteriezelle einen nichtschwellenden ersten Teilbereich und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich aufweist.
Es ist vorgesehen, dass in der ersten Dichtungsposition das Dichtelement zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich positioniert wird, sodass der erste Bereich zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich umfasst und der zweite Bereich zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Kühlvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls, des elektrischen Energiespeichers, des Kraftfahrzeugs sowie des Verfahrens anzusehen. Die Kühlvorrichtung, das Batteriemodul, der elektrische Energiespeicher sowie das Kraftfahrzeug weisen gegenständliche Merkmale auf, welche zur Durchführung eines Verfahrens notwendig sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform eines Batteriemoduls mit einer Kühlvorrichtung.
In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10, wobei das Kraftfahrzeug 10 rein schematisch dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen elektrischen Energiespeicher 12 auf. Der elektrische Energiespeicher weist insbesondere ein Batteriemodul 14 auf, wobei das Batteriemodul 14 vorliegend insbesondere zwei Batteriezellen 16 aufweist. Die zwei Batteriezellen 16 können dabei sowohl parallel als auch seriell miteinander verschaltet sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Batteriemodul 14 weitere Batteriezellen 16 aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher 12 eine Vielzahl von Batteriemodulen 14 aufweist. Es ist somit rein beispielhaft ein Aufbau des elektrischen Energiespeichers 12 gezeigt. Diese beispielhafte Ausbildung soll lediglich zur Beschreibung des vorliegenden erfindungsgemäßen Gedankens dienen und keinesfalls als abschließend zu betrachten sein. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben. Das Kraftfahrzeug 10 kann ferner insbesondere vollelektrisch betrieben sein. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug 10 dann eine elektrische Antriebseinheit auf, wobei der elektrische Energiespeicher 12 elektrische Energie für die elektrische Antriebseinheit bereitstellen kann.
Das Batteriemodul 14 weist ferner eine Kühlvorrichtung 18 auf. Die Kühlvorrichtung 18 ist für das Batteriemodul 14 mit der zumindest einen Batteriezelle 16 ausgebildet.
Die Kühlvorrichtung 18 weist zumindest ein erstes Dichtelement 20 auf, welches zum Anliegen an einer Außenseite 22 der zumindest einen Batteriezelle 16 in einer ersten Dichtungsposition P1 ausgebildet ist, wobei im anliegenden Zustand die Batteriezelle 16 in einen ersten Bereich 24 und in einen zum ersten Bereich 24 fluidisch getrennten zweiten Bereich 26 getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit 28, wobei die Kühlflüssigkeit 28 zum direkten Kühlen der zumindest einen Batteriezelle 16 ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung 18 derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit 28 in einem Vorlauf 30 und in einem Nachlauf 32 die zumindest eine Batteriezelle 16 kühlt, wobei die Batteriezelle 16 einen nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die erste Dichtungsposition P1 zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 ausgebildet ist, sodass der erste Bereich 24 zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 umfasst und der zweite Bereich 26 zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im ersten Bereich 24 der Vorlauf 30 der Kühlflüssigkeit 28 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Nachlauf 32 der Kühlflüssigkeit 28 ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass die Kühlvorrichtung 18 ein zweites Dichtelement 38 aufweist, welches an einer zweiten Dichtungsposition P2 ausgebildet ist, wobei das zweite Dichtelement 38 einen dritten Bereich 40 fluidisch von dem zweiten Bereich 26 trennt, wobei die zumindest eine Batteriezelle 16 einen nichtschwellenden dritten Teilbereich 42 aufweist und die zweite Dichtungsposition P2 derart ausgebildet ist, dass der dritte Bereich 40 zumindest bereichsweise den nichtschwellenden dritten Teilbereich 42 umfasst. Folglich ist insbesondere gezeigt, dass im dritten Bereich 40 und im ersten Bereich 24 der Vorlauf 30 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Nachlauf 32 ausgebildet ist. Dies kann alternativ auch derart ausgebildet sein, dass im dritten Bereich 40 und im ersten Bereich 24 der Nachlauf 32 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Vorlauf 30 ausgebildet ist.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest das erste Dichtelement 20 und/oder das zweite Dichtelement 38 als Batteriezellenhalteelement ausgebildet sind, wodurch vorteilhaft das Dichtelement 20, 38 eine Doppelaufgabe durchführt. Zum einen trennen die Dichtelemente 20, 38 die Bereiche 24, 26, 40 fluidisch voneinander und zum anderen halten diese die Batteriezelle 16 insbesondere innerhalb des Batteriemoduls 14.
Es ist ferner gezeigt, dass zumindest das erste Dichtelement 20, vorliegend auch das zweite Dichtelement 38, zum Anliegen an einer weiteren Außenseite 22 einer weiteren Batteriezelle 16 in der ersten Dichtungsposition P1 beziehungsweise in der zweiten Dichtungsposition P2 ausgebildet ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen 16 beispielsweise als prismatische Batteriezellen 16 ausgebildet sind. Alternativ oder ergänzend können die Batteriezellen 16 als zylindrische Batteriezellen 16 ausgebildet sein.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass, sollten die Batteriezellen 16 sich ausdehnen, was auch als Swelling beziehungsweise Batterie Swelling bezeichnet wird, so kann auf Basis des flexiblen Dichtelements 20, 38 eine Druckentlastung durchgeführt werden. Insbesondere auf der Dichtebene, welche vorliegend als die nicht den Dichtpositionen P1 , P2 entspricht sondern zwischen diesen Positionen wäre, würde dies zu einer hohen Druckbelastung des Dichtelements beziehungsweise Batteriemoduls 14 führen. Vorliegend ist somit vorgesehen, dass die Dichtebenen in den Bereichen der Batteriezelle 16 gebracht werden, wo typischerweise im Wesentlichen keine Verformung und somit kein Swelling zu erwarten ist. Somit entsteht auch keine Belastung an den Dichtungspositionen P1 , P2 durch die Swelling-Kräfte. Insbesondere zeigt somit die Fig. eine Direktkühlung von Lithium-Ionen-Batteriezellen unter Berücksichtigung des Cell Swellings.
Bezugszeichenliste
10 Kraftfahrzeug
12 elektrischer Energiespeicher
14 Batteriemodul
16 Batteriezelle
18 Kühlvorrichtung
20 erstes Dichtelement
22 Außenseite
24 erster Bereich
26 zweiter Bereich
28 Kühlflüssigkeit
30 Vorlauf
32 Nachlauf
34 erster Teilbereich
36 zweiter Teilbereich
38 zweites Dichtelement
40 dritter Bereich
42 dritter Teilbereich
P1 erste Dichtungsposition
P2 zweite Dichtungsposition

Claims

Patentansprüche Kühlvorrichtung (18) für ein Batteriemodul (14) mit zumindest einer Batteriezelle (16) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10), mit zumindest einem ersten Dichtelement (20), welches zum Anliegen an einer Außenseite (22) der zumindest einen Batteriezelle (16) in einer ersten Dichtungsposition (P1) ausgebildet ist, wobei im anliegenden Zustand die Batteriezelle (16) in einen ersten Bereich (24) und in einen zum ersten Bereich (24) fluidisch getrennten zweiten Bereich (26) getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit (28), wobei die Kühlflüssigkeit (28) zum direkten Kühlen der zumindest einen Batteriezelle (16) ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit (28) in einem Vorlauf (30) und in einem Nachlauf (32) die zumindest eine Batteriezelle (16) kühlt, wobei die Batteriezelle (16) zumindest einen nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtungsposition (P1) zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) ausgebildet ist, so dass der erste Bereich (24) zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) umfasst und der zweite Bereich (26) zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) umfasst. Kühlvorrichtung (18) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Bereich (24) der Vorlauf (30) der Kühlflüssigkeit (28) ausgebildet ist und im zweiten Bereich (26) der Nachlauf (32) der Kühlflüssigkeit (28) ausgebildet ist. Kühlvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (18) ein zweites Dichtelement (38) aufweist, welches an einer zweiten Dichtungsposition (P2) ausgebildet ist, wobei das zweite Dichtelement (38) einen dritten Bereich (40) fluidsich von dem zweiten Bereich (26) trennt, und wobei die zumindest eine Batteriezelle (16) einen nichtschwellenden dritten Teilbereich (42) aufweist und die zweite Dichtungsposition (P2) derart ausgebildet ist, dass er dritte Bereich (40) zumindest bereichsweise den nichtaufschwellenden dritten Teilbereich (42) umfasst. Kühlvorrichtung (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Bereich (40) und im ersten Bereich (24) der Vorlauf (30) ausgebildet ist und im zweiten Bereich (26) der Nachlauf (32) ausgebildet ist oder dass im dritten Bereich (40) und im ersten Bereich (24) der Nachlauf (32) ausgebildet ist und im zweiten Bereich (26) der Vorlauf (30) ausgebildet ist. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriezelle (16) als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Dichtelement (20) zusätzlich als Batteriezellenhaltelement ausgebildet ist. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Dichtelement (20) zum Anliegen an einer weiteren Außenseite (22) einer weiteren Batteriezelle (16) in der ersten Dichtungsposition (P1) ausgebildet ist. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (18) für zumindest eine prismatische Batteriezelle (16) und/oder für eine zylindrische Batteriezelle (16) ausgebildet ist. Batteriemodul (14) mit zumindest einer Batteriezelle (16) und mit einer Kühlvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kühlvorrichtung (18) zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle (16) ausgebildet ist. Verfahren zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle (16) eines Batteriemoduls (14) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10) mittels einer Kühlvorrichtung (18), bei welchem die Batteriezelle (16) mittels eines ersten Dichtelements (20) in einer ersten Dichtungsposition (P1) fluidisch in einen ersten Bereich (24) und in einen zweiten Bereich (26) getrennt wird, wobei die Batteriezelle (16) mittels einer Kühlflüssigkeit (28) der Kühlvorrichtung (18) in einem Vorlauf (30) und in einem Nachlauf (32) gekühlt wird, wobei die Batteriezelle (16) einen nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Dichtungsposition (P1) das erste Dichtelement (20) zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) positioniert wird, so dass der erste Bereich (24) zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich (34) umfasst und der zweite Bereich (26) zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich (36) umfasst.
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