WO2012100914A1 - Energiespeichermodul für eine vorrichtung zur spannungsversorgung und verfahren zum herstellen eines solchen energiespeichermoduls - Google Patents

Energiespeichermodul für eine vorrichtung zur spannungsversorgung und verfahren zum herstellen eines solchen energiespeichermoduls Download PDF

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WO2012100914A1
WO2012100914A1 PCT/EP2012/000149 EP2012000149W WO2012100914A1 WO 2012100914 A1 WO2012100914 A1 WO 2012100914A1 EP 2012000149 W EP2012000149 W EP 2012000149W WO 2012100914 A1 WO2012100914 A1 WO 2012100914A1
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cell module
fluid
energy storage
storage module
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PCT/EP2012/000149
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Roland König
Nico Daun
Thomas HÖFLER
Stephan Weileder
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Energy storage module for a device for power supply and method for producing such an energy storage module
  • the invention relates to an energy storage module for a device for power supply, in particular of a motor vehicle, wherein the energy storage module comprises a cell module and a holding plate, wherein the cell module is constructed from a number of single cells, and wherein the holding plate is designed for holding and / or securing the cell module , Furthermore, the invention relates to a method for producing such an energy storage module.
  • batteries which are preferably designed as high-voltage storage, constitute an important component for storing and supplying electric energy as required. These batteries are usually known as
  • these batteries or accumulators consist of a number of energy storage modules, each of which has a cell module, which in turn contains a number of individual cells, so-called memory cells. Overall, the batteries are thus constructed from a large number of individual cells.
  • the heat loss should be dissipated.
  • the batteries are cooled with air, coolant or refrigerant.
  • Temperature range for the operation of the accumulators is according to current knowledge between about 15 ° C and 35 ° C before. As a result of the described reduced capacity of the accumulators as a result, the range of the corresponding vehicle also decreases in the event of a corresponding temperature.
  • WO 97/16050 describes a heating device for transmitting thermal energy to at least one vehicle battery, with a
  • a battery support plate for supporting the battery, a heatable fluid tube, which is disposed under the battery support plate to transfer thermal energy from a fluid to the battery.
  • the heatable fluid tube is for this purpose with a continuously distributed and thermally conductive
  • Adhesive material attached to the battery support plate Adhesive material attached to the battery support plate.
  • the support plate must be designed so stable that it can support or carry the battery. Consequently, the support plate must already have a sufficient thickness.
  • the support plate by the applied on the support plate pipe height of the entire
  • Heater additionally increased, so that a large space below the battery for the entire heater is claimed.
  • this is significant, especially when integrated into a vehicle
  • the individual cells are cooled by means of fluid-flow side walls.
  • the side walls are made of several parts and applied laterally to the individual cells, so that this increases a required space in the lateral direction for each individual cell.
  • This additional space requirement adds up depending on the number of individual cells installed in the respective accumulator, so that a considerable amount of energy is available for the entire accumulator
  • Battery units each have a heat sink with concave
  • the battery cells are inserted, in one embodiment, the battery cells to the
  • Heatsink are glued.
  • the heat sink thus has two functions: on the one hand, it has the function of cooling the battery cells; on the other hand it acts as a support plate.
  • the battery system and the battery units are indeed in terms of the required installation space optimized, but the cost of manufacturing the heatsink and in the assembly of the battery cells to the heatsink is very high, which adversely affects the manufacturing cost.
  • the cost of manufacturing the heatsink and in the assembly of the battery cells to the heatsink is very high, which adversely affects the manufacturing cost.
  • the object of the invention is therefore to provide an energy storage module for a device for power supply, which has the simplest possible structure to facilitate the production of the individual components, in particular the heat sink, the assembly and a seal, which also has the smallest possible space required and through a low contact resistance between the heat sink and the memory cells to be cooled and thus by an optimal heat transfer between memory cells and
  • Heatsinks distinguished. Furthermore, a corresponding
  • Energy storage module of the type mentioned whose holding plate has a main body which is formed substantially plate-shaped and a first substantially planar surface to the flat,
  • the main body has at least one fluid channel formed integrally in the main body for flowing through with a fluid, and wherein the main body by means of a heat-conductive adhesive bond
  • a holding plate having a main body which is substantially plate-shaped and has a first substantially planar surface for surface, heat-conducting connection to the at least one cell module, wherein the main body at least one integrally formed in the main body fluid passage for flowing through with a Having fluid, and
  • thermally conductive bonding of the main body of the holding plate to the cell module by means of a thermally conductive bond for the exchange of thermal energy between the fluid and the cell module.
  • an advantageously designed holding plate more precisely a holding plate with an advantageously designed main body is used, and on the other hand the cell module and the holding plate are connected to one another in an advantageous manner.
  • the main body is formed substantially plate-shaped and has a first substantially flat surface
  • the main body and thus the holding plate can not only manufacture in a simple manner, but also the mounting of the energy storage module is simple. Both leads to low production costs for the
  • the plate-shaped design of the main body with its first flat surface allows a particularly good surface bonding of
  • the first surface is the one with which the main body with the
  • the cell modules used in vehicles have a parallelepiped shape, so that the main body with its first surface can be fastened flat on a side wall or at the bottom of the cell module. Since the binding of the cooling medium to the memory cells, in particular in the case of a liquid cooling medium, is a significant factor in how well the heat loss can be dissipated from the memory cells, this can be achieved
  • this embodiment also enables optimum heating of the memory cells.
  • the plate-shaped structure of the main body with its flat surface also has the advantage that the main body due to manufacturing has a slight unevenness and roughness. If, however, air gaps between the two arise during the assembly of the cell module and the main body, which would lead to an increase in the thermal contact resistance and thus impair the heat transfer from the memory cells to the main body and thus heat sinks, the heat-conducting adhesive bond ensures that these air gaps filled by the bond, the thermal contact resistance thus not
  • Heat transport is guaranteed.
  • the heat-conductive bonding is carried out using a thermally conductive adhesive.
  • the at least one fluid channel is integrated in the main body of the holding plate. This serves to pass a fluid, so that the holding plate and thereby the cell module can be heated or cooled.
  • the respective function is dependent on a temperature gradient between the cell module and the holding plate or the fluid.
  • the integration of the fluid channel in the main body allows the construction of an energy storage module, for its installation in the motor vehicle, a small space is required.
  • An integral formation of the at least one fluid channel in the main body is to be understood as channel-shaped recesses in the main body, which are arranged such that a fluid can flow through the fluid channel through the main body.
  • the holding plate is provided for holding and / or fixing the cell module. This can for example be attached to a
  • Carrier provided on the vehicle side to fix the cell module in the vehicle.
  • the main body is connected to the cell module and thus provides on the one hand the connection for holding the
  • the main body comprises, at least in sections, an extruded profile with at least one cavity for providing the at least one fluid channel.
  • an extruded profile with at least one cavity for providing the at least one fluid channel.
  • Interior be provided. This preferably extends along the pressing direction of the profiled strand and is in its
  • Circumferential direction ie formed in its side areas, closed.
  • the respective closed fluid channel is therefore only at its opposite ends open in the pressing direction. If several fluid channels provided in a profile, so they extend
  • the fluid channels are arranged in at least one plane parallel to a surface, with which the holding plate is connected to the cell module in order to achieve a uniform and large-scale replacement of
  • the main body is made of metal. This allows on the one hand the production by extrusion and a correspondingly advantageous thermal conductivity.
  • the main body is integral, i. as if made in one piece, ie. without adding any additional material or other components.
  • the main body can also be produced by means of a casting process and the corresponding fluid channels are provided in this case.
  • other materials can be used which provide sufficient stability and carrying capacity as well as sufficient thermal conductivity.
  • Multiporttube or be designed as a cooling tube or be generated from a Rollbond.
  • At least one of the part bodies has in each case at least one integrated fluid channel, which is formed by a recess in the respective part body and thus with respect to a
  • each partial body is embodied as such in one piece with at least one integrated fluid channel.
  • a plurality of body parts can also be designed as extruded profiles and arranged side by side and connected to each other. In this way, they can also form a continuous main body, in which the fluid channels are integrally formed.
  • a connection element for supplying and / or discharging the fluid into and out of the at least one fluid channel of the main body is provided at at least one end of the main body.
  • the fluid can thus be introduced into or removed from the respective fluid channel via the respective connection element.
  • the connection element is to be arranged in the region of a first end of the respective fluid channel.
  • a connection element is arranged, for example, on an end face of the main body.
  • a further connecting element may be provided on an opposite end face for removing the fluid from the
  • Fluid channel may be arranged. Only, for example, the
  • Connection elements be designed as deep-drawn parts or as castings.
  • nozzles may be provided on the connection elements for easy connection of supply lines.
  • this includes
  • connection element a deflecting element for diverting the fluid from a first fluid channel into a second fluid channel.
  • connection element is attached to the at least one end of the main body. This allows a particularly simple mounting of the connection element at the at least one end of the main body. Since the main body is plate-shaped, the connection element is attached to the at least one end of the main body.
  • Connection element attached to the corresponding end face.
  • connection element is connected to the main body by means of gluing or soldering.
  • the connecting element can be connected to the main body instead of or in addition to the plugging by means of a material-locking connection, such as said bonding or soldering.
  • a material-locking connection such as said bonding or soldering.
  • the main body can also be provided with tube and / or hose ends, via which the main body can be connected to a cooling and / or heating device. About these ends and the main body of several energy storage modules can be interconnected. Further alternatively, it is conceivable to provide on the main body connection possibilities, via which the main body with said cooling and / or Heating device may be connected or via the several
  • Main body can be connected in series with each other.
  • Compression fittings, press fittings or screw flanges are used.
  • the holding plate is used as a bottom plate for fixing the
  • Cell module formed on a carrier system.
  • the holding plate is arranged at the bottom of the cell module in order to support and support it.
  • a cell module is mounted on only one of the two surfaces of the holding plate and the main body. For this reason, it is only necessary to design a first surface on which the cell module is arranged in such a flat manner and with a correspondingly low unevenness or roughness that an optimum areal, heat-conducting connection of main body and cell module is possible.
  • opposite second surface of the main body does not have to be designed in this way, it can quite a greater unevenness or
  • the energy storage module is mounted in the installed state on a carrier system which is arranged in a vehicle. In this case, the energy storage module within the
  • Carrier system and thus the vehicle preferably be arranged so that a distance between the second surface of the main body and a surface that limits the space provided for the installation of the energy storage modules space, not sufficient, that also on the second surface, a cell module can be arranged.
  • a distance between the second surface of the main body and a surface that limits the space provided for the installation of the energy storage modules space, not sufficient, that also on the second surface, a cell module can be arranged.
  • the space bounding the space may be the surface of a
  • the retaining plate is installed in the
  • the retaining plate thus has two essential functions. This is intended on the one hand to carry the cell module and to fix it in its position inside the vehicle.
  • the holding plate thus carries at least part of the weight of the cell module, so that it must be designed to be stable and solid.
  • the holding plate is intended to allow an exchange of thermal energy between the fluid flowing through the fluid channel and the cell module. This is integrated with the given structure
  • the cell module is connected between the at least one by means of an exchange of thermal energy
  • Fluid channel of the holding plate flowing fluid and the cell module either heated or cooled.
  • any heatable and / or coolable fluid can be used.
  • the exchange of the thermal energy then takes place via the thermally conductive retaining plate.
  • the fluid is first passed through a separate cooling or heating device which together with a supply and / or discharge system and the holding plate forms a fluid circuit in which the fluid can circulate. In this way, the fluid can be appropriately tempered and then passed through the holding plate and from this back.
  • cooling devices for example
  • Heat exchangers or air-water cooler can be used.
  • water is used as the fluid. This has the advantage that, in contrast to pure refrigerants and refrigerants, it is both heatable and coolable. Furthermore, a use of water has the advantage that the entire line system, so supply lines to the retaining plate or the connecting elements, the compounds of
  • End elements with the main body and additional devices such. a heat exchanger, heating or cooling devices or an air-water cooler for the fluid, when using the water without pressurization and thus can be performed without expensive pressure seals.
  • water as a fluid allows easy maintainability without toxic or hazardous wastes, and thus is not critical even in the event of a leak or accident.
  • the water is combined with a suitable antifreeze.
  • pressurized fluid circuit in which another fluid pressurized circulates.
  • air can also be used as the fluid.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cell module with a
  • Fig. 2 is a sectional side view of the cell module with the
  • Fig. 3a + 3b are each an exploded perspective view of the holding plate of FIG. 1 with two connection elements.
  • 1 shows a perspective view of a cell module 10 with a holding plate 11 according to an embodiment of the invention.
  • the structure of the cell module 10 is of a number of
  • the cell module 10 is described in the context of the present description as a total body and thus an arrangement of the individual cells 12 may be configured arbitrarily in the interior. As shown in Fig. 1, both the cell module 10 and the individual cells 12 are each designed cuboid. At a bottom of the cell module 10, the holding plate 11 is arranged for supporting and fixing the cell module 10.
  • the cell module 10 comprises a number of individual cells (see FIG. 1) and is fixedly connected to the holding plate 11.
  • the connection between the two elements is thermally conductive, by a heat-conductive bonding, which is indicated by the reference numeral 17.
  • the holding plate 11 is substantially plate-shaped and has a first substantially planar surface 15.
  • the holding plate 11 has recesses 14 which extend in a first direction of the holding plate 11 (perpendicular to the image plane) through the latter and are designed to flow through with a fluid.
  • the recesses 14 extend parallel to each other in a plane parallel to the surface 15 of the holding plate 11th
  • the holding plate 11 only optionally, upwardly drawn edges 16, which surround the cell module 10 at least partially, and thus provide a certain lateral support and specify an exact positioning of the cell module 10 to the holding plate 11. About that In addition, these provide protection for the cell module 10 against
  • the illustrated holding plate 11 thus assumes both a support function for supporting and holding the weight of the cell module 10 as well as heating or cooling of the cell module 10 via the fluid flowing through the holding plate 11.
  • the recesses 4 are shown with an oval or flattened cross-section. This allows a wide flow cross-section with low height.
  • FIG. 3a shows an exploded perspective view of the holding plate 11 according to FIG. 1 with a main body 31 and two connecting elements 32a, 32b.
  • the main body 31 is in the illustrated embodiment in FIG.
  • two lateral edges 16 are provided on the main body 31 of the holding plate 11. Furthermore, in each case one connecting element 32a, 32b is provided on two end faces 34a, 34b of the main body 31 arranged opposite to one another
  • the second connection element 32b is designed as a deflection element and introduces a fluid discharged from a first fluid channel 14 into a second fluid channel.
  • the fluid is thus guided in the illustrated embodiment (see arrows) U-shaped through the holding plate 11. It is first introduced at the first end face 34a via the first connection element 32a into a first fluid channel 14 of the main body 31 and flows through the elongated first fluid channel 14 to the second end face 34b and is there by means of the second connection element 32b in the likewise
  • longitudinally extended second fluid channel 14 is introduced, through which the fluid is guided back to the first connection element 32a. There, the fluid exits from the holding plate 11 again. Subsequently, a forwarding into a further holding plate (not shown) is possible, which may be arranged below the first holding plate 11. Likewise, the discharged fluid can be returned to a device for heating or cooling the fluid (also not shown) in order to temper it for a renewed passage through the holding plate 11.
  • End face machining 37a, 37b may be provided. This can be provided, for example, in the form of a cutout and / or bevel and thus make it easy to fit the connection elements 32a, 32b for connection to the main body 11.
  • a cohesive connection can be provided for a permanent hold, such as
  • a gluing or soldering For example, a gluing or soldering.
  • a multiple passage through the main body for example, in a meander-shaped fluid channel guide may be possible, as is schematically indicated in Fig. 3b.
  • the main body only has the longitudinally extending Fluid channels on. A deflection and return of the fluid at the respective end side takes place exclusively via connecting elements designed as deflecting elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Energiespeichermodul (8) ein Zellmodul (10) und eine Halteplatte (11) aufweist. Das Zellmodul (10) ist aus einer Anzahl von Einzelzellen (12) aufgebaut. Die Halteplatte (11) ist zum Halten und/oder Befestigen des Zellmoduls (10) ausgebildet und weist hierfür einen Hauptkörper (31) auf, der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche (15) zum flächigen, wärmeleitenden Verbinden mit dem mindestens einen Zellmodul (10) aufweist. Der Hauptkörper (31) weist mindestens einen integral in dem Hauptkörper (31) ausgebildeten Fluidkanal (14) zum Durchströmen mit einem Fluid auf. Der Hauptkörper (31) ist mittels einer wärmeleitenden Verklebung wärmeleitend mit dem Zellmodul (10) zum Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid und dem Zellmodul (10) verbunden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Energiespeichermoduls.

Description

Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung und Verfahren zum Herstellen eines solchen Energiespeichermoduls
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Energiespeichermodul ein Zellmodul und eine Halteplatte aufweist, wobei das Zellmodul aus einer Anzahl von Einzelzellen aufgebaut ist, und wobei die Halteplatte zum Halten und/oder Befestigen des Zellmoduls ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Energiespeichermoduls.
In Fahrzeugen mit alternativen Antriebskonzepten, insbesondere in elektrisch betriebenen Fahrzeugen und in Fahrzeugen mit Hybridantrieb, stellen Batterien, die vorzugsweise als Hochvoltspeicher ausgeführt sind, eine wichtige Komponente zum Speichern und bedarfsgerechten Bereitstellen elektrischer Energie dar. Diese Batterien sind üblicherweise als
wiederaufladbare Energiespeicher, sogenannte Akkumulatoren ausgeführt. Diese Batterien bzw. Akkumulatoren bestehen in der Regel aus einer Anzahl von Energiespeichermodulen, von denen jedes ein Zellmodul aufweist, das wiederum eine Anzahl von Einzelzellen, sogenannte Speicherzellen, enthält. Insgesamt sind die Batterien somit aus einer Vielzahl von Einzelzellen aufgebaut.
Zwar konnte in den letzten Jahrzehnten durch intensive Weiterentwicklungen eine erhebliche Steigerung der Speicherkapazitäten und insbesondere der Energiedichten der Akkumulatoren erzielt werden. Dennoch liegen die aktuellen Reichweiten entsprechender Fahrzeuge noch deutlich hinter den Reichweiten von Fahrzeugen auf Basis eines Verbrennungsmotors zurück.
Zusätzlich zu der vergleichsweise geringen Energiedichte hängt die
Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren erheblich von einer Betriebstemperatur der Akkumulatoren ab. Diese wird sowohl durch eine externe Wärmezufuhr bzw. -abfuhr aufgrund einer äußeren Umgebungstemperatur als auch durch eine Eigenerwärmung der Akkumulatoren während eines Betriebs
beeinflusst. Im Betrieb der Akkumulatoren entsteht aufgrund des während der Entlade- und/oder Ladevorgänge fließenden Stroms und der
Innenwiderstände der einzelnen Speicherzellen eine Verlustwärme in den Speicherzellen, wodurch hohe Temperaturen in den Akkumulatoren entstehen. Zur Vermeidung einer Schädigung des Akkumulators bzw. der Batterie durch Überhitzung sowie zur Erzielung einer ausreichenden
Lebensdauer sollte die Verlustwärme abgeführt werden. Üblicherweise werden hierzu die Batterien mit Luft, Kühlmittel oder Kältemittel gekühlt.
Insbesondere sehr hohe und sehr niedrige Betriebstemperaturen stellen eine besondere Herausforderung dar und beeinflussen die Leistungsfähigkeit sowie eine Langlebigkeit der Akkumulatoren signifikant. In diesen Fällen ist die Leistungsabgabe der Akkumulatoren gegenüber einer Leistungsabgabe bei optimaler Betriebstemperatur erheblich reduziert. Ein optimaler
Temperaturbereich für den Betrieb der Akkumulatoren liegt nach heutigen Erkenntnissen zwischen ca. 15°C und 35°C vor. Aufgrund der beschriebenen reduzierten Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren sinkt bei entsprechender Temperatur infolgedessen die Reichweite des entsprechenden Fahrzeugs zusätzlich ab.
Doch nicht nur auf die Leistungsabgabe, auch auf die Leistungsaufnahme der Akkumulatoren haben insbesondere sehr kalte Umgebungstemperaturen einen negativen Einfluss. So erhöht sich in diesem Fall der Innenwiderstand der Akkumulatoren bzw. der Speicherzellen, so dass diese in gleicher Zeit schlechter geladen bzw. entladen werden können. Des Weiteren sind weitere temperaturabhängige Phänomene bekannt, wie beispielsweise eine temperaturabhängige Selbstentladung der Akkumulatoren, welche die
Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren weiter reduzieren.
Es sind daher aus dem Stand der Technik Systeme zum Beheizen oder Kühlen einer Fahrzeugbatterie bekannt, um für die Akkumulatoren eine optimale Betriebstemperatur zu gewährleisten. Diese Systeme werden jedoch üblicherweise als Montagelösungen ausgeführt, die einen komplexen Aufbau und einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und mit den
Akkumulatoren über zusätzliche Verbindungselemente verbunden sind.
Die WO 97/16050 beschreibt eine Heizvorrichtung zum Übertragen von thermischer Energie auf mindestens eine Fahrzeugbatterie, mit einer
Batterie-Stützplatte zum Stützen der Batterie, einem beheizbaren Fluid-Rohr, welches unter der Batterie-Stützplatte angeordnet ist, um thermische Energie aus einem Fluid auf die Batterie zu übertragen. Das beheizbare Fluid-Rohr ist hierzu mit einem kontinuierlich verteilten und thermisch leitfähigen
Klebematerial an der Batterie-Stützplatte befestigt.
Dies bedeutet, dass die Stützplatte derart stabil ausgebildet sein muss, dass diese die Batterie stützen bzw. tragen kann. Folglich muss die Stützplatte bereits eine ausreichende Dicke aufweisen. Außerdem wird durch die auf der Stützplatte aufgebrachte Rohrleitung eine Bauhöhe der gesamten
Heizvorrichtung zusätzlich erhöht, so dass ein großer Bauraum unterhalb der Batterie für die gesamte Heizvorrichtung beansprucht wird. Dies stellt jedoch insbesondere bei einer Integration in ein Fahrzeug erhebliche
Schwierigkeiten dar, da in diesem Anwendungsgebiet üblicherweise erhebliche Anstrengungen unternommen werden müssen, um Bauhöhen zu reduzieren und wenige Millimeter an Bauhöhe zu gewinnen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein entsprechender Antrieb und die zugehörigen Akkumulatoren in Fahrzeuge integriert werden sollen, die ursprünglich für einen Antrieb mit einem Verbrennungsantrieb konzipiert wurden und daher vorgegebene Bauräume eingehalten werden müssen.
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen zum Kühlen von Akkumulatoren bekannt. Auf diese Weise können sowohl unvorteilhaft hohe Umgebungstemperaturen als auch eine Temperaturerhöhung des Akkumulators durch eine Selbsterwärmung während des Betriebs reduziert werden.
Beispielsweise ist aus der FR 95 14161 ein Akkumulator bekannt, dessen Einzelzellen mittels fluiddurchströmter Seitenwände gekühlt werden. Die Seitenwände sind mehrteilig ausgeführt und seitlich auf die Einzelzellen aufgebracht, so dass sich hierdurch für jede Einzelzelle ein erforderlicher Bauraum in seitlicher Richtung erhöht. Dieser zusätzliche Bauraumbedarf summiert sich je nach Anzahl der in dem jeweiligen Akkumulator verbauten Einzelzellen, so dass für den gesamten Akkumulator ein erheblicher
Mehrbedarf an zusätzlichem Bauraum besteht. Auch stellen eine Abdichtung aufgrund des mehrteiligen Aufbaus sowie eine Zu- und Ausleitung des Kühlmittels aufgrund der einzeln zu versorgenden fluiddurchströmten
Seitenwände erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich Montageaüfwand, Kosten, Gewicht und einer Abdichtung dar.
Die DE 10 2008 014 155 A1 offenbart verschiedene Batteriesysteme, die jeweils aus modularen Batterieeinheiten aufgebaut sind. Die
Batterieeinheiten weisen jeweils einen Kühlkörper mit konkaver
Oberflächenstruktur und integriertem Kühlkanal auf. In die durch die konkave Oberflächenstruktur ausgebildeten Ausnehmungen sind die Batteriezellen eingefügt, wobei in einer Ausführungsform die Batteriezellen an den
Kühlkörper angeklebt sind. Der Kühlkörper hat somit zwei Funktionen: zum einen hat er die Funktion, die Batteriezellen zu kühlen; zum anderen fungiert er als Trägerplatte. Bei dem hier offenbarten Ansatz sind das Batteriesystem bzw. die Batterieeinheiten zwar hinsichtlich des benötigten Bauraums optimiert, jedoch ist der Aufwand in der Fertigung des Kühlkörpers und in der Montage der Batteriezellen an den Kühlkörper sehr hoch, was sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt. Darüber hinaus ist bei der
vorgeschlagenen Oberflächenstruktur ein erhöhter Einsatz an Klebstoff erforderlich, um einen optimalen Wärmetransport zwischen Batteriezellen und Kühlkörper zu ermöglichen. Jede der Ausnehmungen ist mit Klebstoff zu füllen, weshalb im Vergleich zu einer ebenen Oberfläche insgesamt eine größere Oberfläche mit Klebstoff zu bedecken ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung bereitzustellen, welches einen möglichst einfachen Aufbau zur Erleichterung der Fertigung der einzelnen Komponenten, insbesondere des Kühlkörpers, der Montage und einer Abdichtung aufweist, das zudem einen möglichst geringen benötigten Bauraum aufweist und sich durch einen geringen Übergangswiderstand zwischen dem Kühlkörper und den zu kühlenden Speicherzellen und somit durch einen optimalen Wärmetransport zwischen Speicherzellen und
Kühlkörper auszeichnet. Ferner soll ein entsprechendes
Herstellungsverfahren bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Energiespeichermodul der eingangs genannten Art, dessen Halteplatte einen Hauptkörper aufweist, der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche zum flächigen,
wärmeleitenden Verbinden mit dem mindestens einen Zellmodul aufweist, wobei der Hauptkörper mindestens einen integral in dem Hauptkörper ausgebildeten Fluidkanal zum Durchströmen mit einem Fluid aufweist, und wobei der Hauptkörper mittels einer wärmeleitenden Verklebung
wärmeleitend mit dem Zellmodul zum Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid und dem Zellmodul verbunden ist. Die Aufgabe wird ferner durch ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:
- Bereitstellen des Zellmoduls,
- Bereitstellen einer Halteplatte, die einen Hauptkörper aufweist, der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche zum flächigen, wärmeleitenden Verbinden mit dem mindestens einen Zellmodul aufweist, wobei der Hauptkörper mindestens einen integral in dem Hauptkörper ausgebildeten Fluidkanal zum Durchströmen mit einem Fluid aufweist, und
- wärmeleitendes Verbinden des Hauptkörpers der Halteplatte mit dem Zellmodul mittels einer wärmeleitenden Verklebung zum Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid und dem Zellmodul.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul und dem zugehörigen erfmdungsgemäßen Herstellungsverfahren wird zum einen eine vorteilhaft ausgebildete Halteplatte, genauer gesagt eine Halteplatte mit einem vorteilhaft ausgebildeten Hauptkörper verwendet, und zum anderen werden das Zellmodul und die Halteplatte in vorteilhafter Art und Weise miteinander verbunden.
Dadurch dass der Hauptkörper im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, lässt sich der Hauptkörper und somit die Halteplatte nicht nur in einfacher Art und Weise fertigen, sondern auch die Montage des Energiespeichermoduls gestaltet sich einfach. Beides führt zu niedrigen Herstellungskosten für das
Energiespeichermodul. Die plattenförmige Ausbildung des Hauptkörpers mit seiner ersten ebenen Oberfläche ermöglicht ein besonders gutes flächiges Verbinden von
Hauptkörper und somit Kühlkörper einerseits und Zellmodul andererseits. Die erste Oberfläche ist diejenige, mit welcher der Hauptkörper mit dem
Zellmodul verbunden wird. Üblicherweise weisen die in Fahrzeugen zum Einsatz kommenden Zellmodule eine quaderförmige Form auf, so dass der Hauptkörper mit seiner ersten Oberfläche flächig an einer Seitenwand oder am Boden des Zellmoduls befestigt werden kann. Da das Anbinden des Kühlmediums an die Speicherzellen, insbesondere bei einem flüssigen Kühlmedium ein wesentlicher Faktor dafür ist, wie gut die Verlustwärme aus den Speicherzellen abgeführt werden kann, lässt sich bei dieser
Ausgestaltung des Hauptkörpers die Verlustwärme besonders gut abführen. In entsprechender Weise ermöglicht diese Ausgestaltung auch ein optimales Erwärmen der Speicherzellen.
Der plattenförmige Aufbau des Hauptkörpers mit seiner ebenen Oberfläche hat zudem den Vorteil, dass der Hauptkörper fertigungsbedingt eine geringe Unebenheit und Rauigkeit aufweist. Sollten dennoch bei der Montage von Zellmodul und Hauptkörper Luftspalte zwischen beiden entstehen, die zu einer Erhöhung des thermischen Übergangswiderstands führen würden und somit den Wärmetransport von den Speicherzellen zu dem Hauptkörper und somit Kühlkörper beeinträchtigen würden, so wird durch die wärmeleitende Verklebung sichergestellt, dass diese Luftspalte durch die Verklebung aufgefüllt sind, der thermische Übergangswiderstand somit nicht
verschlechtert ist, vielmehr minimiert ist und somit ein optimaler
Wärmetransport gewährleistet ist. Vorzugsweise erfolgt die wärmeleitende Verklebung unter Verwendung eines wärmeleitenden Klebers.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Hauptkörper und somit den Kühlkörper direkt mit einem wärmeleitfähigen Klebstoff auf oder am oder unter das Zellmodul und somit die Speicherzellen zu kleben. Des Weiteren ist der mindestens eine Fluidkanal in dem Hauptkörper der Halteplatte integriert. Dieser dient zum Durchleiten eines Fluids, so dass die Halteplatte und hierdurch das Zellmodul beheizt oder gekühlt werden können. Die jeweilige Funktion ist von einem Temperaturgradienten zwischen dem Zellmodul und der Halteplatte bzw. dem Fluid abhängig. Die Integration des Fluidkanals in den Hauptkörper ermöglicht den Aufbau eines Energiespeichermoduls, für dessen Montage im Kraftfahrzeug ein geringer Bauraum benötigt wird. Unter einer integralen Ausbildung des mindestens einen Fluidkanals in dem Hauptkörper sind kanalfönmige Ausnehmungen in dem Hauptkörper zu verstehen, die derart angeordnet sind, dass ein Fluid durch den Fluidkanal den Hauptkörper hindurch strömen kann.
Insgesamt ist die Halteplatte zum Halten und/oder Befestigen des Zellmoduls vorgesehen. Dies kann beispielsweise ein Befestigen an einem
fahrzeugseitig bereitgestellten Träger umfassen, um das Zellmodul in dem Fahrzeug zu fixieren. Hierzu ist der Hauptkörper mit dem Zellmodul verbunden und stellt somit einerseits die Verbindung zum Halten des
Zellmoduls und andererseits eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Hauptkörper bzw. der Halteplatte und dem Zellmodul im verbauten Zustand her.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Hauptkörper mindestens abschnittsweise ein Strangpressprofil mit mindestens einem Hohlraum zum Bereitstellen des mindestens einen Fluidkanals. Auf diese Weise kann beim Pressen des Profils für den Hauptkörper in dessen Inneren der mindestens eine Fluidkanal als Ausnehmung zum Bereitstellen eines hohlen
Innenraumes vorgesehen werden. Dieser erstreckt sich vorzugsweise entlang der Pressrichtung des Profilstranges und ist in seiner
Umfangsrichtung, d.h. in seinen Seitenbereichen, geschlossen ausgebildet. Der jeweilige geschlossene Fluidkanal ist also lediglich an seinen entgegengesetzten Enden in Pressrichtung geöffnet. Werden mehrere Fluidkanäle in einem Profil vorgesehen, so erstrecken sich diese
vorzugsweise parallel zueinander entlang der Pressrichtung bzw.
Erstreckungsrichtung des Profils. Gemäß einer Ausgestaltungsform sind die Fluidkanäle in mindestens einer Ebene parallel zu einer Oberfläche angeordnet, mit der die Halteplatte mit dem Zellmodul verbunden wird, um einen möglichst gleichmäßigen und großflächigen Austausch der
thermischen Energie zu ermöglichen.
Vorzugsweise wird der Hauptkörper aus Metall gefertigt. Dies erlaubt einerseits die Herstellung mittels Strangpressen sowie eine entsprechend vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit.
Ebenfalls vorzugsweise ist der Hauptkörper einstückig, d.h. wie aus einem Guss, ausgebildet, d.h. ohne Hinzufügen von zusätzlichem Material oder anderen Bauteilen. Selbstverständlich sind neben dem beschriebenen Strangpressen ebenso andere Herstellungsverfahren möglich. So kann der Hauptkörper auch mittels eines Gussverfahrens hergestellt werden und die entsprechenden Fluidkanäle hierbei vorgesehen werden. Ebenso können andere Materialien verwendet werden, die eine ausreichende Stabilität und Tragkraft sowie eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit bereitstellen.
Alternativ zu der Ausführung des Hauptkörpers als Strangpressprofil kann der Hauptkörper und somit der Kühlkörper auch teilumfänglich als
Multiporttube oder als Kühlrohr ausgeführt sein oder aus einem Rollbond erzeugt sein.
Es ist auch möglich, den Hauptkörper aus mehreren Teilkörpern
zusammenzusetzen. Mindestens einer der Teilkörper weist jeweils mindestens einen integrierten Fluidkanal auf, der durch eine Ausnehmung in dem jeweiligen Teilkörper gebildet ist und somit bezogen auf eine
Erstreckungsrichtung an seinen Seitenbereichen umgreifend von dem Teilkörper eingefasst ist. Der jeweilige geschlossene Fluidkanal weist somit lediglich eine Öffnung an einem ersten Ende und eine Öffnung an einem entgegengesetzten zweiten Ende auf, ist jedoch entlang seines Verlaufs in dem jeweiligen Teilkörper geführt. Somit ist gemäß der obigen Beschreibung wiederum jeder Teilkörper als solcher einstückig mit mindestens einem integrierten Fluidkanal ausgeführt. Beispielsweise können mehrere Teilkörper ebenfalls als Strangpressprofile ausgeführt und nebeneinander angeordnet sowie miteinander verbunden sein. Auf diese Weise können sie ebenfalls einen zusammenhängenden Hauptkörper bilden, in dem die Fluidkanäle integral ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an mindestens einem Ende des Hauptkörpers ein Anschlusselement zum Zu- und/oder Ausleiten des Fluids in den bzw. aus dem mindestens einen Fluidkanal des Hauptkörpers vorgesehen. Über das jeweilige Anschlusselement kann somit das Fluid in den jeweiligen Fluidkanal eingebracht oder aus diesem entnommen werden. Dies bedeutet, dass das Anschlusselement im Bereich eines ersten Endes des jeweiligen Fluidkanals anzuordnen ist. Im Falle des im Wesentlichen plattenförmigen Hauptkörpers, bei dem sich der mindestens eine Fluidkanal in einer Erstreckungsrichtung des plattenförmigen Hauptkörpers erstreckt, ist ein Anschlusselement beispielsweise an einer Stirnseite des Hauptkörpers angeordnet. Ein weiteres Anschlusselement kann darüber hinaus an einer entgegengesetzten Stirnseite zum Entnehmen des Fluids aus dem
Fluidkanal angeordnet sein. Lediglich beispielsweise können die
Anschlusselemente als Tiefziehteile oder als Gussteile ausgeführt sein.
Zusätzlich können Stutzen an den Anschlusselementen für ein einfaches Anschließen von Zuleitungen vorgesehen sein.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform umfasst das
Anschlusselement ein Umlenkelement zum Umleiten des Fluids aus einem ersten Fluidkanal in einen zweiten Fluidkanal. Dies bedeutet, dass das Fluid über das entsprechende Anschlusselement aus dem entsprechenden Fluidkanal entnommen werden kann. Anstatt es jedoch auszuleiten und abzuführen, wird es mittels des Umlenkelements in den zweiten Fluidkanal umgeleitet. Dies kann bei Bedarf für eine beliebige Anzahl von Fluidkanälen wiederholt werden, so dass eine Verkettung mehrerer Fluidkanäle erfolgt, die nacheinander von dem Fluid durchströmt werden, bevor dieses an einem letzten Ende ausgeleitet wird.
Vorzugsweise ist das Anschlusselement auf das mindestens eine Ende des Hauptkörpers aufgesteckt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Anschlusselements an dem mindestens einen Ende des Hauptkörpers. Da der Hauptkörper plattenförmig ausgebildet ist, kann das
Anschlusselement an der entsprechenden Stirnseite aufgesteckt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Anschlusselement mittels Verkleben oder Verlöten mit dem Hauptkörper verbunden. Dies bedeutet, dass das Anschlusselement anstelle oder zusätzlich zu dem Aufstecken mittels einer materialschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise dem genannten Verkleben oder Verlöten, mit dem Hauptkörper verbunden werden kann. Gegenüber einem (bloßen) Aufstecken bietet dies die Möglichkeit einer zusätzlichen bzw. zuverlässigeren Abdichtung, so dass im Bereich einer Verbindungsstelle zwischen dem Anschlusselement und dem Hauptkörper kein Fluid entweichen kann. Die zu verbindenden Bauteile können
beispielsweise auf Stoß oder überlappend miteinander in Verbindung gebracht werden.
Alternativ zu der Verwendung aufsteckbarerer Anschlusselemente kann der Hauptkörper auch mit Rohr- und/oder Schlauchenden versehen sein, über die der Hauptkörper mit einer Kühl- und/oder Beheizungsvorrichtung verbunden sein kann. Über diese Enden können auch die Hauptkörper mehrerer Energiespeichermodule untereinander verbunden sein. Weiter alternativ ist es denkbar, an dem Hauptkörper Anschlussmöglichkeiten vorzusehen, über die der Hauptkörper mit besagter Kühl- und/oder Beheizungsvorrichtung verbunden sein kann oder über die mehrere
Hauptkörper in Reihe miteinander verschaltet sein können. Als
Verbindungselemente der Hauptkörper untereinander bzw. zu der Kühl- und/oder Beheizungsvorrichtung können Schnellkupplungeh,
Klemmringverschraubungen, Pressfittings oder Schraubflansche zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise ist die Halteplatte als Bodenplatte zum Befestigen des
Zellmoduls an einem Trägersystem ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Halteplatte am Boden des Zellmoduls angeordnet ist, um dieses zu tragen und zu stützen. Somit ist auf lediglich einer der beiden Oberflächen der Halteplatte bzw. des Hauptkörpers ein Zellmodul montiert. Aus diesem Grund ist es auch nur erforderlich, eine erste Oberfläche, auf der das Zellmodul angeordnet ist, derart eben und mit einer entsprechend geringen Unebenheit bzw. Rauigkeit auszuführen, dass ein optimales flächiges, wärmeleitendes Verbinden von Hauptkörper und Zellmodul möglich ist. Die
gegenüberliegende zweite Oberfläche des Hauptkörpers muss nicht in dieser Art ausgeführt sein, sie kann durchaus eine größere Unebenheit bzw.
Rauigkeit aufweisen. Das Energiespeichermodul ist in dem eingebauten Zustand an einem Trägersystem befestigt, welches in einem Fahrzeug angeordnet ist. Dabei soll das Energiespeichermodul innerhalb des
Trägersystems und somit des Fahrzeugs vorzugsweise so angeordnet sein, dass ein Abstand zwischen der zweiten Oberfläche des Hauptkörpers und einer Oberfläche, die den für den Einbau der Energiespeichermodule vorgesehenen Bauraum begrenzt, nicht ausreicht, dass auch auf der zweiten Oberfläche ein Zellmodul angeordnet sein kann. Bei der den Bauraum begrenzenden Oberfläche kann es sich um die Oberfläche eines
Batteriegehäuses oder um die Oberfläche eines Karosserieteils des
Fahrzeugs handeln. Vorzugsweise ist die Halteplatte im eingebauten
Zustand im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Der Halteplatte kommen folglich zwei wesentliche Aufgaben zu. Diese ist einerseits vorgesehen das Zellmodul zu tragen und an seiner Position innerhalb des Fahrzeuges zu fixieren. Die Halteplatte trägt somit mindestens einen Teil des Gewichts des Zellmoduls, so dass diese entsprechend tragfähig und solide ausgebildet sein muss. Andererseits ist die Halteplatte dazu vorgesehen, einen Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid, welches durch den Fluidkanal strömt, und dem Zellmodul zu ermöglichen. Dies wird durch die gegebene Struktur mit integrierten
Fluidkanälen bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zellmodul mittels eines Austauschs von thermischer Energie zwischen dem durch den mindestens einen
Fluidkanal der Halteplatte strömenden Fluid und dem Zellmodul wahlweise beheizbar oder kühlbar.
Als Fluid kann grundsätzlich jedes heiz- und/oder kühlbare Fluid eingesetzt werden. Je nach Temperaturgradient zwischen Fluid und Zellmodul erfolgt sodann der Austausch der thermischen Energie über die wärmeleitfähige Halteplatte. Idealerweise wird das Fluid zunächst durch eine separate Kühloder Beheizungsvorrichtung geführt, die zusammen mit einem Zu- und/oder Ableitungssystem und der Halteplatte einen Fluidkreislauf bildet, in dem das Fluid zirkulieren kann. Auf diese Weise kann das Fluid entsprechend temperiert und anschließend durch die Halteplatte und von dieser zurück geleitet werden. Als Kühlvorrichtungen können beispielsweise
Wärmetauscher oder Luft-Wasserkühler eingesetzt werden. Zum Beheizen des Fluids kann beispielsweise eine Wärmekopplung mit einem
Antriebsmotor und/oder einer Leistungselektronik erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Fluid Wasser eingesetzt. Dieses bietet den Vorteil, dass es im Gegensatz zu reinen Kühl- und Kältemitteln sowohl beheizbar als auch kühlbar ist. Weiterhin bietet eine Verwendung von Wasser den Vorteil, dass das gesamte Leitungssystem, also Zuleitungen zu der Halteplatte bzw. den Anschlusselementen, die Verbindungen der
Schlusselemente mit dem Hauptkörper sowie zusätzliche Vorrichtungen, wie z.B. ein Wärmetauscher, Beheiz- bzw. Kühlvorrichtungen oder einem Luft- Wasser-Kühler für das Fluid, bei einer Verwendung des Wassers ohne Druckbeaufschlagung und somit ohne aufwendige Druckdichtungen ausgeführt sein können.
Darüber hinaus ermöglicht eine Verwendung von Wasser als Fluid eine leichte Wartbarkeit ohne giftige oder gefährliche Abfallstoffe und ist somit auch im Falle eines Lecks oder eines Unfalls unkritisch. Vorzugsweise wird das Wasser mit einem geeigneten Frostschutzmittel kombiniert.
Selbstverständlich kann die Halteplatte jedoch auch in einem
druckbeaufschlagten Fluidkreislauf eingebunden werden, in dem ein anderes Fluid druckbeaufschlagt zirkuliert. Unter anderem kann als Fluid auch Luft eingesetzt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Zellmoduls mit einer
Halteplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Zellmoduls mit der
Halteplatte gemäß Fig. 1 und
Fig. 3a + 3b jeweils eine perspektivische Explosionsansicht der Halteplatte gemäß Fig. 1 mit zwei Anschlusselementen. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zellmoduls 10 mit einer Halteplatte 11 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Lediglich angedeutet, ist der Aufbau des Zellmoduls 10 aus einer Anzahl von
Einzelzellen 12, die hintereinander in einer Reihe aufgereiht angeordnet sind. Diese Anordnung der Einzelzellen 12 ist jedoch rein beispielhaft zu
verstehen, da das Zellmodul 10 im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als Gesamtkörper beschrieben ist und somit eine Anordnung der Einzelzellen 12 im Inneren beliebig ausgestaltet sein. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind sowohl das Zellmodul 10 als auch die Einzelzellen 12 jeweils quaderförmig ausgeführt. An einem Boden des Zellmoduls 10 ist die Halteplatte 11 zum Stützen und Fixieren des Zellmoduls 10 angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Zellmoduls 10 mit der Halteplatte 11 gemäß Fig. 1. Das Zellmodul 10 umfasst eine Anzahl von Einzelzellen (vgl. Fig. 1 ) und ist fest mit der Halteplatte 11 verbunden. Die Verbindung beider Elemente ist wärmeleitend ausgebildet, und zwar durch eine wärmeleitende Verklebung, was durch die Bezugsziffer 17 angedeutet ist. Die Halteplatte 11 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche 15 auf. Femer weist die Halteplatte 11 Ausnehmungen 14 auf, die sich in einer ersten Richtung der Halteplatte 11 (senkrecht zur Bildebene) durch diese hindurch erstrecken und zum Durchströmen mit einem Fluid ausgebildet sind. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Ausnehmungen 14 parallel zueinander in einer Ebene, die parallel zu der Oberfläche 15 der Halteplatte 11
angeordnet ist, mit welcher die Halteplatte 11 flächig das Zellmodul 10 kontaktiert.
Des Weiteren weist die Halteplatte 11 , lediglich optional, nach oben gezogene Ränder 16 auf, welche das Zellmodul 10 zumindest teilweise umgreifen und somit einen gewissen Seitenhalt vermitteln sowie eine exakte Positionierung des Zellmoduls 10 zu der Halteplatte 11 vorgeben. Darüber hinaus bieten diese einen Schutz für das Zellmodul 10 gegen
Beschädigungen von außen und erleichtern eine Handhabung.
Die dargestellte Halteplatte 11 übernimmt somit sowohl eine Stützfunktion zum Abstützen und Halten des Gewichts des Zellmoduls 10 als auch eine Beheizung oder Kühlung des Zellmoduls 10 über das durch die Halteplatte 11 strömende Fluid.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Ausnehmungen 4 mit einem ovalen bzw. abgeflachten Querschnitt dargestellt. Dieser erlaubt einen breiten Strömungsquerschnitt bei gleichzeitig geringer Bauhöhe.
Selbstverständlich sind aber auch andere Querschnittsformen möglich.
Fig. 3a zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Halteplatte 11 gemäß Fig. 1 mit einem Hauptkörper 31 und zwei Anschlusselementen 32a, 32b. Der Hauptkörper 31 ist in der dargestellten Ausführungsform im
Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist die dem Zellmodul (im eingebauten Zustand) zugewandte Oberfläche 15 auf. Auf der
gegenüberliegenden Oberfläche ist kein Zellmodul montiert.
Wie bereits voranstehend beschrieben, sind zwei seitliche Ränder 16 an dem Hauptkörper 31 der Halteplatte 11 vorgesehen. An zwei entgegengesetzt zueinander angeordneten Stirnseiten 34a, 34b des Hauptkörpers 31 sind des Weiteren jeweils ein Anschlusselement 32a, 32b vorgesehen, die ein
Zuleiten des Fluids in den jeweiligen Fluidkanal 14 des Hauptkörpers 31 bzw. ein Ausleiten aus diesem ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Anschlusselement 32b als Umlenkelement ausgebildet und führt ein aus einem ersten Fluidkanal 14 ausgeleitetes Fluid in einen zweiten Fluidkanal ein. Das Fluid wird in der dargestellten Ausführungsform (vgl. Pfeile) also U-förmig durch die Halteplatte 11 geleitet. Es wird zunächst an der ersten Stirnseite 34a über das erste Anschlusselement 32a in einen ersten Fluidkanal 14 des Hauptkörpers 31 eingeleitet und strömt durch den längserstreckten ersten Fluidkanal 14 zu der zweiten Stirnseite 34b und wird dort mittels des zweiten Anschlusselements 32b in den ebenfalls
längserstreckten zweiten Fluidkanal 14 eingeleitet, durch welchen das Fluid zurück zu dem ersten Anschlusselement 32a geführt wird. Dort tritt das Fluid wieder aus der Halteplatte 11 aus. Im Anschluss ist eine Weiterleitung in eine weitere Halteplatte (nicht dargestellt) möglich, die nachfolgend zu der ersten Halteplatte 11 angeordnet sein kann. Ebenso kann das ausgeleitete Fluid in eine Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen des Fluids (ebenfalls nicht dargestellt) rückgeführt werden, um es für einen erneuten Durchlauf durch die Halteplatte 11 zu temperieren.
An den Stirnseiten 34a, 34b kann zum einfachen Verbinden des jeweiligen Anschlusselements 32a, 32b mit der jeweiligen Stirnseite eine
Stirnseitenbearbeitung 37a, 37b vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise in Form einer Ausfräsung und/oder Fase bereitgestellt werden und so ein leichtes Aufstecken der Anschlusselemente 32a, 32b zum Verbinden mit dem Hauptkörper 11 ermöglichen. Zusätzlich kann eine stoffschlüssige Verbindung für einen dauerhaften Halt vorgesehen werden, wie
beispielsweise ein Verkleben oder Verlöten.
Zwar wurde in der dargestellten Ausführungsform das Fluid in einer U-Form von dem ersten Anschlusselement durch den Hauptkörper und über das zweite Anschlusselement wieder zurück durch den Hauptkörper zu dem ersten Anschlusselement geleitet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass ebenso eine einfache Durchleitung von dem ersten Anschlusselement zu dem zweiten Anschlusselement mit einer dortigen Ausleitung des Fluids vorgesehen werden kann.
Alternativ kann darüber hinaus auch eine mehrfache Durchleitung durch den Hauptkörper beispielsweise in meanderförmiger Fluidkanalführung möglich sein, wie dies in Fig. 3b schematisch angedeutet ist. Vorzugsweise weist der Hauptkörper auch in diesem Fall lediglich die in Längsrichtung erstreckten Fluidkanäle auf. Eine Umlenkung und Rückführung des Fluids an der jeweiligen Stirnseite erfolgt dabei ausschließlich über als Umlenkelemente ausgebildete Anschlusselemente.
Bezugszeichenliste:
10 Zellmodul
11 Halteplatte
12 Einzelzellen
14 Ausnehmungen
15 Oberfläche
16 Ränder
17 wärmeleitende Verklebung
31 Hauptkörper
32a erstes Anschlusselement
32b zweites Anschlusselement
34a erste Stirnseite
34b zweite Stirnseite
37a Stirnseitenbearbeitung
37b Stirnseitenbearbeitung

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Energiespeichermodul (8) ein Zellmodul (10) und eine Halteplatte (11 ) aufweist, wobei das Zellmodul (10) aus einer Anzahl von Einzelzellen (12) aufgebaut ist, wobei die Halteplatte (11 ) zum Halten und/oder Befestigen des
Zellmoduls (10) ausgebildet ist und hierfür einen Hauptkörper (31 ) aufweist, der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche (15) zum flächigen, wärmeleitenden Verbinden mit dem mindestens einen Zellmodul (10) aufweist, wobei der Hauptkörper (31 ) mindestens einen integral in dem Hauptkörper (31 ) ausgebildeten Fluidkanal (14) zum
Durchströmen mit einem Fluid aufweist, und wobei der Hauptkörper (31 ) mittels einer wärmeleitenden Verklebung wärmeleitend mit dem Zellmodul (10) zum Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid und dem Zellmodul (10) verbunden ist.
2. Energiespeichermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (31 ) mindestens abschnittsweise ein
Strangpressprofil mit mindestens einem Hohlraum zum Bereitstellen des mindestens einen Fluidkanals (14) umfasst.
3. Energiespeichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Ende (34a, 34b) des Hauptkörpers (31 ) ein Anschlusselement (32a, 32b) zum Zu- und/oder Ausleiten des Fluids in den bzw. aus dem mindestens einen Fluidkanal (14) des Hauptkörpers (31 ) vorgesehen ist.
4. Energiespeichermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (32a, 32b) ein Umlenkelement zum Umleiten des Fluids aus einem ersten Fluidkanal (14) in einen zweiten Fluidkanal umfasst.
5. Energiespeichermodul nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (32a, 32b) auf das mindestens eine Ende (34a, 34b) aufgesteckt ist.
6. Energiespeichermodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (32a, 32b) mittels Verkleben oder Verlöten mit dem Hauptkörper (31 ) verbunden ist.
7. Energiespeichermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (11 ) als Bodenplatte zum
Befestigen des Zellmoduls (10) an einem Trägersystem ausgebildet ist.
8. Energiespeichermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellmodul (10) mittels eines Austausche von thermischer Energie zwischen dem durch den mindestens einen Fluidkanal (14) der Halteplatte (11 ) strömenden Fluid und dem
Zellmodul (10) wahlweise beheizbar oder kühlbar ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichermoduls für eine
Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, wobei das Energiespeichermodul (8) ein Zellmodul
(10) und eine Halteplatte (11 ) aufweist, wobei das Zellmodul (10) aus einer Anzahl von Einzelzellen (12) aufgebaut ist, wobei die Halteplatte
(11 ) zum Halten und/oder Befestigen des Zellmoduls (10) ausgebildet ist, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen des Zellmoduls (10),
- Bereitstellen einer Halteplatte (11 ), die einen Hauptkörper (31 ) aufweist, der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine erste im Wesentlichen ebene Oberfläche (15) zum flächigen, wärmeleitenden Verbinden mit dem mindestens einen Zellmodul
(10) aufweist, wobei der Hauptkörper (31 ) mindestens einen integral in dem Hauptkörper (31 ) ausgebildeten Fluidkanal (14) zum Durchströmen mit einem Fluid aufweist, und
- wärmeleitendes Verbinden des Hauptkörpers (31 ) der Halteplatte
(11 ) mit dem Zellmodul (10) mittels einer wärmeleitenden
Verklebung zum Austausch von thermischer Energie zwischen dem Fluid und dem Zellmodul (10).
PCT/EP2012/000149 2011-01-25 2012-01-14 Energiespeichermodul für eine vorrichtung zur spannungsversorgung und verfahren zum herstellen eines solchen energiespeichermoduls WO2012100914A1 (de)

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