WO2014114545A1

WO2014114545A1 - Elastische vorrichtung zur temperierung von batteriezellen

Info

Publication number: WO2014114545A1
Application number: PCT/EP2014/050746
Authority: WO
Inventors: Christian Loew; Achim Schmidt
Original assignee: Robert Bosch Gmbh; Samsung Sdi Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-07-31
Also published as: CN104937762A; US20160006086A1; US9985324B2; CN104937762B; DE102013201102A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Temperierung von Batteriezellen (2) einer Batterie, insbesondere einer als Energiequelle für den Antrieb von Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildeten Batterie, wobei die Vorrichtung (1) zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen (2) mit der Vorrichtung (1 ) eine Kontaktfläche (3) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die zu temperierenden Batteriezellen (2) auf der Kontaktfläche (3) anordbar sind, wobei die Vorrichtung (1) unterhalb der Kontaktfläche (3) Elemente (4) aufweist, welche elastisch rückstellend ausgebildet sind, derart, dass sich die Kontaktfläche (3) bei Einwirkung einer orthogonal zu der Kontaktfläche (3) wirkenden Druckbelastung in dem Bereich der einwirkenden Druckbelastung absenkt, wobei eine Rückstellkraft entgegen der Druckbelastung wirkt.

Description

ELASTISCHE VORRICHTUNG ZUR TEMPERIERUNG VON BATTERIEZELLEN

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen einer Batterie, insbesondere einer als Energiequelle für den Antrieb von Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildeten Batterie, wobei die Vorrichtung zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen mit der Vorrichtung eine Kontaktfläche aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die zu temperierenden Batteriezellen auf der Kontaktfläche anordbar sind.

Stand der Technik

Batterien, wie insbesondere nachladbare Lithium-Ionen-Batterien, sind als Energiespeicher von großer Bedeutung, insbesondere um in Hybrid-, Plug-In- Hybrid- oder Elektrofahrzeugen die für den Antrieb notwendige Energie bereitzustellen. Lithium-Ionen-Batterien sind, wie andere Batterietypen auch, üblicherweise aus einem oder mehreren Batteriemodulen aufgebaut, wobei mehrere gleichartige Batteriezellen zu einem Batteriemodul verschaltet sind. Für einen sicheren Betrieb solcher Batterien sowie für eine insbesondere hinsichtlich der Performance und der Lebensdauer optimierte Nutzung solcher Batterien muss sichergestellt werden, dass die Batterien nur in einem bestimmten Temperaturbereich genutzt werden. So muss insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme oder hoher Leistungsabgabe ein Aufheizen der Batteriezellen über eine bestimmte Temperatur hinaus vermieden werden, insbesondere um die Lebensdauer der Batteriezellen nicht zu verkürzen und um ein sogenanntes thermisches Durchgehen (auch „thermal runaway" genannt) der Batteriezellen zu vermeiden. Aus diesem Grund werden die Batterien beziehungsweise die Batteriezellen üblicherweise temperiert. Zur Temperierung werden insbesondere kühlmitteldurchströmte Kühlplatten als eingangs genannte Vorrichtungen eingesetzt, wobei eine solche Kühlplatte über eine Kontaktfläche in thermischen Kontakt mit den Batteriezellen der Batterie steht, insbesondere indem die Batteriezellen auf der Kühlplatte angeordnet sind. Auf diese Weise erfolgt die Übertragung thermischer Energie zwischen der Kontaktfläche einer entsprechenden Vorrichtung und den Batteriezellen, wobei die Übertragung der thermischen Energie von dem Wärmeübergangswiderstand zwischen den Batteriezellen und der Kontaktfläche abhängig ist. Für einen geringen Wärmeübergangswiderstand und somit eine gute Übertragung thermischer Energie ist eine gute Kontaktierung der Batteriezellen mit der Kontaktfläche erforderlich. Diese gestaltet sich aber oftmals problematisch, insbesondere da die Batteriezellen üblicherweise miteinander zu einem Batteriemodul verspannt sind, und die einzelnen Batteriezellen somit häufig nicht optimal auf der Kontaktfläche der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen aufliegen. Dies führt dabei zu einem starken Anstieg des Wärmeübergangswiderstandes. Die Problematik verstärkt sich dabei zusätzlich durch altersbedingte Verformungen der Batteriezellen sowie durch Vibrationen und Stöße, insbesondere beim Einsatz solcher Batteriemodule in Fahrzeugen. Diese unerwünschten Einflüsse können sogar dazu führen, dass einzelne Batteriezellen nicht in thermischen Kontakt mit der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen stehen. Eine ausreichende Temperierung der betroffenen Batteriezellen kann dabei nicht mehr erfolgen, wodurch die Batteriezellen und in Folge dessen sogar die vollständige Batterie irreparabel geschädigt werden können.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine eingangs genannte Vorrichtung zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Kontaktierung von zu einem Batteriemodul verspannten Batteriezellen mit der Kontaktfläche einer Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen. Dabei sollen insbesondere Spalte zwischen den zu temperierenden Batteriezellen und der Kontaktfläche minimiert werden.

Offenbarung der Erfindung Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen einer Batterie, insbesondere einer als Energiequelle für den Antrieb von Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildeten Batterie, wobei die Vorrichtung zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen mit der Vorrichtung eine Kontaktfläche aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die zu temperierenden Batteriezellen auf der Kontaktfläche anordbar sind, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung unterhalb der Kontaktfläche Elemente aufweist, welche elastisch rückstellend ausgebildet sind, derart, dass sich die Kontaktfläche bei Einwirkung einer orthogonal zu der Kontaktfläche wirkenden Druckbelastung in dem Bereich der einwirkenden Druckbelastung absenkt, wobei eine Rückstellkraft entgegen der Druckbelastung wirkt. Das heißt, wenn eine Batterie oder ein Batteriemodul einer Batterie mit einer Mehrzahl von miteinander verspannten, parallel zueinander angeordneten Batteriezellen auf der Kontaktfläche zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen mit der Vorrichtung angeordnet ist, sodass die Batteriezellen jeweils mit einer Seite mit der Kontaktfläche kontaktiert sind, senkt sich die Kontaktfläche aufgrund der von den Batteriezellen ausgehenden orthogonal zu der Kontaktfläche wirkenden Druckbelastung ab. Sind die Batteriezellen miteinander verspannt, sodass einige Batteriezellen aus dem Verbund von miteinander verspannten Batteriezellen in dem zu kontaktierenden Bereich der Batteriezellen weiter herausragen, die Batteriezellen also einen Versatz zueinander aufweisen, so üben diese weiter herausragenden Batteriezellen einen größeren Druck auf die Kontaktfläche aus, wodurch sich die Kontaktfläche in dem Bereich dieser herausragenden Batteriezellen stärker absenkt, als in dem Bereich, in dem weniger weit herausragende Batteriezellen auf die Kontaktfläche einwirken. Ändert sich der Versatz einzelner Batteriezellen zueinander, beispielsweise aufgrund von Vibrationen oder Stößen, so wird die Kontaktfläche durch die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente und die von diesen ausgehende Rückstellkraft der veränderten Position der jeweiligen Batteriezelle entsprechend nachgeführt. Auf diese Weise werden vorteilhafterweise unterschiedliche Abstände zu einzelnen Batteriezellen ausgeglichen und zwar vorteilhafterweise auch dann, wenn sich die Position und/oder die Kontaktfläche einer oder mehrerer Batteriezellen durch altersbedingte Verformungen oder sonstige Einflüsse, wie Stöße oder Vibrationen, im Laufe der Zeit ändert. Der thermische Kontakt reißt dabei vorteilhafterweise zwischen der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen und den Batteriezellen nicht ab. Der Wärmeübergangswiderstand bleibt dabei vorteilhafterweise konstant.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Kanalsystem aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass durch das Kanalsystem ein Fluid geleitet werden kann. Das Fluid kann dabei Luft oder eine Flüssigkeit, insbesondere ein Kühlmittel, sein. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Übertragung thermischer Energie zwischen der Vorrichtung und den Batteriezellen verbessert. Vorzugsweise ist das Fluid ein Wasser-Glykol-Gemisch oder das Kältemittel R1234yf.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kanalsystem eine Mehrzahl von Kanälen auf, welche parallel zueinander angeordnet sind und welche jeweils eine untere Wandung, zwei seitliche einander gegenüberliegende Wandungen und eine obere Wandung aufweisen, wobei die äußere Fläche der oberen Wandung zumindest teilweise die Kontaktfläche der Vorrichtung bildet. Durch die Wandungen bilden die Kanäle vorteilhafterweise ein geschlossenes Kanalsystem. Insbesondere sind die Kanäle ausgebildet, von einem Fluid, insbesondere einem Kühlmittel, durchströmt zu werden. Vorzugsweise sind die Kanäle über Verbindungselemente miteinander verbunden, sodass das Fluid die Kanäle nacheinander durchströmt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungselemente flexible Schläuche, vorzugsweise Kunststoffschläuche. Als Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Kanäle zusammen mit dem Verbindungselement einteilig ausgebildet sind, derart, dass die Kanäle einen einzigen Kanal bilden, wobei dieser Kanal dann eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kanalabschnitten aufweist. Das Kanalsystem ist bei dieser Ausgestaltungsvariante der Kanal und die Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kanalabschnitte ist die Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kanälen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente unterhalb der unteren Wandung der Kanäle angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kanäle auf Tellerfedern oder Blattfedern als elastisch rückstellend ausgebildete Elemente angeordnet sind. Die elastisch rückstellenden Elemente sind dabei vorzugsweise auf einer Trägerplatte angeordnet, besonders bevorzugt auf einer Platte mit einer wärmereflektierenden Oberfläche beziehungsweise mit einer wärmereflektierenden Oberflächenbeschichtung. Die Batteriezellen beziehungsweise die Batteriemodule mit den Batteriezellen werden dabei vorteilhafterweise unmittelbar auf den Kanälen angeordnet. Zumindest die obere Wandung der Kanäle besteht dabei vorteilhafterweise aus einem gut wärmeleitenden Material, wie Aluminium oder Kupfer.

Eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die seitlichen Wandungen der Kanäle die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente sind. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der Materialaufwand sowie die Baugröße verringern. Die daraus resultierende Platz- und Gewichtsersparnis ist insbesondere bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeug besonders vorteilhaft. So kann insbesondere von der Verwendung einer Grundträgerplatte sowie zusätzlicher rückstellend ausgebildeter Elemente abgesehen werden. Vorteilhafterweise sind die seitlichen Wandungen der Kanäle jeweils derart ausgebildet, dass diese unter Druckbelastung stauchbar sind. Das heißt, dass sich unter Druckbelastung durch Anordnung der Batteriezellen auf den Kanälen die Querschnittsfläche der entsprechenden Kanäle verringert. Dabei sind die seitlichen Wände vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass eine vollständige Zusammenstauchung der Kanäle nicht erfolgt und ein Fluidfluss durch den Kanal somit sichergestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die seitlichen Wandungen der Kanäle jeweils mäanderartig ausgestaltet. Vorteilhafterweise ist die seitliche Wandung dabei derart ausgestaltet, dass die Fläche, die die seitliche Wandung bildet, länger ist, als die Länge der Strecke von der unteren Wandung bis zur oberen Wandung. Als Variante zu eine mäanderartigen Ausgestaltung der seitlichen Wandung wird eine Ausgestaltung nach Art einer Zickzackfaltung vorgeschlagen. Die mäanderartige beziehungsweise zickzackartige Struktur ermöglicht dabei vorteilhafterweise ein Stauchen der seitlichen Wandungen der Kanäle unter Druckbelastung. Vorzugsweise sind die seitlichen Kanäle dabei aus einem Elastomer hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante sind die seitlichen Wandungen der Kanäle elastisch rückstellend ausgebildet und zusätzlich dazu elastisch rückstellend ausgebildete Elemente unterhalb der unteren Wandung der Kanäle angeordnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wandung zwei seitliche Bereiche und einen mittleren Bereich, welcher bezüglich der seitlichen Bereiche nach außen versetzt ist, aufweist, wobei die äußere Fläche des mittleren Bereichs die Kontaktfläche der Vorrichtung bildet und die seitlichen Bereiche die elastisch rückstellenden Elemente bilden. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist die der Abstand des mittleren Bereichs der oberen Wandung des Kanals zu der unteren Wandung des Kanals also größer als der Abstand der seitlichen Bereiche der oberen Wandung des Kanals zu der unteren Wandung des Kanals. Der mittlere Bereich der oberen Wandung ist dabei vorteilhafterweise über weitere seitliche Wandungen mit den seitlichen Bereichen der oberen Wandung verbunden. Vorzugsweise sind bei einer derartigen Ausgestaltungsvariante der Erfindung zumindest die seitlichen Bereiche der oberen Wandung aus einem Elastomer hergestellt sind. Die geometrische Struktur eines Kanals ist bei einer derartigen Ausgestaltung vorteilhafterweise wenig komplex, wodurch die Fertigung dieser Struktur vorteilhafterweise vereinfacht ist. Die an den seitlichen Wandungen angeordneten Enden der seitlichen Bereiche der oberen Wandung sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass diese wie Festkörpergelenke wirken und somit ein Absenken der oberen Wandung im mittleren Bereich und somit ein Absenken der Kontaktfläche der Vorrichtung bei einer orthogonal zu der Kontaktfläche wirkenden Druckbelastung ermöglichen.

Vorteilhafterweise entspricht die Breite eines Kanals maximal der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Breite eines Kanals bis auf einen Abstand zu den jeweils parallel angeordneten weiteren Kanälen der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle entspricht, wobei der Abstand vorzugsweise wenigstens einige Mikrometer und vorzugsweise nicht mehr als 10 Millimeter beträgt. Die Batterie beziehungsweise das Batteriemodul einer Batterie wird vorteilhafterweise mit den zu einem Verbund verspannten Batteriezellen derart auf der Vorrichtung angeordnet, dass jeweils eine Batteriezelle auf einem Kanal des Kanalsystems der Vorrichtung angeordnet ist. Die Kontaktfläche der Vorrichtung wird dabei durch die Kontaktflächen der jeweiligen Kanäle gebildet, wobei eine Batteriezelle jeweils mit der Kontaktfläche eine Kanals in thermischem Kontakt steht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Breite einer Mehrzahl von Kanälen der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle entspricht. Zwischen den Kanälen können dabei geringe Abstände vorgesehen werden, so dass sich die Kanäle beim Absenken unter Druckbelastung nicht gegenseitig behindern. Beispielsweise ist vorgesehen, dass vier Kanäle derart parallel nebeneinander angeordnet sind, dass eine Batteriezelle von diesen vier Kanälen getragen wird. Durch die Erhöhung der Anzahl der Kanäle ist vorteilhafterweise eine verbesserte Kontaktierung zwischen der Kontaktfläche der Kanäle und der Batteriezelle gegeben, wenn die mit der Vorrichtung zu kontaktierende Fläche der Batteriezelle, beispielsweise aufgrund von altersbedingten Verformungen, nicht eben und somit insbesondere nicht parallel zu der von den Kanälen gebildeten Oberfläche ausgebildet ist. Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine im Stand der Technik bekannte Kühlplatte zur Temperierung von Batteriezellen;

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäß Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen; Fig. 3 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen;

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt eines Kanals einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen; Fig. 5 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt eines weiteren Kanals einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen; und in einer schematischen Darstellung einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen.

Fig. 1 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Vorrichtung 1 zur Temperierung von Batteriezellen 2, wobei die Vorrichtung 1 als kühlmitteldurchströmte Kühlplatte ausgebildet ist. Die Batteriezellen 2 sind zu einem Batteriemodul miteinander verspannt (Mittel zur Zellverspannung sind dabei in Fig. 1 nicht explizit dargestellt), wobei die Batteriezellen 2 aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie verursacht durch Vibrationen im Betrieb, in der Höhe zueinander in der Höhe versetzt sind, sodass zwischen der Kühlplatte 1 beziehungsweise der Kontaktfläche 3 der Kühlplatte 1 und den jeweiligen Batteriezellen 2 teilweise ein Spalt ausgebildet ist. Dieser Spalt ist bei den in Fig. 1 dargestellten Batteriezellen 2 unterschiedlich stark ausgebildet (der in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 6 jeweils dargestellte gestrichelte Rahmen soll dabei die Unterschiede zwischen einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verdeutlichen). Ein Spalt zwischen der Kontaktfläche 3 der Kühlplatte 1 und den Batteriezellen führt dabei zu einer Verschlechterung der Wärmeübertragung zwischen der Kühlplatte 1 und den von der Kontaktfläche 3 der Kühlplatte beabstandeten Batteriezellen 2. In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Temperierung von Batteriezellen 2 einer Batterie dargestellt, bei welcher das vorgenannte Problem der schlechten Kontaktierung der Batteriezellen mit der Kontaktfläche der Vorrichtung zur Temperierung nicht besteht. Zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen 2 mit der Vorrichtung 1 weist die Vorrichtung eine Kontaktfläche 3 auf, welche in der Darstellung gemäß Fig. 2 vier separate Kontaktflächen 3 umfasst. Die Kontaktflächen 3 sind dabei derart ausgebildet, dass die zu temperierenden Batteriezellen 2 auf den Kontaktflächen 3 angeordnet werden können.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 1 weist ein Kanalsystem mit einer Mehrzahl von parallel zu einander angeordneten Kanälen 6 auf, welche derart ausgebildet sind, dass ein Kühlmittel durch die Kanäle 6 geleitet werden kann. Das Kühlmittel strömt dabei senkrecht zur Bildebene durch die Kanäle 6. Die Kanäle 6 weisen jeweils eine untere Wandung, zwei seitliche, einander gegenüberliegende Wandungen und eine obere Wandung auf, welche zusammen einen rechteckigen Querschnitt bilden. Die äußere Fläche der oberen Wandung eines Kanals 6 bildet dabei jeweils eine Kontaktfläche 3, wobei die Kontaktflächen 3 sämtlicher Kanäle 6 dabei die Kontaktfläche 3 der Vorrichtung 1 bilden. Unter den Kanälen 6 und somit unterhalb der Kontaktfläche 3 der Vorrichtung 1 sind auf einer Trägerplatte 5 elastisch rückstellend ausgebildete Elemente 4 angeordnet. Die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente 4 bewirken dabei, dass sich die Kanäle 6 und somit die Kontaktfläche 3 bei Einwirkung einer orthogonal zu der Kontaktfläche 3 wirkenden Druckbelastung absenkt. Da die einzelnen Batteriezellen 2 jeweils auf einem Kanal 6 beziehungsweise der Kontaktfläche 3 eines Kanals 6 angeordnet sind und die Kanäle 6 jeweils unabhängig voneinander auf elastisch rückstellend ausgebildeten Elementen 4 angeordnet sind, ist die aus den Kontaktflächen 3 der einzelnen Kanäle 6 bestehende gesamte Kontaktfläche 3 der Vorrichtung 1 in dem Bereich der einwirkenden Druckbelastung absenkbar ausgebildet. Dabei wirkt eine von den elastisch rückstellend ausgebildeten Elementen 4 ausgehende Rückstellkraft der Druckbelastung entgegen. Die Druckbelastung wird bei Anordnung der Batteriezellen 2 auf der Kontaktfläche 3 der Vorrichtung jeweils durch das Eigengewicht der Batteriezellen 2 ausgeübt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente 4 nach Art von Blattfedern ausgestaltet, welche unter der Belastung durch die jeweilige Batteriezelle 2 zumindest teilweise nachgeben und bei einer Entlastung, beispielsweise durch eine Veränderung des Versatzes einer Batteriezelle 2 in dem Zellverbund, eine Rückstellung in Richtung der ursprünglichen Position erfolgt, wobei bei vollständiger Entlastung ein elastisch rückstellend ausgebildete Element 4 und somit die jeweilige Kontaktfläche 3, unter der das betreffende elastisch rückstellend ausgebildete Element angeordnet ist, wieder die ursprüngliche Position einnimmt. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann zwischen die Kontaktflächen 3 und die Batteriezellen 2 ein Wärmeleitmittel, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, eingebracht werden. In Fig. 3 ist in einer Draufsicht eine Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen nach Art des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Von einer Darstellung der Batteriezellen wurde aus Gründen der besseren Übersicht in Fig. 3 abgesehen. Fig. 3 zeigt eine Mehrzahl von parallel zu einander angeordneten Kanälen 6. Diese weisen jeweils eine untere Wandung, zwei seitliche Wandungen und eine obere Wandung auf, wobei die äußere Fläche der oberen Wandung die Kontaktfläche zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen bildet. Die einzelnen Kanäle 6 sind über Verbindungsschläuche 7 miteinander verbunden, sodass ein in den ersten Kanal 6 einströmendes Kühlmittel (in Fig. 3 durch den in Richtung des Kanals zeigenden Pfeil symbolisch dargestellt), sämtliche Kanäle 6 nacheinander durchströmt und schließlich aus dem letzten Kanal 6 austritt (in Fig. 3 durch den von dem Kanal 6 wegzeigenden Pfeil symbolisch dargestellt). Die Verbindungsschläuche 7 sind flexibel ausgestaltet und bevorzugt aus einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellt. Insbesondere ermöglichen die Verbindungselemente 7, dass die einzelnen Kanäle 6 und somit die Kontaktfläche 3 zur thermischen Kontaktierung von Batteriezellen unabhängig voneinander unter Einwirkung einer Druckbelastung abgesenkt werden können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jeweils eine Batteriezelle mit der Kontaktfläche eines Kanals 6 kontaktiert ist, sodass auf jedem Kanal 6 eine Batteriezelle angeordnet ist. Die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sich ein Kanal 6 entlang seiner Längserstreckungsrichtung unterschiedlich stark absenken kann, je nach Druckbelastung durch die auf dem Kanal 6 angeordnete Batteriezelle. Die Kanäle 6 können sich so vorteilhafterweise an einem Kanalende stärker absenken als an dem gegenüberliegenden Kanalende und sich insbesondere auch seitlich neigen.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Kanals 6 als Ausschnitt für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen. Eine solche Vorrichtung umfasst dabei eine Vielzahl von in Fig. 4 dargestellten Kanälen 6, welche parallel nebeneinander angeordnet sind. Ein solcher Kanal 6 weist dabei jeweils eine untere Wandung 8, zwei einander gegenüberliegende seitliche Wandungen 9 und eine obere Wandung 10 auf. Die untere Wandung 8 wird dabei durch eine Trägerplatte 5 gebildet, auf welcher die Kanäle 6 der Vorrichtung angeordnet sind. Die äußere Fläche der oberen Wandung 10 bildet dabei eine Kontaktfläche 3 zur thermischen Kontaktierung einer auf dieser Kontaktfläche 3 anzuordnenden Batteriezelle. Die Kontaktflächen 3 der Kanäle 6 bilden dabei zusammen die Kontaktfläche der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen, insbesondere zur Temperierung von zu einem Batteriemodul verspannten Batteriezellen. Die seitlichen Wandungen 9 eines Kanals 6 sind jeweils elastisch rücksteilen ausgebildet und bilden somit die unterhalb der Kontaktfläche 3 eines Kanals 6 elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente, welche es ermöglichen, dass sich die Kontaktfläche 3 eines Kanals 6 und somit die Kontaktfläche der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen bei Einwirkung einer orthogonal zu der Kontaktfläche 3 wirkenden Druckbelastung absenkt. Eine von den seitlichen Wandungen 9 ausgehende Rückstellkraft wirkt dabei der Druckbelastung entgegen. Wirkt eine Druckbelastung auf die Kontaktfläche 3 des Kanals 6, werden die seitlichen Wandungen 9 des Kanals 6 gestaucht. Hierbei verringert sich die Querschnittsfläche des Kanals 6. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Kanal 6 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die seitlichen Wandungen 9 zur Realisierung der elastisch rückstellenden Wirkung mäanderartig ausgestaltet. Der Kanal 6 ist vorliegend ausgebildet, von einem Kühlmittel, beispielsweise dem Kältemittel R1234yf durchströmt zu werden. Das Kühlmittel durchströmt den Kanal 6 dabei senkrecht zur Bildebene. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Kanals 6 als Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen einer Batterie. Die Vorrichtung weist dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kanälen 6 auf, welche jeweils wie der in Fig. 5 dargestellte Kanal 6 ausgebildet sind. Der in Fig. 5 dargestellte Kanal 6 weist eine untere Wandung 8, zwei einander gegenüberliegende seitliche Wandungen 9 und eine obere Wandung 10 auf. Die obere Wandung 10 bildet dabei teilweise die Kontaktfläche 3 der Vorrichtung zur thermischen Kontaktierung der Vorrichtung mit den zu temperierenden Batteriezellen. Die untere Wandung 8 wird in dem Ausführungsbeispiel durch eine Trägerplatte 5 gebildet, auf der die Kanäle 6 angeordnet sind. Die obere Wandung 10 weist zwei seitliche Bereiche 1 1 und einen mittleren Bereich 12 auf. Der mittlere Bereich 12 ist dabei bezüglich der seitlichen Bereich 1 1 nach außen, also weg von der unteren Wandung 8, versetzt. Der Abstand von der unteren Wandung 8 zu der oberen Wandung 10 in den mittleren Bereich 12 ist also größer als der Abstand von der unteren Wandung 8 zu der oberen Wandung 10 in den seitlichen Bereichen 1 1 . Der mittlere Bereich 12 der oberen Wandung 10 ist eine Kontaktfläche 3 zur thermischen Kontaktierung einer zu temperierenden Batteriezelle und bildet somit einen Teil der Kontaktfläche der Vorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen. Die obere Wandung 10 besteht zumindest in dem mittleren Bereich 12 vorzugsweise aus einem Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften, beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer. Die seitlichen Wandungen 9 und die obere Wandung 10 in den seitlichen Bereichen 1 1 sind vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellt, wobei die seitlichen Bereiche 1 1 der oberen Wandung 10 elastisch rückstellend ausgebildet sind und somit die unterhalb der Kontaktfläche 3 angeordneten elastisch rückstellenden Elemente bilden. Der Übergang von der seitlichen Wandung 9 zu der oberen Wandung 10 der seitlichen Bereiche 1 1 wirkt dabei vorteilhafterweise wie ein Festkörpergelenk, wodurch bei Druckbelastung auf die Kontaktfläche 3 eine erfindungsgemäße Absenkung der Kontaktfläche 3 bewirkt wird. Der in Fig. 5 dargestellte Kanal 6 ist vorteilhafterweise ausgebildet von einem Fluid, beispielsweise einem Wasser-Glykol-Gemisch durchflössen zu werden, wobei das Fluid orthogonal zur Bildebene den Kanal 6 durchströmt. In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Temperierung von Batteriezellen 2 dargestellt. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Breite einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen 6, nämlich die Breite von 4 parallel nebeneinander angeordneten Kanälen 6, der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle 2. Die einzelnen Kanäle 6 werden zur Verbesserung der Wärmeübertragung von einem Fluid durchströmt. Die einzelnen Kanäle 6 sind jeweils auf Spiralfedern 4 angeordnet, wobei die Spiralfedern 4 die erfindungsgemäßen elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente sind. Die Spiralfedern 4 weisen jeweils die gleiche Federkonstante auf. Das Eigengewicht der Batteriezellen 2 führt dazu, dass die Federn 4 zusammengestaucht werden, wobei der Grad der Zusammenstauchung davon abhängig ist, wie die jeweilige Batteriezelle 2 in dem Zellverbund angeordnet ist, das heißt welchen Versatz sie in der Höhe bezüglich der anderen Batteriezellen 2 aufweist. Ragen Batteriezellen 2 weiter aus dem Zellverbund von Batteriezellen 2 heraus, wie beispielsweise die in Fig. 6 an zweiter Position von links angeordnete Batteriezelle 2, so geht von diesen Batteriezellen 2 eine geringere Druckbelastung auf die Kontaktfläche 3 der Kanäle aus, als von Batteriezellen 2, die zur Kontaktierungsfläche 3 hin versetzt sind, wie beispielsweise die in Fig. 6 an dritter Position von links angeordnete Batteriezelle 2. Durch diesen unterschiedlichen Versatz der Batteriezellen 2 zu einander werden die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente 4 unterschiedlich stark gestaucht. Aufgrund der Rückstellkraft der elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente 4 werden die Batteriezellen 2 mit der Kontaktfläche 3 dabei optimal kontaktiert. Die aus der Vielzahl einzelner Kontaktflächen 3 der jeweiligen Kanäle 6 gebildete Kontaktfläche der Vorrichtung 1 ist insofern in den Bereichen unterschiedlich stark einwirkender Druckbelastung unterschiedlich stark abgesenkt. Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Claims

Ansprüche

Vorrichtung (1 ) zur Temperierung von Batteriezellen (2) einer Batterie, insbesondere einer als Energiequelle für den Antrieb von Hybrid-, Plug-in- Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildeten Batterie, wobei die Vorrichtung (1 ) zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen (2) mit der Vorrichtung (1 ) eine Kontaktfläche (3) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die zu temperierenden Batteriezellen

(2) auf der Kontaktfläche (3) anordbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) unterhalb der Kontaktfläche (3) Elemente (4) aufweist, welche elastisch rückstellend ausgebildet sind, derart, dass sich die Kontaktfläche (3) bei Einwirkung einer orthogonal zu der Kontaktfläche (3) wirkenden Druckbelastung in dem Bereich der einwirkenden Druckbelastung absenkt, wobei eine Rückstellkraft entgegen der Druckbelastung wirkt.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ein Kanalsystem aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass durch das Kanalsystem ein Fluid geleitet werden kann.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem eine Mehrzahl von Kanälen (6) aufweist, welche parallel zu einander angeordnet sind und welche jeweils eine untere Wandung (8), zwei einander gegenüberliegende seitliche Wandungen (9) und eine obere Wandung (10) aufweisen, wobei die äußere Fläche der oberen Wandung (10) zumindest teilweise die Kontaktfläche

(3) der Vorrichtung (1 ) bildet.

4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente (4) unterhalb der unteren Wandung (8) der Kanäle (6) angeordnet sind. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Wandungen (9) der Kanäle (6) die elastisch rückstellend ausgebildeten Elemente (4) sind.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Wandungen (9) der Kanäle (6) jeweils derart ausgebildet sind, dass diese unter Druckbelastung stauchbar sind.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Wandungen (9) der Kanäle (6) jeweils mäanderartig ausgestaltet sind.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wandung (10) zwei seitliche Bereiche (1 1 ) und einen mittleren Bereich (12), welcher bezüglich der seitlichen Bereiche (1 1 ) nach außen versetzt ist, aufweist, wobei die äußere Fläche des mittleren Bereichs (12) die Kontaktfläche (3) der Vorrichtung (1 ) bildet und die seitlichen Bereiche (1 1 ) die elastisch rückstellenden Elemente (4) bilden.

Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite eines Kanals (6) maximal der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle (2) entspricht.

Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen (6) der Breite einer zu temperierenden Batteriezelle (2) entspricht.