WO2017140450A1

WO2017140450A1 - Batteriezellenmodul mit kühlelement

Info

Publication number: WO2017140450A1
Application number: PCT/EP2017/050839
Authority: WO
Inventors: Florian Landerer; Fabian Burkart; Florian Einoegg; Tuncay Idikurt; Christoph Klaus; Daniel Scherer; Sebastian SIERING
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2017-08-24
Also published as: US20180358666A1; DE102016202375A1; CN108352586A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das umfasst: ein erstes Batteriezellenpaket (101; 301; 401 A) mit m indestens einer Batteriezelle, das eine erste Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) aufweist, und ein für die Kühlung des ersten Batteriezellenpakets (301; 401 A) bestimmtes Kühlelement (104; 304; 404), das eine der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) zugewandte erste Kühlfläche ( 124; 324; 424) aufweist. Das Batteriezellenmodul zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) und der ersten Kühlfläche (124; 324; 424) eine erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415) und/oder eine erste wärmeleitende Schicht (102; 317; 318; 417) unter Bildung einer unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) mit der ersten Kühlfläche (124; 324; 424) angeordnet ist bzw. sind.

Description

BAUERS EZELLEN MODUL MI T KÜHLELEMENT

Batteriezellenmodul eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einem Kühlelement und Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Batteriezellen module verbaut. Diese Batteriezellen module bestehen aus mehreren Batteriezellen, die üblicherweise zu Batteriezellen stapeln gestapelt und durch einen Rahmen verspannt und in Form gehalten werden. Der Rahmen umfasst eine Vorrichtung zur Befestigung an einem Energiespeichergehäuse.

Gewöhnlich wird das Batteriezellenmodul mit einer Bodenkühlung über ein sogenanntes Wärmeleitblech versehen, um Wärmeenergie abzuführen, so dass das Batteriezellenmodul eine definierte maximale Betriebstemperatur nicht überschreitet. Die Kühlung kann hierbei durch ein Medium oder ein Fluid, das durch Kühlelemente fließt, erfolgen. I ns- besondere werden form- oder kraft schlüssige Verbindungen zwischen Kühlelementen und Wärmeleitblechen von Batteriezellen modulen verwendet, wobei die Wärmeleitbleche beispielsweise an den Batteriezellenmodulen angeklebt sind.

Um eine zwischen Kühlelementen und Wärmeleitblechen vorhandene thermisch isolierende Luftschicht zu minimieren und dadurch den Wärmeübertrag zwischen diesen Elementen zu verbessern, werden diese mit einer hohen Kraft gegeneinander gepresst. Die benötigte Kraft kann beispielsweise durch Federschienen ausgeübt werden. Diese Kraft wirkt sich insbesondere bei unebenen Kühlelementen oder Wärmeleitblechen oder Batteriezellen modulen (d.h. bei einem Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Batteriezellenmodul) oder Gehäusen (aufgrund der Federschiene) auf die abführbare Wärmeleistung aus. Außerdem sind die Federschienen einer Alterung unterworfen, so dass die An- presswirkung und damit der erzielbare Wärmeübertrag mit zunehmendem Alter des Batteriezellen moduls abnim mt.

Neben der Ausübung von hohen Anpresskräften mittels der Federschienen sind hohe Anforderungen an die Sauberkeit bei einer Fertigung zu stellen, um Verunreinigungen an der Grenzfläche zwischen Kühlelement und Wärmeleitblech zu minimieren. Dies ist insbesondere notwendig, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.

Som it sind besonders steife Elemente sowie zusätzliche Schritte bei der Herstellung, insbesondere beim Einlegen, Zentrieren und Niederhalten von Kühl- und Verpresselementen notwendig, wobei die Kühlelemente besonders empfindlich sind. Dies führt zu einer kostenintensiven Herstellung und Erhöhung der Masse der Korn ponenten des Batteriezellenmoduls. Die Gesamtleistung ist nicht beliebig erweiterbar, ohne die Betriebsparameter erheblich anzupassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Batteriezellenmodul sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei das Batteriezellenmodul einfach und kostengünstig herzustellen sein und über seine ganze Lebensdauer eine hohe und zuverlässig funktionierende Wärmeabführung gewährleisten soll.

Diese Aufgabe wird durch ein Batteriezellenmodul gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul, welches insbesondere für den Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs bestim mt ist, umfasst ein erstes Batteriezellenpaket mit mindestens einer Batteriezelle, das eine erste Kühleranschlussfläche aufweist, und ein für die Kühlung des ersten Batteriezellenpakets bestim mtes Kühlelement, das eine der ersten Kühleranschlussfläche zugewandte erste Kühlfläche aufweist. Zwischen der ersten Kühleranschlussfläche und der ersten Kühlfläche ist bzw. sind eine erste spannungsisolierende Schicht und/oder eine erste wärmeleitende Schicht unter Bildung einer unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der ersten Kühleranschlussfläche mit der ersten Kühlfläche angeordnet.

Dabei bedeutet der Ausdruck„stoffschlüssig", dass mindestens eine der vorgenannten Schichten als haftende oder klebende Schicht ausgebildet ist und somit die ganze Anordnung aus Batteriezellenpaket, Kühlelementen und den genannten Schichten eine fest verbundenen Einheit darstellt, für deren Zusammenhalt keine weiteren Elemente, wie sie z.B. die eingangs genannten Federschienen darstellen, erforderlich sind. Unter„unm ittelbar ist zu verstehen, dass keine weiteren Schichten als die genannten zwischen der jeweiligen Kühleranschlussfläche und der Kühlfläche vorhanden sind. Sofern ein Kleber vorhanden ist, der für die Befestigung der spannungsisolierenden Schicht an der Kühleranschlussfläche oder der Kühlfläche verwendet wird, ist dieser - selbst wenn er als komplette„Schicht" vorhanden ist - nicht als gesonderte, weitere Schicht anzusehen, sondern als zur spannungsisolierenden Schicht als integraler Bestandteil gehörig. Gleiches gilt für evtl. vorhandenen Kleber auf der wärmeleitenden Schicht. Unter„wärmeleitend" ist zu verstehen, dass die betreffende Schicht eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die für den geforderten Einsatzzweck hoch genug ist. Ähnliches gilt für den Begriff „spannungsisolierend" hinsichtlich des I solationsver- mögens gegen eine elektrische Spannung zwischen dem Batteriezellenmodul und dem Kühlelement. Einem Fachmann ist die erforderliche Dimensionierung des I solationsvermögens und der Wärmeleitfähigkeit klar, weswegen nicht weiter hierauf eingegangen werden muss.

Durch die stoffschlüssige und unmittelbare Verbindung kann das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul einerseits kostengünstig hergestellt werden, da einerseits nur einfache Verfahrensschritte und keine zusätzlichen Komponenten wie z.B. Federschienen erforderlich sind und andererseits die derart hergestellte Verbindung dauerhaft - also über die gesamte Lebensdauer des Batteriezellenmoduls - ist. Erfindungsgemäß wird somit durch die stoffschlüssige und unm ittelbare Verbindung gleichzeitig eine mechanische und thermische Anbindung des Batteriezellenmoduls an das Kühlelement erzielt.

Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul weist den Vorteil auf, dass kein Wärmeleitblech und keine Federschienen benötigt werden. Zum einen verringert sich die Anzahl der benötigten Elemente, so dass eine günstigere Herstellung des Batteriezellen moduls ermöglicht wird. Zum anderen verringert sich die Masse des Batteriezellen moduls.

Zudem wird kein Druck auf das Batteriezellenmodul durch etwaige Federelemente ausgeübt, so dass eine hohe Steifigkeit der verbauten Elemente nicht notwendig ist.

Des Weiteren ist die Kühleinheit im Batteriezellenmodul integriert, so dass eine unm ittelbare Abführung der Wärmeenergie ermöglicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste spannungsisolierende Schicht als haftende oder klebende Schicht ausgebildet. Som it braucht sie nicht gesondert mit einem Kleber versehen zu werden.

Es ist von Vorteil, wenn die erste wärmeleitende Schicht als haftende oder klebende Schicht ausgebildet ist, weil dann ebenso kein gesonderter Kleberauftrag erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erste spannungsisolierende Schicht eine Hochvolt-I solationsfolie oder besteht ausschließlich daraus, was die Herstellung vereinfacht, da eine solche Folie leicht zu verarbeiten ist.

Mit Vorteil umfasst die erste wärmeleitende Schicht eine Wärme- leitvergussmasse und/oder einen Wärm leitklebstoff oder besteht sogar vollständig daraus. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht und damit kostengünstig gestaltet und außerdem ein sehr guter Toleranzausgleich zwischen Kühlfläche und Kühleranschlussfläche erzielt sowie die für den Wärmeübergang wirksame Räche maximiert werden, falls diese nicht ganz plan oder mit Rauigkeiten versehen sind.

Es kann Vorteile hinsichtlich einer guten Verbindung des Schichtaufbaus bringen, wenn eine weitere wärmeleitende Schicht zwischen der ersten Kühleranschlussfläche und der ersten Kühlfläche angeordnet ist.

Erfindungsgemäß kann ein Doppel- Batteriezellen modul gebildet werden, indem ein zweites Batteriezellenpaket vorgesehen wird, das gleichsam spiegelbildlich zum ersten Batteriezellenpaket angeordnet ist, wobei die Mittelebene des Kühlelements die Sym metrieebene darstellt. Bei diesem Doppel- Batteriezellen modul ist der Wärmeleitpfad optimiert, da mit einem einzigen Kühlelement zwei Batteriezellenpakete gekühlt werden können.

Mit einer Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls gemäß Anspruch 8 können die Herstellungskosten gesenkt werden, da die einzelnen Schritte ohne großen technischen Aufwand ausgeführt werden können und wenige Korn ponenten erforderlich sind. I nsbeson- dere sind keine - dauerhaft am Batteriezellenmodul verbleibenden - Federelemente erforderlich, welche zusätzliche Kosten verursachen würden, sondern es m uss nur einmalig ein Schritt des Verpressens bzw. Zusam men pressen s der gesamten Anordnung ausgeführt werden, um eine dauerhafte Stabilität zu erreichen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden an einem Kühlelement an jeder seiner beiden Hauptseiten - mehr oder minder spiegelsym metrisch - Batteriezellenpakete angebracht, wodurch ein Doppel- Batteriezellen modul hergestellt werden kann.

Wenn bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls die wärmeleitende Masse jeweils in Form eines definierten Mus- ters, insbesondere eines mäandrierenden bzw. wellenförmigen oder Zick-Zack-Musters oder in Form von mehreren - ggf. parallelen - Streifen, vorzugsweise in Form einer erhabenen Raupe, in geeigneter Weise aufgetragen wird, kann mit dem anschließenden Verpressen des Musters eine dünne Schicht erzeugt werden, die einerseits gut haftet und bei Vermeidung bzw. Eliminierung von Lufteinschlüssen andererseits auch gut die Wärme leitet. Falls die wärmeleitende Masse so ausgeführt wird, dass sie elektrisch sehr gut isoliert, kann überdies auf eine gesonderte spannungsisolierende Schicht verzichtet werden.

Der definierte Musterauftrag in Form von Wärmeleitvergussmasse dient dabei einer nachfolgenden Verteilung der Wärmeleitvergussmasse. Somit ist ein gleichmäßiger Auftrag dieser Masse notwendig, so dass eine möglichst ebene Räche entsteht, die die Toleranzen des Batteriezellenpakets ausgleicht. Zudem wird dam it ein Entweichen der zwischen Batteriezellenpaket Oberfläche und Wärmeleitvergussmassen- Schicht sowie zwischen Wärmeleitvergussmassen -Schicht und Hochvolt- I solationsschicht eingeschlossener Luft ermöglicht. Dies führt zu einer stoffschlüssigen, also sowohl mechanischen als auch thermischen, An- bindung und zum Toleranzausgleich sowie zur Maxim ierung der wirksamen Anbindungs- und Übergangsfläche zwischen Batteriezellenpaket und Kühlelement.

I nsbesondere wirken ein einfacher Toleranzausgleich und eine robuste Auslegung der Kühlplatte Beschädigungen bei der Fertigung des Batteriezellen moduls entgegen. Durch den Wegfall von Verspannelementen, wie Federschienen, wird eine Kosten- und Gewichtsreduktion erreicht.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Batteriezellen moduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine als Raupe auf eine Hochvolt- Isolationsfolie aufgebrachte Wärmeleitvergussmasse gemäß z.B. der ersten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung des Batteriezellen moduls gemäß der vorliegenden Erfindung noch vor dem Verpressen.

Figuren 3 A bis J zeigen seitliche Querschnitte der ersten Ausführungsform des Batteriezellen moduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figuren 4 A bis D zeigen seitliche Querschnitte einer zweiten Ausführungsform des Batteriezellen moduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls werden anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriezellen moduls, wobei ein Batteriezellenpaket 101 , das einen Stapel von Batteriezellen aufweist, mit einem als Kühlplatte 104 ausgebildeten Kühlelement über jeweils eine ihrer Oberflächen durch eine Wärmeleitvergussmassen- Schicht 102 als wärmeleitende Schicht und eine Hoch volt- Isolationsschicht 105 als spannungsisolierende Schicht verbunden sind. Dabei haftet die Wärmeleitvergussmas- sen-Schicht 102 an der unteren Oberfläche des Batteriezellenpakets 101, die eine erste Kühleranschlussfläche 122 darstellt, während die Hochvolt-I solationsschicht 105 an der als Kühlfläche 124 dienenden oberen Oberfläche der Kühlplatte 104 haftet. Es wird som it eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Batteriezellenpaket 101 und Kühlplatte 104 durch unmittelbares Anhaften erreicht.

Wahlweise kann die Kühlplatte 104 m it darin ausgebildeten Fluid- kanälen versehen sein. Hierbei kann die Kühlplatte 104 in einem Randbereich m it einem Fluidverbindungsflansch 103 versehen werden, der dazu ausgestaltet ist, der Kühlplatte 104 ein Fluid zuzuführen und/oder abzuführen. Alternativ können als ein Kühielement 104 wirkende Fl ach - röhre oder Multiports mit einer aufgelöteten oder geklebten Platte verwendet werden. Um ein Batteriezellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform auszubilden, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt.

Zuerst wird eine Oberfläche der Kühlplatte 104 gereinigt und/oder aktiviert, wobei beispielsweise ein Spülen in Ethanol und/oder eine Plasmabehandlung durchgeführt werden kann.

Sodann wird die selbsthaftende Hoch volt- Isolationsschicht 105 auf diese gereinigte Oberfläche geklebt. Eine Reinigung dient insbesondere dazu, die Oberfläche von sämtlichen Fremdmolekülen zu reinigen, die zu einer Bildung von Luftblasen führen können. Zudem kann eine Aktivierung der Oberfläche erfolgen, um die Haftung der Hochvolt- I solationsschicht 105 zu erhöhen.

Als nächstes wird die Wärm eleitvergussmassen- Schicht 102 auf der Hochvolt-I solationsschicht 105 aufgebracht. Dabei wird die Wärme- leitvergussmassen- Schicht 102 bevorzugt in Form eines definierten Musters aufgetragen. I n Figur 2 ist ein Zick-Zack-Muster in einer Draufsicht gezeigt. Alternativ kann auch ein anderes Muster für den Auftrag gewählt werden. Dieser Musterauftrag dient dazu, bei einem darauffolgenden Aufsetzen des Batteriezellenpakets 101 eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Wärm eleitvergussmassen- Schicht 102 als dünne Schicht auf der Hoch volt- 1 solationsschicht 105 zu erreichen. Der definierte Musterauftrag führt somit zur Wärm eleitvergussmassen -Schicht 102 auf der Hochvolt-I solationsschicht 105, die eine stoffschlüssige mechanische und thermische Anbindung, einen Toleranzausgleich zwischen dem Batteriezellenpaket 101 und der Kühlplatte 104 sowie zu einer Maxim ierung der wirksamen Anbindungs- oder Übergangsfläche erlaubt.

Um das Batteriezellenpaket 101 kontrolliert auf die Wärmeleitver- gussmassen- Schicht 102 aufsetzen zu können, sind im Randbereich der kürzeren Seiten der Kühlplatte 104 ein Langloch 210 und ein Zentrierloch 211 einander gegenüberliegend so angeordnet, dass entsprechende Zentrierelemente (nicht gezeigt) an einem Gehäuse des Batteriezel- lenpakets 101 in das Langloch 210 und das Zentrierloch 211 eingeführt werden können. Som it erfolgt eine zentrierte Verpressung von Batteriezellenpaket und Kühlelement.

Die Figuren 3A bis 3J zeigen seitliche Querschnitte der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriezellen moduls und Abwandlungen dieser, wobei der jeweilige Aufbau von oben nach unten beschrieben wird.

Figur 3A zeigt eine Abfolge von einem Batteriezellenpaket 301 , einer haftenden Wärm eieitvergussmassen -Schicht 317, die noch nicht ausgehärtet ist, also noch haftend wirkt, und an der unteren Oberfläche des Batteriezellenpaket 301 haftet, sowie einer unten selbsthaftenden Hochvolt-I solationsschicht 313, die an der oberen Oberfläche der Kühlplatte 304 haftet und elektrisch isolierend wirkt. Sowohl die haftende Wärm eieitvergussmassen- Schicht 317 als auch die unten selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht 313 sind als Wärmeenergie übertragende Elemente vorgesehen.

Figur 3B zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , einer oben selbstklebenden Hochvolt- 1 solationsschicht 314, die an der unteren Oberfläche des Batteriezellenpakets 301 haftet und elektrisch isoliert, und die haftende Wärm eieitvergussmassen- Schicht 317, die an der oberen Oberfläche der Kühlplatte 304 haftet.

Figur 3C zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , der an einer ersten Kühleranschlussfläche 322 des Batteriezellenpakets 301 sowie an einer ersten als Kühlfläche 324 der Kühlplatte 304 haftenden Wärm eieitvergussmassen -Schicht 317 und der Kühlplatte 304. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind die Kühleranschlussfläche 322 und die Kühlfläche 324 in den Figuren 3A, 3B und 3D bis 3J nicht eigens dargestellt. I nsbesondere, wenn ein komplett blasenfreies Zusammensetzen gelingt, so dass zwischen dem Batteriezellenpakets 301 , der haftenden Wärm eieitvergussmassen- Schicht 317 und der Kühlplatte 304 keine Luftblasen vorhanden sind, entfaltet die haftende Wärmeleit- vergussmassen- Schicht 317 auch eine elektrische I solationswirkung, so dass eine Verwendung einer Hochvolt-I solationsschicht entfällt.

Figur 3D zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , einer doppelseitig selbsthaftende Hochvolt- Isolationsschicht 315 und der Kühlplatte 304. Hier sorgt die selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht 315 sowohl für die Haftung des Batteriezellenpakets 301 an der Kühlplatte 304 als auch für die elektrische Isolierung.

Figur 3E zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , der haftenden War meleitvergussmassen -Schicht 317, der nicht selbsthaftenden Hochvolt-I solationsschicht 316, der haftenden Wärmeleitvergussmas- sen-Schicht 317 und der Kühlplatte 304. Die haftende Wärmeleitver- gussmassen- Schicht 317 sorgt jeweils für die Haftung zwischen dem Batteriezellenpaket 301 und der nicht selbsthaftenden Hochvolt- I solationsschicht 316 sowie zwischen der nicht selbsthaftenden Hochvolt- 1 solationsschicht 316 und der Kühlplatte 304, während die nicht selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht 316 für die elektrische Isolation sorgt.

Figur 3F zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , einer ausgehärteten Wär meleitvergussmassen -Schicht 318, die nicht haftend wirkt, der doppelseitig selbsthaftenden Hochvolt-I solationsschicht 316, einer weiteren ausgehärteten Wär meleitvergussmassen -Schicht 318 und der Kühlplatte 304. Die doppelseitig selbsthaftende Hochvolt- I solationsschicht 316 sorgt sowohl für die Haftung als auch für die elektrische Isolation.

Wahlweise kann eine der ausgehärteten Wärmeleitvergussmas- sen-Schichten 318 weggelassen werden, wie in den Figuren 3G und 3H gezeigt.

Figur 31 zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , der ausgehärteten Wär meleitvergussmassen -Schicht 318, der haftenden Wär- meleitvergussmassen- Sc ic t 317 und der Kühlplatte 304. Wie bei dem in Figur 3C gezeigten Aufbau m uss hierfür ein kom plett blasenfreies Zusammensetzen gelingen, so dass zwischen dem Batteriezellenpaket 301 , den Wärm eleitvergussmassen- Schichten 317 und 318 und der Kühlplatte 304 keine Luftblasen vorhanden sind. Nur dann wirken die War meleitvergussmassen -Schichten 317 und 318 elektrisch isolierend.

Figur 3J zeigt eine Abfolge des Batteriezellenpakets 301 , der haftenden Wärm eleitvergussmassen -Schicht 317, der ausgehärteten Wär- m eleitvergussmassen- Schicht 318 und der Kühlplatte 304. Auch hier wirken die Wärm eleitvergussmassen -Schichten 317 und 318 nur dann elektrisch isolierend, wenn möglichst keine Luftblasen eingeschlossen worden sind.

Die Figuren 4A bis 4D zeigen seitliche Querschnitte der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriezellen moduls und Abwandlungen dieser, wobei der jeweilige Aufbau von oben nach unten beschrieben wird.

Figur 4A zeigt ein Batteriezellenmodul, das ein Batteriezellenpaket 401 A, eine haftende Wärm eleitvergussmassen -Schicht 417, eine unten selbsthaftende Hoch volt- Isolationsschicht 413, eine Kühlplatte 404, eine oben selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht 414, eine weitere haftende Wärm eleitvergussmassen -Schicht 417, und ein Batteriezellenpaket 401 B aufweist. Es liegt somit ein gegenüber der Kühlplatte 404 gespiegelter Aufbau vor. Som it können zwei Batteriezellen pakete 401 A, 401 B von einer Kühlplatte 404 gekühlt werden, so dass ein geringerer Bauraum und ein optim ierter Wärmeleitpfad erreicht wird. Die Haftung zwischen den einzelnen Komponenten erfolgt durch die haftende Wärmelei tvergussmassen- Schichten 417, während die I solationswirkung durch die selbsthaftenden Hochvolt-I solationsschichten 413 und 414 ermöglicht wird. Figur 4B zeigt eine im Vergleich zu Figur 4A modifizierte Abfolge der Komponenten: das Batteriezellenpaket 401 A, die oben selbsthaftende Hochvolt- 1 solationsschicht 414, die haftende Wärmeleitverguss- massen-Schicht 417, die Kühlplatte 404, die weitere haftende Wärmeleitvergussmassen- Schicht 417, die unten selbsthaftende Hochvolt- I solationsschicht 413 und das Batteriezellenpaket 401 B.

I n Figur 4C sind die aus den Figuren 4A und 4B bekannten selbsthaftenden Hochvolt- 1 solationsschichten 413 und 414 weggelassen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn ein kom plett blasenfreies Zusammensetzen gelingt, so dass jeweils zwischen dem Batteriezellenpaket 401 A und 401 B, der oben an einer ersten Kühleranschlussfläche 422 des Batteriezellen pakets 401 A sowie unten an einer ersten Kühlfläche 424 der Kühlplatte 404 haftenden haftenden Wärmeleitvergussmassen- Schicht 417 und einer weiteren, oben an einer zweiten Kühlfläche 425 der Kühlplatte 404 sowie unten an einer zweiten Kühleranschlussfläche 428 des Batteriezellen pakets 401 B haftenden Wärmeleitvergussmassen- Schicht 417 und der Kühlplatte 404 keine Luftblasen vorhanden sind. Dann weisen die haftenden Wärmeleitvergussmassen- Schichten 417 eine elektrische I solationswirkung auf, so dass eine Verwendung einer Hochvolt- 1 solationsschicht entfällt. Wiederum sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit die Kühleranschlussflächen 422 und 428 sowie die Kühlflächen 424 und 425 in den Figuren 4A, 4B und 4D nicht eigens dargestellt.

Figur 4D zeigt ein Batteriezellenmodul, das das Batteriezellenpaket 401 A, eine doppelseitig selbsthaftende Hoch vol t- 1 solationsschicht 415, die Kühlplatte 404, eine weitere doppelseitig selbsthaftende Hochvolt- 1 solationsschicht 415 und das Batteriezellenpaket 401 B aufweist. Hierbei sorgen die doppelseitig selbsthaftenden Hochvolt- I solationsschichten 415 jeweils für eine Haftung zwischen den Batteriezellenpaketen 401 A und 401 B und der Kühlplatte 404. Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Zusammenhang zwischen einerseits Merkmalen besteht, die im Zusammenhang mit Verfahrensschritten beschrieben wurden, sowie andererseits Merkmalen, die im Zusammenhang mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben wurden. Som it sind beschriebene Verfahrensmerkmale auch als zur Erfindung gehörige Vorrichtungsmerkmale - und umgekehrt - anzusehen, selbst wenn dies nicht explizit erwähnt wurde.

Es ist festzuhalten, dass die unter Bezug auf die dargestellten Ausführungsformen beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise Schichten und Fläche (sowie deren Art und Ausgestaltung und die Anordnung der einzelnen Kom ponenten relativ zueinander oder die Abfolge der jeweiligen Verfahrensschritte) auch bei anderen Ausführungsformen oder Varianten hiervon vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet. Von derartigen, in Kombination beschriebenen, Merkmalen einzelner Ausführungsformen m üssen außerdem nicht notwendigerweise im mer alle Merkmale in einer betreffenden Ausführungsform realisiert sein.

Bezugszeichen liste

101 Batteriezellenpaket

102 Wärm eleit vergussmasse

103 Fluidverbindungsflansch

104 Kühlplatte

105 Hochvolt-Isolationsschicht

122 Kühleranschlussfläche

124 Kühlfläche

202 gemusterte Wärm eleit vergussmasse

203 Fluidverbindungsflansch

204 Kühlplatte

205 Hochvolt-Isolationsschicht

210 Langloch

2 1 Zentrierloch

301 Batteriezellenpaket

304 Kühlplatte

313 unten selbsthaftende Hochvolt-Isolationsschicht

314 oben selbsthaftende Hochvolt-Isolationsschicht

315 doppelseitig selbsthaftende Hochvolt-Isolationsschicht 316 nicht selbsthaftende Hochvolt-Isolationsschicht

317 haftende Wärm eleitvergussmassen -Schicht

318 ausgehärtete Wärm eleitvergussmassen- Schicht 322 Kühleranschlussfläche

324 Kühlfläche

401 A, 401 B Batteriezellenpaket 404 Kühlplatte

413 unten selbsthaftende Hochvolt- 1 solationsschicht

414 oben selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht

415 doppelseitig selbsthaftende Hochvolt-I solationsschicht 417 haftende War meleitvergussmassen- Schicht

422 erste Kühleranschlussfläche

424 erste Kühlfläche

425 zweite Kühlfläche

428 zweite Kühleranschlussfläche

Claims

Patentansprüche

1. Batteriezellenmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend

ein erstes Batteriezellenpaket (101; 301 ; 401 A) mit mindestens einer Batteriezelle, das eine erste Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) aufweist, und

ein für die Kühlung des ersten Batteriezellenpakets (301 ; 401 A) bestim mtes Kühlelement (104; 304; 404), das eine der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) zugewandte erste Kühlfläche (124; 324; 424) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) und der ersten Kühlfläche ( 124; 324; 424) eine erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415) und/oder eine erste wärmeleitende Schicht (102; 317; 318; 417) unter Bildung einer unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) mit der ersten Kühlfläche (124; 324; 424) angeordnet ist bzw. sind.

2. Batteriezellenmodul gemäß Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415) als haftende oder klebende Schicht ausgebildet ist.

3. Batteriezellenmodul gemäß Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste wärmeleitende Schicht

(102; 317; 318; 417) als haftende oder klebende Schicht ausgebildet ist.

4. Batteriezellenmodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415) eine Hochvolt- Isolationsfolie umfasst.

5. Batteriezellenmodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste wärmeleitende Schicht (102; 317; 318; 417) eine Wär- meleit vergussmasse und/oder einen Wärmleitklebstoff umfasst.

6. Batteriezellenmodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine weitere wärmeleitende Schicht (102; 317; 318; 417) zwischen der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) und der ersten Kühlfläche ( 124; 324; 424) unter Bildung der unm ittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) mit der ersten Kühlfläche (124; 324; 424) angeordnet ist.

7. Batteriezellenmodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

es ein zweites Batteriezellenpaket (401 B) mit m indestens einer Batteriezelle aufweist, das eine zweite Kühleranschlussfläche (428) aufweist, und

das Kühlelement (404) eine zweite Kühlfläche (425) aufweist, wobei zwischen der zweiten Kühleranschlussfläche (428) und der zweiten Kühlfläche (425) eine zweite spannungsisolierende Schicht (413; 414; 415) und/oder eine zweite wärmeleitende Schicht (417) unter Bildung einer unm ittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der zweiten Kühleranschlussfläche (428) mit der zweiten Kühlfläche (425) angeordnet ist bzw. sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls, insbesondere eines Batteriezellenmoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines Kühlelements (104; 304; 404), das an seiner Oberseite eine erste Kühlfläche (124; 324; 424) aufweist;

b) Befestigen einer ersten spannungsisolierenden Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415) auf der ersten Kühlfläche (124; 324; 424);

c) Auftragen einer wärmeleitenden Masse (102; 317; 318; 417) auf die erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415);

d) Aufbringen eines eine erste Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) aufweisenden ersten Batteriezellenpakets (101; 301 ; 401 A) auf die erste spannungsisolierende Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415), wobei die erste Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) der ersten Kühlfläche (124; 324; 424) zugewandt ist; und

e) Verpressen des Kühlelements (104; 304; 404), der ersten spannungsisolierenden Schicht (105; 313; 314; 315; 316; 413; 414; 415), der wärmeleitenden Masse (102; 317; 318; 417) und des ersten Batteriezellenpakets (101 ; 301 ; 401 A) in einer im Wesentlichen zur ersten Kühlfläche (124; 324; 424) senkrechten Richtung zur Bildung einer unm ittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der ersten Kühleranschlussfläche (122; 322; 422) mit der ersten Kühlfläche (124; 324; 424).

9. Verfahren gemäß Anspruch 8,

umfassend folgende weiteren Schritte:

f) Bereitstellen eines zweiten Batteriezellenpakets (401 A), das an seiner Oberseite eine zweite Kühleranschlussfläche (428) aufweist; g) Auftragen einer wärmeleitenden Masse (417) auf die zweite Kühleranschlussfläche (428) ;

h) Befestigen einer zweiten spannungsisolierenden Schicht (413; 414; 415) an einer zweiten Kühlfläche (425) , die an der von der ersten Kühlfläche (424) abgewandten Seite des Kühlelements (404) vorgesehen ist; und

i) Anordnen des zweiten Batteriezellen pakets (401 A) mit seiner zweiten Kühleranschlussfläche (428) und der zweiten wärmeleitenden Masse (417) an dem Kühlelement (404) so, dass die zweite Kühleranschlussfläche (428) der zweiten Kühlfläche (425) zugewandt ist;

wobei in Schritt e) die in Schritt i) gebildete Anordnung zur Bildung einer zusätzlichen unm ittelbaren stoffschlüssigen Verbindung der zweiten Kühleranschlussfläche (428) mit der zweiten Kühlfläche (425) verpresst wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9,

bei dem die wärmeleitende Masse (417) in Form eines definierten Musters, insbesondere eines mäandrierenden oder Zick-Zack-Musters oder in Form von mehreren Streifen, aufgetragen wird.