WO2018215325A1 - Temperiersystem für eine elektrische energiespeichereinheit - Google Patents

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WO2018215325A1
WO2018215325A1 PCT/EP2018/063043 EP2018063043W WO2018215325A1 WO 2018215325 A1 WO2018215325 A1 WO 2018215325A1 EP 2018063043 W EP2018063043 W EP 2018063043W WO 2018215325 A1 WO2018215325 A1 WO 2018215325A1
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WO
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temperature control
battery modules
tempering
housing
control unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/063043
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claudius Rath
Falk HEITLING
Philipp Grunden
Andreas Josef UNTIEDT
Joachim STUMPFE
Original Assignee
Thyssenkrupp Ag
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Ag, Thyssenkrupp Steel Europe Ag filed Critical Thyssenkrupp Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention is based on a, tempering system for an electrical energy storage unit, in particular an energy storage unit for a vehicle with an electric drive.
  • Such storage units include a housing having a housing base and a housing walls comprehensive box-like receiving part and the receiving part occlusive cover part.
  • the housing receives a plurality of battery modules.
  • a temperature control unit receiving a temperature control unit is provided, wherein the temperature control unit has connections for the supply and removal of the temperature control medium.
  • a cooling system for the active cooling of battery cells of an energy storage device is described.
  • This system with a coolant inflow, a coolant outflow and a coolant distributor comprises flow limiter members in order to be able to distribute the coolant flow accordingly.
  • a rohrformiger energy storage which has a continuous recess, which acts as a flow channel for cooling the energy storage.
  • DE 10 2014 202 162 A1 describes an electrical energy storage unit for a motor vehicle with a battery and with an active cooling device.
  • a plurality of battery cells are arranged on the bottom of the energy storage housing.
  • a cooling element through which a cooling liquid can flow is provided on a side wall surface of the housing bottom facing away from the battery cells, which is connected to a corresponding coolant line system.
  • the housing bottom of the energy storage housing at the same time forms a heat exchanger surface for the cooling liquid of the outside of the housing, arranged below the housing bottom cooling element. Disclosure of the invention
  • the object of the present invention is to provide a temperature control system for an electrical energy storage unit which, with the smallest possible and shallow construction, enables a high heat transfer for a highly efficient thermal management.
  • the invention is based on the finding that for this purpose the number of heat transfer and heat transfer should be kept as low as possible. Furthermore, the aim of the invention is to specify a tempering system in which the use of thermal pastes and adhesives for cost, weight and process reasons should be avoided as far as possible.
  • the tempering system according to the invention comprises a particular box-like housing with a receiving part for battery cells - or from individual battery cells (preferably so-called pouch cells) constructed battery modules - and a tightly closing the receiving part lid part. Furthermore, the temperature control system according to the invention comprises a temperature control unit for temperature control (in particular for cooling or heating) of the battery modules, the temperature control unit has connections for supplying and discharging the Temperiermediums, and wherein the temperature control unit is designed as a separate Temperiermodul that between the cover part of the housing and arranged in the housing battery modules and / or between the housing bottom and arranged in the housing battery modules is arranged.
  • the tempering system comprises in particular a cooling system.
  • the tempering medium comprises in particular a cooling medium.
  • the tempering module comprises in particular a cooling module.
  • the invention generally includes the temperature of the same - which may mean in a particular case, of course, a heating of the battery modules.
  • a highly efficient operation-dependent thermal management is to be possible with the most compact design and the lowest possible weight.
  • the device according to the invention has the advantage over the prior art that, due to the construction according to the invention, it is expensive and laborious to process additional istleitkleber or the like could be dispensed with and on the other hand by the integration into the energy storage unit as a separate tempering a high space density could be achieved.
  • the vehicle may be, for example, a hybrid vehicle or a purely electrically powered vehicle.
  • the housing comprises at least one cover part and at least one housing bottom, wherein the cover part is arranged opposite the housing bottom.
  • the orientation of the housing in a device, in particular a vehicle is independent of the spatial arrangement.
  • the housing can be arranged in any spatial direction.
  • the housing bottom can be arranged on a side facing away from the vehicle floor or facing away from the vehicle floor or a spatial direction that differs therefrom.
  • the tempering module can be arranged and arranged to be interchangeable in the energy storage unit.
  • a tempering module can be integrated into the energy storage unit on the bottom side as well as on the cover side - preferably such a tempering module is present on the cover side at least.
  • the tempering module flat and / or bottom side components are mounted within the energy storage unit, which bridge the space between the cover part and battery module surface with a closed lid part substantially gap-free.
  • the tempering on its the battery modules facing flat side can be designed so flexible that it conforms in its shape substantially completely to the surface of the battery modules to be tempered or optimized the area of contact between Temperiermodul and battery module in terms of area.
  • the component modules or tempering module side facing the battery modules is advantageously made of a thin-walled molded part in the form of a foil or a thin sheet - particularly preferably the component or the battery module side surface of the tempering module is produced by deep drawing.
  • the battery module-side thin wall surface of the temperature control module essentially covers the entire surface (ie with the entire contact surface temperature control module / battery module). dul) on the associated battery module or its contact surface for temperature control module abuts the same or is nestled on this.
  • the tempering module can be designed such that in each case covers a single battery module, a battery subset of modules with a plurality of battery modules or the entire battery module group of the energy storage unit for the purpose of heat exchange.
  • the tempering is composed of a plurality of Einzelemperemperiermodulen, which are connected to each other via connecting lines for the inflow and outflow of Temperiermediums and wherein each Einzeltemperiermodul a corresponding battery module or a corresponding battery subset is assigned.
  • the tempering module should be designed in such a way that it protrudes laterally beyond it with its planar contact side facing the battery modules and thus represents a design optimized with regard to heat conduction.
  • the tempering module or the respective Einzelemperemperiermodul in its planar, the battery modules facing contact side on a generated by a bellows spring-like configuration expansion region. It is safe to make sure that the tempering module is gas- or liquid-tight.
  • the tempering is preferably formed as formed from a box-like receiving part of higher rigidity and a thin-walled (high-strength) contact surface part, which are gas-tight and liquid-tightly connected to each other by means of appropriate joining technology.
  • the connection by means of the joining technique "flanging" (as it is known in the manufacture of tin cans) done here.
  • the Temperiermodul can be fixed within the energy storage unit by it is connected via clamping elements - such as elastic bands or non-elastic, tensioned by means of clamping straps - with the battery modules.
  • the tempering module is preferably made of plastic, in particular fiber-reinforced plastic, and / or made of metal, in particular a corrosion-resistant or coated steel, and / or of a composite material, such as a sandwich element.
  • Another object of the present invention is an electrical energy storage unit comprising the temperature control system according to the invention and in particular the plurality of battery modules.
  • Figure 1 shows a schematic plan view of a tempering with a
  • FIG. 2 shows the schematic plan view of a tempering unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a partial section of the energy storage unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a section according to FIG. 3 with an enlarged illustration of a detail of the temperature control unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a possible functional principle using the example of the cooling of a battery module according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
  • this tempering unit is designed such that the battery modules to be tempered via it can be cooled and / or heated if necessary.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an exemplary arrangement of battery modules 1 in a housing 2 of an energy storage unit according to a possible embodiment of the invention.
  • a trough or box-like receiving part 20 with a housing bottom 21 (see Figure 3) and circumferentially schematically shown housing walls 22 a total of three columns with ten battery modules 1 - arranged a total of thirty battery modules 1 in the illustrated housing 2 an energy storage unit.
  • the receiving part 20 is thereby closed by a cover part 200 (see FIG. 3).
  • FIG. 2 shows the temperature control medium supply of the energy storage unit realized by a temperature control unit 3 in a schematic representation by a top view of a temperature control unit 3.
  • the temperature control unit 3 is designed in a modular design (tempering module tempering module), each battery module 1 of the energy storage unit being assigned a separate individual tempering module 30 of the temperature control unit 3 is.
  • the individual temperature control modules 30 are connected to one another via inlet connections Z and outlet connections A, which respectively ensure the inflow and outflow of the temperature control medium / medium.
  • the first Einzeltemperiermodule 30 of each column are each connected to a feed port ZA and the last Einzeleltemperiermodule 30 of each column are each connected to a drain port AA.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the sectional representation of a cutout or partial region of an energy storage unit.
  • the individual battery modules 1 are arranged on the housing bottom 21 of the housing 2 of the energy storage unit and are spatially separated from one another via spaced-apart cross members 23 or fixed within the housing 2.
  • the cross member 23 advantageously have a trapezoidal profile seen in cross-section, whereby on the one hand a guided insertion of the battery modules 1 in the housing 2 is facilitated and on the other hand, the battery modules 1 positioned on the bottom side and secured against lateral slipping.
  • a temperature control unit 3 is arranged on the lid part 200 side facing is between the Battery modules 1 and the cover part 200.
  • the temperature control unit 3 is constructed in the illustrated embodiment, analogous to Figure 2 from Einzelemperemperiermodulen 30, which are thermally connected to each other via inlet connections Z and drain connections A, in which a corresponding temperature control is performed.
  • Each of the individual tempering modules 30 (wherein in the simplest case the tempering unit 3 is formed from a single tempering module 30) has a preferably rigidly formed trough-like receiving part 31, which has a flexible and adaptable in its shape (conformable) bottom or lid part 32 (hereinafter referred to as cover part) is closed gas- and liquid-tight.
  • cover part 32 In the assembled state of the temperature control unit 3 in the energy storage unit, the cover part 32 forms a flexible contact surface (in the manner of a water bed) with the energy storage modules 1.
  • the individual temperature control modules 30 are dimensioned such that they project laterally beyond the dimensions of the battery modules 1, So are dimensioned correspondingly larger, so that a supernatant is formed by the possible structural tolerances and / or a conditional variance of individual battery modules 1 can be compensated, without having to accept disadvantages in the temperature of the same.
  • FIG. 4 shows a detail according to FIG. 3, in which the part of a battery module 1 facing the temperature control unit 3, together with an associated individual temperature control module 30, is shown in a sectional view.
  • the flexible cover part 32 is partially formed as a kind of bellows.
  • the lid part 32 is formed on two opposite sides or completely encircling in a partial region 32a as a bellows.
  • FIG. 5 strongly illustrates the mode of operation of a single temperature control module 30, the same being connected in opposite edge regions via a supply line (in the illustrated example on the left) to an inflow port ZA and via a return or discharge line / in the illustrated example on the right) to a drain port AA.
  • a supply line in the illustrated example on the left
  • ZA inflow port
  • a return or discharge line / in the illustrated example on the right
  • AA drain port
  • the lines are each running continuously and provided on the shell side with holes or holes, so that within the tempering 30, a flow of the temperature of the supply line is ensured by the Temperiermodul 30 in the return line.

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Abstract

Es wird ein Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, vorgeschlagen umfassend ein Gehäuse mit einem einen Gehäuseboden und Gehäusewandungen umfassenden Aufnahmeteil für Batteriemodule und mit einem das Aufnahmeteil verschließenden Deckelteil. Dabei ist eine ein Temperiermedium aufnehmende Temperiereinheit zur Temperierung der Batteriemodule vorgesehen. Die Temperiereinheit ist als separates Temperiermodul ausgebildet, welches zwischen dem Deckelteil des Gehäuses und den im Gehäuse angeordneten Batteriemodulen und/oder zwischen dem Gehäuseboden und den im Gehäuse angeordneten Batteriemodulen angeordnet ist.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem, Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere einer Energiespeichereinheit für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb. Derartige Speichereinheiten umfassen ein Gehäuse mit einem einen Gehäuseboden sowie ein Gehäusewandungen umfassendes kistenartiges Aufnahmeteil und ein das Aufnahmeteil verschließendes Deckelteil. Dabei nimmt das Gehäuse eine Mehrzahl von Batteriemodulen auf. Zur Temperierung derselben ist eine ein Temperiermedium aufnehmende Temperiereinheit vorgesehen, wobei die Temperiereinheit Anschlüsse zur Zuführung und Abführung des Temperiermediums aufweist.
In der DE 10 2009 013 651 A1 ist ein Kühlsystem zur aktiven Kühlung von Batteriezellen eines Energiespeichers beschrieben. Dieses System mit einem Kühlmittelzufluss, einem Kühlmittelabfluss sowie einem Kühlmittelverteiler umfasst Durchflussbegrenzungsglieder, um den Kühlmittelfluss entsprechend verteilen zu können.
Aus der DE 10 201 1 010 664 A1 ist ein rohrformiger Energiespeicher bekannt, der eine durchgehende Ausnehmung aufweist, die als Durchströmungskanal zur Kühlung des Energiespeichers fungiert.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2014 202 162 A1 eine elektrische Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie und mit einer aktiven Kühleinrichtung. Dabei sind mehrere Batteriezellen auf dem Boden des Energiespeichergehäuses angeordnet. Zur Kühlung der Batteriezellen ist an einer den Batteriezellen abgewandten Außenwandfläche des Gehäusebodens ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Kühlelement vorgesehen, welches an ein entsprechendes Kühlmittelleitungssystem angeschlossen ist. Der Gehäuseboden des Energiespeichergehäuses bildet dabei zugleich eine Wärmetauscherfläche für die Kühlflüssigkeit der außerhalb des Gehäuses, unterhalb des Gehäusebodens angeordneten Kühlelements. Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit zu schaffen, welche bei möglichst kleiner und flacher Bauweise einen hohen Wärmetransport für ein hoch effizientes Thermomanagement ermöglicht.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass hierfür die Anzahl der Wärmedurchgänge und Wärmeübergänge möglichst gering gehalten werden sollte. Ferner ist Ziel der Erfindung ein Temperiersystem anzugeben, bei dem auf den Einsatz von Wärmeleitpasten und -klebern aus Kosten-, Gewichts- und Prozessgründen möglichst verzichtet werden soll.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Temperiersystem für eine Energiespeichereinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
Das erfindungsgemäße Temperiersystem umfasst ein insbesondere kistenartiges Gehäuse mit einem Aufnahmeteil für Batteriezellen - beziehungsweise aus einzelnen Batteriezellen (bevorzugt sogenannte Pouchzellen) aufgebauten Batteriemodulen - und einem das Aufnahmeteil dicht verschließenden Deckelteil. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Temperiersystem eine ein Temperiermedium aufnehmende Temperiereinheit zur Temperierung (insbesondere zum Kühlen oder Wärmen) der Batteriemodule, wobei die Temperiereinheit Anschlüsse zur Zuführung und Abführung des Temperiermediums aufweist, und wobei die Temperiereinheit als separates Temperiermodul ausgebildet ist, das zwischen dem Deckelteil des Gehäuses und den im Gehäuse angeordneten Batteriemodulen und/oder zwischen dem Gehäuseboden und den im Gehäuse angeordneten Batteriemodulen angeordnet ist. Das Temperiersystem umfasst insbesondere ein Kühlsystem. Das Temperiermedium umfasst insbesondere ein Kühlmedium. Das Temperiermodul umfasst insbesondere ein Kühlmodul.
Auch wenn im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung vorrangig von einer Kühlung der Energiespeichereinheit bzw. von Batteriemodulen derselben die Rede ist, umfasst die Erfindung allgemein die Temperierung derselben - was im Einzelfall natürlich auch eine Erwärmung der Batteriemodule bedeuten kann. Durch die Erfindung soll ein hoch effizientes betriebsabhängiges Thermomanagement bei möglichst kompakter Bauform und möglichst geringem Gewicht ermöglicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau zum einen auf teure und aufwändig zu verarbeitende zusätzliche Wärmeleitkleber oder ähnliches verzichtet werden konnte und zum anderen durch die Integration in die Energiespeichereinheit als separates Temperiermodul eine hohe Bauraumdichte erreicht werden konnte. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Gehäuse wenigstens einen Deckelteil und wenigstens einen Gehäuseboden, wobei der Deckelteil dem Gehäuseboden gegenüberliegend angeordnet ist. Die Ausrichtung des Gehäuses in einer Vorrichtung, insbesondere einem Fahrzeug ist unabhängig von der räumlichen Anordnung. Insbesondere kann das Gehäuse in jeder beliebigen Raumrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann der Gehäuseboden auf einer einem Fahrzeugboden zugewandten oder dem Fahrzeugboden abgewandten Seite oder einer sich hiervon unterscheidenden Raumrichtung angeordnet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Temperiermodul austauschbar ausgeführt in der Energiespeichereinheit anordenbar beziehungsweise angeordnet. Ein solches Temperiermodul kann dabei sowohl bodenseitig als auch deckelseitig in die Energiespeichereinheit integriert werden - bevorzugt ist zumindest deckelseitig ein solches Temperiermodul vorhanden.
Durch das Temperiermodul werden deckel- und/oder bodenseitig innerhalb der Energiespeichereinheit flächige Bauteile montiert, die den Bauraum zwischen Deckelteil und Batteriemoduloberfläche bei geschlossenem Deckelteil im Wesentlichen lückenfrei überbrücken. Hierfür kann das Temperiermodul auf seiner den Batteriemodulen zugewandten flächigen Seite derart flexibel ausgebildet sein, dass es sich in seiner Form im Wesentlichen lückenlos an die Oberfläche der zu temperierenden Batteriemodule anschmiegt beziehungsweise die Kontaktfläche zwischen Temperiermodul und Batteriemodul flächenmäßig optimiert. Die den Batteriemodulen zugewandte Bauteil- bzw. Temperiermodulseite ist mit Vorteil aus einem dünnwandigen Formteil in Form einer Folie oder eines Dünnblechs ausgeführt - besonders bevorzugt ist das Bauteil beziehungsweise die batteriemodulseitige Fläche des Temperiermoduls durch Tiefziehen hergestellt. Durch den Innendruck im Temperiersystem und damit im Temperiermodul selbst wird dafür gesorgt, dass bei allen vorgesehenen Betriebsbedingungen der Energiespeichereinheit die batteriemodulseitige dünne Wandfläche des Temperiermoduls im Wesentlichen vollflächig (d.h. mit der gesamten Kontaktfläche Temperiermodul/Batteriemo- dul) am zugeordneten Batteriemodul beziehungsweise dessen Kontaktfläche zum Temperiermodul am selbigen anliegt bzw. an dieses angeschmiegt ist.
Das Temperiermodul kann derart ausgeführt sein, dass jeweils ein einzelnes Batteriemodul, eine Batteriemoduluntergruppe mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen oder die gesamte Batteriemodulgruppe der Energiespeichereinheit zwecks Wärmeaustausch abdeckt.
Bevorzugt ist das Temperiermodul aus einer Mehrzahl von Einzeltemperiermodulen aufgebaut, die jeweils über Verbindungsleitungen für den Zu- beziehungsweise Abfluss des Temperiermediums miteinander verbunden sind und wobei jedem Einzeltemperiermodul ein entsprechendes Batteriemodul oder eine entsprechende Batteriemoduluntergruppe zugeordnet ist.
Das Temperiermodul sollte derart ausgeführt sein, dass es mit seiner flächigen, den Batteriemodulen zugekehrten Kontaktseite seitlich über diese hinausragt und dadurch eine im Hinblick auf Wärmeleitung optimierte Konstruktion darstellt.
Vorzugsweise weist das Temperiermodul beziehungsweise das jeweilige Einzeltemperiermodul in seiner flächigen, den Batteriemodulen zugekehrten Kontaktseite einen durch eine balg- federartige Ausgestaltung erzeugten Dehnungsbereich auf. Es ist sicher zu stellen, dass das Temperiermodul gas- beziehungsweise flüssigkeitsdicht ausgeführt ist. Hierfür wird das Temperiermodul vorzugsweise ausgebildet als aus einem kistenartigen Aufnahmeteil höherer Steifigkeit und einem dünnwandigem (hochfesten) Kontaktflächenteil gebildet, die mittels entsprechender Fügetechnik gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Bevorzugt kann hier die Verbindung mittels der Fügetechnik„Bördeln" (wie es in der Herstellung von Blechkonservendosen bekannt ist) erfolgen.
Das Temperiermodul kann innerhalb der Energiespeichereinheit fixiert sein, indem es über Spannelemente - wie elastische Spannbänder oder nicht elastische, über Spannmittel verspannbare Spanngurte - mit den Batteriemodulen verbunden ist.
Das Temperiermodul ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, und/oder aus Metall, insbesondere einem korrosionsbeständigen oder beschichteten Stahl, und/oder aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise einem Sandwichelement, gefertigt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Energiespeichereinheit aufweisend das erfindungsgemäße Temperiersystem und insbesondere die Mehrzahl von Batteriemodulen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Temperiersystems mit einer
Anordnung von Energiespeichermodulen einer Energiespeichereinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Figur 2 zeigt die schematische Draufsicht einer Temperiereinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt einen Teilschnitt der Energiespeichereinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt gemäß Figur 3 mit einer vergrößerten Darstellung eines Details der Temperiereinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 veranschaulicht ein mögliches Funktionsprinzip am Beispiel der Kühlung eines Batteriemoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In der folgenden Beschreibung eines bevorzugten möglichen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung als Temperiersystem für eine Energiespeichereinheit mit einer Temperiereinheit be- schrieben, wobei diese Temperiereinheit jedoch derart ausgebildet ist, dass die über sie zu temperierenden Batteriemodule bei Bedarf gekühlt und/oder oder beheizt werden können.
In Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine exemplarische Anordnung von Batteriemodulen 1 in einem Gehäuse 2 einer Energiespeichereinheit gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung dargestellt. Dabei sind in einem wannen- oder kistenartigen Aufnahmeteil 20 mit einem Gehäuseboden 21 (siehe Figur 3) und umfänglich schematisch dargestellten Gehäusewandungen 22 insgesamt drei Spalten mit jeweils zehn Batteriemodulen 1 - also insgesamt dreißig Batteriemodule 1 im dargestellten Gehäuse 2 einer Energiespeichereinheit angeordnet. Das Aufnahmeteil 20 wird dabei über ein Deckelteil 200 (siehe Figur 3) verschlossen.
Figur 2 zeigt die durch eine Temperiereinheit 3 realisierte Temperiermittelversorgung der Energiespeichereinheit in schematischer Darstellung durch Draufsicht auf eine Temperiereinheit 3. Dabei ist die Temperiereinheit 3 in modularer Bauweise ausgeführt (Temperiermodul- Temperiermodul) wobei jedem Batteriemodul 1 der Energiespeichereinheit ein separates Einzeltemperiermodul 30 der Temperiereinheit 3 zugeordnet ist. Die Einzeltemperiermodule 30 sind über Zulaufverbindungen Z und Ablaufverbindungen A, die jeweils den Zu- beziehungsweise Abfluss des Temperiermediums/-mittels gewährleisten, miteinander verbunden. Für die Zuführung des Temperiermittels sind die ersten Einzeltemperiermodule 30 einer jeden Spalte jeweils mit einem Zulaufanschluss ZA und sind die letzten Einzeltemperiermodule 30 einer jeden Spalte jeweils mit einem Ablaufanschluss AA verbunden. Durch den hierdurch geschaffenen Vorlauf von der einen Seite der Temperiereinheit 3 und den Rücklauf auf der gegenüberliegenden Seite der Temperiereinheit 3 ergeben sich im Wesentlichen gleiche Strömungswiderstände für alle angeschlossenen Einzeltemperiermodule 30 und damit wiederum eine gleichmäßige Temperierung (insbesondere oder Erwärmung).
Figur 3 zeigt die Schnittdarstellung eines Ausschnittes beziehungsweise Teilbereichs einer Energiespeichereinheit in schematischer Darstellung. Dabei sind die einzelnen Batteriemodule 1 auf dem Gehäuseboden 21 des Gehäuses 2 der Energiespeichereinheit angeordnet und über zueinander beabstandete Querträger 23 räumlich voneinander getrennt beziehungsweise innerhalb des Gehäuses 2 fixiert. Durch die Querträger 23 werden dabei einzelne nach oben offene Batteriekästen zur Aufnahme der Batteriemodule 1 gebildet. Die Querträger 23 weisen mit Vorteil ein im Querschnitt gesehen trapezförmiges Profil auf, wodurch einerseits ein geführtes Einführen der Batteriemodule 1 in das Gehäuse 2 erleichtert wird und andererseits die Batteriemodule 1 bodenseitig positioniert und gegen seitliches Verrutschen gesichert werden. Auf der dem Deckelteil 200 zugewandten Seite ist zwischen den Batteriemodulen 1 und dem Deckelteil 200 eine Temperiereinheit 3 angeordnet. Die Temperiereinheit 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel analog zu Figur 2 aus Einzeltemperiermodulen 30 aufgebaut, die über Zulaufverbindungen Z und Ablaufverbindungen A, in denen ein entsprechendes Temperiermedium geführt ist, thermisch miteinander verbunden sind. Jedes der Einzeltemperiermodule 30 (wobei im einfachsten Fall die Temperiereinheit 3 aus einem einzigen Temperiermodul 30 gebildet ist) weist ein vorzugsweise starr ausgebildetes wannenartiges Aufnahmeteil 31 auf, welches über ein flexibel und in seiner Formgebung anpassbares (anschmiegsames) Boden- oder Deckelteil 32 (im Folgenden als Deckelteil bezeichnet) gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Dabei bildet das Deckelteil 32 im montierten Zustand der Temperiereinheit 3 in der Energiespeichereinheit eine flexible Kontaktfläche (in der Art eines Wasserbettes) zu den Energiespeichermodulen 1. Wie dargestellt sind die Einzeltemperiermodule 30 derart bemessen, dass sie seitlich über die Abmessungen der Batteriemodule 1 hinaus ragen - also entsprechend größer bemessen sind, so dass ein Überstand gebildet wird durch den etwaige bauliche Toleranzen und/oder eine hierdurch bedingte Lagevarianz einzelner Batteriemodule 1 ausgeglichen werden kann, ohne Nachteile bei der Temperierung derselben hinnehmen zu müssen.
In Figur 4 ist ein Ausschnitt gemäß Figur 3 dargestellt, in dem der der Temperiereinheit 3 zugewandte Teil eines Batteriemoduls 1 nebst einem zugeordneten Einzeltemperiermodul 30 in Schnittdarstellung gezeigt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist das flexible Deckelteil 32 bereichsweise als eine Art Faltenbalg ausgebildet. Hierdurch kann die Flexibilität beziehungsweise Anschmiegbarkeit des Deckelteils 32 weiter erhöht werden. Mit Vorteil ist das Deckelteil 32 an zwei gegenüberliegenden Seiten oder komplett umlaufend in einem Teilbereich 32a als Faltenbalg ausgebildet.
Figur 5 veranschaulicht stark schematisiert die Funktionsweise eines Einzeltemperiermoduls 30, wobei das selbige in gegenüberliegenden Randbereichen über eine Zulaufleitung (im dargestellten Beispiel links) mit einem Zulaufanschluss ZA und über eine Rücklauf- oder Ablaufleitung /im dargestellten Beispiel rechts) mit einem Ablaufanschluss AA verbunden ist. Im Inneren des Einzeltemperiermoduls 30 sind die Leitungen jeweils durchgehend ausgeführt und mantelseitig mit Löchern bzw. Bohrungen versehen, so dass innerhalb des Temperiermoduls 30 ein Strömen des Temperiermediums von der Zulaufleitung durch das Temperiermodul 30 in die Rücklaufleitung gewährleistet ist. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Batteriemodul
2 Gehäuse
20 Aufnahmeteil
21 Gehäuseboden
22 Gehäusewandungen
200 Deckelteil
3 Temperiereinheit
30 Einzeltemperiermodul
31 Aufnahmeteil (Temperiermodul)
32 Deckelteil (Temperiermodul) 32a Dehnungsbereich (Balg)
ZA Zulaufanschluss
AA Ablaufanschluss

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Temperiersystem für eine elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb, mit
- einem Gehäuse (2) mit einem einen Gehäuseboden (21 ) sowie Gehäusewandungen (22) umfassenden Aufnahmeteil (20) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriemodulen (1 ) und mit einem das Aufnahmeteil (20) verschließenden Deckelteil (200),
- einer ein Temperiermedium aufnehmenden Temperiereinheit (3) zur Temperierung der Batteriemodule (1 ), wobei die Temperiereinheit (3) Anschlüsse (ZA, AA) zur Zuführung und Abführung des Temperiermediums aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Temperiereinheit (3) als separates Temperiermodul ausgebildet ist, welches zwischen dem Deckelteil (200) des Gehäuses (2) und den im Gehäuse (2) angeordneten Batteriemodulen (1 ) und/oder zwischen dem Gehäuseboden (21 ) und den im Gehäuse (2) angeordneten Batteriemodulen (1 ) angeordnet ist.
2. Temperiersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- das die Temperiereinheit (3) austauschbar ausgeführt ist.
3. Temperiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Temperiereinheit (3) auf ihrer den Batteriemodulen (1 ) zugeordneten flächigen Seite derart flexibel ausgebildet ist, dass sie sich in ihrer Form im Wesentlichen lückenlos an die Oberfläche der zu temperierenden Batteriemodule (1 ) anschmiegt beziehungsweise die Kontaktfläche zwischen Temperiereinheit und Batteriemodul (1 ) flächenmäßig optimiert.
4. Temperiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Temperiereinheit (3) eine Mehrzahl von Einzeltemperiermodulen (30) umfasst, die jeweils über Verbindungsleitungen für den Zu- beziehungsweise Abfluss des Temperiermediums miteinander verbunden sind.
5. Temperiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Temperiereinheit (3) beziehungsweise jedes Einzeltemperiermodul (30) mit ihre beziehungsweise seiner flächigen, den Batteriemodulen (1 ) zugekehrten Kontaktseite seitlich über diese hinausragt.
6. Temperiersystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Temperiermodul (3) beziehungsweise das jeweilige Einzeltemperiermodul (30) in seiner flächigen, den Batteriemodulen (1 ) zugekehrten Kontaktseite einen durch eine balgfederartige Ausgestaltung erzeugten Dehnungsbereich (32a) aufweist.
7. Temperiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das die Temperiereinheit (3) beziehungsweise jedes Einzeltemperiermodul (30) durch ein kistenartiges Aufnahmeteil (31 ) sowie ein das Aufnahmeteil (31 ) verschließendes und die Kontaktfläche mit den Batteriemodulen (1 ) bildendes flexibles Deckelteil (32) gebildet ist.
8. Temperiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- das das Aufnahmeteil (31 ) und das Deckelteil (32) der Temperiereinheit (3) beziehungsweise des jeden Einzeltemperiermoduls (30) über eine durch Bördeln hergestellte Verbindung miteinander verbunden sind.
9. Temperiersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Temperiereinheit (3) bzw. ein Einzeltemperiermodul (30) über Spannelemente, wie elastische Spannbänder oder nicht elastische Spanngurte mit den Batteriemodulen (1 ) verspannt ist.
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