WO2019086392A1

WO2019086392A1 - Batteriemodul, kuehlelement und verwendung eines solchen batteriemoduls

Info

Publication number: WO2019086392A1
Application number: PCT/EP2018/079606
Authority: WO
Inventors: Michael Giuseppe MARINO; Nils Ohmer
Original assignee: Gs Yuasa International Ltd.
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-05-09
Also published as: DE102017219552A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, wobei die Mehrzahl an Batteriezellen (2) elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet ist, und zwischen zwei Batteriezellen (2) ein Kühlelement (4) angeordnet ist, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle (2) verbunden ist, wobei innerhalb des Kühlelements (4) ein Temperierfluid (14) aufgenommen ist, welches eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80° C aufweist.

Description

Beschreibung Titel

Batteriemodul, Kühlelement und Verwendung eines solchen Batteriemoduls Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul nach Gattung des

unabhängigen Anspruchs.

Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kühlelement eines Batteriemoduls.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch die Verwendung eines Batteriemoduls zur Kühlung einer einen sicherheitskritischen Temperaturwert überschreitenden Batteriezelle.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können.

Zum Betrieb von Batteriezellen in einem bevorzugten Temperaturbereich ist es dazu weiterhin bekannt, dass Batteriemodule ein Kühlsystem umfassen können, welches insbesondere dafür sorgen soll, dass die Batteriezellen eine

vorgegebene Temperatur nicht überschreiten.

Solche Kühlsysteme führen üblicherweise zu einer Reduktion der Energiedichte des Batteriemoduls.

Überschreiten die Batteriezellen hingegen diese vorgegebene

sicherheitskritische Temperatur kann dies zu einem als„thermal runaway" bezeichneten Durchgehens der Batteriezelle führen, was zu erheblichen

Sicherheitsrisiken führt.

Weiterhin kann dies wiederrum zu einem„thermal runaway" benachbarter Batteriezellen, einer sogenannten„Propagation" führen.

Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Ein solches Durchgehen der Batteriezelle kann beispielsweise auf internen Kurzschlüssen innerhalb der Batteriezelle, auf überhöhten Stromflüssen oder auf einer überhöhten Aufladung beruhen.

Das Durchgehen der Batteriezelle kann dabei zu einem Überhitzten der

Batteriezelle führen, wodurch innerhalb der Batteriezelle ablaufende exotherme chemische Reaktionen weiter beschleunigt werden und schließlich zu einem Feuer oder einer Explosion der Batteriezelle und auch des gesamten

Batteriemoduls führen können.

Aus der Druckschrift DE 102007024869 ist ein Batteriemodul bekannt, bei welchem die Batteriezellen gekühlt werden können.

Offenbarung der Erfindung

Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass auf einfache Weise die

Sicherheit des Batteriemoduls erhöht werden kann.

Insbesondere kann damit eine Propagation einer Batteriezelle verhindert werden, wodurch auch die Sicherheit weiter erhöht werden kann.

Des Weiteren wird mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Batteriemoduls die geometrische Energiedichte gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Batteriemodulen nicht erhöht.

Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt.

Die Batteriezellen sind dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet.

Des Weiteren ist die Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet.

Weiterhin ist zwischen zwei Batteriezellen ein Kühlelement angeordnet, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle verbunden ist.

Insbesondere ist das Kühlelement dabei wärmeleitend mit einer der zwei Batteriezellen verbunden und bevorzugt mit den beiden Batteriezellen

wärmeleitend verbunden. Innerhalb des Kühlelements des Batteriemoduls ist dabei ein Temperierfluid aufgenommen.

Das Temperierfluid weist dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C auf.

Bevorzugt weist das Temperierfluid dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C auf.

Insbesondere weist das Temperierfluid dabei eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf.

Weiterhin kann die Verdampfungstemperatur auch einen Wert zwischen und 0 °C 80 °C aufweisen, und insbesondere oberhalb von 0° C aufweisen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen

Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

An dieser Stelle soll unter„Propagation" ein Verhindern des weiteren Erwärmens einer eine bestimmte, sicherheitskritische Temperatur überschreitenden

Batteriezelle verstanden sein.

Somit kann diese wieder in einen unkritischen Zustand überführt werden und ein Durchgehen der Batteriezelle verhindert werden.

Weiterhin soll unter„Propagation" an dieser Stelle auch das Verhindern eines Erwärmens einer Batteriezelle, welche benachbart zu einer Batteriezelle angeordnet ist, die eine bestimmte, sicherheitskritische überschritten Temperatur hat, verstanden sein.

Insbesondere bietet ein erfindungsgemäßes Batteriemodul den Vorteil, dass eine zuverlässige Möglichkeit zur Kühlung der Mehrzahl an Batteriezellen geschaffen wird, welche auf einfache Weise und ohne zusätzlichen Bauraum zu

beanspruchen in das Batteriemodul integriert werden kann und insbesondere welche auch zusätzlich zu bereits vorhandenen Kühlelementen angeordnet werden kann. Des Weiteren kann mittels eines solchen Kühlelements auch die Sicherheit des Batteriemoduls erhöht werden, wobei es möglich ist, einen Propagationsschutz und ein Kühlsystem miteinander zu kombinieren. Dabei ist es möglich, dass der Phasenübergang des Temperierfluids von fest nach gasförmig oder von flüssig nach gasförmig bei einer Temperatur unterhalb einer sicherheitskritischen Temperatur der Batteriezelle abläuft und diese somit kühlen kann, insbesondere bevor ein sicherheitskritischer Zustand erreicht wird. An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass die jeweilige

Verdampfungstemperatur in Abhängigkeit des Drucks des Temperierfluids innerhalb des Kühlelements gewählt ist.

Von Vorteil ist es dabei, wenn das Kühlelement unmittelbar mechanisch kontaktierend mit der Batteriezelle angeordnet ist.

Insbesondere ist das Kühlelement dabei unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem Batteriezellengehäuse der Batteriezelle angeordnet, wobei in dem Batteriezellengehäuse die elektrochemischen Komponenten der Batteriezelle aufgenommen sind.

Somit ist es möglich, eine zuverlässige Kühlung der Batteriezelle auszubilden, da aufgrund der unmittelbaren mechanischen Kontaktierung eine hohe

Wärmeleitfähigkeit ausgebildet werden kann.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Batteriemodul weiterhin ein weiteres Kühlelement, welches insbesondere als eine Kühlplatte ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist dabei das weitere Kühlelement unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement des Batteriemoduls verbunden.

Somit ist es möglich, die Kühlwirkung des Kühlelements mittels einer

wärmeleitenden Verbindung mit einem weiteren Kühlelement zu erhöhen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, das Kühlelement alleine in dem Batteriemodul anzuordnen, ohne ein weiteres Kühlelement vorzusehen.

Vorteilhafterweise umfasst das Kühlelement zumindest einen Temperierkanal. Dabei ist der Temperierkanal beispielsweise zu einer Durchströmung mit dem Temperierfluid ausgebildet. Dabei ist der Temperierkanal beispielsweise zu einer Aufnahme des

Temperierfiuids ausgebildet.

Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Ausführungsformen zur Verfügung zu stellen, welche an die jeweiligen Anforderungen an das Kühlelement angepasst werden können.

Insbesondere ist die Mehrzahl an Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls nebeneinander angeordnet. Dabei sind jeweils zwei

Batteriezellen bevorzugt mit den jeweilig größten Seitenflächen benachbart zueinander angeordnet.

Insbesondere ist das Kühlelement zwischen zwei Batteriezellen angeordnet und weiterhin wärmeleitend und bevorzugt auch unmittelbar kontaktierend mit jeweils einer der größten Seitenfläche der beiden Batteriezellen verbunden.

Somit kann eine zuverlässige Wärmeübertragung ausgebildet werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst das

Kühlelement weiterhin zumindest ein Sicherheitsventil.

Dabei ist das Sicherheitsventil in der Art ausgebildet, dass dieses bei

Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnet.

Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass bei einem Überschreiten der Verdampfungstemperatur des Temperierfiuids, welches innerhalb des

Kühlelements aufgenommen ist, aufgrund eines Phasenübergangs von flüssig nach gasförmig oder von fest nach gasförmig sich entwickelndes Gas aus dem Kühlelement entweichen kann.

Somit kann beispielsweise der aufgrund der Verdampfung des Temperierfiuids erzeugte Innendruck für ein Öffnen des Sicherheitsventils sorgen.

Hierzu ist eine ausreichende Druckerhöhung nötig.

Hierzu sei an dieser Stelle noch bemerkt, dass das Sicherheitsventil bevorzugt in der Art ausgebildet ist, dass dieses ohne die Notwendigkeit einer elektronischen oder mechanischen Steuerung bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur öffnet.

Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil, beispielsweise bei einem

Überschreiten einer bestimmten sicherheitskritischen Temperatur der

Batteriezelle zum Beispiel aufgrund eines Durchgehens der Batteriezelle, selbstständig und ohne eine elektronische oder mechanische Steuerung, wodurch aufgrund einer endothermen Verdampfung des Temperierfluids die Temperatur des Kühlelements verringert oder konstant gehalten werden kann, und wodurch somit die Batteriezellen gekühlt werden können.

An dieser Stelle sei hierzu noch angemerkt, dass ein Phasenübergang des Temperierfluids nach gasförmig zu einem Druckanstieg innerhalb des

Kühlelements führen kann.

Somit ist es beispielsweise möglich, ein erstes Durchgehen einer Batteriezelle der Mehrzahl an Batteriezellen zu verhindern, da eine räumlich nahe Kühlung der jeweiligen Batteriezelle möglich ist.

Des Weiteren ist auch auf zuverlässige Weise eine Verhinderung der

Ausbreitung des thermischen Durchgehens auf weitere Batteriezellen möglich. Des Weiteren sind die Sicherheitsventile derart angeordnet, dass ein

ausströmendes Gases ungehindert expandieren kann.

Vorteilhafterweise ist das zumindest eine Sicherheitsventil an einer von einer größten Seitenfläche des Kühlelements verschiedenen Seitenfläche des

Kühlelements angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass das Kühlelement derart angeordnet werden kann, dass deren jeweils größten Seitenflächen, welche auch unmittelbar gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wärmeleitend und bevorzugt auch unmittelbar mechanisch kontaktierend mit den Batteriezellen angeordnet werden können.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine

Sicherheitsventil in der Art angeordnet, dass das zumindest eine

Sicherheitsventil stets einer Batteriezelle angeordnet ist.

Beispielsweise kann das zumindest eine Sicherheitsventil dabei näher zu einer Batteriezelle angeordnet sein, als zu einer anderen Batteriezelle.

Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kühlelement insbesondere eines eben beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriemoduls.

Dabei ist das Kühlelement zu einer Anordnung zwischen zwei Batteriezellen eines Batteriemoduls ausgebildet. Weiterhin ist innerhalb des Kühlelements ein Temperierfluid aufgenommen, welches eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C aufweist.

Bevorzugt weist das Temperierfluid eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C auf.

Insbesondere weist das Temperierfluid eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf.

Weiterhin kann das Temperierfluid auch eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 0° und 80° C aufweisen, und insbesondere oberhalb von 0 °C aufweisen.

Selbstverständlich ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Kühlelement mit allen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul beschriebenen Weiterbildungen weiterzubilden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriemoduls.

Dabei wird das Kühlelement in der Art ausgebildet, dass eine Batteriezelle der Mehrzahl an Batteriezellen, welche einen Wert der Temperatur aufweist, welche oberhalb eines bestimmten sicherheitskritischen Wertes für die Batteriezelle liegt, gekühlt wird.

Somit ist es möglich, mit der Verwendung des erfindungsgemäßen

Batteriemoduls die Sicherheit des Batteriemoduls weiter zu erhöhen, da insbesondere eine thermische Propagation aufgrund des Durchgehens einer

Batteriezelle verhindert oder verlangsamt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt

Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,

Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,

Figur 3 in einer Schnittansicht von der Seite eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,

Figur 4 in einer Schnittansicht von der Seite eine zweite

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,

Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,

Figur 6 in einer perspektivischen Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements,

Figur 7 eine erste Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen

Batteriezelle und

Figur 8 eine zweite Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle. Die Figur 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.

Das Batteriemodul 1 weist eine Mehrzahl an Batteriezellen 2 auf, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.

Die Mehrzahl an Batteriezellen 2 ist dabei mittels Zellverbindern 3 elektrisch leitend miteinander verschaltet, wobei das in der Figur 1 gezeigte

Ausführungsbeispiel eine elektrisch serielle Verschaltung der einzelnen

Batteriezellen 2 miteinander zeigt.

Insbesondere weisen die Batteriezellen 2 jeweils ein Batteriezellengehäuse 21 auf, in welchen die elektrochemischen Komponenten der Batteriezellen 2 angeordnet sind.

Weiterhin weisen die Batteriezellen 2 jeweils Spannungsabgriffe 22 auf, welche elektrisch leitend mit den Zellverbindern 3 verbunden sind.

Weiterhin weist das Batteriemodul 1 Kühlelemente 4 auf, welche jeweils zwischen zwei Batteriezellen 2 angeordnet sind.

Die Kühlelemente 4 sind dabei wärmeleitend mit einer Batteriezelle 2 verbunden. Weiterhin ist, wie später noch beschrieben wird, innerhalb des Kühlelements 4 ein Temperierfluid aufgenommen.

Die Kühlelemente 4 sind, wie aus der Figur 1 zu erkennen ist, jeweils unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einer jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet.

Insbesondere sind die Kühlelemente 4 gemäß dem in der Figur 1 gezeigten

Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 jeweils unmittelbar mechanisch kontaktierend mit dem Batteriezellengehäuse 21 der jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet. Des Weiteren zeigt die Figur 1, dass das Batteriemodul 1 weiterhin ein weiteres

Kühlelement 5 umfassen kann.

Dabei kann das weitere Kühlelement 5 gemäß dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 1 beispielsweise als eine Kühlplatte 6 ausgebildet sein. Dabei ist das weitere Kühlelement 5 und insbesondere die Kühlplatte 6 unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement 4 verbunden.

Beispielsweise kann dies unmittelbare wärmeleitende Kontakt zwischen dem weiteren Kühlelement 5 und insbesondere der Kühlplatte 6 sowie dem

Kühlelement 4 aufgrund eines unmittelbaren mechanischen Kontakt ausgebildet sein oder auch durch gemeinsam ausgebildete Temperierkanäle.

Die Mehrzahl an Batteriezellen 2 ist dabei in einer Längsrichtung 7 des

Batteriemoduls 1 nebeneinander angeordnet.

Weiterhin sind jeweils zwei Batteriezellen 2 mit ihren größten Seitenflächen 8 jeweils benachbart zueinander angeordnet.

Dabei ist weiterhin zu erkennen, dass die Kühlelemente 4 jeweils auch unmittelbar benachbart und bevorzugt auch mechanisch kontaktierend zu den größten Seitenflächen 8 der Batteriezellen 2 angeordnet sind.

An dieser Stelle sei schon einmal bemerkt, dass die Kühlelemente 4

Sicherheitsventile 9 umfassen können, welche bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder einer bestimmten Temperatur öffnen, so dass innerhalb des Kühlelements 4 sich befindliches Gas entweichen kann, wobei die

Sicherheitsventile 9 später noch beschrieben werden.

Die Sicherheitsventile 9 sind dabei, wie aus der Figur 1 zu erkennen ist, an einer Seitenfläche 10 des Kühlelements 4 angeordnet.

Dabei ist die Seitenfläche 10 von einer größten Seitenfläche des Kühlelements verschiedenen. Die größte Seitenfläche des Kühlelements 4 ist dabei unmittelbar benachbart und insbesondere auch mechanisch kontaktierend mit der größten Seitenfläche 8 der jeweiligen Batteriezelle 2 angeordnet.

Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.

Dabei unterscheidet sich die in der Figur 2 gezeigte zweite Ausführungsform des Batteriemoduls 1 von der in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 1 zum einen dadurch, dass bei dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ein weiteres Kühlelement 5 angeordnet ist, worauf bei dem in der Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel verzichtet ist. Zum anderen unterscheidet sich die der Figur 2 gezeigte zweite

Ausführungsform des Batteriemoduls 1 von der in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 1 dadurch, dass bei dem in der Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel zwischen zwei Batteriezellen 2 stets ein Kühlelement 4 angeordnet ist, wohingegen bei dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in der Längsrichtung 7 alternierend zwischen zwei Batteriezellen 2 ein Kühlelement 4 angeordnet ist und zwischen zwei

Batteriezellen 2 kein Kühlelement 4 angeordnet ist.

Selbstverständlich ist es möglich, die beiden Ausführungsformen auch miteinander zu kombinieren.

Sowohl in der Figur 1 als auch der Figur 2 sind durch mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Pfeile Kühlströme exemplarisch gezeigt, welche verdeutlichen sollen, dass mittels der Kühlelemente 4 eine zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der Mehrzahl an Batteriezellen 2 ausgebildet ist.

An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die Pfeile mit dem Bezugszeichen 11 entgegen der Richtung der Wärmeströme, welche von der Mehrzahl an

Batteriezellen 2 auf die Kühlelemente 4 übertragen werden, zeigen und einzig einer Verdeutlichung der gleichmäßigen und effizienten Kühlung dienen sollen.

Die Figur 3 zeigt in einer Schnittansicht von der Seite eine erste

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4, welches insbesondere ein Kühlelement 4 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 gemäß den Figuren 1 oder 2 ist.

Insbesondere ist dabei der Blick auf eine größte Seitenfläche 12 des

Kühlelements 4 gezeigt, welche unmittelbar benachbart und bevorzugt auch mechanisch kontaktierend mit der größten Seitenfläche 8 der jeweiligen

Batteriezelle 2 angeordnet wird. Zu einer Verdeutlichung sind weiterhin auch die Seitenflächen 10 eingezeichnet, welche von der größten Seitenfläche 12 verschieden sind.

Bei dem in der Figur 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Kühlelements 4 weist das Kühlelement 4 einen Temperierkanal 13 auf, welcher von einem Temperierfluid 14 durchströmt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausbildung des Temperierkanals 13 beschränkt, sondern es sind auch weitere

Gestaltungsmöglichkeiten denkbar.

Weiterhin kann der Strömungskanal 13 auch mit einer in der Figur 1 gezeigten Kühlplatte 6 fluidleitend verbunden sein.

Weiterhin ist aus der Figur 3 zu erkennen, dass die Sicherheitsventile 9 in der Art angeordnet sind, dass diese mit dem Temperierkanal 13 in der Art verbunden sind, dass sich innerhalb des Temperierkörpers 13 bildendes Gas mittels der Sicherheitsventile 9 aus dem Temperierkanal 13 entweichen kann.

Die Figur 4 zeigt in einer Schnittansicht von der Seite eine zweite

Insbesondere unterscheidet sich die in der Figur 4 gezeigte zweite

Ausführungsform des Kühlelements 4 von der in Figur 3 gezeigten ersten Ausführungsform des Kühlelements 4 dadurch, dass das Kühlelement 4 gemäß Figur 4 im Gegensatz zu dem in der Figur 3 gezeigten ersten

Ausführungsbeispiel des Kühlelements 4 ein Innenraum 15 ausbildet, in welchem das Temperierfluid 14 aufgenommen ist.

Der Innenraum 15 kann dabei auch als Reservoir 16 bezeichnet sein und ist insbesondere in der Art ausgebildet, dass eine gleichmäßige Verteilung des Temperierfluids 14 über das gesamte Kühlelement 4 möglich ist. Auch hierbei ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausbildung des Innenraums 15 beschränkt ist, sondern auch weitere

Gestaltungsmöglichkeiten denkbar sind. Weiterhin ist aus der Figur 4 zu erkennen, dass die Sicherheitsventile 9 in der Art angeordnet sind, dass diese mit dem Innenraum 15 in der Art verbunden sind, dass sich innerhalb des Innenraums 15 bildendes Gas mittels der

Sicherheitsventile 9 aus dem Temperierkanal 13 entweichen kann.

Das in den Figuren 3 und 4 zu erkennende Temperierfluid 14 weist eine

Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80 °C auf.

Bevorzugt weist das Temperierfluid 14 eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert zwischen 50 Grad 80 °C auf.

Insbesondere weist das Temperierfluid 14 eine Verd am pf u ngstem peratu r mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C auf.

Überschreitet eine Batteriezelle 2, welche wärmeleitend mit dem Kühlelement 4 verbunden ist, eine sicherheitskritische Temperatur für die jeweilige Batteriezelle 2, so führt die von der Batteriezelle 2 auf das Kühlelement 4 übertragene Wärme dazu, dass die Verdampfungstemperatur des Temperierfluids 14 überschritten wird.

Dadurch verdampft das Temperierfluid 14 und geht somit zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand über, wobei jeweilige Verdampfungsenthalpie die von der Batteriezelle 2 abgegebene Wärme aufnehmen kann und somit die

Batteriezelle 2 kühlen kann.

Der gasförmige Anteil des Temperierfluids 14 kann mittels der Sicherheitsventile 9 entweichen.

Die Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4.

Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 gleichmäßig über kleinste

Seitenflächen 10 verteilt, wobei hier insbesondere darunter verstanden sein soll, dass die Sicherheitsventile 9 in der Längsrichtung 7 mit einem gleichen Abstand von den benachbarten Batteriezellen 2 angeordnet sind.

Die Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlelements 4.

Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 an der vorderen Seitenfläche 101 gleichmäßig über die vordere Seitenfläche 101 verteilt, und insbesondere analog zu Figur 5, angeordnet.

Dabei sind die gezeigten Sicherheitsventile 9 an der oberen Seitenfläche 102 in der Art angeordnet, dass die Sicherheitsventile 9 stets einer Batteriezelle 2 zugeordnet werden können.

Insbesondere sind die mit dem Bezugszeichen 91 bezeichneten

Sicherheitsventile 9 einer rechts von dem Kühlelement 4 angeordneten

Batteriezelle 2 zugeordnet und die mit dem Bezugszeichen 92 bezeichneten Sicherheitsventile 9 einer links von dem Kühlelement 4 angeordneten

Batteriezelle 2 zugeordnet.

Dabei ist in den Figuren 5 und 6 noch einmal zu erkennen, dass die

Sicherheitsventile 9 jeweils an einer kleinsten Seitenfläche 10 angeordnet sind, welche von einer größten Seitenfläche 12 des Kühlelements 4 verschiedenen sind.

Die Figur 7 zeigt eine erste Möglichkeit einer Kühlung einer sicherheitskritischen Batteriezelle 200, welche beispielsweise eine Temperatur oberhalb eines sicherheitskritischen Werts aufweist, was in der linken Darstellung der Figur 7 angedeutet sein soll.

In der rechten Darstellung der Figur 7 ist zu erkennen, dass das Temperierfluid 14 verdampft und somit die Batteriezelle 200 gekühlt werden kann.

Dabei öffnen die Sicherheitsventile 9 an den Seitenflächen 10. An dieser Stelle sei hierzu angemerkt, dass das Kühlelement 4 insbesondere gemäß Figur 5 ausgebildet ist.

Die Figur 8 zeigt eine zweite Möglichkeit einer Kühlung einer

sicherheitskritischen Batteriezelle 200, welche beispielsweise eine Temperatur oberhalb eines sicherheitskritischen Wertes aufweist, was in der linken Darstellung der Figur 8 angedeutet sein soll.

In der rechten Darstellung der Figur 8 ist zu erkennen, dass Temperierfluid 14 entweicht, und somit die Batteriezelle 200 gekühlt werden kann.

Dabei öffnen die Sicherheitsventile 91 an der oberen Seitenfläche 102 und die Sicherheitsventile 9 an der vorderen Seitenfläche 10.

An dieser Stelle sei hierzu angemerkt, dass das Kühlelement 4 insbesondere gemäß Figur 6 ausgebildet ist.

Des Weiteren kann selbstverständlich auch durch die Sicherheitsventile 9 ausfließendes, flüssiges Temperierfluid 14 zu einer Kühlung beitragen.

Insgesamt sei an dieser Stelle noch bemerkt, dass alle gezeigten

Ausführungsbeispiele lediglich einer Beschreibung der Erfindung dienen und insbesondere auch miteinander kombiniert werden können.

Claims

Ansprüche

1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2),

insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, wobei

die Mehrzahl an Batteriezellen (2) elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet ist, und

zwischen zwei Batteriezellen (2) ein Kühlelement (4) angeordnet ist, welches wärmeleitend mit einer Batteriezelle (2) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

innerhalb des Kühlelements (4) ein Temperierfluid (14) aufgenommen ist, welches

eine Verdampfungstemperatur mit einem Wert unterhalb von 80° C aufweist, bevorzugt mit einem Wert zwischen 50 °C und 80 °C aufweist und

insbesondere mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C aufweist.

2. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kühlelement (4) unmittelbar mechanisch kontaktierend mit der Batteriezelle (2) angeordnet ist, insbesondere unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem Batteriezellengehäuse (21) der Batteriezelle (2) angeordnet ist.

3. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass

das Batteriemodul (1) weiterhin ein weiteres Kühlelement (5),

insbesondere eine Kühlplatte (6), umfasst, welches

insbesondere unmittelbar wärmeleitend mit dem Kühlelement (4) verbunden ist.

4. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

das Kühlelement (4) zumindest einen Temperierkanal (13) umfasst, welcher zu einer Durchströmung mit dem Temperierfluid (14) ausgebildet oder welcher zu einer Aufnahme des Temperierfluids (14) ausgebildet ist.

5. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Mehrzahl an Batteriezellen (2) in einer Längsrichtung (7) des Batteriemoduls (1) nebeneinander angeordnet ist, und weiterhin

jeweils zwei Batteriezellen (2) mit den jeweiligen größten Seitenflächen (8) benachbart zueinander angeordnet sind.

6. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

das Kühlelement (4) weiterhin zumindest ein Sicherheitsventil (9) umfasst, welches bei

7. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das zumindest Sicherheitsventil (9) an einer von einer größten Seitenfläche (12) des Kühlelements (4) verschiedenen Seitenfläche (10) des Kühlelements (4) angeordnet ist.

8. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das zumindest eine Sicherheitsventil (9) derart angeordnet ist, dass

das zumindest eine Sicherheitsventil (9, 91, 92) stets einer Batteriezelle (2) zugeordnet ist.

9. Kühlelement eines Batteriemoduls (1) insbesondere eines

Batteriemoduls (1) gemäß der Ansprüche 1 bis 8, wobei

das Kühlelement (4) zu einer Anordnung zwischen zwei Batteriezellen (2) eines Batteriemoduls (1) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

insbesondere mit einem Wert zwischen 60 °C und 70 °C aufweist.

10. Verwendung eines Batteriemoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis

8,

wobei das Kühlelement (4) in der Art ausgebildet wird, dass eine Batteriezelle (2) der Mehrzahl an Batteriezellen (2), welche einen Wert der Temperatur aufweist, welcher oberhalb eines bestimmten sicherheitskritischen Temperaturwertes für die Batteriezelle (2) liegt, gekühlt wird.