WO2019121570A1 - Kühlmodul für einen zellstapel und ein zellstapel - Google Patents

Kühlmodul für einen zellstapel und ein zellstapel Download PDF

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Björn BETZ
Martina BULAT
Stefan Dwenger
Matthias BIEGERL
Melanie KEMNITZ
Christian WÖRSDÖRFER
Holger Keller
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Elringklinger Ag
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Definitions

  • the present invention relates inter alia to the field of battery devices, which in particular have cells stacked along a stacking direction. Depending on a required capacity and performance of the battery device, cooling of the cells is inevitable. For this purpose, in particular cooling modules are used.
  • the object of the present invention is to refine existing battery devices and components thereof in the sense of a simplified production and an optimized mode of operation.
  • a cooling module for a cell stack in particular an accumulator cell stack, comprises a cooling element for receiving and passing a cooling medium.
  • the cooling element is used in particular for cooling one or more cells of the cell stack, but can also be used to heat one or more cells of the cell stack, for example, to quickly bring the cell stack in an initial phase to an optimal operating temperature or to freeze the cells in very cold Avoid ambient temperatures.
  • the cooling element preferably comprises two plate-shaped, flexible layers forming an outer shell of the cooling element.
  • the plate-shaped, flexible layers of the cooling element are aligned substantially parallel to one another and extend in particular each substantially along a plane which is aligned transversely, in particular perpendicular, to a stacking direction.
  • the layers are preferably fluid-tightly connected to each other in a peripheral edge region and surround an interior of the cooling element.
  • the peripheral edge region is preferably in a direction perpendicular to
  • Stacking direction extending plane and / or is substantially rectangular.
  • the cooling element is formed substantially rectangular and / or cuboid.
  • the cooling element is preferably a flexible cooling bag.
  • the cooling element is preferably variable in thickness, that is to say that a distance between the two layers may vary from one another.
  • the two layers of a cooling element which form an outer shell of the cooling element, are welded tight in the peripheral edge region and / or are joined together and / or sealed by molding with plastic.
  • the layers are preferably directly connected to one another in the edge region.
  • the layers are preferably directly adjacent to each other.
  • a plate-shaped flexible layer of the cooling element or both plate-shaped flexible layers of the cooling element comprise a metallic sheet or are formed therefrom.
  • a material thickness of the layers is at most approximately 0.5 mm, for example at most approximately 0.3 mm, in particular approximately 0.25 mm.
  • the material thickness results in particular as the sum of a carrier material, for example a metallic sheet, and an optional
  • each layer may, for example, be provided with a coating.
  • a coating is, in particular, an insulation layer for electrical insulation and / or a layer which increases adhesion to a cell.
  • a plate-shaped flexible layer of the cooling element or both plate-shaped flexible layers of the cooling element are formed from or comprise a plastic material, in particular an organic sheet.
  • the cooling element comprises one or more spacers in a heat transfer region of the cooling element to avoid a two-dimensional contact of the two layers.
  • a heat transfer area is in particular a central area of the cooling element which is arranged at a distance from the edge area.
  • the one or more spacers preferably have a maximum extent along a thickness direction and / or along a stacking direction which is at most about 60%, more preferably at most about 40%, for example at most about 25%, corresponds to a thickness of the cooling element in the heat transfer region, in particular when the cooling element is in a state in which the outer shell forming layers of the cooling element in the heat transfer region are flat and substantially parallel to each other.
  • the layers, in particular in the heat transfer region are preferably neither concave nor convex.
  • the one or more spacers are shaped as one or more projections in one or both layers of the cooling element.
  • this can be achieved by a selective investment of a layer on the other system to affect a flow cross section between the two layers as little as possible.
  • one or more spacers by structuring, in particular a
  • the two layers, which form the outer shell of the cooling element, are preferably at least approximately mirror-symmetrical with respect to a center plane of the cooling element, along which the two layers rest against one another in the edge region.
  • the two layers are formed identically with one another and are arranged only in different rotational orientations in order ultimately to be connected to one another.
  • the layers each have a connection for supplying cooling medium and / or a connection for discharging cooling medium
  • a nozzle may be provided, which is part of a feed channel for supplying cooling medium to the interior of the cooling element.
  • a nozzle may be provided, which is part of a discharge channel for discharging cooling medium from the cooling element.
  • One or more nozzles, in particular all nozzles are preferably formed as introduced into the respective position passage opening.
  • Each of these passage openings is preferably surrounded by a collar-shaped projection formed out of the position.
  • Each layer together with the nozzle arranged in it or thereon is thus in particular in one piece, for example in a single production step, with the connecting pieces.
  • a punching process, embossing process and / or deep-drawing process for shaping a layer together with the neck can be provided.
  • the collar-shaped protrusions of the connecting pieces are also referred to below as “collars" in a simplified manner.
  • each nozzle preferably protrudes away from the interior of the cooling element.
  • the collar comprises a cylindrical portion, preferably a circular cylindrical portion.
  • a rotation axis, with respect to which the collar is preferably rotationally symmetrical, is preferably arranged perpendicular to two main extension directions of the layers, perpendicular to a center plane of the cooling element and / or parallel to a stacking direction.
  • the feed opening and the discharge opening are preferably arranged on mutually opposite positions of the peripheral edge region of the cooling element.
  • the feed opening and the discharge opening are arranged diagonally opposite each other.
  • the layers in an edge region, in which the layers are connected to one another have recesses, indentations and / or through-openings for the form-fitting fixing of a carrier element.
  • the layers are preferably connected to one another in a fluid-tight manner.
  • an interior of the cooling element is preferably not accessible through the recesses, indentations and / or through-openings.
  • the interior comprises a distribution channel extending from a supply opening and / or a collection channel extending to a discharge opening, wherein between the supply opening and the discharge opening, in particular between the distribution channel and the collecting channel, a heat transfer region of the cooling module is formed.
  • the distribution channel and the collection channel are preferably arranged parallel to each other.
  • the distribution channel and the collection channel are arranged and / or formed on opposite sides of a heat transfer region of the cooling module.
  • the distribution channel and / or the collection channel may in particular be lateral stops for the cell in the case of an (undesired) movement thereof relative to the cooling element.
  • a cell connection or both cell connections of at least one cell are routed via a distribution channel.
  • the one or both cell connections are then in particular by means of
  • the distribution channel is designed to be tapered along the flow direction of the cooling medium.
  • the collecting channel is designed widening along the flow direction of the cooling medium.
  • a heat transfer region of the cooling element preferably has a spatially and / or temporally average thickness (extension along the thickness direction and / or stacking direction) of at most approximately 20 mm, for example at most approximately 15 mm, in particular at most approximately 10 mm, in a thickness direction , on.
  • the cooling module is particularly suitable for use in a cell stack and is there preferably the tempering of cells, in particular accumulator cells.
  • the cell stack is therefore in particular an accumulator cell stack.
  • the present invention therefore also relates to a cell stack, which comprises in particular:
  • cooling modules in particular cooling modules according to the invention, for
  • the cells and the cooling modules are preferably stacked along a stacking direction, in particular alternately.
  • an alternating stacking means that along the stacking direction one, two or more than two cells, then one, two or more than two cooling modules, then again one, two or more than two cells, then one, two or more two additional cooling modules, etc.
  • A denotes a cooling module and "B" a cell.
  • the cells of the cell stack are in particular so-called pouch cells and / or prismatic cells.
  • a pouch cell is understood in particular to mean a cell which comprises an outer shell made of a metal, in particular a metallic material,
  • the material of the outer shell in particular a metallic foil, is preferably welded in an edge region.
  • a pouch cell is preferably bag-shaped. It may be favorable if a pouch cell in a plan view, in particular parallel to a stacking direction, is substantially rectangular.
  • a pouch cell has a thickness parallel to a stacking direction which is at most about 30%, preferably at most about 20%, of a width of the pouch cell perpendicular to a stacking direction.
  • a prismatic cell preferably comprises an electrode stack which in each case comprises a plurality of plate-shaped electrodes.
  • Plate-shaped electrodes of a prismatic cell extend
  • Pouch cells and / or prismatic cells are in particular cells according to DIN 91252.
  • cooling elements are connected to one another in a fluid-efficient manner by means of connecting elements.
  • the connecting elements are preferably plug-in elements.
  • connection elements each have two connection sections arranged and / or formed at opposite ends of the respective connection element.
  • connection section is preferably fixed to a respective cooling element.
  • connection section is preferably designed to be substantially complementary to a connection piece arranged and / or formed on the respective cooling element.
  • each connection portion is fixed or fixable by insertion into the nozzle on the respective cooling element.
  • the connecting elements form positioning elements, by means of which the cooling elements can be positioned along the stacking direction and / or in one or two directions perpendicular to the stacking direction.
  • the connecting elements further preferably form support elements for supporting the cooling elements toward each other along the stacking direction.
  • the connecting elements in particular have one or more supporting rings, which are designed, for example, as positioning projections projecting radially outwards.
  • a connecting element preferably comprises a main body, which is in particular a plastic injection-molded component.
  • the main body is substantially rotationally symmetrical and comprises one, two or more than two annular grooves for receiving one or more sealing elements, in particular sealing rings, for example O-rings.
  • Two cooling elements connected to one another by means of a connecting element abut, in particular, against contact surfaces of the support ring of the connecting element facing away from one another and are thereby positioned relative to one another along the stacking direction.
  • a predetermined distance between the two cooling elements can be ensured at least in the area of the connecting piece.
  • a connecting piece of a cooling element is preferably positioned by means of a connecting element relative to the neck of the further cooling element so that the two connecting pieces and the connecting element a have common axis of rotation, wherein the axis of rotation in particular runs parallel to the stacking direction.
  • the cooling elements together with the connecting elements form at least one feed channel for supplying cooling medium to the cooling elements and / or at least one discharge channel for discharging cooling medium from the cooling elements.
  • Both the at least one feed channel and the at least one discharge channel are preferably of substantially linear design and / or aligned at least approximately parallel to the stacking direction.
  • the at least one feed channel and / or the at least one discharge channel are preferably guided past the cells arranged between the cooling elements.
  • the cells are preferably dimensioned such that they can be substantially completely covered by the heat transfer region of the cooling elements.
  • the present invention further relates to a cooling module, which comprises a cooling element for receiving and passing a cooling medium.
  • the cooling module comprises a carrier element on which the cooling element is fixed, wherein the carrier element is or comprises a plastic injection-molded element, in particular, which is fixed to the same by injection molding on the cooling element.
  • the cooling element is thus in particular an insert, which is encapsulated with plastic during manufacture of the support element.
  • the carrier element is preferably a frame element, which surrounds the cooling element in an annular manner at its edge region.
  • Ring-shaped refers in particular to a closed mold.
  • a rectangular cross section of the frame element and / or the cooling element taken substantially perpendicular to a stacking direction is provided.
  • the carrier element comprises one or more, for example, four, corner elements, which are in particular molded directly onto the cooling element.
  • the corner elements are preferably intrinsically inflexible and preferably have a reinforcing structure.
  • corner elements are fixed to the cooling element without the possibility of a relative movement relative to the cooling element.
  • One or more corner elements preferably comprise a reinforcing structure such that the one or more corner elements withstand a compressive force acting along the stacking direction.
  • one or more corner elements are provided with inserts and / or inlays.
  • a sleeve designed as an insert or inlay can be provided which serves to receive a tensioning element, in particular a tensioning rod of a tensioning device.
  • the support element comprises one or more stack areas, by means of which a plurality of identical carrier elements along a stacking direction are stackable.
  • the one or more stack areas are in particular integrated into the one or more corner elements. It may be favorable if a stack of carrier elements can be produced by means of a plurality of carrier elements of a plurality of cooling modules.
  • a stack of carrier elements and / or a cell stack can be produced by using a plurality of identical cooling modules, a plurality of structurally identical carrier elements, a plurality of identically constructed cells, etc.
  • the one or more stack areas preferably each comprise at least one reinforcing area and / or at least one tensioning section for clamping a plurality of carrier elements by means of a tensioning device.
  • the one or more stack areas comprises a feed-through opening for passing through a tension rod.
  • the carrier element in particular one or more corner elements, comprises a positioning aid for the correct positioning of the carrier elements when stacking them.
  • a positioning aid may, for example, be a projection, a mandrel and / or a groove, wherein a top or front side of the carrier element with respect to the stacking direction is at least partially complementary to a lower or rear side of the carrier element with respect to the stacking direction.
  • the carrier element preferably comprises one or more, for example four, side parts, which each comprise one or more anchoring sections for anchoring the carrier element to the cooling element. It may be favorable if in each case mutually opposite side parts are aligned at least approximately parallel to each other.
  • Two side parts interconnected by means of a corner element are preferably arranged substantially perpendicular to one another.
  • the one or more anchoring sections preferably each include the following:
  • one or more web elements for connecting the An mousse emulate with a wall portion of a side part of the support element.
  • the web element preferably projects away from the respective Anspritzelement substantially perpendicular to a stacking direction and / or substantially perpendicular to an edge region of the cooling element, in which the respective Anspritzelement is fixed.
  • the wall section of the side part is preferably arranged at a distance from the edge region of the cooling element and connected to the cooling element only by means of the web element.
  • the carrier element comprises one or more side parts, which in each case comprise one or more compensation regions, which along a circumferential direction of the carrier element, along which the carrier element surrounds the cooling element, are formed elastically yielding.
  • the one or more compensation areas serve in particular to compensate for a different thermal expansion of the cooling element on the one hand and of the support element on the other hand, in particular in order to avoid stresses between the support element and the cooling element as far as possible.
  • the compensation areas are elastically effective in particular in a plane running perpendicular to the stacking direction. In this way, in particular the different thermal expansions in the main extension directions of the cooling element can be compensated.
  • the compensation areas are formed, in particular, by a wave structure in a wall section of the side part, since the wave structure can result in a simple length variability of the wall section.
  • the material of the carrier element is preferably selected such that the wave-shaped wall section is elastically deformable and thereby extendable or shortenable.
  • the carrier element comprises one or more side parts, which each comprise a plurality of anchoring sections and a plurality of compensation zones.
  • the anchoring sections and the compensation areas are preferably arranged alternately along a circumferential direction of the carrier element, along which the carrier element surrounds the cooling element.
  • the support element connecting four corner elements and four each two corner elements together Sides comprises, wherein the corner elements and the side parts together form a surrounding the cooling element frame member.
  • the carrier element preferably forms a wall section of a housing of a cell stack and / or a battery device.
  • the wall section at least partially has a wave structure, wherein a plurality of compensation regions are formed by the wave structure for compensating material-related different thermal expansions.
  • the wall section preferably extends continuously from one corner element to another corner element and preferably over an entire height of the carrier element.
  • the above-described cooling module is particularly suitable for use in a cell stack, in particular accumulator stack, the cell stack comprising a plurality of cells and a plurality of cooling modules, in particular cooling modules according to the invention, for cooling the cells.
  • a stack height of the carrier element corresponds at least approximately to a sum of a thickness of at least one cooling element in a heat transfer region on the one hand and a thickness of at least one cell on the other hand.
  • a stack height of the carrier element is in particular a distance between a center plane of a first carrier element aligned perpendicular to a stacking direction on the one hand and a center plane aligned perpendicular to the stacking direction of a further carrier element stacked on the first carrier element.
  • a thickness of the cooling element and / or the cell is in particular an average thickness in a normal state of the cooling element and / or the Cell, when the adjacent surfaces of the cooling element and the cell are substantially planar and parallel to each other.
  • a cell is preferably substantially rectangular in cross section taken perpendicular to the stacking direction.
  • the carrier elements of the cooling modules preferably form a side wall, at least approximately uninterrupted in a stacking direction as well as in a circumferential direction, of a housing enclosing the cells and the cooling elements.
  • each carrier element in each case comprises one or more feed-through openings, through which cell connections of the cells can be guided outward or outward from the housing.
  • the cell stack comprises a stack of carrier elements, which is provided at both ends with one end plate in each case, the two end plates forming or comprising clamping plates between which the carrier elements are clamped.
  • one or more tension rods in particular two or four tension rods, may be provided for clamping the stack of support elements between the two end plates.
  • a tension rod is in particular a threaded rod, which engage around the stack of carrier elements along the stacking direction by means of one or more associated screw nuts and thereby clamp.
  • a cell stack comprises a plurality of cells and a plurality of cooling modules, in particular cooling modules according to the invention, for cooling the cells, wherein in each case
  • At least one cell between each at least two cooling elements of two cooling modules is determined by clamping.
  • the cooling elements thus preferably form a clamping device for fixing the respective at least one cell.
  • the cooling elements and the cells are preferably arranged alternately along a stacking direction of the cell stack and lie in particular directly against one another.
  • cooling elements are flexible.
  • the shape of the cooling elements preferably adapts to the shape of the respectively adjacent at least one cell.
  • the cooling elements are at least partially substantially complementary to the shape of the respective adjacent cells formed and / or arranged.
  • the cell stack comprises, as a supporting structure, a plurality of carrier elements stacked along a stacking direction.
  • the cooling elements are preferably fixed directly to the support elements.
  • the carrier elements are frame elements which encircle the cooling elements along a circumferential direction of the cooling elements, in particular with respect to a plane running perpendicular to the stacking direction
  • the carrier elements in particular the frame elements, are preferably substantially rectangular, in particular in a cross-section taken perpendicular to the stacking direction.
  • the carrier elements are preferably connected in a form-fitting manner to the cooling elements, in particular by injection molding onto the cooling elements in a plastic injection molding process.
  • the carrier elements together form a housing of the cell stack, which surrounds the cells and the cooling elements at least four sides.
  • the housing surrounds the cell stack with respect to the stacking direction in the radial direction.
  • the housing is preferably completed by means of two end plates to form a closed housing.
  • the cell stack preferably comprises cell connections for the electrical contacting of the cells, which are guided to the outside between in each case two carrier elements.
  • outwards is to be understood in particular as meaning a guide such that the cell connections are led out of an interior of the cell stack formed by the carrier elements.
  • the cell stack comprises a clamping device, by means of which only the carrier elements are braced along the stacking direction.
  • the cells are then preferably still held in position at most still perpendicular to the stacking direction, that one or more stop elements, which prevent unwanted displacement in a direction perpendicular to the stacking direction, are provided.
  • one or more stop elements are formed by the carrier element.
  • the carrier elements together with the cooling elements preferably form receptacles for the cells, in which the cells are merely inserted, apart from the clamping effect between the cooling elements.
  • the cell stack comprises a fluid pressure device, by means of which a pressure is applied or can be applied to a cooling medium guided through the cooling elements, so that the cells along one stacking direction of the cell stack are unilaterally or bilaterally at least in sections at the respective abut adjacent cooling element.
  • an additional pressure reducer may be provided, by means of which, in combination with the fluid pressure device, a control and / or regulation of the pressure and the amount of the cooling medium passed through the cooling elements is possible.
  • the fluid pressure device is a device different from a pump device for driving the cooling medium guided through the cooling elements.
  • the fluid pressure device comprises a plurality of pressure sensors, by means of which in particular an inlet pressure of the cooling medium supplied to the cooling elements and / or an outlet pressure of the cooling medium discharged from the cooling elements can be determined.
  • the cooling module according to the invention and / or the cell stack according to the invention is particularly suitable for use in a battery device.
  • the present invention therefore also relates to a battery device which comprises one or more cell stacks, in particular one or more cell stacks according to the invention.
  • appropriate cell stacks comprises.
  • the cells of the battery device are in particular accumulator cells.
  • the cell device comprises a fluid pressure device by means of which a pressure on a cooling medium guided through the cooling elements can be adapted to an operating state and / or state of charge and / or aging state of the cells.
  • a control and / or regulation of the cooling medium pressure can be provided.
  • the cells can preferably be reliably clamped between the cooling elements.
  • the cooling elements without filling with cooling medium and / or without a pressure applied by means of a fluid pressure device to the cooling medium pressure are so unstable and / or yielding that no jamming recording of the cells is possible. Rather, the clamping effect preferably results only by filling the cooling elements with cooling medium and / or by applying a pressure by means of
  • a battery device optionally comprising one or more features of the above-described battery device may further include:
  • a particular cell stack according to the invention which comprises a plurality of cells designed as accumulator cells, and a plurality of cooling modules, in particular cooling modules according to the invention, for cooling the cells, wherein the cooling modules each have at least one flexible cooling element, which rests against the cell.
  • the battery device preferably further comprises a measuring device for determining a total amount of a cooling medium arranged in at least one of the cooling elements of the cooling modules.
  • an interior volume within the at least one cooling element can be determined by means of the measuring device.
  • a total mass of the cooling medium arranged in the at least one cooling element can be determined by means of the measuring device.
  • An interior volume can be determined in particular by using a compensation container, for example if a total amount of the total cooling medium present is known.
  • the measuring device preferably comprises a compensation tank for receiving cooling medium.
  • the measuring device is preferably from a level of the surge tank on the total amount of the arranged in the at least one cooling element cooling medium closable.
  • a balance or other weight measuring device for determining the total mass of the cooling medium arranged in the at least one cooling element, in particular a balance or other weight measuring device can be provided. For example, by a decoupling of the cell stack from a surge tank for receiving cooling medium can be closed by means of a weight sensor on the total mass of the arranged in the at least one cooling element cooling medium.
  • one or more correction factors can be taken into account, in particular a correction due to the temperature expansion and / or due to a varying pressure. It may be favorable if the battery device comprises a fluid pressure direction by means of which a pressure within the at least one cooling element is adjustable, in particular controllable or controllable to a predetermined pressure.
  • the measuring device is preferably designed and set up such that from the determined total quantity of the cooling medium arranged in the at least one cooling element, it is possible to lock to a compression state or expansion state of at least one cell applied to the at least one cooling element.
  • the measuring device is preferably designed and set up such that from the determined total quantity of the cooling medium arranged in the at least one cooling element to a state of at least one cell cooled by the at least one cooling element can be closed.
  • the cells and the cooling elements together preferably have a substantially length-invariable extension along a stacking direction of the cell stack.
  • the cooling elements are thus preferably compressed when the cell expands and vice versa.
  • the present invention further relates to a method for cooling, for example, cells designed as accumulator cells.
  • the method preferably includes the following:
  • the method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the described cooling modules, cell stacks and / or battery device.
  • cooling modules are preferably suitable for carrying out the described method.
  • a total volume of the cooling medium arranged in the at least one cooling element is determined.
  • a total mass of the cooling medium arranged in the at least one cooling element is determined.
  • the determined total amount is preferably used to determine an operating state and / or state of charge and / or aging state of the at least one cell.
  • a further operation, in particular a further use, of the at least one cell is preferably controlled and / or regulated depending on the determined operating state and / or state of charge and / or aging state of the at least one cell.
  • the respective quantity of cooling medium arranged therein is determined separately, in particular in order to separately determine an operating state and / or state of charge and / or aging state for each cell.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of a cell stack of a battery device, the cell stack comprising a plurality of carrier elements stacked on top of one another for receiving cooling elements of the cooling modules and a plurality of cells arranged between the cooling elements;
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of a plurality of carrier elements separated from one another, together with the cooling elements arranged thereon;
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a carrier element, a layer of a cooling element to be arranged on the carrier element, a cell and a layer of a further cooling element;
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a cooling module of the cell stack, looking along a stacking direction of the cell stack;
  • Fig. 7 is an enlarged view of the area VII in Fig. 6;
  • Line 8-8 in Fig. 4; and 9 shows a schematic section through the cell stack along the
  • FIGS. 1 to 9 of a battery device designated as a whole by 100 serves, in particular, for the storage of electrical energy and is used, for example, as an energy store
  • the battery device 100 comprises a cell stack 102, which comprises a plurality of cells 106 stacked along a stacking direction 104.
  • the cells 106 are in particular so-called pouch cells 108 and / or prismatic cells.
  • a cooling element 110 of a cooling module 112 of the cell stack 102 is arranged in each case.
  • a plurality of cooling modules 112 with cooling elements 110 on the one hand and cells 106 on the other hand are alternately stacked on top of one another along the stacking direction 104.
  • the cooling elements 110 and the cells 106 preferably lie against each other over a large area in order to allow optimized heat transfer.
  • Cooling elements 110 and the cells 106 on a contiguous part of a surface of the cooling elements 110 and the cells 106 from at least about 2 cm to 2 cm, in particular from at least about 2 cm to 3 cm, preferably from at least about 2 cm to 4 cm, to each other issue.
  • the cooling elements 110 and the cells 106 abut one another at a contiguous portion of a surface of the cooling elements 110 and cells 106 of at least about 4 cm 2, more preferably at least about 6 cm 2, preferably at least about 10 cm 2.
  • each cooling element 110 comprises two layers 114, which together form an outer shell 116 of the cooling element 110.
  • the layers 114 are in particular formed from or comprise a metallic material.
  • the layers 114 are formed as sheet metal layers.
  • the layers 114 are in particular brought into a shape such that a circumferential, preferably substantially rectangular, edge region 118 results, in which the two layers 114 rest against one another. Furthermore, as a result of the selected shape of the layers 114, an interior 120 of the cooling element 110 formed between the two layers 114 and surrounded by the edge region 118 results.
  • the layers 114 are preferably connected to one another in the edge region 118 in a fluid-tight manner, in particular tightly welded.
  • a plurality of through-openings 122 are preferably arranged and / or formed in the edge region 118, by means of which the cooling element 110 can be fixed to a carrier element to be described in more detail.
  • the layers 114 each have one or more, for example two, passage openings 124, through which the interior 120 of the cooling element 110 is accessible.
  • the passage openings 124 are surrounded in particular by a collar 126 formed from the respective layer 114, which forms a connecting piece 128 for receiving a connecting element 130.
  • a connecting element 130 serves, in particular, to connect two cooling elements 110 which follow one another along the stacking direction 104.
  • connection element 130 comprises in particular two connection sections 132, one of which can be inserted in each case into a connection piece 128 of the respective cooling element 110.
  • the connecting element 130 is thus in particular a plug-in element 134 for insertion into the nozzles 128 of the cooling elements 110.
  • one or more radial positioning projections 136 of the connecting element 130 are formed and / or arranged.
  • the radial positioning projections 136 in particular form stops for positioning the two cooling elements 110 relative to one another along the stacking direction 104.
  • the connecting element 130 is thus at the same time a positioning element 138 for positioning the cooling elements 110 relative to one another with respect to the stacking direction 104 and / or relative to two directions extending perpendicular thereto.
  • each cooling element 110 are designed to be mirror-symmetrical with respect to a center plane 140 at least in sections, preferably substantially completely.
  • the sockets 128 for the arrangement of the connecting elements 130 are thus arranged linearly successively along the stacking direction 104, whereby ultimately in combination with the connecting elements 130, a fluid channel 142, for example a feed channel 144 and / or a discharge channel 145, is formed.
  • a cooling medium can be supplied to the interior spaces 120 of the cooling elements 110 or removed from the same.
  • One or more sealing elements 146 are preferably used for sealing in the contact area between the connecting elements 130 and the nozzle 128.
  • sealing elements 146 are provided.
  • a base body 148 of each connecting element 130 preferably has annular grooves for receiving the sealing elements 146.
  • the cell stack 102 comprises a plurality of carrier elements 150 for receiving and fixing the cooling elements 110.
  • each cooling module 112 comprises in each case a carrier element 150 and a cooling element 110 arranged thereon.
  • the carrier elements 150 in particular form frame elements 152, which surround the respective cooling element 110 in a frame-like manner along a circumferential direction 154 and are fixed to the respective cooling element 110 by injection molding in a plastic injection molding process.
  • the carrier elements 150 are therefore in particular plastic injection-molded components.
  • each carrier element 150 comprises several, for example four, corner elements 156, wherein in each case two corner elements 156 are connected to each other by means of a respective side part 158.
  • Opposite side parts 158 are preferably arranged substantially parallel to each other.
  • corner element 156 interconnected side parts 158 are preferably arranged at an angle of approximately 90 ° to each other.
  • the corner elements 156 are in particular molded directly onto the edge region 118 of the cooling element 110 and are fixed relative to the cooling element 110 immovably thereto.
  • the side parts 158 preferably comprise wall sections 160 of a wall 162 of a housing 164 to be described later.
  • the wall portions 160 connect the two side members 158 along the circumferential direction 154 delimiting corner elements 156 with each other.
  • each side part 158 are preferably wave-shaped. As a result, compensating regions 166 in particular for compensating for temperature-induced expansion changes are formed.
  • the compensation areas 166 thus enable, in particular, a deformation of the wall section 160 of each side part 158, as a result of which the spacings of the corner elements 156 can change from one another.
  • the different coefficients of expansion of the carrier element 150 formed of plastic on the one hand and the cooling element 110 formed of metal, for example, on the other hand, can hereby be compensated by preference.
  • the side parts 158 preferably comprise anchoring sections 168, by means of which the side parts 158 are fixed to the edge region 118 of the respective cooling element 110.
  • the anchoring sections 168 each include an injection element 170 which engages directly on the edge region 118 of the cooling element 110 and, for example, extends through an injection opening 122 in the edge region 118.
  • the injection-molded element 170 is thus in particular positively fixed to the cooling element 110.
  • a web element 172 preferably connects an injection element 170 to the wall 162, in particular to the wall section 160 of the respective side part 158.
  • the wall 162 is thus preferably arranged at a distance from the edge region 118 of the cooling elements 110 in the region of the side parts 158.
  • the corner elements 156 preferably comprise a stacking region 174, on which a plurality of identically designed carrier elements 150 are stackable on one another and, in particular, lie directly against one another.
  • Each stacking area 174 comprises, for example, a reinforcement area 176, by means of which the respective corner element 156 is stabilized along the stacking direction 104.
  • the corner elements 156 further include a clamping section 178, which is arranged in particular in the region of the stack area 174.
  • the clamping section 178 serves to pass a tensioning element 180 through the respective corner element 156 in order ultimately to provide a tensioning device 182, by means of which the carrier elements 150 can be clamped along the stacking direction 104.
  • the tensioning device 182 preferably further comprises one or more tension plates 184, which are formed in particular by two end plates 186 at both ends of the cell stack 102 and allow a uniform introduction of force into the carrier elements 150.
  • the tensioning elements 180 of the tensioning device 182 are, for example, tensioning rods 188 or threaded rods 190, which close off in particular by means of one or more nuts 192 and thus enable a clamping of the support elements 150 along the stacking direction 104.
  • the cells 106 are preferably inserted only between in each case two cooling elements 110, for example clamped in place.
  • An additional lateral attachment in one or more directions perpendicular to the stacking direction 104 is preferably not provided for the cells 106.
  • the cooling elements 110 comprise, in particular, a central heat transfer area 194 surrounded by the edge area 118, in which the cooling elements 110 rest against the cells 106.
  • the cells 106 are clamped between the heat transfer areas 194 of two cooling elements 110 and thus positioned along the stacking direction 104.
  • a thickness D z of the cell 106 and a thickness D K of a cooling element 110 and a stack height H of the carrier element 150 are preferably chosen such that the two thicknesses D z and D K together substantially correspond to the stack height H.
  • the carrier elements 150 can be placed directly on one another and stacked thereby, while at the same time the cells 106 are tightly connected. are positioned, in particular clamped, between the cooling elements 110.
  • Cell connections 196 of the cells 106 are led out of the cell stack 102 to the outside, in particular by means of recesses or passage openings provided in the support elements 150 provided for this purpose.
  • the cooling elements 110 include, for example, a distribution channel 198 for uniformly distributing supplied cooling medium to the heat transfer region 194.
  • variations in the extent of the cells 106 may occur, which in particular depend on the respective operating state, the state of charge and / or the aging state of the cells 106.
  • the expansion fluctuations result in particular in varying thicknesses D z of the cells 106.
  • the cooling elements 110 are preferably designed to be flexible, so that when the cells 106 expand, the cooling elements 110 can preferably be compressed. In this way, a reliable system and thus a reliable heat transfer even with varying extents of the cells 106 can be ensured.
  • cooling elements 110 are preferably provided with spacers 202.
  • the spacers 202 are embodied, for example, as projections or other bulges or indentations in the layers 114 of the cooling elements 110 and, in the case of excessive compression of the respective cooling element 110, come into abutment against the respectively opposite layer 114. A flat contact of the two layers 114 to each other can thereby be avoided. Thus, an interruption of the cooling medium flow can be effectively avoided.
  • the cell stack 102 further preferably comprises a pump device 204, by means of which a cooling medium flow through the cooling elements 110 can be driven.
  • a fluid pressure device 206 is preferably provided, by means of which a pressure within the cooling elements 110 can be controlled and / or regulated.
  • a state of the cells 106 can preferably be determined by means of a measuring device 208.
  • a compensation container 210 of the measuring device 208 can be used to provide a quantity of gas currently disposed within the cooling elements 110 Cooling medium can be determined. From this amount can be on the current
  • volume of the inner spaces 120 of the cooling elements 110 and thus to the expansion of the cooling elements 110 and the cells 106 are closed.
  • the expansion of the cells 106 can be used to determine a current state of the cell 106, in particular in combination with other parameters, such as the temperature and / or an internal cell pressure.
  • the above-described features of the battery device 100, the cell stack 102, and / or the cooling module 112 may preferably allow for optimized cooling of the cells 106 and / or simplified construction and / or efficient and reliable operation of the entire device.
  • the cooling module (112) comprises a cooling element (110) for receiving and passing a cooling medium
  • the cooling element (110) comprises two an outer shell (116) of the cooling element (110) forming, plate-shaped, flexible layers (114) , which are fluid-tightly connected to each other at a circumferential edge region (118) and which surround an interior space (120) of the cooling element (110).
  • Second cooling module (112) according to embodiment 1, characterized in that a plate-shaped flexible layer (114) of the cooling element (110) or both plate-shaped flexible layers (114) of the cooling element (110) comprise or are formed from a metallic sheet.
  • cooling module (112) according to one of the embodiments 1 or 2, characterized in that the cooling element (110) in one Heat transfer region (194) of the cooling element (110) comprises one or more spacers (202) to avoid a flat contact of the two layers (114) to each other.
  • Cooling module (112) according to embodiment 3, characterized in that the one or more spacers (202) have a maximum extent along a thickness direction and / or stacking direction (104) which is at most about 60%, in particular at most about 40%, for example at most approximately 25%, a thickness (D K ) of the cooling element (110) in the heat transfer region (194) corresponds when the cooling element (110) is in a state in which the outer shell (116) forming layers (114) of thedeele - (110) in the heat transfer area (194) are flat and substantially parallel to each other.
  • Cooling module (112) according to one of embodiments 3 or 4, characterized in that the one or more spacers (202) are formed as one or more projections in one or both layers (114) of the cooling element (110).
  • Cooling module (112) according to one of embodiments 1 to 5, characterized in that the two layers (114) with respect to a center plane (140) of the cooling element (110), along which the two layers (114) in the edge region (118) abut each other, are formed at least approximately mirror-symmetrical to each other.
  • Cooling module (112) according to one of embodiments 1 to 8, characterized in that the layers (114) in an edge region (118), in which the layers (114) are interconnected, recesses, indentations and / or injection openings (122) for
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 1 to 9, characterized in that the inner space (120) extends from a
  • a plurality of cells (106), in particular accumulator cells;
  • cells (106) and the cooling modules (112) are preferably stacked alternately along a stacking direction (104).
  • Cell stack (102) according to embodiment 11, characterized in that the cooling elements (110) by means of connecting elements (130) fluidly connected to each other, wherein the
  • Connecting elements (130) in particular plug-in elements (134) and / or wherein the connecting elements (130) each have two opposite ends of the respective Connecting element (130) arranged and / or trained
  • each connecting portion (132) is fixed to a respective cooling element (110).
  • Cell stack (102) according to one of embodiments 12 to 14 characterized in that the cooling elements (110) together with the connecting elements (130) at least one particular linear feed channel (144) for supplying cooling medium to the
  • Cooling module (112) according to embodiment 16 characterized in that the carrier element (150) comprises one or more corner elements (156), which are in particular directly molded onto the cooling element (110).
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 or 17, characterized in that the carrier element (150) comprises one or more stacking areas (174) by means of which a plurality of identical carrier elements (150) along a stacking direction (104) are stackable. Cooling module (112) according to one of embodiments 16 to 18, characterized in that the one or more stacking areas (174) each have at least one reinforcing area (176) and / or at least one clamping section (178) for clamping a plurality of carrier elements (150) by means of a Clamping device (182) include. Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 to 19, characterized in that the carrier element (150) comprises one or more side parts (158), each one or more
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 to 21, characterized in that the carrier element (150) comprises one or more side parts (158), each having one or more
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 to 22, characterized in that the carrier element (150) comprises one or more side parts (158), which each have a plurality
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 to 23, characterized in that the carrier element (150) four corner elements (156) and four each two corner elements (156) interconnecting side parts (158), wherein the corner elements (156) and the
  • Cooling module (112) according to one of the embodiments 16 to 24, characterized in that the carrier element (150) has a
  • Wall portion (160) of a housing (164) of a cell stack (102) and / or a battery device (100) forms. Cooling module (112) according to embodiment 25, characterized in that the wall section (160) at least partially a
  • a plurality of cells (106), in particular accumulator cells;
  • a plurality of cooling modules (112) according to any of embodiments 16 to 26 for cooling the cells (106).
  • Cell stack (102) according to embodiment 27, characterized in that a stack height (H) of the carrier element (150) at least approximately a sum of a thickness (D K ) of at least one cooling element (110) in a heat transfer region (194) on the one hand and a thickness ( D z ) at least one cell (106)
  • Cell stack (102) according to any one of embodiments 27 or 28, characterized in that the support elements (150) of the cooling modules (112) in the stacked state at least approximately in a stacking direction (104) and in a circumferential direction (154) side wall of a the cells (106) and the cooling elements (110) enveloping housing (164) form.
  • Carrier elements (150) which is provided at both ends with an end plate (186), wherein the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the two end plates (186) form or comprise clamping plates (184), between which the
  • cooling modules (112) for cooling the cells (106),
  • Cell stack (102) according to one of the embodiments 31 to 34 characterized in that the cell stack (102) as a supporting structure comprises a plurality of carrier elements (150) stacked along a stacking direction (104).
  • Cell stack (102) according to embodiment 35 characterized in that the cooling elements (110) are fixed directly to the carrier elements (150).
  • Cell stack (102) according to embodiment 36 characterized in that the carrier elements (150) are positively connected to the cooling elements (110), in particular by injection molding on the Cooling elements (110) are produced in a plastic injection molding process.
  • Cell stack (102) according to one of the embodiments 35 to 37 characterized in that the carrier elements (150) together
  • Cell stack (102) according to one of the embodiments 35 to 38, characterized in that the cell stack (102) cell terminals (196) for electrically contacting the cells (106), wherein the
  • Cell connections (196) are guided between each two support elements (150) to the outside.
  • Cell stack (102) according to one of embodiments 35 to 39, characterized in that the cell stack (102) comprises a tensioning device (182), by means of which only the carrier elements (150) along the stacking direction (104) are braced.
  • Cell stack (102) according to one of embodiments 31 to 40, characterized in that the cell stack (102) comprises a fluid pressure device (206) by means of which a pressure can be applied to a cooling medium guided through the cooling elements (110) so that the cells ( 106) along a stacking direction (104) of the cell stack (102) on one or both sides in each case at least in sections at the respective
  • Cell stack (102) according to embodiment 41 characterized in that the fluid pressure device (206) is at the same time a pump device (204) for driving the cooling medium guided through the cooling elements (110).
  • Cell stack (102) according to one of the embodiments 41 or 42 characterized in that the fluid pressure device (206) comprises a plurality of pressure sensors, by means of which in particular an inlet pressure of the cooling elements (110) supplied cooling medium and / or an outlet pressure of the Cooling elements (110) discharged Küh I medium can be determined.
  • a battery device (100) comprising one or more cell stacks (102) according to any of embodiments 31 to 43, wherein the cells (106) are accumulator cells.
  • Battery device (100) according to embodiment 44 characterized
  • the one or more cell stacks (102) comprise a fluid pressure device (206) by means of which a pressure on a cooling medium passed through the cooling elements (110) is applied to a fluid pressure device (206)
  • Operating state and / or state of charge and / or aging state of the cells (106) is customizable.
  • Embodiments 44 or 45 comprising a cell stack (102), in particular a cell stack (102) according to one of the embodiments 11 to 15 or 27 to 43, wherein the cell stack (102) comprises: a plurality of cells (106) formed as accumulator cells;
  • cooling modules (112) for cooling the cells (106), wherein the cooling modules (112) each have at least one flexible cooling element (110) which is connected to at least one of the cells (106) abuts,
  • the battery device (100) comprises a measuring device (208) for determining a total amount of a cooling medium arranged in at least one of the cooling elements (110) of the cooling modules (112).
  • Battery device (100) according to one of embodiments 46 or 47 characterized in that by means of the measuring device (208) a total mass of the cooling medium arranged in the at least one cooling element (110) can be determined.
  • Compensating container (210) for receiving cooling medium wherein by means of the measuring device (208) from a level of the surge tank (210) on the total amount of in the at least one cooling element (110) arranged cooling medium is closable.
  • Battery device (100) according to one of the embodiments 46 to 49, characterized in that the battery device (100) has a
  • Cooling element (110) cooled cell (106) is closable.
  • Battery device (100) according to one of embodiments 46 to 53, characterized in that the cells (106) and the cooling elements (110) together have a substantially longitudinally variable extension along a stacking direction (104) of the cell stack (102).
  • Methods a total amount of a cooling medium arranged in the at least one cooling element (110).
  • Method according to embodiment 55 characterized in that a total volume of the cooling medium arranged in the at least one cooling element (110) is determined.
  • Method according to one of the embodiments 55 or 56 characterized in that a total mass of the cooling medium arranged in the at least one cooling element (110) is determined.
  • Method according to one of embodiments 55 to 57 characterized in that the total amount determined is used to determine an operating state and / or state of charge and / or aging state of the at least one cell (106).
  • Method according to embodiment 58 characterized in that a further operation, in particular a further use, of the at least one cell (106) depends on the determined one
  • Operating state and / or state of charge and / or aging state of the at least one cell (106) is controlled and / or regulated.
  • Cooling medium is determined separately, in particular in order to determine separately for each cell (106) an operating condition and / or state of charge and / or aging state.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Batterievorrichtungen und ermöglicht insbesondere eine vereinfachte Herstellung und/oder einen optimierten Betrieb derselben, indem ein Kühlmodul, ein Zellstapel, die gesamte Batterievorrichtung und/oder ein Verfahren zum Kühlen von Zellen optimiert werden.

Description

KÜHLMODUL FÜR EINEN ZELLSTAPEL UND EIN ZELLSTAPEL
Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem das Gebiet der Batterievor- richtungen, welche insbesondere längs einer Stapelrichtung gestapelte Zellen aufweisen. Abhängig von einer erforderlichen Kapazität und Leistung der Batterievorrichtung ist eine Kühlung der Zellen unumgänglich. Hierfür kommen insbesondere Kühlmodule zum Einsatz.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bestehende Batterie- vorrichtungen und Komponenten hiervon im Sinne einer vereinfachten Her- stellung sowie einer optimierten Funktionsweise weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Kühlmodul für einen Zellstapel, insbesondere einen Akkumulatorzellstapel, ein Kühlelement zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst.
Das Kühlelement dient insbesondere der Kühlung einer oder mehrerer Zellen des Zellstapels, kann jedoch auch zur Erwärmung einer oder mehrerer Zellen des Zellstapels genutzt werden, beispielsweise um den Zellstapel in einer Startphase zügig auf eine optimale Betriebstemperatur zu bringen oder um ein Einfrieren der Zellen bei sehr kalten Umgebungstemperaturen zu vermeiden.
Das Kühlelement umfasst vorzugsweise zwei eine Außenhülle des Kühl- elements bildende, plattenförmige, flexible Lagen.
Die plattenförmigen, flexiblen Lagen des Kühlelements sind beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich insbesondere jeweils im Wesentlichen entlang einer Ebene, welche quer, insbesondere senkrecht, zu einer Stapelrichtung ausgerichtet ist.
Die Lagen sind vorzugsweise in einem umlaufenden Randbereich fluiddicht miteinander verbunden und umgeben einen Innenraum des Kühlelements.
Der umlaufende Randbereich liegt vorzugsweise in einer senkrecht zur
Stapelrichtung verlaufenden Ebene und/oder ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kühlelement im Wesentlichen rechteckig und/oder quaderförmig ausgebildet ist.
Das Kühlelement ist vorzugsweise ein flexibler Kühlbeutel.
Insbesondere in einem mittigen Zentralbereich des Kühlelements, das heißt beabstandet von dem umlaufenden Randbereich, ist das Kühlelement vor- zugsweise dickenvariabel, das heißt, dass ein Abstand der beiden Lagen von- einander variieren kann.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Lagen eines Kühl- elements, welche eine Außenhülle des Kühlelements bilden, in dem umlaufen- den Randbereich dichtgeschweißt und/oder durch Umspritzen mit Kunststoff miteinander verbunden und/oder abgedichtet sind.
Die Lagen sind im Randbereich vorzugsweise unmittelbar miteinander ver- bunden. Insbesondere liegen die Lagen vorzugsweise unmittelbar aneinander an.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Lagen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine plattenförmige flexible Lage des Kühlelements oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen des Kühlelements ein metallisches Blech umfassen oder hieraus gebildet sind.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Materialstärke der Lagen höchstens ungefähr 0,5 mm, beispielsweise höchstens ungefähr 0,3 mm, insbesondere ungefähr 0,25 mm, beträgt.
Die Materialstärke ergibt sich insbesondere als Summe aus einem Träger- material, beispielsweise einem metallischen Blech, und einer optionalen
Beschichtung.
Eine Innenseite und/oder eine Außenseite einer jeden Lage kann beispiels- weise mit einer Beschichtung versehen sein. Eine solche Beschichtung ist ins- besondere eine Isolationsschicht zur elektrischen Isolation und/oder eine die Haftung an einer Zelle erhöhende Schicht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine plattenförmige flexible Lage des Kühl- elements oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen des Kühlelements aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Organoblech, gebildet sind oder ein solches umfassen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kühlelement in einem Wärmeüber- tragungsbereich des Kühlelements einen oder mehrere Abstandshalter zur Vermeidung einer flächigen Anlage der beiden Lagen aneinander umfasst.
Ein Wärmeübertragungsbereich ist insbesondere ein beabstandet von dem Randbereich angeordneter zentraler Bereich des Kühlelements.
Der eine oder die mehreren Abstandshalter weisen vorzugsweise eine maxi- male Erstreckung längs einer Dickenrichtung und/oder längs einer Stapelrich- tung auf, welche höchstens ungefähr 60 %, insbesondere höchstens ungefähr 40 %, beispielsweise höchstens ungefähr 25 %, einer Dicke des Kühlelements im Wärmeübertragungsbereich entspricht, insbesondere dann, wenn das Kühl- element in einem Zustand vorliegt, in welchem die die Außenhülle bildenden Lagen des Kühlelements im Wärmeübertragungsbereich eben sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
In diesem Zustand des Kühlelements sind die Lagen insbesondere im Wärme- Übertragungsbereich vorzugsweise weder konkav noch konvex verformt.
Günstig kann es sein, wenn der eine oder die mehreren Abstandshalter als ein oder mehrere Vorsprünge in eine oder beide Lagen des Kühlelements einge- formt sind.
Insbesondere kann hierdurch eine punktuelle Anlage einer Lage an der weiteren Anlage erzielt werden, um einen Strömungsquerschnitt zwischen den beiden Lagen möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass einer oder mehrere Abstandshalter durch eine Strukturierung, insbesondere eine
Prägung, in einer der beiden Lagen gebildet sind.
Die zwei Lagen, welche die Außenhülle des Kühlelements bilden, sind vor- zugsweise bezüglich einer Mittelebene des Kühlelements, längs welcher die zwei Lagen im Randbereich aneinander anliegen, zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zwei Lagen identisch miteinander aus- gebildet und lediglich in unterschiedlichen Drehausrichtungen angeordnet werden, um letztlich miteinander verbunden zu werden.
Günstig kann es sein, wenn die Lagen jeweils einen Stutzen zum Zuführen von Kühlmedium und/oder einen Stutzen zum Abführen von Kühlmedium
umfassen. Insbesondere kann ein Stutzen vorgesehen sein, welcher Teil eines Zuführ- kanals zum Zuführen von Kühlmedium zu dem Innenraum des Kühlelements ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Stutzen vorgesehen sein, welcher Teil eines Abführkanals zum Abführen von Kühlmedium von dem Kühlelement ist.
Ein oder mehrere Stutzen, insbesondere sämtliche Stutzen, sind vorzugsweise als in die jeweilige Lage eingebrachte Durchtrittsöffnung ausgebildet.
Jede dieser Durchtrittsöffnungen ist vorzugsweise mit einem aus der Lage herausgeformten kragenförmigen Vorsprung umgeben.
Jede Lage samt der darin oder daran angeordneten Stutzen ist somit insbe- sondere einstückig, beispielsweise in einem einzelnen Herstellungsschritt, mit den Stutzen ausgebildet.
Insbesondere kann ein Stanzvorgang, Prägevorgang und/oder Tiefziehvorgang zur Formgebung einer Lage samt der Stutzen vorgesehen sein.
Auf die kragenförmigen Vorsprünge der Stutzen wird nachfolgend auch ver- einfacht als "Kragen" Bezug genommen.
Der Kragen eines jeden Stutzens ragt vorzugsweise von dem Innenraum des Kühlelements weg.
Insbesondere umfasst der Kragen einen zylindrischen Abschnitt, vorzugsweise einen kreiszylindrischen Abschnitt.
Eine Rotationsachse, bezüglich welcher der Kragen vorzugsweise rotations- symmetrisch ausgebildet ist, ist vorzugsweise senkrecht zu zwei Haupter- streckungsrichtungen der Lagen, senkrecht zu einer Mittelebene des Kühl- elements und/oder parallel zu einer Stapelrichtung angeordnet. Die Zuführöffnung und die Abführöffnung sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Positionen des umlaufenden Randbereichs des Kühl- elements angeordnet.
Insbesondere sind die Zuführöffnung und die Abführöffnung einander diagonal gegenüberliegend angeordnet.
Vorzugsweise weisen die Lagen in einem Randbereich, in welchem die Lagen miteinander verbunden sind, Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durch- spritzöffnungen zum formschlüssigen Festlegen eines Trägerelements auf.
Im Bereich der Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen sind die Lagen vorzugsweise fluiddicht miteinander verbunden. Insbesondere ist ein Innenraum des Kühlelements durch die Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen vorzugsweise nicht zugänglich.
Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Innenraum einen sich von einer Zuführöffnung wegerstreckenden Verteilerkanal und/oder einen sich zu einer Abführöffnung hin erstreckenden Sammelkanal umfasst, wobei zwischen der Zuführöffnung und der Abführöffnung, insbesondere zwischen dem Verteilerkanal und dem Sammelkanal, ein Wärmeübertragungsbereich des Kühlmoduls gebildet ist.
Der Verteilerkanal und der Sammelkanal sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.
Insbesondere sind der Verteilerkanal und der Sammelkanal auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Wärmeübertragungsbereichs des Kühlmoduls angeordnet und/oder ausgebildet. Der Verteilerkanal und/oder der Sammelkanal können insbesondere seitliche Anschläge für die Zelle im Falle einer (unerwünschten) Bewegung derselben relativ zu dem Kühlelement sein.
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Zellanschluss oder beide Zellanschlüsse mindestens einer Zelle über einen Verteilerkanal hinweg geführt sind. Der eine oder die beiden Zellanschlüsse sind dann insbesondere mittels des
Verteilerkanals kühlbar.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verteilerkanal längs der Strömungsrichtung des Kühlmediums verjüngend ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sammelkanal längs der Strömungsrichtung des Kühlmediums erweiternd ausgebildet ist.
Ein Wärmeübertragungsbereich des Kühlelements weist in einer Dicken- richtung vorzugsweise eine räumlich und/oder zeitlich durchschnittliche Dicke (Erstreckung längs der Dickenrichtung und/oder Stapelrichtung) von höchs- tens ungefähr 20 mm, beispielsweise höchstens ungefähr 15 mm, insbe- sondere höchstens ungefähr 10 mm, auf.
Das Kühlmodul eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Zellstapel und dient dort vorzugsweise der Temperierung von Zellen, insbesondere Akkumulatorzellen.
Der Zellstapel ist somit insbesondere ein Akkumulatorzellstapel.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Zellstapel, welcher insbe- sondere Folgendes umfasst:
mehrere Zellen, insbesondere Akkumulatorzellen;
mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum
Kühlen der Zellen. Die Zellen und die Kühlmodule sind vorzugsweise längs einer Stapelrichtung insbesondere alternierend aufeinander gestapelt.
Unter einer alternierenden Stapelung ist insbesondere zu verstehen, dass längs der Stapelrichtung eine, zwei oder mehr als zwei Zellen, dann ein, zwei oder mehr als zwei Kühlmodule, dann erneut eine, zwei oder mehr als zwei Zellen, dann ein, zwei oder mehr als zwei weitere Kühlmodule, etc.
aufeinander folgen. Beispielsweise können folgende Anordnungen vorgesehen sein :
ABABABABA etc. oder
ABBABBABBABBA etc. oder
BAABAABAABAABAAB etc.,
wobei "A" ein Kühlmodul und "B" eine Zelle bezeichnet.
Insbesondere ist ein unmittelbarer Kontakt zwischen der mindestens einen Zelle, dem darauffolgenden mindestens einen Kühlmodul, dann erneut mindestens einer Zelle, dann dem mindestens einen weiteren Kühlmodul, etc. vorgesehen.
Die Zellen des Zellstapels sind insbesondere sogenannte Pouchzellen und/oder prismatische Zellen.
Unter einer Pouchzelle wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere eine Zelle verstanden, welche eine Außenhülle aus einem insbesondere metallischen Material umfasst,
beispielsweise aus einer metallischen Folie.
Das Material der Außenhülle, insbesondere eine metallische Folie, ist vorzugsweise in einem Randbereich verschweißt.
Eine Pouchzelle ist vorzugsweise beutelförmig ausgebildet. Günstig kann es sein, wenn eine Pouchzelle in einer Draufsicht, insbesondere parallel zu einer Stapelrichtung, im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist eine Pouchzelle parallel zu einer Stapelrichtung eine Dicke auf, welche höchstens ungefähr 30 %, vorzugsweise höchstens ungefähr 20%, einer Breite der Pouchzelle senkrecht zu einer Stapelrichtung entspricht.
Eine prismatische Zelle umfasst vorzugsweise einen Elektrodenstapel, welcher jeweils mehrere plattenförmige Elektroden umfasst.
Plattenförmige Elektroden einer prismatischen Zelle erstrecken sich
vorzugsweise jeweils entlang einer Ebene.
Pouchzellen und/oder prismatische Zellen sind insbesondere Zellen nach DIN 91252.
Günstig kann es sein, wenn die Kühlelemente mittels Verbindungselementen fluidwirksam miteinander verbunden sind.
Die Verbindungselemente sind vorzugsweise Steckelemente.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Verbindungs- elemente jeweils zwei an einander gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Verbindungselements angeordnete und/oder ausgebildete Anschlussabschnitte aufweisen.
Jeder Anschlussabschnitt ist vorzugsweise an jeweils einem Kühlelement fest gelegt.
Jeder Anschlussabschnitt ist vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zu einem an dem jeweiligen Kühlelement angeordneten und/oder ausgebildeten Stutzen ausgebildet. Vorzugsweise ist jeder Anschlussabschnitt durch Einstecken in den Stutzen an dem jeweiligen Kühlelement festgelegt oder festlegbar.
Günstig kann es sein, wenn die Verbindungselemente Positionierelemente bilden, mittels welchen die Kühlelemente längs der Stapelrichtung und/oder in einer oder zwei senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtungen positio- nierbar sind.
Die Verbindungselemente bilden ferner vorzugsweise Stützelemente zum Abstützen der Kühlelemente aufeinander längs der Stapelrichtung.
Die Verbindungselemente weisen hierzu insbesondere einen oder mehrere Stützringe auf, welche beispielsweise als radial nach außen ragende Positio- niervorsprünge ausgebildet sind.
Ein Verbindungselement umfasst vorzugsweise einen Grundkörper, welcher insbesondere ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ist.
Der Grundkörper ist insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch aus- gebildet und umfasst eine, zwei oder mehr als zwei ringförmige Nuten zur Aufnahme eines oder mehrerer Dichtelemente, insbesondere Dichtringe, bei- spielsweise O-Ringe.
Zwei mittels eines Verbindungselements miteinander verbundene Kühl- elemente liegen insbesondere an einander abgewandten Anlageflächen des Stützrings des Verbindungselements an und werden hierdurch längs der Stapelrichtung relativ zueinander positioniert. Insbesondere kann hierdurch ein vorgegebener Abstand zwischen den zwei Kühlelementen zumindest im Bereich der Stutzen gewährleistet werden.
Zudem wird mittels eines Verbindungselements ein Stutzen des einen Kühl- elements relativ zum Stutzen des weiteren Kühlelements vorzugsweise so positioniert, dass die beiden Stutzen und das Verbindungselement eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, wobei die Rotationsachse insbe- sondere parallel zur Stapelrichtung verläuft.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlelemente zusammen mit den Verbin- dungselementen mindestens einen Zuführkanal zur Zuführung von Kühl- medium zu den Kühlelementen und/oder mindestens einen Abführkanal zur Abführung von Kühlmedium von den Kühlelementen bilden.
Sowohl der mindestens eine Zuführkanal als auch der mindestens eine Abführ- kanal sind vorzugsweise im Wesentlichen linear ausgebildet und/oder zumin- dest näherungsweise parallel zur Stapelrichtung ausgerichtet.
Der mindestens eine Zuführkanal und/oder der mindestens eine Abführkanal sind vorzugsweise an den zwischen den Kühlelementen angeordneten Zellen vorbeigeführt.
Insbesondere sind die Zellen vorzugsweise so dimensioniert, dass diese von dem Wärmeübertragungsbereich der Kühlelemente im Wesentlichen voll- ständig abgedeckt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kühlmodul, welches ein Kühl- element zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst. Vor- zugsweise umfasst das Kühlmodul ein Trägerelement, an welchem das Kühl- element festgelegt ist, wobei das Trägerelement insbesondere ein Kunststoff- Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühl- element an demselben festgelegt ist.
Das Kühlelement ist somit insbesondere ein Einleger, welcher beim Herstellen des Trägerelements mit Kunststoff umspritzt wird.
Das Trägerelement ist vorzugsweise ein Rahmenelement, welches das Kühl- element an dessen Randbereich ringförmig umgibt. "Ringförmig" bezieht sich dabei insbesondere auf eine geschlossene Form. Vorzugsweise ist ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Stapelrichtung genommener, rechteckiger Querschnitt des Rahmenelements und/oder des Kühlelements vorgesehen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Trägerelement ein oder mehrere, beispielsweise vier, Eckelemente umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement angespritzt sind.
Die Eckelemente sind vorzugsweise in sich inflexibel und weisen vorzugsweise eine Verstärkungsstruktur auf.
Insbesondere sind die Eckelemente ohne die Möglichkeit einer Relativbewe- gung relativ zu dem Kühlelement an dem Kühlelement festgelegt.
Ein oder mehrere Eckelemente umfassen vorzugsweise eine Verstärkungs- Struktur derart, dass das eine oder die mehreren Eckelemente einer längs der Stapelrichtung wirkenden Druckkraft widerstehen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Eckelemente mit Inserts und/oder Inlays versehen sind.
Insbesondere kann eine als Insert oder Inlay ausgebildete Hülse vorgesehen sein, welche der Aufnahme eines Spannelements, insbesondere einer Spann- stange einer Spannvorrichtung, dient.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Träger- element einen oder mehrere Stapelbereiche umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente längs einer Stapelrichtung aufeinander stapelbar sind.
Der eine oder die mehreren Stapelbereiche sind insbesondere in das eine oder die mehreren Eckelemente integriert. Günstig kann es sein, wenn mittels mehrerer Trägerelemente mehrerer Kühl- module ein Stapel aus Trägerelementen herstellbar ist.
Insbesondere sind durch die Verwendung mehrerer baugleicher Kühlmodule, mehrerer baugleicher Trägerelemente, mehrerer baugleicher Zellen, etc. ein Stapel aus Trägerelementen und/oder ein Zellstapel herstellbar.
Der eine oder die mehreren Stapelbereiche umfassen vorzugsweise jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich und/oder mindestens einen Spannab- schnitt zum Einspannen mehrerer Trägerelemente mittels einer Spannvor- richtung.
Insbesondere umfasst der eine oder die mehreren Stapelbereiche eine Durch- führungsöffnung zur Durchführung einer Spannstange.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement, insbesondere ein oder mehrere Eckelemente, eine Positionierhilfe zur korrekten Positionierung der Trägerelemente beim Stapeln derselben umfasst.
Eine Positionierhilfe kann beispielsweise ein Vorsprung, ein Dorn und/oder eine Nut sein, wobei eine bezüglich der Stapelrichtung obere oder vordere Seite des Trägerelements zumindest abschnittsweise komplementär zu einer bezüglich der Stapelrichtung unteren bzw. hinteren Seite des Trägerelements ausgebildet ist. Mehrere baugleiche Trägerelemente können somit einfach aufeinander gestapelt und dabei einfach relativ zueinander positioniert werden.
Das Trägerelement umfasst vorzugsweise ein oder mehrere, beispielsweise vier, Seitenteile, welche jeweils ein oder mehrere Verankerungsabschnitte zur Verankerung des Trägerelements an dem Kühlelement umfassen. Günstig kann es sein, wenn jeweils einander gegenüberliegende Seitenteile zumindest näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind.
Vorzugsweise sind jeweils zwei Seitenteile mittels eines Eckelements
miteinander verbunden, insbesondere in einem Winkel von ungefähr 90°.
Zwei mittels eines Eckelements miteinander verbundene Seitenteile sind vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn vier Eckelemente und vier Seitenteile ein ringförmig geschlossenes Rahmenelement bilden, welches in einem senkrecht zu einer Stapelrichtung genommenen Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ist.
Der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte umfassen vorzugsweise jeweils Folgendes:
ein oder mehrere Anspritzelemente, welche unmittelbar an das Kühlelement angespritzt sind; und
ein oder mehrere Stegelemente zum Verbinden der Anspritzelemente mit einem Wandungsabschnitt eines Seitenteils des Trägerelements.
Das Stegelement ragt vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Stapelrichtung und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einem Randbereich des Kühlelements, in welchem das jeweilige Anspritzelement festgelegt ist, von dem jeweiligen Anspritzelement weg.
Der Wandungsabschnitt des Seitenteils ist vorzugsweise beabstandet von dem Randbereich des Kühlelements angeordnet und lediglich mittels des Stegele- ments mit dem Kühlelement verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement ein oder mehrere Seiten- teile umfasst, welche jeweils einen oder mehrere Kompensationsbereiche umfassen, die längs einer Umfangsrichtung des Trägerelements, längs welcher das Trägerelement das Kühlelement umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
Der eine oder die mehreren Kompensationsbereiche dienen insbesondere dazu, eine unterschiedliche thermische Ausdehnung des Kühlelements einer- seits und des Trägerelements andererseits zu kompensieren, insbesondere um Spannungen zwischen dem Trägerelement und dem Kühlelement möglichst zu vermeiden.
Die Kompensationsbereiche sind insbesondere in einer senkrecht zur Stapel- richtung verlaufenden Ebene elastisch wirksam. Hierdurch können insbe- sondere die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen in den Haupt- erstreckungsrichtungen des Kühlelements kompensiert werden.
Die Kompensationsbereiche sind insbesondere durch eine Wellenstruktur in einem Wandungsabschnitt des Seitenteils gebildet, da sich durch die Wellen- struktur eine einfache Längenvariabilität des Wandungsabschnitts ergeben kann.
Das Material des Trägerelements ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass der wellenförmige Wandungsabschnitt elastisch verformbar und dabei verlänger- bar oder verkürzbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement ein oder mehrere Seiten- teile umfasst, welche jeweils mehrere Verankerungsabschnitte und mehrere Kompensationsbereiche umfassen.
Die Verankerungsabschnitte und die Kompensationsbereiche sind vorzugs- weise längs einer Umfangsrichtung des Trägerelements, längs welcher das Trägerelement das Kühlelement umgibt, alternierend angeordnet.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement vier Eckelemente und vier jeweils zwei Eckelemente miteinander verbindende Seitenteile umfasst, wobei die Eckelemente und die Seitenteile gemeinsam ein das Kühlelement umgebendes Rahmenelement bilden.
Das Trägerelement bildet vorzugsweise einen Wandungsabschnitt eines Gehäuses eines Zellstapels und/oder einer Batterievorrichtung.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wandungsabschnitt zumindest teilweise eine Wellenstruktur aufweist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche zum Ausgleichen von materialbedingt unter- schiedlichen thermischen Ausdehnungen gebildet sind.
Der Wandungsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise durchgängig von einem Eckelement zu einem weiteren Eckelement und vorzugsweise über eine gesamte Höhe des Trägerelements.
Das vorstehend beschriebene Kühlmodul eignet sich insbesondere zur Ver- wendung in einem Zellstapel, insbesondere Akkumulatorstapel, wobei der Zell- stapel mehrere Zellen und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungs- gemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen umfasst.
Günstig kann es sein, wenn eine Stapelhöhe des Trägerelements zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke mindestens eines Kühlelements in einem Wärmeübertragungsbereich einerseits und einer Dicke mindestens einer Zelle andererseits entspricht.
Eine Stapelhöhe des Trägerelements ist dabei insbesondere ein Abstand zwischen einer senkrecht zu einer Stapelrichtung ausgerichteten Mittelebene eines ersten Trägerelements einerseits und einer senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Mittelebene eines auf dem ersten Trägerelement gestapelten weiteren Trägerelements andererseits.
Eine Dicke des Kühlelements und/oder der Zelle ist insbesondere eine durch- schnittliche Dicke in einem Normalzustand des Kühlelements und/oder der Zelle, wenn die aneinander angrenzenden Flächen des Kühlelements und der Zelle im Wesentlichen eben und parallel zueinander ausgerichtet sind.
Eine Zelle ist in einem senkrecht zur Stapelrichtung genommenen Querschnitt vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig.
Die Trägerelemente der Kühlmodule bilden im gestapelten Zustand vorzugs- weise eine sowohl in einer Stapelrichtung als auch in einer Umfangsrichtung zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen und die Kühlelemente umhüllenden Gehäuses.
Vorteilhaft kann es sein, wenn jedes Trägerelement jeweils eine oder mehrere Durchführungsöffnungen umfasst, durch welche Zellanschlüsse der Zellen aus dem Gehäuse nach außen führbar oder geführt sind.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Zellstapel einen Stapel aus Träger- elementen umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte versehen ist, wobei die beiden Endplatten Spannplatten bilden oder umfassen, zwischen welchen die Trägerelemente eingespannt sind.
Insbesondere können eine oder mehrere Spannstangen, insbesondere zwei oder vier Spannstangen, zum Einspannen des Stapels aus Trägerelementen zwischen die beiden Endplatten vorgesehen sein.
Eine Spannstange ist insbesondere eine Gewindestange, welche mittels einer oder mehrerer zugehöriger Schraubmuttern den Stapel aus Trägerelementen längs der Stapelrichtung umgreifen und hierdurch einspannen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Zell- stapel mehrere Zellen und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungs- gemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen umfasst, wobei jeweils
mindestens eine Zelle zwischen jeweils mindestens zwei Kühlelementen zweier Kühlmodule klemmend festgelegt ist. Die Kühlelemente bilden somit vorzugsweise eine Klemmvorrichtung zum Festlegen der jeweiligen mindestens einen Zelle.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Zellen in einer Stapelrichtung ausschließlich klemmend mittels der Kühlelemente fixiert sind.
Die Kühlelemente und die Zellen sind vorzugsweise längs einer Stapelrichtung des Zellstapels alternierend angeordnet und liegen insbesondere unmittelbar aneinander an.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Kühlelemente flexibel ausgebildet sind. Die Form der Kühlelemente passt sich vorzugsweise an die Form der jeweils benachbarten mindestens einen Zelle an.
Insbesondere sind die Kühlelemente zumindest abschnittsweise im Wesent- lichen komplementär zu der Form der jeweils benachbarten Zellen ausgebildet und/oder angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn der Zellstapel als tragende Struktur mehrere längs einer Stapelrichtung gestapelte Trägerelemente umfasst.
Die Kühlelemente sind vorzugsweise unmittelbar an den Trägerelementen festgelegt.
Insbesondere sind die Trägerelemente Rahmenelemente, welche die Kühlele- mente längs einer Umfangsrichtung der Kühlelemente, insbesondere bezogen auf eine senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende Ebene, umlaufend
umgeben.
Die Trägerelemente, insbesondere die Rahmenelemente, sind vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig, insbesondere in einem senkrecht zur Stapelrichtung genommenen Querschnitt. Die Trägerelemente sind vorzugsweise formschlüssig mit den Kühlelementen verbunden, insbesondere durch Anspritzen an die Kühlelemente in einem Kunststo ff- Spritzgussverf ah re n hergestellt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Trägerelemente gemeinsam ein Gehäuse des Zellstapels bilden, welches die Zellen und die Kühlelemente mindestens vierseitig umgibt.
Insbesondere umgibt das Gehäuse den Zellstapel bezüglich der Stapelrichtung in radialer Richtung. In axialer Richtung wird das Gehäuse vorzugsweise mittels zweier Endplatten zu einem geschlossenen Gehäuse vervollständigt.
Der Zellstapel umfasst vorzugsweise Zellanschlüsse zur elektrischen Kontak- tierung der Zellen, welche zwischen jeweils zwei Trägerelementen nach außen geführt sind.
Unter dem Begriff "nach außen" ist insbesondere eine Führung derart zu ver- stehen, dass die Zellanschlüsse aus einem durch die Trägerelemente gebil- deten Innenraum des Zellstapels herausgeführt sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Zellstapel eine Spannvorrichtung umfasst, mittels welcher ausschließlich die Trägerelemente längs der Stapelrichtung verspannt sind.
Die Zellen sind dann vorzugsweise allenfalls noch senkrecht zur Stapelrichtung dadurch in Position gehalten, dass ein oder mehrere Anschlagelemente, welche ein unerwünschtes Verschieben in einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung verhindern, vorgesehen sind.
Insbesondere sind ein oder mehrere Anschlagelemente durch das Träger- element gebildet. Die Trägerelemente bilden zusammen mit den Kühlelementen vorzugsweise Aufnahmen für die Zellen, in welchen die Zellen abgesehen von der Klemm- wirkung zwischen den Kühlelementen lediglich eingelegt sind.
Günstig kann es sein, wenn der Zellstapel eine Fluiddruckvorrichtung umfasst, mittels weicher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente geführtes Küh I- medium aufgebracht wird oder aufbringbar ist, so dass die Zellen längs einer Stapelrichtung des Zellstapels einseitig oder beidseitig jeweils zumindest abschnittsweise an dem jeweils benachbarten Kühlelement anliegen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Fluiddruckvorrichtung zugleich eine
Pumpvorrichtung zum Antreiben des durch die Kühlelemente geführten Kühl- mediums ist.
Insbesondere kann hierbei ein zusätzlicher Druckreduzierer vorgesehen sein, mittels welchem in Kombination mit der Fluiddruckvorrichtung eine Steuerung und/oder Regelung des Drucks sowie der Menge des durch die Kühlelemente hindurchgeführten Kühlmediums möglich ist.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Fluiddruckvorrichtung eine von einer Pumpvorrichtung zum Antreiben des durch die Kühlelemente geführten Kühlmediums verschiedene Vorrichtung ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Fluiddruckvorrichtung mehrere Druck- sensoren umfasst, mittels welchen insbesondere ein Eingangsdruck des den Kühlelementen zugeführten Kühlmediums und/oder ein Ausgangsdruck des von den Kühlelementen abgeführten Kühlmediums ermittelbar ist.
Das erfindungsgemäße Kühlmodul und/oder der erfindungsgemäße Zellstapel eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Batterievorrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Batterievorrichtung, welche einen oder mehrere Zellstapel, insbesondere einen oder mehrere erfindungs- gemäße Zellstapel, umfasst. Die Zellen der Batterievorrichtung sind insbe- sondere Akkumulatorzellen.
Günstig kann es sein, wenn die Zellvorrichtung eine Fluiddruckvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente geführtes Kühlmedium an einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der Zellen anpassbar ist.
Insbesondere kann eine Steuerung und/oder Regelung des Kühlmediumdrucks vorgesehen sein.
Die Zellen können hierdurch vorzugsweise zuverlässig klemmend zwischen den Kühlelementen aufgenommen werden. Zugleich kann vorzugsweise eine opti- male Formanpassung der Kühlelemente an die Zellen erzielt werden, um letzt- lich einen optimierten Wärmeübertrag zu ermöglichen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kühlelemente ohne eine Füllung mit Kühlmedium und/oder ohne einen mittels einer Fluiddruckvorrichtung auf das Kühlmedium aufgebrachten Druck so instabil und/oder nachgiebig sind, dass keine klemmende Aufnahme der Zellen möglich ist. Vielmehr ergibt sich die Klemmwirkung vorzugsweise erst durch Füllung der Kühlelemente mit Kühlmedium und/oder durch Aufbringen eines Drucks mittels der
Fluiddruckvorrichtung.
Eine Batterievorrichtung, welche optional einzelne oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Batterievorrichtung umfasst, kann ferner Folgendes umfassen :
Einen insbesondere erfindungsgemäßen Zellstapel, welcher mehrere als Akkumulatorzellen ausgebildete Zellen umfasst, und mehrere Kühlmodule, insbesondere erfindungsgemäße Kühlmodule, zum Kühlen der Zellen, wobei die Kühlmodule jeweils mindestens ein flexibles Kühlelement aufweisen, das an der Zelle anliegt. Die Batterievorrichtung umfasst ferner vorzugsweise eine Messvorrichtung zur Ermittlung einer Gesamtmenge eines in mindestens einem der Kühlelemente der Kühlmodule angeordneten Kühlmediums.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Messvorrichtung ein Innenraumvolumen innerhalb des mindestens einen Kühlelements ermittelbar ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mittels der Messvorrichtung eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelbar ist.
Ein Innenraumvolumen kann insbesondere durch Verwendung eines Aus- gleichsbehälters ermittelt werden, beispielsweise wenn eine Gesamtmenge des insgesamt vorliegenden Kühlmediums bekannt ist.
Insbesondere umfasst die Messvorrichtung vorzugsweise einen Ausgleichs- behälter zur Aufnahme von Kühlmedium. Mittels der Messvorrichtung ist vor- zugsweise aus einem Füllstand des Ausgleichsbehälters auf die Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums schließbar.
Insbesondere zur Ermittlung der gesamten Masse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums kann insbesondere eine Waage oder sonstige Gewichtsmessvorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise durch eine Entkopplung des Zellstapels von einem Ausgleichsbehälter zur Aufnahme von Kühlmedium kann mittels eines Gewichtssensors auf die Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums geschlossen werden.
Mittels der Messvorrichtung sind vorzugsweise ein oder mehrere Korrek- turfaktoren berücksichtigbar, insbesondere eine Korrektur aufgrund der Temperaturausdehnung und/oder aufgrund eines variierenden Drucks. Günstig kann es sein, wenn die Batterievorrichtung eine Fluiddruckrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck innerhalb des mindestens einen Kühl- elements einstellbar, insbesondere auf einen vorgegebenen Druck steuerbar oder regelbar, ist.
Die Messvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums auf einen Komprimierungszustand oder Aus- dehnungszustand mindestens einer an dem mindestens einen Kühlelement anliegenden Zelle schließbar ist.
Die Messvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums auf einen Zustand mindestens einer mittels des mindestens einen Kühlelements gekühlten Zelle schließbar ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Messvorrichtung auf ein Lade- zustand und/oder Betriebszustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle schließbar ist.
Die Zellen und die Kühlelemente weisen gemeinsam vorzugsweise eine im Wesentlichen längeninvariable Erstreckung längs einer Stapelrichtung des Zellstapels auf.
Die Kühlelemente werden somit vorzugsweise komprimiert, wenn sich die Zelle ausdehnt und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen von bei- spielsweise als Akkumulatorzellen ausgebildeten Zellen. Das Verfahren umfasst vorzugsweise Folgendes:
Zuführen eines Kühlmediums zu mindestens einem Kühlelement eines Kühl- moduls; Übertragen von Wärme von mindestens einer Zelle auf das Kühlelement oder von dem Kühlelement auf die mindestens eine Zelle;
Ermitteln einer Gesamtmenge eines in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit den beschriebenen Kühlmodulen, Zellstapeln und/oder Batterievorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Ferner eignen sich die beschriebenen Kühlmodule, Zellstapel und Batterievor- richtungen vorzugsweise zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Gesamtvolumen des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement angeordneten Kühlmediums ermittelt wird.
Die ermittelte Gesamtmenge wird vorzugsweise zur Ermittlung eines Betriebs- zustands und/oder Ladezustands und/oder Alterungszustands der mindestens einen Zelle verwendet. Ein weitergehender Betrieb, insbesondere eine weitergehende Nutzung, der mindestens einen Zelle wird vorzugsweise abhängig von dem ermittelten Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle gesteuert und/oder geregelt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass für mehrere Kühlelemente mehrerer Kühl- module die jeweils darin angeordnete Menge des Kühlmediums separat ermittelt wird, insbesondere um hieraus für jede Zelle separat einen Betriebs- zustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand zu ermitteln.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegen- stand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels: In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Zellstapels einer Batterievorrichtung, wobei der Zellstapel mehrere auf- einandergestapelte Trägerelemente zur Aufnahme von Kühl- elementen der Kühlmodule und mehrere zwischen den Kühl- elementen angeordnete Zellen umfasst;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung mehrerer von- einander getrennter Trägerelemente samt der daran ange- ordneten Kühlelemente;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Träger- elements, einer Lage eines an dem Trägerelement anzu- ordnenden Kühlelements, einer Zelle sowie einer Lage eines weiteren Kühlelements;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein Kühlmodul des Zellstapels mit Blickrichtung längs einer Stapelrichtung des Zellstapels;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der
Linie 5-5 in Fig. 4;
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der
Linie 6-6 in Fig. 4;
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs VII in Fig. 6;
Fig. 8 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der
Linie 8-8 in Fig. 4; und Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch den Zellstapel längs der
Linie 9-9 in Fig. 4.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in den Fig. 1 bis 9 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Batterievorrichtung dient insbesondere der Speicherung von elektrischer Energie und kommt beispielsweise als Energiespeicher in
elektrischen Fahrzeugen zum Einsatz.
Die Batterievorrichtung 100 umfasst einen Zellstapel 102, welcher mehrere längs einer Stapelrichtung 104 gestapelte Zellen 106 umfasst.
Die Zellen 106 sind insbesondere sogenannte Pouchzellen 108 und/oder prismatische Zellen.
Zwischen jeweils zwei Zellen 106 ist jeweils ein Kühlelement 110 eines Kühl- moduls 112 des Zellstapels 102 angeordnet.
Somit sind insbesondere mehrere Kühlmodule 112 mit Kühlelementen 110 einerseits und Zellen 106 andererseits längs der Stapelrichtung 104 alter- nierend aufeinander gestapelt.
Die Kühlelemente 110 und die Zellen 106 liegen dabei vorzugsweise groß- flächig aneinander an, um eine optimierte Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Unter "großflächig aneinander anliegen" wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere verstanden, dass die
Kühlelemente 110 und die Zellen 106 an einemzusammenhängenden Teil einer Oberfläche der Kühlelemente 110 und der Zellen 106 von mindestens ungefähr 2 cm auf 2 cm, insbesondere von mindestens ungefähr 2 cm auf 3 cm, vorzugsweise von mindestens ungefähr 2 cm auf 4 cm, aneinander anliegen. Die Kühlelemente 110 und die Zellen 106 liegen beispielsweise an einem zusammenhängenden Teil einer Oberfläche der Kühlelemente 110 und der Zellen 106 von mindestens ungefähr 4 cm2, insbesondere von mindestens ungefähr 6 cm2, vorzugsweise von mindestens ungefähr 10 cm2, aneinander an.
Wie insbesondere den Fig. 3 und 7 zu entnehmen ist, umfasst jedes Kühl- element 110 zwei Lagen 114, welche gemeinsam eine Außenhülle 116 des Kühlelements 110 bilden.
Die Lagen 114 sind insbesondere aus einem metallischen Material gebildet oder umfassen ein solches. Insbesondere sind die Lagen 114 als Blechlagen ausgebildet.
Die Lagen 114 sind dabei insbesondere in eine Form gebracht, so dass sich ein umlaufender, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckiger, Randbereich 118 ergibt, in welchem die beiden Lagen 114 aneinander anliegen. Ferner ergibt sich durch die gewählte Form der Lagen 114 ein zwischen den beiden Lagen 114 ausgebildeter und von dem Randbereich 118 umgebener Innenraum 120 des Kühlelements 110.
Die Lagen 114 sind im Randbereich 118 vorzugsweise fluiddicht miteinander verbunden, insbesondere dichtgeschweißt.
Ferner sind in dem Randbereich 118 vorzugsweise mehrere Durchspritz- öffnungen 122 angeordnet und/oder ausgebildet, mittels welchen das Kühl- element 110 an einem noch näher zu beschreibenden Trägerelement fest- legbar ist.
Die Lagen 114 weisen jeweils eine oder mehrere, beispielsweise zwei, Durch- trittsöffnungen 124 auf, durch welche der Innenraum 120 des Kühlelements 110 zugänglich ist. Die Durchtrittsöffnungen 124 sind insbesondere von einem aus der jeweiligen Lage 114 gebildeten Kragen 126 umgeben, weicher einen Stutzen 128 zur Aufnahme eines Verbindungselements 130 bildet.
Ein Verbindungselement 130 dient insbesondere der Verbindung zweier längs der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgender Kühlelemente 110.
Das Verbindungselement 130 umfasst hierzu insbesondere zwei Anschluss- abschnitte 132, von denen jeweils einer in jeweils einen Stutzen 128 des jeweiligen Kühlelements 110 einsteckbar ist.
Das Verbindungselement 130 ist somit insbesondere ein Steckelement 134 zum Einstecken in die Stutzen 128 der Kühlelemente 110.
Bezüglich der Stapelrichtung 104 im Wesentlichen mittig sind beispielsweise ein oder mehrere radiale Positioniervorsprünge 136 des Verbindungselements 130 ausgebildet und/oder angeordnet.
Die radialen Positioniervorsprünge 136 bilden insbesondere Anschläge zur Positionierung der beiden Kühlelemente 110 relativ zueinander längs der Stapelrichtung 104.
Das Verbindungselement 130 ist somit zugleich ein Positionierelement 138 zum Positionieren der Kühlelemente 110 relativ zueinander bezüglich der Stapelrichtung 104 und/oder relativ zu zwei senkrecht hierzu verlaufenden Richtungen.
Wie insbesondere Fig. 7 zu entnehmen ist, sind die Lagen 114 eines jeden Kühlelements 110 bezüglich einer Mittelebene 140 zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Die Stutzen 128 zur Anordnung der Verbindungselemente 130 sind somit längs der Stapelrichtung 104 linear aufeinanderfolgend angeordnet, wodurch letztlich in Kombination mit den Verbindungselementen 130 ein Fluidkanal 142, beispielsweise ein Zuführkanal 144 und/oder ein Abführkanal 145, gebildet ist.
Über den Fluidkanal 142 kann ein Kühlmedium zu den Innenräumen 120 der Kühlelemente 110 zugeführt oder von denselben abgeführt werden.
Ein oder mehrere Dichtelemente 146 dienen vorzugsweise der Abdichtung im Kontaktbereich zwischen den Verbindungselementen 130 und den Stutzen 128. Insbesondere sind als O-Ringe ausgebildete Dichtelemente 146 vorge- sehen.
Ein Grundkörper 148 eines jeden Verbindungselements 130 weist vorzugs- weise ringförmige Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente 146 auf.
Wie insbesondere den Fig. 2, 3, 7 und 9 zu entnehmen ist, umfasst der Zell- stapel 102 mehrere Trägerelemente 150 zur Aufnahme und Festlegung der Kühlelemente 110.
Insbesondere umfasst jedes Kühlmodul 112 jeweils ein Trägerelement 150 und ein daran angeordnetes Kühlelement 110.
Die Trägerelemente 150 bilden insbesondere Rahmenelemente 152, welche das jeweilige Kühlelement 110 längs einer Umfangsrichtung 154 rahmenartig umgeben und durch Anspritzen in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren an dem jeweiligen Kühlelement 110 festgelegt sind.
Die Trägerelemente 150 sind somit insbesondere Kunststoff-Spritzgussbau- teile.
Wie insbesondere Fig. 4 zu entnehmen ist, umfasst jedes Trägerelement 150 mehrere, beispielsweise vier, Eckelemente 156, wobei jeweils zwei Eckele- mente 156 mittels jeweils eines Seitenteils 158 miteinander verbunden sind. Einander gegenüberliegende Seitenteile 158 sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
Mittels eines Eckelements 156 miteinander verbundene Seitenteile 158 sind vorzugsweise in einem Winkel von ungefähr 90° zueinander angeordnet.
Die Eckelemente 156 sind insbesondere unmittelbar an den Randbereich 118 des Kühlelements 110 angespritzt und dabei relativ zu dem Kühlelement 110 unbeweglich an demselben befestigt.
Die Seitenteile 158 umfassen vorzugsweise Wandungsabschnitte 160 einer Wandung 162 eines noch zu beschreibenden Gehäuses 164.
Die Wandungsabschnitte 160 verbinden die beiden das jeweilige Seitenteil 158 längs der Umfangsrichtung 154 begrenzenden Eckelemente 156 miteinander.
Die Wandungsabschnitte 160 eines jeden Seitenteils 158 sind vorzugsweise wellenförmig ausgebildet. Hierdurch sind insbesondere Kompensationsbereiche 166 zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungsänderungen gebil- det.
Die Kompensationsbereiche 166 ermöglichen somit insbesondere eine Ver- formung des Wandungsabschnitts 160 eines jeden Seitenteils 158, wodurch sich die Abstände der Eckelemente 156 voneinander verändern können. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des aus Kunststoff gebildeten Trägerelements 150 einerseits und des beispielsweise aus Metall gebildeten Kühlelements 110 andererseits können hierdurch vorzugsweise kompensiert werden.
Die Seitenteile 158 umfassen vorzugsweise Verankerungsabschnitte 168, mittels welchen die Seitenteile 158 an dem Randbereich 118 des jeweiligen Kühlelements 110 festgelegt sind. Die Verankerungsabschnitte 168 umfassen dabei jeweils ein Anspritzelement 170, welches unmittelbar an dem Randbereich 118 des Kühlelements 110 angreift und beispielsweise sich durch eine Durchspritzöffnung 122 in dem Randbereich 118 hindurch erstreckt.
Das Anspritzelement 170 ist somit insbesondere formschlüssig an dem Kühl- element 110 festgelegt.
Jeweils ein Stegelement 172 verbindet vorzugsweise ein Anspritzelement 170 mit der Wandung 162, insbesondere dem Wandungsabschnitt 160 des jewei- ligen Seitenteils 158.
Die Wandung 162 ist somit im Bereich der Seitenteile 158 vorzugsweise beab- standet von dem Randbereich 118 der Kühlelemente 110 angeordnet.
Die Eckelemente 156 umfassen vorzugsweise einen Stapelbereich 174, an welchem mehrere identisch ausgebildete Trägerelemente 150 aufeinander stapelbar sind und insbesondere unmittelbar aneinander anliegen.
Jeder Stapelbereich 174 umfasst beispielsweise einen Verstärkungsbereich 176, mittels welchem das jeweilige Eckelement 156 längs der Stapelrichtung 104 stabilisiert wird.
Die Eckelemente 156 umfassen ferner einen Spannabschnitt 178, welcher ins- besondere im Bereich des Stapelbereichs 174 angeordnet ist.
Insbesondere dient der Spannabschnitt 178 der Hindurchführung eines Spann- elements 180 durch das jeweilige Eckelement 156, um letztendlich eine Spannvorrichtung 182 bereitzustellen, mittels welcher die Trägerelemente 150 längs der Stapelrichtung 104 eingespannt werden können. Die Spannvorrichtung 182 umfasst hierzu ferner vorzugsweise noch eine oder mehrere Spannplatten 184, welche insbesondere durch zwei Endplatten 186 an beiden Enden des Zellstapels 102 gebildet sind und eine gleichmäßige Krafteinleitung in die Trägerelemente 150 ermöglichen.
Die Spannelemente 180 der Spannvorrichtung 182 sind beispielsweise Spann- stangen 188 oder Gewindestangen 190, welche insbesondere mittels einer oder mehreren Schraubenmuttern 192 abschließen und somit ein Einspannen der Trägerelemente 150 längs der Stapelrichtung 104 ermöglichen.
Wie insbesondere den Fig. 3, 5 und 8 zu entnehmen ist, sind die Zellen 106 vorzugsweise lediglich zwischen jeweils zwei Kühlelemente 110 eingelegt, bei- spielsweise eingeklemmt.
Eine zusätzliche seitliche Befestigung in einer oder mehreren senkrecht zur Stapelrichtung 104 verlaufenden Richtungen ist für die Zellen 106 vorzugs- weise nicht vorgesehen.
Die Kühlelemente 110 umfassen insbesondere einen von dem Randbereich 118 umgebenen mittigen Wärmeübertragungsbereich 194, in welchem die Kühlelemente 110 an den Zellen 106 anliegen.
Insbesondere sind die Zellen 106 zwischen den Wärmeübertragungsbereichen 194 zweier Kühlelemente 110 eingeklemmt und somit längs der Stapelrichtung 104 positioniert.
Eine Dicke Dz der Zelle 106 und eine Dicke DK eines Kühlelements 110 sowie eine Stapelhöhe H des Trägerelements 150 sind vorzugsweise so gewählt, dass die beiden Dicken Dz und DK zusammen im Wesentlichen der Stapelhöhe H entsprechen.
Die Trägerelemente 150 können hierdurch unmittelbar aufeinander aufgelegt und hierdurch gestapelt werden, während zugleich die Zellen 106 eng anlie- gend zwischen den Kühlelementen 110 positioniert, insbesondere einge- klemmt, werden.
Zellanschlüsse 196 der Zellen 106 sind insbesondere durch hierfür vorge- sehene Ausnehmungen oder Durchtrittsöffnungen in den Trägerelementen 150 aus dem Zellstapel 102 nach außen geführt.
Wie ferner beispielsweise Fig. 4 und 8 zu entnehmen ist, umfassen die Kühl- elemente 110 beispielsweise einen Verteilerkanal 198 zur gleichmäßigen Ver- teilung von zugeführtem Kühlmedium zu dem Wärmeübertragungsbereich 194.
Optional kann zudem ein in Fig. 4 angedeuteter Sammelkanal 200 zur
Zusammenführung von aus dem Wärmeübertragungsbereich 194 abzuführen- dem Kühlmedium vorgesehen sein.
Im Betrieb der Batterievorrichtung 100 können sich Schwankungen in der Ausdehnung der Zellen 106 ergeben, welche insbesondere abhängig von dem jeweiligen Betriebszustand, dem Ladezustand und/oder dem Alterungszustand der Zellen 106 sind.
Die Ausdehnungsschwankungen resultieren insbesondere in variierenden Dicken Dz der Zellen 106.
Zur Kompensation dieser Ausdehnungsschwankungen sind die Kühlelemente 110 vorzugsweise flexibel ausgebildet, so dass bei einer Ausdehnung der Zellen 106 die Kühlelemente 110 vorzugsweise komprimiert werden können. Hierdurch kann eine zuverlässige Anlage und somit eine zuverlässige Wärme- Übertragung auch bei variierenden Ausdehnungen der Zellen 106 gewähr- leistet werden.
Zudem ergibt sich hierdurch vorzugsweise eine zuverlässige Klemmwirkung zur Positionierung der Zellen 106 zwischen den Kühlelementen 110. Eine optimale Kühlung kann jedoch nur dann gewährleistet werden, wenn die Kühlelemente 110 stets mit Kühlmedium durchströmt werden können.
Hierzu sind die Kühlelemente 110 vorzugsweise mit Abstandshaltern 202 ver- sehen.
Die Abstandshalter 202 sind beispielsweise als Vorsprünge oder sonstige Aus- buchtungen oder Einbuchtungen in den Lagen 114 der Kühlelemente 110 aus- gebildet und gelangen im Falle einer zu starken Kompression des jeweiligen Kühlelements 110 an der jeweils gegenüberliegenden Lage 114 zur Anlage. Eine flächige Anlage der beiden Lagen 114 aneinander kann hierdurch ver- mieden werden. Somit kann auch eine Unterbrechung des Kühlmediumstroms wirksam vermieden werden.
Wie insbesondere der schematischen Darstellung in Fig. 6 zu entnehmen ist, umfasst der Zellstapel 102 ferner vorzugsweise eine Pumpvorrichtung 204, mittels weicher ein Kühlmediumstrom durch die Kühlelemente 110 antreibbar ist.
Ferner ist vorzugsweise eine Fluiddruckvorrichtung 206 vorgesehen, mittels weicher ein Druck innerhalb der Kühlelemente 110 gesteuert und/oder geregelt werden kann.
Insbesondere kann hierdurch eine zuverlässige Anlage der Kühlelemente 110 an den Zellen 106 gewährleistet werden, ohne zu starken Druck auf die Zellen 106 auszuüben.
Mittels einer Messvorrichtung 208 kann ferner vorzugsweise ein Zustand der Zellen 106 ermittelt werden.
Beispielsweise kann über einen Ausgleichsbehälter 210 der Messvorrichtung 208 eine aktuell innerhalb der Kühlelemente 110 angeordnete Menge von Kühlmedium ermittelt werden. Aus dieser Menge kann auf das aktuelle
Volumen der Innenräume 120 der Kühlelemente 110 und somit auf die Aus- dehnung der Kühlelemente 110 sowie der Zellen 106 geschlossen werden.
Die Ausdehnung der Zellen 106 wiederum kann insbesondere in Kombination mit weiteren Parametern, wie beispielsweise der Temperatur und/oder einem Zelleninnendruck, zur Ermittlung eines aktuellen Zustands der Zelle 106 genutzt werden.
Durch die vorstehend beschriebenen Merkmale der Batterievorrichtung 100, des Zellstapels 102 und/oder des Kühlmoduls 112 können vorzugsweise eine optimierte Kühlung der Zellen 106 und/oder ein vereinfachter Aufbau und/oder ein effizienter und zuverlässiger Betrieb der gesamten Vorrichtung ermöglicht werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind die folgenden :
1. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), insbesondere einen
Akkumulatorzellstapel, wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlelement (110) zwei eine Außenhülle (116) des Kühl- elements (110) bildende, plattenförmige, flexible Lagen (114) umfasst, welche an einem umlaufenden Randbereich (118) fluiddicht miteinander verbunden sind und welche einen Innenraum (120) des Kühlelements (110) umgeben.
2. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine plattenförmige flexible Lage (114) des Kühlelements (110) oder beide plattenförmigen flexiblen Lagen (114) des Kühlelements (110) ein metallisches Blech umfassen oder hieraus gebildet sind.
3. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) des Kühlelements (110) einen oder mehrere Abstandshalter (202) zur Vermeidung einer flächigen Anlage der beiden Lagen (114) aneinander umfasst. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Abstandshalter (202) eine maximale Erstreckung längs einer Dickenrichtung und/oder Stapelrichtung (104) aufweisen, welche höchstens ungefähr 60 %, insbesondere höchstens ungefähr 40 %, beispielsweise höchstens ungefähr 25 %, einer Dicke (DK) des Kühlelements (110) im Wärmeübertragungsbereich (194) ent- spricht, wenn das Kühlelement (110) in einem Zustand vorliegt, in welchem die die Außenhülle (116) bildenden Lagen (114) des Kühlele- ments (110) im Wärmeübertragungsbereich (194) eben sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Abstandshalter (202) als ein oder mehrere Vorsprünge in eine oder beide Lagen (114) des Kühlelements (110) eingeformt sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lagen (114) bezüglich einer Mittelebene (140) des Kühlelements (110), längs welcher die zwei Lagen (114) im Randbereich (118) aneinander anliegen, zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (114) jeweils einen Stutzen (128) zum Zuführen von Kühlmedium und/oder einen Stutzen (128) zum Abführen von Kühlmedium umfassen. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stutzen (128) als eine in die jeweilige Lage (114) eingebrachte Durchtrittsöffnung (124) ausgebildet ist, wobei die
Durchtrittsöffnung (124) mit einem aus der Lage (114)
herausgeformten kragenförmigen Vorsprung umgeben ist. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (114) in einem Randbereich (118), in welchem die Lagen (114) miteinander verbunden sind, Ausnehmungen, Einbuchtungen und/oder Durchspritzöffnungen (122) zum
formschlüssigen Festlegen eines Trägerelements (150) aufweisen. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (120) einen sich von einer
Zuführöffnung weg erstreckenden Verteilerkanal (198) und/oder einen sich zu einer Abführöffnung hin erstreckenden Sammelkanal (200) umfasst, wobei zwischen der Zuführöffnung und der Abführöffnung, insbesondere zwischen dem Verteilerkanal (198) und dem Sammelkanal (200), ein Wärmeübertragungsbereich (194) des Kühlmoduls (112) gebildet ist. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zell- stapel (102) Folgendes umfasst:
mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen;
mehrere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, zum Kühlen der Zellen (106),
wobei die Zellen (106) und die Kühlmodule (112) längs einer Stapel- richtung (104) vorzugsweise alternierend aufeinander gestapelt sind. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) mittels Verbindungselementen (130) fluidwirksam miteinander verbunden sind, wobei die
Verbindungselemente (130) insbesondere Steckelemente (134) sind und/oder wobei die Verbindungselemente (130) jeweils zwei an einander gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Verbindungselements (130) angeordnete und/oder ausgebildete
Anschlussabschnitte (132) aufweisen, wobei jeder Anschlussabschnitt (132) an jeweils einem Kühlelement (110) festgelegt ist. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussabschnitt (132) im Wesentlichen komplementär zu einem an dem jeweiligen Kühlelement (110) angeordneten Stutzen (128) ausgebildet und durch Einstecken in den Stutzen (128) an dem jeweiligen Kühlelement (110) festgelegt oder festlegbar ist. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (130) Positionier- elemente (138) bilden, mittels welchen die Kühlelemente (110) längs der Stapelrichtung (104) und/oder in einer oder zwei senkrecht zur Stapelrichtung (104) verlaufenden Richtungen positionierbar sind. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) zusammen mit den Verbindungselementen (130) mindestens einen insbesondere linearen Zuführkanal (144) zur Zuführung von Kühlmedium zu den
Kühlelementen (110) und/oder mindestens einen insbesondere linearen Abführkanal (145) zur Abführung von Kühlmedium von den
Kühlelementen (110) bilden. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), insbesondere Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15, wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlmodul (112) vorzugsweise ein Trägerelement (150) umfasst, an welchem das Kühlelement (110) fest- gelegt ist, wobei das Trägerelement (150) insbesondere ein Kunststoff- Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühlelement (110) an demselben festgelegt ist. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Eckelemente (156) umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen oder mehrere Stapelbereiche (174) umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente (150) längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander stapelbar sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Stapelbereiche (174) jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich (176) und/oder mindestens einen Spannabschnitt (178) zum Einspannen mehrerer Trägerelemente (150) mittels einer Spannvorrichtung (182) umfassen. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils ein oder mehrere
Verankerungsabschnitte (168) zur Verankerung des Trägerelements (150) an dem Kühlelement (110) umfassen. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte (168) jeweils Folgendes umfassen :
ein oder mehrere Anspritzelemente (170), welche unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind; und
ein oder mehrere Stegelemente (172) zum Verbinden der Anspritzelemente (170) mit einem Wandungsabschnitt (160) eines Seitenteils (158) des Trägerelements (150). Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils einen oder mehrere
Kompensationsbereiche (166) umfassen, welche längs einer
Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils mehrere
Verankerungsabschnitte (168) und mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, wobei die Verankerungsabschnitte (168) und die Kompensationsbereiche (166) längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, alternierend angeordnet sind. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) vier Eckelemente (156) und vier jeweils zwei Eckelemente (156) miteinander verbindende Seitenteile (158) umfasst, wobei die Eckelemente (156) und die
Seitenteile (158) gemeinsam ein das Kühlelement (110) umgebendes Rahmenelement (152) bilden. Kühlmodul (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen
Wandungsabschnitt (160) eines Gehäuses (164) eines Zellstapels (102) und/oder einer Batterievorrichtung (100) bildet. Kühlmodul (112) nach Ausführungsform 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (160) zumindest teilweise eine
Wellenstruktur aufweist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche (166) zum Ausgleichen von materialbedingt unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen gebildet sind. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zell- stapel (102) Folgendes umfasst:
mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen;
mehrere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 16 bis 26 zum Kühlen der Zellen (106). Zellstapel (102) nach Ausführungsform 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stapelhöhe (H) des Trägerelements (150) zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke (DK) mindestens eines Kühlelements (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) einerseits und einer Dicke (Dz) mindestens einer Zelle (106)
andererseits entspricht. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) der Kühlmodule (112) im gestapelten Zustand eine sowohl in einer Stapelrichtung (104) als auch in einer Umfangsrichtung (154) zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen (106) und die Kühl- elemente (110) umhüllenden Gehäuses (164) bilden. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) einen Stapel aus
Trägerelementen (150) umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte (186) versehen ist, wobei die beiden Endplatten (186) Spannplatten (184) bilden oder umfassen, zwischen welchen die
Trägerelemente (150) eingespannt sind. Zellstapel (102), insbesondere nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15 oder 27 bis 30, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst:
mehrere Zellen (106); mehrere Kühlmodule (112), insbesondere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder 16 bis 26, zum Kühlen der Zellen (106),
wobei jeweils mindestens eine Zelle (106) zwischen jeweils mindestens zwei Kühlelementen (110) zweier Kühlmodule (112) klemmend festgelegt ist. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (106) in einer Stapelrichtung (104) ausschließlich klemmend mittels der Kühlelemente (110) fixiert sind. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) und die Zellen (106) längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) alternierend angeordnet sind und unmittelbar aneinander anliegen. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) flexibel ausgebildet sind und dass deren Form sich an die Form der jeweils benachbarten einen oder zwei Zellen (106) anpasst. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) als tragende Struktur mehrere längs einer Stapelrichtung (104) gestapelte Trägerelemente (150) umfasst. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (110) unmittelbar an den Trägerelementen (150) festgelegt sind. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) formschlüssig mit den Kühlelementen (110) verbunden sind, insbesondere durch Anspritzen an die Kühlelemente (110) in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt sind. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) gemeinsam ein
Gehäuse (164) des Zellstapels (102) bilden, welches die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) mindestens vierseitig umgibt. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) Zellanschlüsse (196) zur elektrischen Kontaktierung der Zellen (106) umfasst, wobei die
Zellanschlüsse (196) zwischen jeweils zwei Trägerelementen (150) nach außen geführt sind. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) eine Spannvorrichtung (182) umfasst, mittels welcher ausschließlich die Trägerelemente (150) längs der Stapelrichtung (104) verspannt sind. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (102) eine Fluiddruckvorrichtung (206) umfasst, mittels weicher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente (110) geführtes Kühlmedium aufbringbar ist, so dass die Zellen (106) längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) einseitig oder beidseitig jeweils zumindest abschnittsweise an dem jeweils
benachbarten Kühlelement (110) anliegen. Zellstapel (102) nach Ausführungsform 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddruckvorrichtung (206) zugleich eine Pumpvorrichtung (204) zum Antreiben des durch die Kühlelemente (110) geführten Kühlmediums ist. Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddruckvorrichtung (206) mehrere Druck- sensoren umfasst, mittels welchen insbesondere ein Eingangsdruck des den Kühlelementen (110) zugeführten Kühlmediums und/oder ein Aus- gangsdruck des von den Kühlelementen (110) abgeführten Küh I- mediums ermittelbar ist. Batterievorrichtung (100), umfassend einen oder mehrere Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 31 bis 43, wobei die Zellen (106) Akkumulatorzellen sind. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 44, dadurch
gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Zellstapel (102) eine Fluiddruckvorrichtung (206) umfassen, mittels welcher ein Druck auf ein durch die Kühlelemente (110) geführtes Kühlmedium an einen
Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der Zellen (106) anpassbar ist. Batterievorrichtung (100), insbesondere nach einer der
Ausführungsformen 44 oder 45, umfassend einen Zellstapel (102), insbesondere einen Zellstapel (102) nach einer der Ausführungsformen 11 bis 15 oder 27 bis 43, wobei der Zellstapel (102) Folgendes umfasst: mehrere als Akkumulatorzellen ausgebildete Zellen (106);
mehrere Kühlmodule (112), insbesondere Kühlmodule (112) nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10 oder 16 bis 26, zum Kühlen der Zellen (106), wobei die Kühlmodule (112) jeweils mindestens ein flexibles Kühlelement (110) aufweisen, das an mindestens einer der Zellen (106) anliegt,
wobei die Batterievorrichtung (100) eine Messvorrichtung (208) zur Ermittlung einer Gesamtmenge eines in mindestens einem der Kühl- elemente (110) der Kühlmodule (112) angeordneten Kühlmediums umfasst. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 46, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) ein
Innenraumvolumen innerhalb des mindestens einen Kühlelements (110) ermittelbar ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelbar ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) einen
Ausgleichsbehälter (210) zur Aufnahme von Kühlmedium umfasst, wobei mittels der Messvorrichtung (208) aus einem Füllstand des Ausgleichsbehälters (210) auf die Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums schließbar ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterievorrichtung (100) eine
Fluiddruckvorrichtung (206) umfasst, mittels welcher ein Druck innerhalb des mindestens einen Kühlelements (110) einstellbar, insbesondere auf einen vorgegebenen Druck steuerbar oder regelbar, ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums auf einen Komprimierungszustand oder Ausdehnungszustand mindestens einer an dem mindestens einen Kühlelement (110) anliegenden Zelle (106) schließbar ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (208) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus der ermittelten Gesamtmenge des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums auf einen Zustand mindestens einer mittels des mindestens einen
Kühlelements (110) gekühlten Zelle (106) schließbar ist. Batterievorrichtung (100) nach Ausführungsform 52, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Messvorrichtung (208) auf einen Ladezustand und/oder Betriebszustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle (106) schließbar ist. Batterievorrichtung (100) nach einer der Ausführungsformen 46 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (106) und die Kühlelemente (110) gemeinsam eine im Wesentlichen längeninvariable Erstreckung längs einer Stapelrichtung (104) des Zellstapels (102) aufweisen. Verfahren zum Kühlen von beispielsweise als Akkumulatorzellen ausge- bildeten Zellen (106), umfassend :
Zuführen eines Kühlmediums zu mindestens einem Kühlelement (110) eines Kühlmoduls (112);
Übertragen von Wärme von mindestens einer Zelle (106) auf das Kühlelement (110) oder von dem Kühlelement (110) auf die mindestens eine Zelle (106);
Ermitteln einer Gesamtmenge eines in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums. Verfahren nach Ausführungsform 55, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtvolumen des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelt wird. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtmasse des in dem mindestens einen Kühlelement (110) angeordneten Kühlmediums ermittelt wird. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 55 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Gesamtmenge zur Ermittlung eines Betriebszustands und/oder Ladezustands und/oder Alterungszustands der mindestens einen Zelle (106) verwendet wird. Verfahren nach Ausführungsform 58, dadurch gekennzeichnet, dass ein weitergehender Betrieb, insbesondere eine weitergehende Nutzung, der mindestens einen Zelle (106) abhängig von dem ermittelten
Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand der mindestens einen Zelle (106) gesteuert und/oder geregelt wird. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Kühlelemente (110) mehrerer Kühlmodule (112) die jeweils darin angeordnete Menge des
Kühlmediums separat ermittelt wird, insbesondere um hieraus für jede Zelle (106) separat einen Betriebszustand und/oder Ladezustand und/oder Alterungszustand zu ermitteln.

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Kühlmodul (112) für einen Zellstapel (102), wobei das Kühlmodul (112) ein Kühlelement (110) zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühl- mediums umfasst, wobei das Kühlmodul (112) ein Trägerelement (150) umfasst, an welchem das Kühlelement (110) festgelegt ist, wobei das Trägerelement (150) ein Kunststoff-Spritzgusselement ist oder umfasst, welches durch Anspritzen an das Kühlelement (110) an demselben festgelegt ist.
2. Kühlmodul (112) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Eckelemente (156) umfasst, welche insbesondere unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind.
3. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelement (150) einen oder mehrere Stapelbereiche (174) umfasst, mittels welchen mehrere baugleiche Trägerelemente (150) längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander stapelbar sind.
4. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der eine oder die mehreren Stapelbereiche (174) jeweils mindestens einen Verstärkungsbereich (176) und/oder mindestens einen Spannabschnitt (178) zum Einspannen mehrerer Trägerelemente (150) mittels einer Spannvorrichtung (182) umfassen.
5. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils ein oder mehrere Verankerungsabschnitte (168) zur Verankerung des Trägerelements (150) an dem Kühlelement (110) umfassen.
6. Kühlmodul (112) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Verankerungsabschnitte (168) jeweils Folgendes umfassen :
ein oder mehrere Anspritzelemente (170), welche unmittelbar an das Kühlelement (110) angespritzt sind; und
ein oder mehrere Stegelemente (172) zum Verbinden der
Anspritzelemente (170) mit einem Wandungsabschnitt (160) eines Seitenteils (158) des Trägerelements (150).
7. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils einen oder mehrere Kompensations- bereiche (166) umfassen, welche längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
8. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (150) ein oder mehrere Seitenteile (158) umfasst, welche jeweils mehrere Verankerungsabschnitte (168) und mehrere Kompensationsbereiche (166) umfassen, wobei die Ver- ankerungsabschnitte (168) und die Kompensationsbereiche (166) längs einer Umfangsrichtung (154) des Trägerelements (150), längs welcher das Trägerelement (150) das Kühlelement (110) umgibt, alternierend angeordnet sind.
9. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (150) vier Eckelemente (156) und vier jeweils zwei Eckelemente (156) miteinander verbindende
Seitenteile (158) umfasst, wobei die Eckelemente (156) und die
Seitenteile (158) gemeinsam ein das Kühlelement (110) umgebendes Rahmenelement (152) bilden.
10. Kühlmodul (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (150) einen Wandungsabschnitt (160) eines Gehäuses (164) eines Zellstapels (102) und/oder einer Batterie- vorrichtung (100) bildet.
11. Kühlmodul (112) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (160) zumindest teilweise eine Wellenstruktur auf- weist, wobei durch die Wellenstruktur mehrere Kompensationsbereiche (166) zum Ausgleichen von materialbedingt unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungen gebildet sind.
12. Zellstapel (102), insbesondere Akkumulatorzellstapel, wobei der Zell- stapel (102) Folgendes umfasst:
mehrere Zellen (106), insbesondere Akkumulatorzellen;
mehrere Kühlmodule (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Kühlen der Zellen (106).
13. Zellstapel (102) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stapelhöhe (H) des Trägerelements (150) zumindest näherungsweise einer Summe aus einer Dicke (DK) mindestens eines Kühlelements (110) in einem Wärmeübertragungsbereich (194) einerseits und einer Dicke (Dz) mindestens einer Zelle (106) andererseits entspricht.
14. Zellstapel (102) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (150) der Kühlmodule (112) im gestapelten Zustand eine sowohl in einer Stapelrichtung (104) als auch in einer Umfangsrichtung (154) zumindest näherungsweise ununterbrochene Seitenwandung eines die Zellen (106) und die Kühl- elemente (110) umhüllenden Gehäuses (164) bilden.
15. Zellstapel (102) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zellstapel (102) einen Stapel aus Trägerelementen (150) umfasst, welcher an beiden Enden mit jeweils einer Endplatte (186) versehen ist, wobei die beiden Endplatten (186) Spannplatten (184) bilden oder umfassen, zwischen welchen die Trägerelemente (150) eingespannt sind.
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