WO2023057325A1 - Kraftfahrzeug und batterie mit kühlelement - Google Patents

Kraftfahrzeug und batterie mit kühlelement Download PDF

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WO2023057325A1
WO2023057325A1 PCT/EP2022/077255 EP2022077255W WO2023057325A1 WO 2023057325 A1 WO2023057325 A1 WO 2023057325A1 EP 2022077255 W EP2022077255 W EP 2022077255W WO 2023057325 A1 WO2023057325 A1 WO 2023057325A1
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battery
cooling
cooling element
housing
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PCT/EP2022/077255
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Wenkun Hu
Thomas Riedmann
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Audi Ag
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a battery for a motor vehicle, the battery having a battery housing with a receiving area and a housing component that delimits the receiving area with respect to a first direction. Furthermore, the battery comprises at least one cell stack with at least one battery cell, wherein the at least one cell stack is arranged in the receiving area, so that a first side of the at least one battery cell faces the housing component and a second side, different from the first side, of the at least one battery cell faces a first Has cell pole connection. Furthermore, the battery includes at least one cooling element for cooling the at least one battery cell. Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with such a battery.
  • Batteries for motor vehicles typically include numerous battery cells that are connected to a cooling structure.
  • a cooling structure In the case of prismatic cells in particular, such thermal bonding usually takes place at the bottom of the cell.
  • a housing component in particular the housing base of the battery housing, is often designed as a cooling base.
  • the cell terminals which are also called cell pole connections within the scope of the present invention, are usually located on a side of the battery cell opposite the cell bottom. These are often not thermally connected to a cooling device, since this is very expensive due to the required tolerance compensation, for example when connected to a housing cover. This results in an uneven temperature distribution across the cell if it is only cooled on the bottom.
  • EP 2 405 527 B1 describes a battery block with a large number of individual battery cells which are designed as flat cells and which each have a positive and a negative terminal lug.
  • the terminal lug of a first battery cell is electrically conductively connected to a terminal lug of a second battery cell, with this electrically conductive connection taking place via a spacer which is arranged between the two terminal lugs.
  • This is made of an electrically insulating material and carries a contact plate for making electrical contact with the terminal lugs.
  • the electrically insulating part of the spacer is designed as a cooling device through which a fluid flows for cooling.
  • the spacer has a hollow body. The design of such a cooling device is very complex in terms of space.
  • DE 10 2015217 790 B4 describes an arrangement for cooling battery cells of a drive energy store of a motor vehicle, the poles of at least two battery cells being connected to one another via at least one cell connector and a cooling device having a thermally conductive connection and electrically on a side of the cell connector opposite the battery cell insulating connection to the at least one cell connector is arranged.
  • the cooling device is designed in the form of a cooling plate with integrated cooling channels, which rests on the cell connector arrangement of several battery cells.
  • This is a kind of cover cooling for the respective cell poles provided. With such a cover cooling, however, there is the difficulty that manufacturing tolerances, especially in the direction of the height of the battery cells, ie in the direction of the cooling device, are very difficult to compensate for. Correspondingly, this also results in a very complex cooling device.
  • DE 10 2015 214 184 A1 describes a battery module with a cell assembly with a plurality of battery cells which are arranged adjacent to one another in a direction of extension. At least one connection element in the form of a pole is arranged on the upper side of the battery cells. The connection elements of two adjacent battery cells are connected to one another via a cell connector. This has two connection sections for this purpose. The two connection sections are also connected to one another via a connection section of the cell connector, with this connection section extending in some areas along a side surface of the battery cells that adjoin the battery cells on the upper side.
  • the connecting section can bear against a side wall of the battery module or can also be partially inserted into this side wall, wherein a coolant can flow through the side wall and has a coolant inlet, for example.
  • the side wall is in turn fluidically coupled to a support device that forms a base plate of the battery module.
  • a battery according to the invention for a motor vehicle has a battery housing with a receiving area and a housing component that delimits the receiving area with respect to a first direction. Furthermore, the battery has at least one cell stack with at least one battery cell, wherein the at least one cell stack is arranged in the receiving area, so that a first side of the at least one battery cell faces the housing component and a second side of the at least one battery cell, which is different from the first, faces a first Has cell pole connection.
  • the battery includes at least one cooling element for cooling the at least one battery cell.
  • the at least one cooling element is designed as a passive cooling element, in particular one that is assigned to the at least one battery cell, through which a cooling medium cannot flow, and which has a first connection area that is coupled to the first cell pole connection of the at least one battery cell in an electrically insulated manner, and has a second connection area, which is coupled to the housing component and/or to a module housing that is different from the battery housing in order to provide a heat sink.
  • a passive cooling element is to be understood as meaning a cooling element through which a cooling medium does not flow and accordingly does not have to have any cooling channels through which such a cooling medium can flow. Rather, such a passive cooling element transfers the heat to a heat sink.
  • the housing component such as a housing base of the battery housing, which, for example, as described above, can be designed as a cooling base.
  • this is preferably also thermally connected to this housing component, for example the housing base and/or housing cover, for example via a thermal adhesive or a heat-conducting compound or the like.
  • the cooling element can also do this be designed so that the thermal path leads to both a housing base and a housing cover as a heat sink.
  • the housing cover and/or the housing base are designed as active cooling devices and are designed so that a coolant can flow through them.
  • cooling can be provided for the battery cell that is efficient in terms of installation space and space-saving as well as effective.
  • a cooling element can also be provided for a respective battery cell, in particular for each cell pole connection. This also simplifies tolerance compensation, since the cooling element then does not produce a rigid connection between two battery cells. It is also much easier to compensate for tolerances when connecting the cooling element to the module housing or the housing component that is not directly opposite the cell pole connection than, for example, by connecting to a directly opposite housing wall, since there is no precise adjustment to the distance between the cell pole connection and the directly opposite housing wall must take place.
  • the cooling element is connected to the module housing itself, such a cooling element can be configured independently of an absolute height or width of the battery cell, for example in the first direction.
  • the first direction preferably corresponds to a vertical direction of the vehicle when the battery is arranged in a motor vehicle as intended.
  • the cooling element for each battery cell can be manufactured as an identical part, for example, which is significantly cheaper.
  • the design as a passive cooling element can increase safety in connection with the battery, since the cooling fluid, which preferably flows through the housing base, can be safely kept away from the receiving area of the battery housing or does not flow through any element that is only separated by insulation is arranged on the cell pole connections or cell connectors.
  • cooling for the battery can be provided by the invention, which enables cell poles to be connected to a cooling structure in a particularly simple, efficient and also safe manner.
  • the module housing can represent a battery cell housing assigned to the battery cell, with each battery cell comprised by the cell stack then having its own such cell housing.
  • the module housing is preferably a housing assigned to the cell stack, in which the at least one battery cell and in particular all of the battery cells comprised by the cell stack are arranged, ie in which the entire cell stack is arranged.
  • the cell stack can therefore be part of a battery module which has the module housing as a separate module housing.
  • the cell stack can be arranged in the module housing and the module housing in turn in the battery housing.
  • the at least one battery cell can then also be connected to the housing base via a thermal connection of the cell base to the module housing base, which in turn is arranged on the housing base, for example via a thermally conductive compound, a thermally conductive adhesive or a thermally conductive pad or the like.
  • the module housing does not necessarily have to have a module base, but can also be designed, for example, as a clamping frame, clamping strap or the like.
  • the battery for the motor vehicle is preferably designed as a high-voltage battery. This can not only include a cell stack with only one battery cell, but in principle numerous battery cells. These can be grouped into multiple cell stacks. In other words, the battery can include multiple cell stacks, each with multiple battery cells.
  • the invention is preferably used in the case of battery cells designed as prismatic battery cells. Nevertheless, the invention can also be used in the same way for round cells or pouch cells as the at least one battery cell.
  • the at least one battery cell can be configured as a lithium-ion cell, for example.
  • a battery module can be provided by the cell stack.
  • the battery housing can also include multiple receiving areas.
  • the individual cell stacks can, for example, also be arranged next to each other without spatial separation in the battery housing.
  • the respective receiving areas can also be provided by individual compartments in the battery housing, so that the receiving areas are separated from one another, for example, by side walls or partitions of the battery housing.
  • a module housing in which the cell stack can be accommodated, should rather be understood to mean a structure which, for example, has a clamping device running around the cell stack and bears directly against the cell walls of the cell stack. If the cooling element is also coupled directly to the housing base, the presence of such a module housing is not absolutely necessary. In this case, the cell stack can also be arranged directly in the battery housing or in a compartment provided by it.
  • the at least one battery cell also has a further second cell pole connection in addition to the first cell pole connection.
  • One of the two cell pole connections is designed as a positive pole and the other as a negative pole.
  • the two cell pole connections do not necessarily both have to be arranged on the second side of the battery cell, which is nevertheless possible.
  • the first cell pole connection can be arranged on a side opposite the first side of the battery cell.
  • the first side of the battery cell may be defined as a bottom side of the battery cell, particularly with respect to the first direction. In other words, the underside of the battery cell faces the bottom of the battery housing.
  • the first cell pole connection can accordingly be arranged on an opposite upper side of the battery cell.
  • the second cell pole connection is also on this Top of the battery cell is arranged.
  • the two cell pole connections can be arranged in an edge region of the top side of the battery cell in relation to a second direction perpendicular to the first.
  • This second direction is preferably also perpendicular to a third direction, which corresponds, for example, to a stacking direction in which a plurality of battery cells comprised by the cell stack are arranged next to one another.
  • the cell pole connections are not arranged on the upper side of such a battery cell, but on a side different from the upper and lower side.
  • the second side of the battery cell can directly adjoin the underside of the battery cell with respect to the second direction defined above.
  • the two cell pole connections are arranged on opposite sides, and accordingly a second cell pole connection, for example, on a third side of the battery cell, which is opposite the second side of the battery cell.
  • the cell pole connections are preferably not arranged on a side of the battery cell whose surface normal runs at least for the most part parallel to the third direction defined above, ie which does not face an adjacent battery cell of the same cell stack.
  • the cooling element can be made of any material, for example metal, plastic or a composite material. Above all, it is particularly advantageous if the cooling element is formed from a metallic material and is coupled to the first cell pole connection via an electrically insulating insulation element.
  • a metallic material can also be understood to mean an alloy. Metallic materials have the great advantage that they usually have a very high thermal conductivity, which is in particular much higher than that of typical plastics. As a result, a significantly more efficient heat dissipation can be provided via the cooling element to the heat sink.
  • the cooling element can be made of aluminum and/or steel. Aluminum is particularly light and has very good thermal conductivity.
  • connection of the cooling element to the cell pole connection is advantageously carried out via an electrically insulating insulation element.
  • This can in turn take on various forms and be provided, for example, as a plastic plate, ceramic plate, heat-conducting pad made of an elastomer or the like. Particularly advantageous and therefore preferred is the design as an adhesive. As a result, fastening of the cooling element can advantageously also be provided at the same time.
  • the battery has a cell connector electrically conductively connected to the first cell pole connection, the insulation element being arranged between the cell connector and the first connection area of the cooling element.
  • a cell connector can be provided, for example, as a type of busbar.
  • the first cell pole connection can be electrically conductively connected to a further cell pole connection of a further battery cell via such a cell connector.
  • Such a cell connector can be provided, for example, in the form of a thin rail that connects the second cell pole connections of two battery cells that are arranged adjacent to one another, with such a cell connector also being able to include tolerance compensation elements.
  • a tolerance compensation element can be provided, for example, in the form of a selected section of such a thin rail.
  • the area of such a cell connector, which is arranged directly on the cell pole connection, is preferably flat on the side facing away from the cell pole connection.
  • the cooling element can be arranged particularly easily on this cell connector via the insulating element.
  • the first connection area of the cooling element can be arranged directly above a cell pole connection in relation to a specific direction, with a respective cooling element being provided for each cell pole connection, for example. If the second side of the first side of the battery cell is opposite, ie the cell poles are arranged on top of the battery cell, the specific direction corresponds to the first direction, and if not, ie the cell poles are arranged laterally, then the determined direction corresponds certain direction to the second direction.
  • the first connection area can also be arranged in an insulated manner with respect to the specific direction directly above an intermediate area between two cell pole connections of adjacent battery cells on the cell connector connecting these two cell pole connections via the insulation element.
  • one cooling element can then be provided for each intermediate region.
  • the first connection area can also be arranged to cover one or more cell pole terminals and/or one or more intermediate areas.
  • the first connection area of the cooling element is designed as a flat plate extending in the third direction, which covers all cell pole connections and intermediate areas of the respective second sides of the battery cells of at least one identical cell stack in this third direction.
  • the plate is thermally connected to the cell poles or the cell connectors arranged thereon via at least one insulation element, preferably via several insulation elements. It is particularly advantageous if, for example, at least one or exactly one such insulation element is provided for each cell connector.
  • a respective insulation element can be arranged directly above a respective cell pole connection in relation to the specific direction, it being possible, for example, for a respective insulation element to be provided for each cell pole connection. However, only one insulation element per cell connector can also be provided.
  • the coupling of the cooling element to the cell connector is particularly advantageous since cooling of the relevant cell pole connection of the battery cell itself can be provided in this way, but above all in the case of a thermal event, cooling of the cell connectors themselves can be provided, whereby a thermal spread of such a thermal event from one cell to the next can be prevented or at least delayed.
  • the insulation element is designed as an adhesive layer made of an adhesive.
  • an adhesive with good thermal conductivity is preferably used.
  • the adhesive layer is preferably designed to be as thin as possible, in particular with a layer thickness of less than 1 mm, for example 0.6 mm, in a direction pointing from the cell pole connection to the cooling element.
  • the cooling element has a curved and/or angled rail or is designed as such.
  • the cooling element can, for example, only be angled once or also be angled multiple times or comprise a rail which is angled once or also multiple times.
  • the cell pole taps of the battery cell are arranged on an upper side of the battery cell, as described above. If the first cell pole tap is not arranged on the upper side, for example, the cooling element can also simply be designed as a non-angled, flat rail. This can be routed with the end not arranged on the cell pole connection to the housing base and/or housing cover as the housing component acting as a heat sink, or only extend a little way in the direction of the housing base and be connected to the module housing.
  • this rail can also be made relatively thin, for example with a thickness of less than 1 cm, preferably less than 0.5 cm. For example, this one have a thickness in the range of a few millimeters. Since the rail or the cooling element is generally provided by a metallic material, very good heat dissipation can still be achieved in this way.
  • the cooling element is arranged in the second connection area in direct contact with the module housing and/or the housing component, in particular welded, screwed or glued on.
  • the cooling element is made of a metallic material and is connected to the module housing, electrical insulation can also optionally be provided between the cooling element and the module housing at the corresponding second connection point.
  • This electrical insulation can in turn be provided in the form of an electrically insulating adhesive, which in turn is preferably designed to be a good thermal conductor.
  • This can also in turn be provided in the form of a very thin adhesive layer, which has a layer thickness of preferably less than 1 mm.
  • the cooling element can also be screwed or welded to the module housing.
  • connection of the cooling element to the housing component for example on the housing base and/or on the housing cover.
  • connection of the cooling element to the housing component for example on the housing base and/or on the housing cover.
  • an optional electrically insulating layer and/or a layer of a heat-conducting compound there is preferably no further element between the module housing or the housing component and the cooling element.
  • the battery has a connecting section which runs in the first direction and has one end arranged on the housing component, which is arranged next to the cell stack in a second direction and which connects the cooling element to the housing component.
  • This connection section can also be made of a metallic material.
  • this connection section can even be manufactured in one piece with the cooling element.
  • the cooling element and the connecting section can be different sections of the same, one-piece component represent.
  • this can also involve two separately provided components that are connected to one another.
  • the connecting section can also be represented by a side wall or partition wall arranged on the housing component, which delimits the receiving area with respect to a second direction or a third direction.
  • Such side walls or partitions which, for example, spatially separate the receiving areas designed as compartments for different cell stacks from one another, can also be connected to the cooling base, ie the housing base, or be arranged directly on it.
  • the cooling base ie the housing base
  • These are preferably also made of metallic material or material and therefore also have very good thermal conductivity.
  • the cooling element can also be simply attached to such a side wall, for example welded or screwed onto it.
  • Existing components can thus advantageously also be used.
  • connection section can also be provided as a separate component and, for example, be provided in addition to the side and/or partition walls described.
  • this connection section can be a connection section assigned to the relevant battery cell.
  • at least one such connection section can be assigned to a respective battery cell.
  • connection section is used jointly by a plurality of battery cells, for example all battery cells of the same cell module, in order to connect the cooling elements assigned to the individual battery cells to it.
  • the connecting section can also be designed as a rail or web or plate, in the latter case for example as a plate or the like extending in a third direction.
  • the cell stack has a plurality of battery cells arranged next to one another in a third direction, comprising the at least one battery cell, the battery for each of the battery cells preferably having at least one cooling element has two cooling elements, via which the at least one first cell pole connection of the respective battery cell is coupled to the module housing and/or the housing base.
  • Both cell pole connections of a respective battery cell are preferably coupled to the module housing of this respective battery cell and/or the housing component via such a cooling element.
  • the coupling to the housing component can, for example, also take place via a common connecting section as described above. However, a separate connection section can also be provided for each cooling element.
  • the at least regional decoupling of the cooling elements from each other enables a significantly more flexible tolerance compensation and a more flexible decoupling of the cells from one another.
  • the width of a cooling element in the third direction is therefore preferably at most as large as a width of the battery cell associated with the cooling element in the third direction.
  • efficient cooling of a number of cells in a cell stack can be provided at the same time.
  • multiple cell stacks which in turn can each include multiple battery cells.
  • cell pole cooling can be provided for each cell stack of the battery, as was described using the example of the present cell stack.
  • All battery cells and also all cooling elements can be designed as described for at least one battery cell and for at least one cooling element, and in particular all battery cells can also be designed identically, as well as all cooling elements.
  • the housing component is designed as a cooling wall or as a cooling cover or as a cooling floor and has at least one cooling channel through which a coolant can flow.
  • the battery cells can also be arranged with their first sides on the housing component.
  • cooling of the battery cells can be provided at the same time via their first sides.
  • the battery cells can be thermally connected to this cooling wall, for example a cooling floor, with their respective first sides. It is thus now possible to use a respective battery cell to cool on the underside, and at the same time on the upper side via their cell pole connections. This advantageously results in particularly uniform and homogeneous cooling over the entire battery cell.
  • both the housing base is designed as a cooling base and the housing cover is designed as a cooling cover
  • the cell poles are each connected via the cooling element to both the cooling base and the cooling cover
  • the cells are also connected with their first sides to the cooling base and the sides opposite their first sides are, for example, additionally connected to the cooling cover. Hotspots within the cell can thus be efficiently avoided.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a battery according to the invention or one of its configurations.
  • the advantages mentioned for the battery according to the invention and its configurations therefore apply in the same way to the motor vehicle according to the invention.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
  • the invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
  • the invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a battery with a cell stack, of which only one battery cell is shown as an example, and a thermal connection of a Cell pole connection via a cooling element to a module housing according to an embodiment of the invention;
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a battery with a cell stack, of which only one battery cell is shown as an example, and a thermal connection of the cell pole connection of the battery cell via a cooling element to a housing base according to a further exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a battery with a cell stack, of which only one battery cell with lateral cell pole connections is shown as an example, and a thermal connection of the cell pole connection of the battery cell via a cooling element directly and indirectly to a housing base and a housing cover according to a further exemplary embodiment of the invention .
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a battery 10 with a cell stack 12, of which only one battery cell 14 is shown as an example, according to an embodiment of the invention.
  • the cell stack 12 can generally include a plurality of such battery cells 14, which can be arranged next to one another in a stacking direction, this stacking direction corresponding to the y-direction shown here. In other words, several such battery cells 14 can be arranged next to one another in the y-direction.
  • the battery 10 includes a battery housing 16, of which only a housing base 18 is shown here. This is preferably designed as a cooling base and comprises, for example, one or more cooling channels through which a cooling medium, for example water, can flow.
  • the battery cell 14 is embodied here as a prismatic battery cell and has a first side 14a, which in this example represents an underside 14a of the battery cell 14, and a second side 14b, which in this example represents an upper side opposite the underside 14a.
  • the battery cell 14 has a third side 14c and a fourth side 14d delimiting the cell 14 in the x-direction.
  • the battery cell has two cell pole connections 20a, 20b. One of these two cell pole connections 20a, 20b is designed as a positive pole and the other as a negative pole.
  • the cell pole connections 20a, 20b are arranged on the upper side 14b of the battery cell 14. Alternatively, these can also be arranged on the third side 14c and/or fourth side 14d.
  • the two cell pole connections 20a, 20b are arranged on different sides of the battery cell 14, for example one on the third side 14c and the other on the fourth side 14d. In any case, the cell pole connections 20a, 20b are arranged on a side different from the underside 14a of the battery cell 14.
  • the battery 10 includes a module housing 22 in which the cell stack 12 is arranged.
  • This module housing 22 can be made of metal, for example aluminum.
  • the battery cell 14 is thermally connected to the housing base 18 designed as a cooling base 18 via this module housing 22 , in particular its underside.
  • a thermally conductive adhesive or a thermally conductive compound 24 can be arranged between the underside 14a of the battery cell 14 or the module housing base and the cooling base 18 .
  • the battery cell 14 or, in general, the cell stack 12 is arranged in a receiving area 26 of the battery housing 16. This receiving area 26 is correspondingly delimited downwards by the housing base 18 with respect to the z-direction.
  • the receiving area 26 for a respective battery module or a respective cell stack 12 can also be delimited by side walls and/or partition walls not shown in detail here.
  • the cooling of such battery cells is normally limited to cooling from below, for example by means of the cooling floor described. Accordingly, there is no thermal connection between the cell terminals and a cooling structure. This results in an unequal temperature distribution across the cell, especially in the z-direction.
  • a lot of thermal energy can be transferred to the neighboring cell via cell connectors that electrically contact neighboring cells with one another, since such a cell connector is usually not coupled to a heat sink, or only indirectly via the cell itself, which in turn is a thermal can encourage the neighboring cell to run through.
  • the heat input at a terminal and thus the uneven temperature distribution across the cell limits the charging and discharging currents.
  • the heat energy that can be transmitted via the cell connectors can infect the neighboring cell in the event of a thermal runaway, or at least promote this.
  • the invention now advantageously enables a thermal connection of the cell terminals, that is to say the cell pole connections 20a, 20b, to the module housing 22 or the battery housing 16, which in turn is thermally connected to the heat sink, which is provided in particular by the cooling base 18.
  • FIG. 1 shows an example according to which this cooling element 28 a of the cell pole connections 20a is connected to the module housing 22.
  • the module housing 22 is in turn thermally coupled to the cooling base 18 .
  • the cooling element 28 which is preferably formed from a metallic material, has a first connection area 28a which is coupled to a first cell pole connection 20a and a second connection area 28b which is coupled to the module housing 22 .
  • the first connection area 28a is not coupled by a direct connection of the cooling element 28 to the cell pole connection 20a, but instead via an electrically insulating connection, which is provided in the form of an insulation element 30, to a cell connector 32.
  • This cell connector 32 can be used as before described and connect the cell pole connection 20a to the cell pole connection of a neighboring cell within the same cell stack 12 in an electrically conductive manner.
  • the cell connector 32 can, for example, be designed as a type of thin busbar.
  • the cell connector 32 is preferably flat on the side facing the cooling element 28 . This facilitates the connection to the cooling element 28.
  • the insulation element 30 is also preferably designed as a thin adhesive layer. This can have a layer thickness in the z-direction of, for example, less than 1 mm, for example 0.6 mm.
  • the cooling element 28 is designed as an angled rail.
  • the cooling element 28 can also be designed as a straight rail instead, i.e. without an angle , especially 90 degree angles, as in this example.
  • the connection of the cooling element 28, in particular in the second connection area 28b, to the module housing 22 can also take place via an adhesive layer 33, which in turn can optionally be electrically insulating, or also by a direct connection between the cooling element 28 and the module housing 22, for example by welding and/or screwing or the like.
  • a separate cooling element 28 of this type can also be provided for each cell 14 of the cell stack 12 .
  • Such cooling elements 28 may be provided, one for each cell pole connection 20a, 20b.
  • the second cell pole connection 20b can also be connected to the module housing 22 and/or the cooling base 18 via such a cooling element 28 in a manner analogous to that described for the first cell pole connection 20a.
  • tolerance compensation can also be provided in a particularly simple manner both in the x and in the z direction. These tolerance compensations are illustrated by arrows 34 . If, for example, the position of the cell pole connection 20a varies from cell to cell in relation to the x-direction, this is irrelevant in this embodiment of the cooling element 28 . This would then correspondingly simply protrude beyond the corresponding cell connector 32 more or less in the opposite direction to the x-direction shown.
  • Such a passive cooling element 28 can also always be optimally positioned and connected to the module housing 22 independently of the formation of the height of the cell 14 in the z-direction. The connection point can then simply be shifted a little further up or down accordingly. In other words, the passive cooling element 28 can simply be designed as an identical part for each cell 14 and does not have to take cell-specific tolerances into account in the design.
  • the cooling element 28 is preferably solid, which in turn is beneficial to the thermal conductivity.
  • connection of the cell pole connections 20a via the cooling element 28 does not necessarily have to lead via the module housing 22, but can also be implemented directly via the cooling base 18, as illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 2 uses a further example of the invention to illustrate a battery 10, which can be designed in particular as described for FIG. 1, apart from the differences described below.
  • an additional connecting section 36 is provided, which connects the cooling element 28 to the cooling base 18 and in the Substantially extends parallel to the z-direction.
  • the cooling element 28 is therefore not connected directly to the module housing 22 .
  • This connection section 36 can itself represent part of the cooling element 28 .
  • this connecting section 36 and the rest of the cooling element 28 can be designed in one piece, for example also in the form of an angled rail.
  • the connecting section 36 can also be provided as a separate component. In this case, the cooling element 28 can also be limited to only the horizontal section 38 .
  • connection section 36 can represent the connection section 36, or only part of it.
  • This connection section 36 can also be provided, for example, by a partition wall or side wall of the battery housing 16, which separates a plurality of receiving areas 26 of the respective cell stack 12 from one another.
  • connection section 36 can also be used jointly as such for the respective cooling elements 28 of the respective battery cells 14 , via which the respective cooling elements 28 are connected to the cooling base 18 .
  • the second cell pole connection 20b can be connected in a completely analogous manner to that shown for the first cell pole connection 20a. If, for example, this connection element or the connection section 36 is also considered part of the cooling element 28, the second connection region 28b is provided by the end face of this connection section 36 that faces the housing base 18, and otherwise by the section that is designated 28b' in the present case Cooling element 28, which is directly adjacent to this connecting portion 36 contacting.
  • a particularly good thermal connection of the cell pole connections 20a, 20b to the housing base can also be provided by this embodiment.
  • a very simple tolerance compensation 34 can be provided both in the x and in the z direction.
  • the tolerance compensation in the z-direction can be supported by the introduction of a thermally conductive element 40, for example in the form of a Thermally conductive compound or an adhesive between the connecting portion 36 and the cooling base 18 are made or supported and simplified.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a battery 10 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the battery 10 can in turn be designed as before, apart from the differences explained below.
  • the battery 10 includes a cell stack 12, of which only one battery cell 14 is shown as an example.
  • the cell stack 12 again comprises a plurality of battery cells 14 which can be arranged next to one another in a stacking direction, this stacking direction corresponding to the y-direction shown here.
  • the battery 10 comprises a battery housing 16, of which a housing cover 18' is shown here in addition to the housing base 18.
  • Both the housing base 18 in this example is formed as a cooling base 18 and the cover 18' is also formed as a cooling cover 18' and also includes, for example, one or more cooling channels through which a cooling medium, for example water, can flow.
  • the battery cell 14 is designed as a prismatic battery cell and has a first side 14a, which in this example represents an underside 14a of the battery cell 14.
  • the top of the battery cell is denoted by 14a' in this example, since it also faces a housing component, namely the cover 18', which is designed as active cooling and since in this example there are also no cell poles 20a, 20b are located. These are arranged laterally in this example, i.e.
  • Both cell poles 20a, 20b are connected via a respective cooling element 28 to the base and cover cooling.
  • a respective connection area 28a of the respective cooling element 28 is again arranged via an insulation element 30 on a cell connector 32, which is arranged in direct contact with the cell poles 20a, 20b.
  • FIG. 3 two different connection options are illustrated at the same time, which can be combined with one another as desired can become.
  • the cell pole connection 20a shown on the right is connected via the cooling element on the one hand directly to the cooling base 18 and on the other hand directly to the cooling cover 18'.
  • the connection areas of the cooling element 28 are again denoted by 28b.
  • the cooling element 28 thus has two second connection areas 28b, one is arranged on the cooling base 18 and one on the cover 18', eg via a heat-conducting element 40 (cf. FIG. 2) as described for FIG.
  • the module housing 22 can, for example, be in the form of a Be formed frame, in particular so that on the underside 14a and the top 14a 'of the cell 14 does not necessarily have to be a module housing wall.
  • the module housing 22 is in turn connected both to the cooling base 18 and to the cooling cover 18'.
  • the same connection variant can also be implemented via the cooling element 28 for both cell poles 20a, 20b, although not explicitly shown here.
  • the cooling element 28 can be provided, for example, in the form of a plate, which in this example is aligned essentially parallel to the yz plane.
  • This cooling element 28 can extend over the entire cell stack 12 in the y-direction.
  • the insulation elements 30 can be segmented in the y-direction.
  • an insulation element 30 can be provided per cell connector 32 and this can also be arranged at any position in the y-direction on this cell connector 32 and only partially or completely cover it in the y-direction.
  • An insulation element 30 can also be provided per cell pole connection 20a, 20b, which can then be arranged directly above the relevant cell pole connection 20a, 20b, for example with respect to the y-direction.
  • both the cooling base 18 and the cooling cover 18′ can also be connected directly to the underside 14a or top side 14a′ of the respective cells 14 .
  • a respective cell 14 is cooled from four sides.
  • the examples show how a thermal connection of the cell terminals in a battery can be provided. This enables the cell to be cooled on both sides, which means that higher performance during charging and discharging is possible. Furthermore, an even temperature distribution in the cell increases the cell service life. In addition, better temperature dissipation is provided when a battery cell runs through and a corresponding contribution is made to preventing thermal runaway.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, die ein Batteriegehäuse (16) mit einem Aufnahmebereich (26), einem Gehäusebauteil (18, 18'), der den Aufnahmebereich (26) bezüglich einer ersten Richtung (z) begrenzt, und mindestens einen Zellstapel (12) mit mindestens einer Batteriezelle (14) aufweist, der im Aufnahmebereich (26) angeordnet ist, so dass eine erste Seite (14a, 14a') der mindestens einen Batteriezelle (14) dem Gehäusebauteil (18, 18') zugewandt ist und eine von der ersten Seite (14a, 14a') verschiedene zweite Seite (14b, 14c, 14d) der mindestens einen Batteriezelle (14) einen ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) aufweist. Weiterhin umfasst die Batterie ein passives, der mindestens einen Batteriezelle (14) zugeordnetes Kühlelement (28) auf, das einen ersten Anbindungsbereich (28a) aufweist, der mit dem ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) der mindestens einen Batteriezelle (14) gekoppelt ist, und einen zweiten Anbindungsbereich (28b, 28b') aufweist, der mit dem Gehäusebauteil (18, 18') und/oder einem Modulgehäuse (22), in welchem die mindestens eine Batteriezelle (14) angeordnet ist, gekoppelt ist.

Description

Kraftfahrzeug und Batterie mit Kühlelement
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse mit einem Aufnahmebereich und einem Gehäusebauteil aufweist, der den Aufnahmebereich bezüglich einer ersten Richtung begrenzt. Weiterhin umfasst die Batterie mindestens einen Zellstapel mit mindestens einer Batteriezelle, wobei der mindestens eine Zellstapel im Aufnahmebereich angeordnet ist, so dass eine erste Seite der mindestens einen Batteriezelle dem Gehäusebauteil zugewandt ist und eine von der ersten Seite verschiedene zweite Seite der mindestens einen Batteriezelle einen ersten Zellpolanschluss aufweist. Weiterhin umfasst die Batterie mindestens ein Kühlelement zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
Batterien für Kraftfahrzeuge, vor allem Hochvolt-Batterien, die als Traktionsbatterien für die Kraftfahrzeuge dienen, umfassen typischerweise vielzählige Batteriezellen, die an eine Kühlstruktur angebunden sind. Vor allem bei prismatischen Zellen erfolgt eine solche thermische Abbindung üblicherweise am Boden der Zelle. Dabei ist ein Gehäusebauteil, insbesondere der Gehäuseboden des Batteriegehäuses, oftmals als Kühlboden ausgestaltet. Die Zellterminals, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Zellpolanschlüsse genannt werden, befinden sich üblicherweise auf einer dem Zellboden gegenüberliegenden Seite der Batteriezelle. Diese sind oftmals nicht thermisch an eine Kühleinrichtung angebunden, da sich dies aufgrund des erforderlichen Toleranzausgleichs, z.B. bei Anbindung an einen Gehäusedeckel, sehr aufwendig gestaltet. Somit stellt sich eine ungleiche Temperaturverteilung über die Zelle hinweg ein, wenn diese nur bodenseitig gekühlt werden. Zudem kann im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle, was mit einer enormen Erhitzung einer solchen Batteriezelle einhergeht, viel thermische Energie über die metallischen Zellverbinder, die die Zellpolanschlüsse verschiedener Batteriezellen eines Zellstapels oder auch verschiedener Zellstapel untereinander elektrisch leitend miteinander verbinden, an die Nachbarzelle übertragen werden, was wiederum ein thermisches Durchgehen der Nachbarzelle begünstigen kann. Zwar sind auch Möglichkeiten bekannt, um Batteriezellen über ihre Zellpole an eine Kühlstruktur anzubinden, jedoch gestalten sich solche Anbindungen üblicherweise extrem aufwendig.
Beispielsweise beschreibt die EP 2 405 527 B1 einen Akkublock mit einer Vielzahl einzelner Akkuzellen, die als Flachzellen ausgebildet sind, und die jeweils eine positive und eine negative Anschlussfahne aufweisen. Dabei ist die Anschlussfahne einer ersten Akkuzelle mit einer Anschlussfahne einer zweiten Akkuzelle elektrisch leitend verbunden, wobei diese elektrisch leitende Verbindung über einen Distanzhalter erfolgt, der zwischen den beiden Anschlussfahnen angeordnet ist. Dieser ist aus einem elektrisch isolierenden Material und trägt zur elektrischen Kontaktierung der Anschlussfahnen ein Kontaktblech. Dabei ist der elektrisch isolierende Teil des Distanzhalters als Kühlvorrichtung ausgebildet, die von einem Fluid zur Kühlung durchströmt wird. Zu diesem Zweck weist der Distanzhalter einen Hohlkörper auf. Die Ausgestaltung einer solchen Kühleinrichtung ist bauraumtechnisch sehr aufwendig.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2015217 790 B4 eine Anordnung zur Kühlung von Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei Pole von mindestens zwei Batteriezellen über mindestens einen Zellverbinder miteinander verschaltet sind und wobei auf einer der Batteriezelle gegenüberliegenden Seite des Zellverbinders eine Kühlvorrichtung in thermisch leitender Verbindung und elektrisch isolierender Verbindung zu dem mindestens einen Zellverbinder angeordnet ist. Die Kühlvorrichtung ist dabei in Art einer Kühlplatte mit integrierten Kühlkanälen ausgestaltet, die auf der Zellverbinderanordnung mehrerer Batteriezellen aufliegt. Dadurch ist eine Art Deckelkühlung für die jeweiligen Zellpole bereitgestellt. Bei einer solchen Deckelkühlung besteht jedoch die Schwierigkeit, dass Fertigungstoleranzen, vor allem in Richtung der Höhe der Batteriezellen, das heißt in Richtung der Kühleinrichtung, nur sehr schwer auszugleichen sind. Entsprechend resultiert auch hieraus eine sehr aufwendige Kühlvorrichtung.
Die DE 10 2015 214 184 A1 beschreibt ein Batteriemodul mit einem Zellverbund mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, die in einer Erstreckungsrichtung aneinandergrenzend angeordnet sind. An der Oberseite der Batteriezellen ist zumindest ein Anschlusselement in Form eines Pols angeordnet. Die Anschlusselemente zweier benachbarter Batteriezellen sind dabei über einen Zellverbinder miteinander verbunden. Dieser weist hierfür zwei Anschlussabschnitte auf. Die zwei Anschlussabschnitte sind des Weiteren über einen Verbindungsabschnitt des Zellverbinders miteinander verbunden, wobei dieser Verbindungsabschnitt sich bereichsweise entlang einer Seitenfläche der Batteriezellen erstreckt, die an der Oberseite Batteriezellen angrenzen. Weiterhin kann der Verbindungsabschnitt an einer Seitenwand des Batteriemoduls anliegen oder auch zum Teil in diese Seitenwand eingesteckt sein, wobei die Seitenwand von einem Kühlmittel durchströmbar ist und beispielsweise einen Kühlmitteleinlass aufweist. Die Seitenwand ist wiederum fluidisch mit einer Trageinrichtung gekoppelt, die eine Bodenplatte des Batteriemoduls bildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine möglichst einfache und effiziente Kühlung mindestens eines Zellpolanschlusses einer Batteriezelle ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren. Eine erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug weist ein Batteriegehäuse mit einem Aufnahmebereich und einem Gehäusebauteil auf, der den Aufnahmebereich bezüglich einer ersten Richtung begrenzt. Weiterhin weist die Batterie mindestens einen Zellstapel mit mindestens einer Batteriezelle auf, wobei der mindestens eine Zellstapel im Aufnahmebereich angeordnet ist, so dass eine erste Seite der mindestens einen Batteriezelle dem Gehäusebauteil zugewandt ist und eine von der ersten verschiedenen zweite Seite der mindestens einen Batteriezelle einen ersten Zellpolanschluss aufweist. Zudem umfasst die Batterie mindestens ein Kühlelement zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle. Dabei ist das mindestens eine Kühlelement als ein passives, insbesondere der mindestens einen Batteriezelle zugeordnetes Kühlelement ausgebildet, das selbst nicht von einem Kühlmedium durchströmbar ist, und das einen ersten Anbindungsbereich aufweist, der mit dem ersten Zellpolanschluss der mindestens einen Batteriezelle elektrisch isoliert gekoppelt ist, und einen zweiten Anbindungsbereich aufweist, der mit dem Gehäusebauteil und/oder einem vom Batteriegehäuse verschiedenen Modulgehäuse zur Bereitstellung einer Wärmesenke gekoppelt ist.
Unter einem passiven Kühlelement ist ein Kühlelement zu verstehen, welches nicht selbst von einem Kühlmedium durchströmt wird und entsprechend auch keine von einem solchen Kühlmedium durchström baren Kühlkanäle aufweisen muss. Ein solches passives Kühlelement überträgt vielmehr die Wärme an eine Wärmesenke. Diese ist insbesondere durch das Gehäusebauteil, wie z.B. ein Gehäuseboden des Batteriegehäuses, bereitgestellt, der zum Beispiel, wie eingangs beschrieben, als Kühlboden ausgebildet sein kann. Durch dieses Kühlelement ist es nun vorteilhafterweise möglich, den mindestens einen Zellpolanschluss, der vorliegend als erster Zellpolanschluss bezeichnet wird, an das Gehäusebauteil anzubinden, und zwar entweder direkt an das Gehäusebauteil oder indirekt über das Modulgehäuse. Dieses ist vorzugsweise ebenfalls thermisch an dieses Gehäusebauteil, z.B. den Gehäuseboden und/oder Gehäusedeckel angebunden, zum Beispiel über einen Thermoklebstoff oder eine Wärmeleitmasse oder ähnliches. Sind die Zellpolanschlüsse seitlich angeordnet, so kann das Kühlelement auch so ausgeführt sein, dass der thermische Pfad sowohl zu einem Gehäuseboden als auch zu einem Gehäusedeckel als Wärmesenke führt. In diesem Fall ist es zudem besonders vorteilhaft, wenn z.B. der Gehäusedeckel und/oder der Gehäuseboden als aktive Kühleinrichtungen ausgebildet sind und von einem Kühlmittel durchströmbar ausgebildet sind.
Durch die Ausbildung als passives und der mindestens einen Batteriezelle zugeordnetes Kühlelement kann sowohl eine bauraumeffiziente und platzsparende als auch effektive Kühlung für die Batteriezelle bereitgestellt werden. Dabei kann zum Beispiel auch, wenn die Batterie mehrere Batteriezellen umfasst, für eine jeweilige Batteriezelle, insbesondere für jeden Zellpolanschluss, ein solches Kühlelement bereitgestellt sein. Hierdurch vereinfacht sich auch der Toleranzausgleich, da das Kühlelement dann keine starre Verbindung zwischen zwei Batteriezellen bewirkt. Auch ist ein Toleranzausgleich bei der Anbindung des Kühlelements an das Modulgehäuse oder das Gehäusebauteil, welches dem Zellpolanschluss nicht direkt gegenüberliegt, deutlich einfacher zu realisieren als beispielsweise durch Anbindung an eine direkt gegenüberliegende Gehäusewand, da keine genaue Anpassung an den Abstand zwischen dem Zellpolanschluss und der direkt gegenüberliegenden Gehäusewand erfolgen muss. Vor allem, wenn das Kühlelement an das Modulgehäuse selbst angebunden ist, lässt sich ein solches Kühlelement unabhängig von einer Absoluthöhe oder Breite der Batteriezelle, zum Beispiel in der ersten Richtung, ausgestalten. Die erste Richtung korrespondiert vorzugsweise zu einer Fahrzeughochrichtung, wenn die Batterie bestimmungsgemäß in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Damit lässt sich das Kühlelement für jede Batteriezelle beispielsweise als Gleichteil fertigen, was deutlich kostengünstiger ist. Weiterhin kann durch die Ausgestaltung als passives Kühlelement die Sicherheit im Zusammenhang mit der Batterie erhöht werden, da somit das Kühlfluid, welches vorzugsweise den Gehäuseboden durchströmt, sicher aus dem Aufnahmebereich des Batteriegehäuses ferngehalten werden kann bzw. kein Element durchströmt, welches nur über eine Isolierung getrennt an den Zellpolanschlüssen bzw. Zellverbindern angeordnet ist. Würde zur Zellpolanschlusskühlung ein aktives Kühlelement, welches von einem Kühlfluid durchströmt wird, verwendet werden, so könnte ein Leck in einer solchen Kühleinrichtung sicherheitskritisch sein, da dann das austretende, in der Regel elektrisch leitfähige Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser, in direkten Kontakt mit den Zellpolen kommen könnte und entsprechend einen Kurzschluss verursachen könnte. Insgesamt kann so durch die Erfindung eine Kühlung für die Batterie bereitgestellt werden, die eine Anbindung von Zellpolen an eine Kühlstruktur auf besonders einfache, effiziente und auch sichere Weise ermöglicht.
Das Modulgehäuse kann ein der Batteriezelle zugeordnetes Batteriezellgehäuse darstellen, wobei jede vom Zellstapel umfasste Batteriezelle dann ein eigenes solches Zellgehäuse aufweist. Vorzugsweise stellt das Modulgehäuse jedoch ein dem Zellstapel zugeordnetes Gehäuse dar, in welchem die mindestens eine Batteriezelle und insbesondere alle vom Zellstapel umfassten Batteriezellen angeordnet sind, also in welchem der gesamte Zellstapel angeordnet ist. Der Zellstapel kann also Teil eines Batteriemoduls sein, welches das Modulgehäuse als ein eigenes Modulgehäuse aufweist. Mit anderen Worten kann der Zellstapel in dem Modulgehäuse angeordnet sein und das Modulgehäuse wiederum im Batteriegehäuse. Die Anbindung der mindestens einen Batteriezelle an den Gehäuseboden kann dann zudem über eine thermische Anbindung des Zellbodens an den Modulgehäuseboden erfolgen, der wiederum an dem Gehäuseboden angeordnet ist, zum Beispiel über eine Wärmeleitmasse, einen Wärmeleitkleber oder ein Wärmeleitpad oder ähnliches. Das Modulgehäuse muss aber nicht notwendigerweise über einen Modulboden verfügen, sondern kann beispielsweise auch als Spannrahmen, Spannband oder ähnliches ausgebildet sein. Die Batterie für das Kraftfahrzeug ist dabei vorzugsweise als eine Hochvolt-Batterie ausgebildet. Diese kann nicht nur einen Zellstapel mit nur einer Batteriezelle umfassen, sondern grundsätzlich vielzählige Batteriezellen. Diese können in mehrere Zellstapel gruppiert sein. Mit anderen Worten kann die Batterie mehrere Zellstapel mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen. Bevorzugt findet die Erfindung Anwendung bei als prismatischen Batteriezellen ausgebildeten Batteriezellen. Nichts desto weniger lässt sich die Erfindung aber auch in gleicher Weise für Rundzellen oder Pouchzellen als die mindestens eine Batteriezelle verwenden. Weiterhin kann die mindestens eine Batteriezelle zum Beispiel als eine Lithium-Ionen- Zelle ausgebildet sein. Durch den Zellstapel kann zum Beispiel ein Batteriemodul bereitgestellt sein. Zur Aufnahme mehrerer Zellstapel kann das Batteriegehäuse auch mehrere Aufnahmebereiche umfassen. Dabei können die einzelnen Zellstapel zum Beispiel auch nebeneinander ohne räumliche Trennung im Batteriegehäuse angeordnet sein. Alternativ können die jeweiligen Aufnahmebereiche auch durch einzelne Fächer im Batteriegehäuse bereitgestellt sein, so dass die Aufnahmebereiche zum Beispiel durch Seitenwände oder Trennwände des Batteriegehäuses voneinander separiert sind. Diese Seiten- und/oder Trennwände sollen dann als Teil des Batteriegehäuses und nicht des Modulgehäuses verstanden werden. Unter einem Modulgehäuse, in welchem der Zellstapel aufgenommen sein kann, soll vielmehr ein Gebilde verstanden werden, das z.B. eine den Zellstapel um laufende Spanneinrichtung aufweist und direkt an den Zellwänden des Zellstapels anliegt. Ist das Kühlelement zudem direkt mit dem Gehäuseboden gekoppelt, so ist das Vorhandensein eines solchen Modulgehäuses nicht zwingend erforderlich. Der Zellstapel kann in diesem Fall auch direkt im Batteriegehäuse bzw. in einem von diesem bereitgestellten Fach angeordnet sein.
Zudem weist die mindestens eine Batteriezelle neben dem ersten Zellpolanschluss auch einen weiteren zweiten Zellpolanschluss auf. Einer der beiden Zellpolanschlüsse ist entsprechend als Pluspol und der andere als Minuspol ausgebildet. Dabei müssen die beiden Zellpolanschlüsse nicht notwendigerweise beide auf der zweiten Seite der Batteriezelle angeordnet sein, was jedoch dennoch möglich ist. Beispielsweise kann der erste Zellpolanschluss auf einer der ersten Seite der Batteriezelle gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Die erste Seite der Batteriezelle kann zum Beispiel als eine Unterseite der Batteriezelle definiert sein, insbesondere in Bezug auf die erste Richtung. Mit anderen Worten ist die Unterseite der Batteriezelle dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses zugewandt. Der erste Zellpolanschluss kann entsprechend auf einer gegenüberliegenden Oberseite der Batteriezelle angeordnet sein. In diesem Fall ist es auch bevorzugt, dass auch der zweite Zellpolanschluss auf dieser Oberseite der Batteriezelle angeordnet ist. Weiterhin können die beiden Zellpolanschlüsse in einem Randbereich der Oberseite der Batteriezelle in Bezug auf eine zweite zur ersten senkrechten Richtung angeordnet sein. Diese zweite Richtung ist vorzugsweise auch senkrecht zu einer dritten Richtung, die zum Beispiel zu einer Stapelrichtung korrespondiert, in welcher mehrere vom Zellstapel umfasste Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind. Denkbar ist es jedoch auch, dass die Zellpolanschlüsse nicht an der Oberseite einer solchen Batteriezelle angeordnet sind, sondern an einer von der Ober- und Unterseite verschiedenen Seite. Beispielsweise kann sich die zweite Seite der Batteriezelle unmittelbar an die Unterseite der Batteriezelle in Bezug auf die oben definierte zweite Richtung anschließen. In diesem Fall ist es auch denkbar, dass die beiden Zellpolanschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, und entsprechend ein zweiter Zellpolanschluss zum Beispiel an einer dritten Seite der Batteriezelle, die der zweiten Seite der Batteriezelle gegenüberliegt. Vorzugsweise sind die Zellpolanschlüsse dabei nicht auf einer Seite der Batteriezelle angeordnet, deren Flächennormale zumindest zum Großteil parallel zur oben definierten dritten Richtung verläuft, das heißt, die nicht einer benachbarten Batteriezelle des gleichen Zellstapels zugewandt ist.
Grundsätzlich kann das Kühlelement aus einem beliebigen Werkstoff hergestellt sein, zum Beispiel aus Metall, Kunststoff oder einen Verbundwerkstoff. Besonders vorteilhaft ist es vor allem, wenn das Kühlelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und über ein elektrisch isolierendes Isolationselement mit dem ersten Zellpolanschluss gekoppelt ist. Unter einem metallischen Werkstoff kann dabei auch eine Legierung verstanden werden. Metallische Werkstoffe haben dabei den großen Vorteil, dass sie in der Regel eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, die insbesondere viel größer ist als die typischer Kunststoffe. Dadurch kann eine deutlich effizientere Wärmeabfuhr über das Kühlelement zur Wärmesenke bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Kühlelement aus Aluminium und/oder Stahl gebildet sein. Aluminium ist besonders leicht und weist eine sehr gute thermische Leitfähigkeit auf. Um eine elektrische Isolierung zumindest an den ersten Zellpolanschluss zu gewährleisten, kann die Anbindung des Kühlelements an den Zellpolanschluss entsprechend vorteilhafterweise über ein elektrisch isolierendes Isolationselement erfolgen. Auch dieses kann wiederum verschiedene Ausprägungen annehmen, und zum Beispiel als Kunststoffplättchen, Keramikplättchen, Wärmeleitpad aus einem Elastomer oder ähnliches bereitgestellt sein. Besonders vorteilhaft und daher bevorzugt ist die Ausbildung als Klebstoff. Dadurch kann vorteilhafterweise gleichzeitig auch eine Befestigung des Kühlelements bereitgestellt werden.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterie einen mit dem ersten Zellpolanschluss elektrisch leitend verbundenen Zellverbinder auf, wobei das Isolationselement zwischen dem Zellverbinder und dem ersten Anbindungsbereich des Kühlelements angeordnet ist. Ein solcher Zellverbinder kann zum Beispiel als eine Art Stromschiene bereitgestellt sein. Über einen solchen Zellverbinder kann der erste Zellpolanschluss mit einem weiteren Zellpolanschluss einer weiteren Batteriezelle elektrisch leitend verbunden sein. Ein solcher Zellverbinder kann zum Beispiel in Form einer dünnen Schiene bereitgestellt sein, die zweite Zellpolanschlüsse zweiter benachbart angeordneter Batteriezellen miteinander verbindet, wobei ein solcher Zellverbinder zudem auch Toleranzausgleichselemente umfassen kann. Ein solches Toleranzausgleichselement kann zum Beispiel in Form eines gewählten Abschnitts einer solchen dünnen Schiene bereitgestellt sein. Der Bereich eines solchen Zellverbinders, der direkt am Zellpolanschluss angeordnet ist, ist vorzugsweise auf der dem Zellpolanschluss abgewandten Seite eben ausgebildet. Dadurch lässt sich das Kühlelement über das Isolationselement besonders einfach an diesem Zellverbinder anordnen. Der erste Anbindungsbereich des Kühlelements kann dabei in Bezug auf eine bestimmte Richtung direkt oberhalb eines Zellpolanschlusses angeordnet sein, wobei z.B. für jeden Zellpolanschluss ein jeweiliges Kühlelement vorgesehen ist. Liegt die zweite Seite der ersten Seite der Batteriezelle gegenüber, d.h. sind die Zellpole an der Oberseite der Batteriezelle angeordnet, so korrespondiert die bestimmte Richtung zur ersten Richtung, und falls nicht, d.h. sind die Zellpole seitlich angeordnet, so korrespondiert die bestimmte Richtung zur zweiten Richtung. Der erste Anbindungsbereich kann aber auch bezüglich der bestimmten Richtung direkt oberhalb eines Zwischenbereichs zwischen zwei Zellpolanschlüssen benachbarter Batteriezellen auf den diese zwei Zellpolanschlüsse verbindenden Zellverbinder über das Isolationselement isoliert angeordnet sein. Auch hier kann dann pro Zwischenbereich ein Kühlelement vorgesehen sein. Der erste Anbindungsbereich kann aber auch einen oder mehrere Zellpolschlüsse und/oder einen oder mehrere Zwischenbereiche überdeckend angeordnet sein.
Vorteilhaft ist es vor allem, wenn der erste Anbindungsbereich des Kühlelements als flächige, sich in der dritten Richtung erstreckende Platte ausgestaltet ist, die alle Zellpolanschlüsse und Zwischenbereiche der jeweiligen zweiten Seiten der Batteriezellen zumindest eines gleichen Zellstapels in dieser dritten Richtung überdeckt. Die Platte ist über mindestens ein Isolationselement, vorzugsweise über mehrere Isolationselemente, an die Zellpole bzw. die darauf angeordneten Zellverbinder thermisch angeschlossen. Sehr vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn z.B. pro Zellverbinder mindestens ein oder genau ein solches Isolationselement vorgesehen ist. Ein jeweiliges Isolationselement kann dabei in Bezug auf die bestimmte Richtung direkt oberhalb eines jeweiligen Zellpolanschlusses angeordnet sein, wobei z.B. für jeden Zellpolanschluss ein jeweiliges Isolationselement vorgesehen sein kann. Es kann aber auch nur ein Isolationselement pro Zellverbinder vorgesehen sein. Dieses kann dann in Bezug auf die dritte Richtung an beliebiger Position auf dem Zellverbinder angeordnet sein, z.B. sich über den gesamten Zellverbinder in der dritten Richtung erstrecken oder mittig angeordnet sein, d.h. in Bezug auf die bestimmte Richtung direkt oberhalb des Zwischenbereichs, oder direkt oberhalb eines der mehreren vom Zellverbinder elektrisch verbundenen Pole.
Die Kopplung des Kühlelements mit dem Zellverbinder, zum Beispiel über eine das Isolationselement bereitstellende Klebeschicht ist besonders vorteilhaft, da so nicht nur eine Kühlung des betreffenden Zellpolanschlusses der Batteriezelle selbst bereitgestellt werden kann, sondern vor allem im Falle eines thermischen Events eine Kühlung der Zellverbinder selbst bereitgestellt werden kann, wodurch ein thermisches Übergreifen eines solchen thermischen Events von einer Zelle auf die nächste verhindert oder zumindest hinausgezögert werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist, wie bereits erwähnt, das Isolationselement als eine Klebeschicht aus einem Klebstoff ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise ein thermisch gut leitfähiger Klebstoff verwendet. Zudem ist die Klebeschicht vorzugsweise möglichst dünn ausgestaltet, insbesondere mit einer Schichtdicke in eine Richtung, die vom Zellpolanschluss zum Kühlelement weist von weniger als 1 mm, zum Beispiel 0,6 mm. Dadurch kann bereits eine ausreichende elektrische Isolierung bereitgestellt werden und zudem der thermische Widerstand zwischen dem Zellpolanschluss, insbesondere dem Zellverbinder und dem Kühlelement minimiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlelement eine gekrümmte und/oder gewinkelte Schiene auf oder ist als eine solche ausgebildet. Dabei kann das Kühlelement beispielsweise nur einfach gewinkelt oder auch mehrfach gewinkelt ausgestaltet sein beziehungsweise eine einfach gewinkelte oder auch mehrfach gewinkelte Schiene umfassen. Dies ist vor allem besonders vorteilhaft, wenn die Zellpolabgriffe der Batteriezelle wie oben beschrieben an einer Oberseite der Batteriezelle angeordnet sind. Ist der erste Zellpolabgriff beispielsweise nicht an der Oberseite angeordnet, so kann das Kühlelement beispielsweise auch einfach als nicht gewinkelte, ebene Schiene ausgebildet sein. Diese kann mit dem nicht am Zellpolanschluss angeordneten Ende bis zum Gehäuseboden und/oder Gehäusedeckel als das als Wärmesenke fungierende Gehäusebauteil geführt sein oder nur ein Stück weit in Richtung Gehäuseboden verlaufen und ans Modulgehäuse angebunden sein.
Um ebenfalls einen guten Toleranzausgleich zu ermöglichen, kann diese Schiene zudem relativ dünn ausgebildet sein, zum Beispiel mit einer Dicke kleiner als 1 cm, vorzugsweise kleiner als 0,5 cm. Zum Beispiel kann diese eine Dicke im Bereich von wenigen Millimetern aufweisen. Da die Schiene beziehungsweise das Kühlelement im Allgemeinen durch einen metallischen Werkstoff bereitgestellt ist, kann hierdurch dennoch eine sehr gute Wärmeabfuhr erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kühlelement im zweiten Anbindungsbereich direkt kontaktierend am Modulgehäuse und/oder am Gehäusebauteil angeordnet, insbesondere angeschweißt, angeschraubt oder angeklebt. Ist das Kühlelement dabei aus einem metallischen Werkstoff und am Modulgehäuse angebunden, so kann optional auch wiederum eine elektrische Isolierung zwischen dem Kühlelement und dem Modulgehäuse an der entsprechenden zweiten Anbindungsstelle vorgesehen sein. Diese elektrische Isolierung kann wiederum in Form eines elektrisch isolierenden Klebstoffs bereitgestellt sein, der wiederum vorzugsweise gut thermisch leitend ausgebildet ist. Auch dieser kann wiederum in Form einer sehr dünnen Klebstoffschicht bereitgestellt sein, die eine Schichtdicke von vorzugsweise weniger als 1 mm aufweist. Das Kühlelement kann am Modulgehäuse aber auch angeschraubt oder angeschweißt sein. Gleiches gilt auch für die Anbindung des Kühlelements am Gehäusebauteil, zum Beispiel am Gehäuseboden und/oder am Gehäusedeckel. Bis auf eine optionale elektrisch isolierende Schicht und/oder eine Schicht aus einer Wärmeleitmasse befindet sich vorzugsweise also auch kein weiteres Element zwischen dem Modulgehäuse beziehungsweise dem Gehäusebauteil und dem Kühlelement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterie einen in der ersten Richtung verlaufenden, mit einem Ende am Gehäusebauteil angeordneten Verbindungsabschnitt auf, der in einer zweiten Richtung neben dem Zellstapel angeordnet ist und der das Kühlelement mit dem Gehäusebauteil verbindet. Dieser Verbindungsabschnitt kann ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Insbesondere kann dieser Verbindungsabschnitt sogar einstückig mit dem Kühlelement gefertigt sein. Mit anderen Worten können das Kühlelement und der Verbindungsabschnitt unterschiedliche Abschnitte eines gleichen, einstückig ausgebildeten Bauteils darstellen. Es kann sich dabei aber auch um zwei separat bereitgestellte und miteinander verbundene Bauteile handeln. Beispielsweise kann der Verbindungsabschnitt auch durch eine am Gehäusebauteil, angeordnete Seitenwand oder Trennwand darstellen, die den Aufnahmebereich bezüglich einer zweiten Richtung oder einer dritten Richtung begrenzt. Derartige Seitenwände beziehungsweise Trennwände, die zum Beispiel die als Fächer ausgebildeten Aufnahmebereich für verschiedene Zellstapel voneinander räumlich separieren, können ebenfalls am Kühlboden, das heißt am Gehäuseboden, angebunden sein beziehungsweise an diesem direkt angeordnet sein. Diese sind vorzugsweise ebenfalls aus metallischem Material beziehungsweise Werkstoff gebildet und weisen daher ebenfalls eine sehr gute thermische Leitfähigkeit auf. Somit kann das Kühlelement einfach auch an eine solche Seitenwand angebunden werden, zum Beispiel an diese angeschweißt oder angeschraubt werden. Somit können vorteilhafterweise auch bestehende Bauteile genutzt werden.
Der Verbindungsabschnitt kann aber auch als separates Bauteil bereitgestellt sein und zum Beispiel zusätzlich zu den beschriebenen Seiten- und/oder Trennwänden bereitgestellt sein. Weiterhin kann es sich bei diesem Verbindungsabschnitt um einen der betreffenden Batteriezelle zugeordneten Verbindungsabschnitt handeln. Mit anderen Worten kann einer jeweiligen Batteriezelle mindestens ein solcher Verbindungsabschnitt zugeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass ein solcher Verbindungsabschnitt von mehreren Batteriezellen, zum Beispiel aller Batteriezellen eines gleichen Zellmoduls, gemeinsam genutzt wird, um daran die jeweiligen den einzelnen Batteriezellen zugeordneten Kühlelemente anzubinden. Im ersten Fall kann der Verbindungsabschnitt ähnlich wie das Kühlelement ebenfalls als Schiene oder Steg oder Platte ausgebildet sein, im letzten Fall zum Beispiel als sich in eine dritte Richtung erstreckende Platte oder ähnliches.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Zellstapel mehrere in einer dritten Richtung nebeneinander angeordnete Batteriezellen umfassend die mindestens eine Batteriezelle auf, wobei die Batterie für jede der Batteriezellen mindestens ein Kühlelement, vorzugsweise zwei Kühlelemente aufweist, über welches der mindestens eine erste Zellpolanschluss der jeweiligen Batteriezelle mit dem Modulgehäuse und/oder dem Gehäuseboden gekoppelt ist. Vorzugsweise sind beide Zellpolanschlüsse einer jeweiligen Batteriezelle über jeweils ein solches Kühlelement mit dem Modulgehäuse dieser betreffenden Batteriezelle und/oder dem Gehäusebauteil gekoppelt. Die Kopplung mit dem Gehäusebauteil kann zum Beispiel auch über einen gemeinsamen, oben beschriebenen Verbindungsabschnitt erfolgen. Es kann aber auch pro Kühlelement ein eigener Verbindungsabschnitt vorgesehen sein. Die zumindest bereichsweise Entkopplung der Kühlelemente voneinander, zum Beispiel zumindest im Bereich ihrer ersten Anbindungsbereiche, ermöglicht einen deutlich flexibleren Toleranzausgleich und eine flexiblere Entkopplung der Zellen untereinander. Die Breite eines Kühlelements in der dritten Richtung ist also vorzugsweise maximal so groß wie eine Breite der dem Kühlelement zugeordneten Batteriezelle in der dritten Richtung. Dadurch kann eine effiziente Kühlung mehrerer Zellen eines Zellstapel gleichzeitig bereitgestellt sein. Für mehrere Zellstapel, die wiederum jeweils mehrere Batteriezellen umfassen können, gilt Gleiches. Das heißt, für jeden Zellstapel der Batterie kann eine Zellpolkühlung bereitgestellt werden, wie diese am Beispiel des vorliegenden Zellstapels beschrieben wurde. Dabei können auch alle Batteriezellen, sowie auch alle Kühlelemente jeweils wie zur mindestens einen Batteriezelle und zum zumindest einen Kühlelement beschrieben ausgebildet sein, und insbesondere können auch alle Batteriezellen gleichartig ausgebildet, sowie auch alle Kühlelemente.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn das Gehäusebauteil als Kühlwand oder als Kühldeckel oder als Kühlboden ausgebildet ist und mindestens einen von einem Kühlmittel durchström baren Kühlkanal aufweist. Die Batteriezellen können darüber hinaus mit ihren ersten Seiten zusätzlich am Gehäusebauteil angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise gleichzeitig eine Kühlung der Batteriezellen über deren erste Seiten bereitgestellt werden. Mit anderen Worten können die Batteriezellen wie bereits beschrieben mit ihren jeweiligen ersten Seiten thermisch an diese Kühlwand, zum Beispiel einen Kühlboden, angebunden sein. Somit ist es nun möglich, eine jeweilige Batteriezelle unterseitig zu kühlen, sowie gleichzeitig auch oberseitig über ihre Zellpolanschlüsse. Daraus resultiert vorteilhafterweise eine besonders gleichmäßige und homogene Kühlung über die gesamte Batteriezelle hinweg. Sind die Zellpolanschlüsse seitlich angeordnet, ist es bevorzugt, dass sowohl der Gehäuseboden als Kühlboden und der Gehäusedeckel als Kühldeckel ausgebildet ist, die Zellpole jeweils über das Kühlelement sowohl am Kühlboden als auch am Kühldeckel angebunden sind und optional zusätzlich die Zellen mit ihren ersten Seiten am Kühlboden und den ihren erste Seiten gegenüberliegenden Seiten z.B. zusätzlich nochmal an den Kühldeckel angebunden sind. Hotspots innerhalb der Zelle können so effizient vermieden werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Batterie und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Zellstapel, von dem exemplarisch nur eine Batteriezelle dargestellt ist, und einer thermischen Anbindung eines Zellpolanschlusses über ein Kühlelement an ein Modulgehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Zellstapel, von dem exemplarisch nur eine Batteriezelle dargestellt ist, und einer thermischen Anbindung des Zellpolanschlusses der Batteriezelle über ein Kühlelement an einen Gehäuseboden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Zellstapel, von dem exemplarisch nur eine Batteriezelle mit seitlichen Zellpolanschlüssen dargestellt ist, und einer thermischen Anbindung des Zellpolanschlusses der Batteriezelle über ein Kühlelement direkt und indirekt an einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 10 mit einem Zellstapel 12, von welchem exemplarisch nur eine Batteriezelle 14 dargestellt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Zellstapel 12 kann dabei im Allgemeinen mehrere solcher Batteriezellen 14 umfassen, die in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sein können, wobei diese Stapelrichtung zur hier dargestellten y-Richtung korrespondiert. Mit anderen Worten können in y-Richtung mehrere solcher Batteriezellen 14 nebeneinander angeordnet sein. Weiterhin umfasst die Batterie 10 ein Batteriegehäuse 16, von welchem hier nur ein Gehäuseboden 18 dargestellt ist. Dieser ist vorzugsweise als Kühlboden ausgebildet und umfasst zum Beispiel einen oder mehrere von einem Kühlmedium, zum Beispiel Wasser durchströmbare Kühlkanäle. Die Batteriezelle 14 ist vorliegend als prismatische Batteriezelle ausgebildet und weist eine erste Seite 14a auf, die in diesem Beispiel eine Unterseite 14a der Batteriezelle 14 darstellt, sowie eine zweite Seite 14b, die in diesem Beispiel eine der Unterseite 14a gegenüberliegende Oberseite darstellt. Zudem weist die Batteriezelle 14 eine die Zelle 14 in x-Richtung begrenzende dritte Seite 14c und vierte Seite 14d auf. Des Weiteren weist die Batteriezelle zwei Zellpolanschlüsse 20a, 20b auf. Einer dieser beiden Zellpolanschlüsse 20a, 20b ist dabei als Pluspol, und der andere als Minuspol ausgestaltet. In diesem Beispiel sind die Zellpolanschlüsse 20a, 20b auf der Oberseite 14b der Batteriezelle 14 angeordnet. Alternativ können diese auch an der dritte Seite 14c und/oder vierten Seite 14d angeordnet sein. Dabei ist es auch denkbar, dass die beiden Zellpolanschlüsse 20a, 20b auf verschiedenen Seiten der Batteriezelle 14 angeordnet sind, zum Beispiel eine auf der dritten Seite 14c und der andere auf der vierten Seite 14d. Auf jeden Fall sind die Zellpolanschlüsse 20a, 20b auf einer von der Unterseite 14a der Batteriezelle 14 verschiedenen Seite angeordnet.
Zudem umfasst die Batterie 10 ein Modulgehäuse 22, in dem der Zellstapel 12 angeordnet ist. Dieses Modulgehäuse 22 kann aus Metall, zum Beispiel Aluminium, gefertigt sein. Über dieses Modulgehäuse 22, insbesondere dessen Unterseite, ist die Batteriezelle 14 an den als Kühlboden 18 ausgebildeten Gehäuseboden 18 thermisch angebunden. Zu diesem Zweck kann zwischen der Unterseite 14a der Batteriezelle 14 bzw. dem Modulgehäuseboden und dem Kühlboden 18 ein wärmeleitfähiger Kleber oder eine Wärmeleitmasse 24 angeordnet sein. Dies gilt auch für alle übrigen Zellen 14 des Zellstapels 12. Weiterhin ist die Batteriezelle 14 beziehungsweise im Allgemeinen der Zellstapel 12 in einem Aufnahmebereich 26 des Batteriegehäuses 16 angeordnet. Dieser Aufnahmebereich 26 wird entsprechend bezüglich der z-Richtung nach unten durch den Gehäuseboden 18 begrenzt. Seitlich, das heißt zum Beispiel in x- und/oder y-Richtung, kann der Aufnahmebereich 26 für ein jeweiliges Batteriemodul beziehungsweise einen jeweiligen Zellstapel 12 auch durch hier nicht näher dargestellte Seitenwände und/oder Trennwände begrenzt sein.
Bei herkömmlichen Batterien ist die Kühlung solcher Batteriezellen normalerweise auf eine Kühlung von unten, zum Beispiel durch den beschriebenen Kühlboden, beschränkt. Entsprechend gibt es keine thermische Anbindung der Zellterminals an eine Kühlstruktur. Somit stellt sich eine ungleiche Temperaturverteilung über die Zelle ein, vor allem in z- Richtung. Zudem kann im Falle eines thermischen Durchgehens viel thermische Energie über Zellverbinder, die benachbarte Zellen elektrisch miteinander kontaktieren, an die Nachbarzelle übertragen werden, da ein solcher Zellverbinder üblicherweise nicht mit einer Wärmesenke gekoppelt ist, beziehungsweise nur indirekt über die Zelle selbst, was wiederum ein thermisches Durchgehen der Nachbarzelle begünstigen kann. Der Wärmeeintrag an ein Terminal und somit die ungleiche Temperaturverteilung über die Zelle beschränkt die Lade- und Entladeströme. Zudem kann ohne thermische Anbindung der Terminals die über die Zellverbinder übertragbare Wärmeenergie im Falle eines thermischen Durchgehens die Nachbarzelle anstecken oder dies zumindest begünstigen.
Die Erfindung ermöglicht nun vorteilhafterweise eine thermische Anbindung der Zellterminals, das heißt der Zellpolanschlüsse 20a, 20b, an das Modulgehäuse 22 beziehungsweise das Batteriegehäuse 16, welches wiederum thermisch an die Wärmesenke angebunden ist, die insbesondere durch den Kühlboden 18 bereitgestellt ist.
Diese thermische Anbindung erfolgt dabei über ein Kühlelement 28. Fig. 1 zeigt dabei ein Beispiel, gemäß welchem über dieses Kühlelement 28 einer der Zellpolanschlüsse 20a an das Modulgehäuse 22 angebunden ist. Das Modulgehäuse 22 ist wiederum thermisch mit dem Kühlboden 18 gekoppelt. Dabei weist das Kühlelement 28, das vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, einen ersten Anbindungsbereich 28a auf, der mit einem ersten Zellpolanschluss 20a gekoppelt ist, und einen zweiten Anbindungsbereich 28b, der mit dem Modulgehäuse 22 gekoppelt ist. Die Kopplung des ersten Anbindungsbereichs 28a erfolgt dabei insbesondere nicht durch eine direkte Verbindung des Kühlelements 28 mit dem Zellpolanschluss 20a, sondern stattdessen über eine elektrisch isolierende Anbindung, die in Form eines Isolationselements 30 bereitgestellt ist, an einen Zellverbinder 32. Dieser Zellverbinder 32 kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein und den Zellpolanschluss 20a mit dem Zellpolanschluss einer Nachbarzelle innerhalb des gleichen Zellstapels 12 elektrisch leitend verbinden. Der Zellverbinder 32 kann zum Beispiel als eine Art dünne Stromschiene ausgestaltet sein. Im Kopplungsbereich zum Koppeln mit dem Kühlelement 28 ist der Zellverbinder 32 auf der dem Kühlelement 28 zugewandten Seite vorzugsweise flach ausgestaltet. Dies erleichtert die Anbindung an das Kühlelement 28. Das Isolationselement 30 ist zudem bevorzugt als dünne Klebeschicht ausgestaltet. Diese kann eine Schichtdicke in z-Richtung von zum Beispiel weniger als 1 mm, zum Beispiel 0,6 mm, aufweisen. Weiterhin ist in diesem Beispiel das Kühlelement 28 als eine gewinkelte Schiene ausgestaltet. Ist beispielsweise der erste Zellpolanschluss 20a nicht auf der Oberseite 14b der Zelle 14 wie in Fig. 1 dargestellt angeordnet, sondern zum Beispiel stattdessen auf der vierten Seite 14d, so kann stattdessen das Kühlelement 28 auch als gerade verlaufende Schiene ausgebildet sein, das heißt ohne Winkel, insbesondere 90 Grad-Winkel, wie in diesem Beispiel. Die Anbindung des Kühlelements 28, insbesondere im zweiten Anbindungsbereich 28b, an das Modulgehäuse 22 kann ebenfalls über eine Klebeschicht 33, die wiederum optional elektrisch isolierend ausgebildet sein kann, erfolgen, oder aber auch durch eine direkte Verbindung zwischen dem Kühlelement 28 und dem Modulgehäuse 22, zum Beispiel durch Verschweißen und/oder Schrauben oder ähnliches. Dabei kann zudem für jede Zelle 14 des Zellstapels 12 ein eigenes separates solches Kühlelement 28 bereitgestellt sein. Insbesondere können pro Zelle 14 zwei solcher Kühlelemente 28 bereitgestellt sein, eines für jeden Zellpolanschluss 20a, 20b. Mit anderen Worten kann auch der zweite Zellpolanschluss 20b analog wie zum ersten Zellpolanschluss 20a beschrieben an das Modulgehäuse 22 und/oder den Kühlboden 18 über ein solches Kühlelement 28 angebunden sein.
Durch die Ausführung als gewinkelte Schiene 28 wie in Fig. 1 dargestellt lässt sich zudem auf besonders einfache Weise ein Toleranzausgleich sowohl in x- als auch in z-Richtung bereitstellen. Diese Toleranzausgleiche sind durch die Pfeile 34 veranschaulicht. Variiert zum Beispiel die Position des Zellpolanschlusses 20a von Zelle zu Zelle in Bezug auf die x-Richtung, so spielt dies bei dieser Ausführung des Kühlelements 28 keine Rolle. Dieses würde dann entsprechend einfach mehr oder weniger entgegen der dargestellten x-Richtung über den entsprechenden Zellverbinder 32 hinausstehen. Auch unabhängig von der Ausbildung der Höhe der Zelle 14 in z-Richtung kann ein solches passives Kühlelement 28 immer optimal positioniert und an das Modulgehäuse 22 angebunden werden. Die Anbindungsstelle kann dann entsprechend einfach etwas weiter nach oben oder unten versetzt sein. Mit anderen Worten kann das passive Kühlelement 28 einfach für jede Zelle 14 als Gleichteil ausgebildet sein und muss zellspezifische Toleranzen bei der Ausbildung nicht berücksichtigen. Weiterhin ist das Kühlelement 28 vorzugsweise massiv ausgebildet, was wiederum der thermischen Leitfähigkeit zuträglich ist.
Die Anbindung der Zellpolanschlüsse 20a über das Kühlelement 28 muss dabei nicht notwendigerweise über das Modulgehäuse 22 führen, sondern kann auch direkt über den Kühlboden 18 realisiert sein, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist.
Fig. 2 veranschaulicht dabei anhand eines weiteren Beispiels der Erfindung wiederum eine Batterie 10, die insbesondere wie zu Fig. 1 beschrieben ausgebildet sein kann, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. In diesem Beispiel ist ein zusätzlicher Verbindungsabschnitt 36 vorgesehen, der das Kühlelement 28 mit dem Kühlboden 18 verbindet und sich im Wesentlichen parallel zur z-Richtung erstreckt. Das Kühlelement 28 ist also nicht direkt an das Modulgehäuse 22 angebunden. Dieser Verbindungsabschnitt 36 kann dabei selbst einen Teil des Kühlelements 28 darstellen. Mit anderen Worten können dieser Verbindungsabschnitt 36 und das restliche Kühlelement 28 einstückig, zum Beispiel ebenfalls in Form einer gewinkelten Schiene, ausgebildet sein. Der Verbindungsabschnitt 36 kann aber auch als separates Bauteil bereitgestellt sein. Das Kühlelement 28 kann sich in diesem Fall auch nur auf den horizontalen Abschnitt 38 beschränken. Mit anderen Worten kann der gesamte, vertikal dargestellte Abschnitt den Verbindungsabschnitt 36 darstellen, oder nur einen Teil davon. Dieser Verbindungsabschnitt 36 kann zum Beispiel auch durch eine Trennwand oder Seitenwand des Batteriegehäuses 16 bereitgestellt sein, welche mehrere Aufnahmebereiche 26 jeweiliger Zellstapel 12 voneinander separiert.
Auch kann für die jeweiligen Kühlelemente 28 der jeweiligen Batteriezellen 14 ein gemeinsam als solcher Verbindungsabschnitt 36 genutzt werden, über welchen die jeweiligen Kühlelemente 28 an den Kühlboden 18 angebunden sind. Damit gibt es vielzählige Ausgestaltungsmöglichkeiten, die eine ideale Situationsanpassung erlauben. Auch hier kann die Anbindung des zweiten Zellpolanschlusses 20b ganz analog wie für den ersten Zellpolanschluss 20a gezeigt erfolgen. Wird also beispielsweise auch dieses Verbindungselement beziehungsweise der Verbindungsabschnitt 36 als Teil des Kühlelements 28 aufgefasst, so ist der zweite Anbindungsbereich 28b durch die dem Gehäuseboden 18 zugewandte Stirnseite dieses Verbindungsabschnitts 36 bereitgestellt, und andernfalls durch den Abschnitt, der vorliegend mit 28b‘ bezeichnet ist, des Kühlelements 28, der direkt an diesen Verbindungsabschnitt 36 kontaktierend angrenzt.
Auch durch diese Ausführungsform lässt sich eine besonders gute thermische Anbindung der Zellpolanschlüsse 20a, 20b an den Gehäuseboden bereitstellen. Auch hier kann wiederum ein sehr einfacher Toleranzausgleich 34 sowohl in x- als auch in z-Richtung bereitgestellt werden. Der Toleranzausgleich in z-Richtung kann unterstützend noch durch das Einbringen eines Wärmeleitelements 40, zum Beispiel in Form einer Wärmeleitmasse oder eines Klebstoffs zwischen dem Verbindungsabschnitt 36 und dem Kühlboden 18 erfolgen beziehungsweise unterstützt werden und vereinfacht werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 10 kann wiederum bis auf die nachfolgend erläuterte Unterschiede wie zuvor ausgebildet sein. Auch in diesem Beispiel umfasst die Batterie 10 einen Zellstapel 12, von welchem exemplarisch nur eine Batteriezelle 14 dargestellt ist. Der Zellstapel 12 wieder mehrere Batteriezellen 14 umfassen, die in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sein können, wobei diese Stapelrichtung zur hier dargestellten y-Richtung korrespondiert. Weiterhin umfasst die Batterie 10 ein Batteriegehäuse 16, von welchem hier zusätzlich zum Gehäuseboden 18 ein Gehäusedeckel 18' dargestellt ist. Sowohl der Gehäuseboden 18 hier in diesem Beispiel Kühlboden 18 ausgebildet und auch der Deckel 18' ist als Kühldeckel 18' ausgebildet, und umfasst zum Beispiel ebenfalls einen oder mehrere von einem Kühlmedium, zum Beispiel Wasser durchströmbare Kühlkanäle. Die Batteriezelle 14 ist vorliegend als prismatische Batteriezelle ausgebildet und weist eine erste Seite 14a auf, die in diesem Beispiel eine Unterseite 14a der Batteriezelle 14 darstellt. Die Oberseite der Batteriezelle ist in diesem Beispiel mit 14a' bezeichnet, da auch sie einer Gehäusebauteil, nämlich dem Deckel 18' zugewandt ist, der als aktive Kühlung ausgeführt ist und da sich in diesem Beispiel nun an dieser Oberseite 14a' ebenfalls keine Zellpole 20a, 20b befinden. Diese sind in diesem Beispiel seitlich angeordnet, d.h. an einer dritten Seite 14c und einer vierten Seite 14d, die einander gegenüberliegen. Beide Zellpole 20a, 20b sind über ein jeweiliges Kühlelement 28 an die Boden- und Deckelkühlung angebunden. Zu diesem Zweck ist ein jeweiliger Anbindungsbereich 28a des jeweiligen Kühlelements28 wieder über ein Isolationselement 30 an einem Zellverbinder 32, der direkt kontaktierend an den Zellpolen 20a, 20b angeordnet ist, angeordnet.
In Fig. 3 sind dabei gleichzeitig zwei unterschiedliche Anbindungsmöglichkeiten illustriert, die beliebig miteinander kombiniert werden können. Der rechts dargestellte Zellpolanschluss 20a ist dabei über das Kühlelement einerseits direkt am Kühlboden 18, andererseits direkt am Kühldeckel 18' angebunden. Die Anbindungsbereiche des Kühlelements 28 sind wieder mit 28b bezeichnet. Das Kühlelement 28 weist also zwei zweite Anbindungsbereiche 28b auf, einer ist am Kühlboden 18 angeordnet und einer am Deckel 18‘, z.B. über ein hier nicht näher dargestelltes Wärmeleitelement 40 (vgl. Fig. 2) wie zu Fig. 2 beschrieben. Der in Fig. 3 links dargestellte Zellpolanschluss 20b ist über das Kühlelement 28 indirekt an die Bodenkühlung 18 und den Deckel 18' angebunden, nämlich über einen Teil des Modulgehäuses 22, insbesondere eine Seitenwand des Modulgehäuses 22. Das Modulgehäuse 22 kann zum Beispiel in Form eines Rahmens ausgebildet sein, insbesondere so dass sich auf der Unterseite 14a und der Oberseite 14a' der Zelle 14 nicht notwendigerweise eine Modulgehäusewand befinden muss. Das Modulgehäuse 22 ist wiederum sowohl mit dem Kühlboden 18 als auch mit dem Kühldeckel 18' verbunden. Für beide Zellpole 20a, 20b kann dabei auch die gleiche Anbindungsvariante über das Kühlelement 28 umgesetzt sein, wenngleich hier auch nicht explizit dargestellt. Das Kühlelement 28 kann in beiden Fällen zum Beispiel in Form einer Platte bereitgestellt sein, die in diesem Beispiel im Wesentlichen parallel zur y-z- Ebene ausgerichtet ist. Dieses Kühlelement 28 kann sich in y-Richtung über den gesamten Zellstapel 12 hinweg erstrecken. Die Isolationselemente 30 können in y-Richtung jedoch segmentiert sein. Beispielsweise kann ein Isolationselement 30 pro Zellverbinder 32 vorgesehen sein und dieses kann zudem an beliebiger Position in y-Richtung auf diesem Zellverbinder 32 angeordnet sein und diesen in y-Richtung nur teilweise oder vollständig überdecken. Es kann auch pro Zellpolanschluss 20a, 20b ein Isolationselement 30 vorgesehen sein, das zum Beispiel bezüglich der y- Richtung dann direkt oberhalb des betreffenden Zellpolanschlusses 20a, 20b angeordnet sein kann.
In diesem Beispiel kann sowohl der Kühlboden 18 als auch der Kühldeckel 18' zusätzlich auch direkt en die Unterseite 14a bzw. Oberseite 14a' der jeweiligen Zellen 14 angebunden sein. Hierdurch wird eine jeweilige Zelle 14 von vier Seiten gekühlt. Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine thermische Anbindung der Zellterminals in einer Batterie bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht eine beidseitige Kühlung der Zelle, wodurch höhere Leistungen beim Laden und Entladen möglich sind. Weiterhin erhöht eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Zelle die Zelllebensdauer. Zudem wird eine bessere Temperaturabfuhr beim Durchgehen einer Batteriezelle bereitgestellt und entsprechend ein Beitrag zur Verhinderung eines Thermal Runaways geleistet.

Claims

25
PATENTANSPRÜCHE: Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie (10) aufweist:
- ein Batteriegehäuse (16) mit einem Aufnahmebereich (26), einem Gehäusebauteil (18, 18’), der den Aufnahmebereich (26) bezüglich einer ersten Richtung (z) begrenzt,
- mindestens einen Zellstapel (12) mit mindestens einer Batteriezelle (14), wobei der mindestens eine Zellstapel (12) im Aufnahmebereich (26) angeordnet ist, so dass eine erste Seite (14a, 14a’) der mindestens einen Batteriezelle (14) dem Gehäusebauteil (18, 18‘) zugewandt ist und eine von der ersten Seite (14a, 14a’) verschiedene zweite Seite (14b, 14c, 14d) der mindestens einen Batteriezelle (14) einen ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) aufweist; und
- mindestens ein Kühlelement (28) zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle (14); dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kühlelement (28) als ein passives Kühlelement (28) ausgebildet ist, das selbst nicht von einem Kühlmedium durchströmbar ist, und das einen ersten Anbindungsbereich (28a) aufweist, der mit dem ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) der mindestens einen Batteriezelle (14) elektrisch isoliert gekoppelt ist, und einen zweiten Anbindungsbereich (28b, 28b‘) aufweist, der mit dem Gehäusebauteil (18, 18’) und/oder einem Modulgehäuse (22) zur Bereitstellung einer Wärmesenke gekoppelt ist. Batterie (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (28) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und über ein elektrisch isolierendes Isolationselement (30) mit dem ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) gekoppelt ist. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) eine mit dem ersten Zellpolanschluss (20a, 20b) elektrisch leitend verbundenen Zellverbinder (32) aufweist, wobei das Isolationselement (30) zwischen dem Zellverbinder (32) und dem ersten Anbindungsbereich (28a) des Kühlelements (28) angeordnet ist, Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (30) als eine Klebeschicht (30) aus einem Klebstoff ausgebildet ist. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (28) eine gekrümmte und/oder gewinkelte Schiene (28) umfasst oder als solche ausgebildet ist. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (28) im zweiten Anbindungsbereich (28b) das Modulgehäuse und/oder das Gehäusebauteil (18, 18’) direkt kontaktierend angeordnet ist, insbesondere angeschweißt, angeschraubt oder angeklebt ist. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) einen in der ersten Richtung (z) verlaufenden, mit einem Ende am Gehäusebauteil (18, 18’) angeordneten Verbindungsabschnitt (36) aufweist, der in einer zweiten Richtung (x) neben dem Zellstapel (12) angeordnet ist und der das Kühlelement (28) mit dem Gehäusebauteil (18, 18’) verbindet. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstapel (12) mehrere in einer dritten Richtung (y) nebeneinander angeordnete Batteriezellen (14) umfassend die mindestens eine Batteriezelle (14) aufweist, wobei die Batterie (10) für jede der Batteriezellen (14) mindestens ein Kühlelement (28), vorzugsweise zwei Kühlelenente (28) aufweist, über welches der mindestens eine erste Zellpolanschluss (20a, 20b) der jeweiligen Batteriezelle (14) mit dem Modulgehäuse (22) und/oder dem Gehäusebauteil (18, 18’) gekoppelt ist. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass des Gehäusebauteil (18, 18’) als Kühlwand oder Kühldeckel (18‘) oder Kühlboden (18) ausgebildet ist und mindestens einen von einem Kühlmittel durchström baren Kühlkanal aufweist. Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2405527B1 (de) 2010-07-05 2014-06-18 ads-tec GmbH Akkublock mit einer Kühlvorrichtung
DE102014202549A1 (de) * 2014-02-12 2015-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Entwärmen einer elektrischen Energiespeichereinrichtung
DE102015214184A1 (de) 2015-07-27 2017-02-02 Audi Ag Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE102015217790B4 (de) 2015-09-17 2021-05-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Anordnung zur Kühlung von Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2405527B1 (de) 2010-07-05 2014-06-18 ads-tec GmbH Akkublock mit einer Kühlvorrichtung
DE102014202549A1 (de) * 2014-02-12 2015-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Entwärmen einer elektrischen Energiespeichereinrichtung
DE102015214184A1 (de) 2015-07-27 2017-02-02 Audi Ag Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE102015217790B4 (de) 2015-09-17 2021-05-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Anordnung zur Kühlung von Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges

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