DE102017217118A1

DE102017217118A1 - Batteriemodul

Info

Publication number: DE102017217118A1
Application number: DE102017217118.9A
Authority: DE
Inventors: Mario Kustosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20190097286A1; CN109560352A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle (4), wobei das Batteriemodul (1) ein direkt benachbart zu der zumindest einen Batteriezelle (4) angeordnetes Strömungsleitelement (13) umfasst, welches einen Grundkörper (14) und zumindest ein Abstandselement (15) aufweist, wobei das zumindest eine Abstandselement (15) den Grundkörper (14) von der zumindest einen Batteriezelle (4) unter Ausbildung von zumindest einem mit Temperierfluid durchströmbaren ersten Strömungsraum (16) zwischen dem Grundkörper (14) und der zumindest einen Batteriezelle (4) beabstandet, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin einen zum Durchströmen mit Temperierfluid ausgebildeten zweiten Strömungsraum (27) umfasst, welcher fluidleitend mit dem ersten Strömungsraum (16) verbunden ist, wobei der erste Strömungsraum (16) in der Art ausgebildet ist, dass Temperierfluid im Wesentlichen mittels des Kapillareffekts von dem zweiten Strömungsraum (27) in den ersten Strömungsraum (26) fließt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus dem Stand der Technik sind zur Temperierung von Batteriemodulen passive und aktive Kühlkonzepte mit Luft, Wasserkühlkreisläufen und Umspülungen von einzelnen Batteriezellen des Batteriemoduls bekannt.
Die Druckschrift DE 10 2012 217 874 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Führung eines Fluids, insbesondere eines Kühlfluids zur Kühlung von zu kühlenden Komponenten, insbesondere zur Kühlung von Elektronikkomponenten und/ oder Batteriezellen und/oder Batteriemodulen, mit einer ersten Deckplatte und einer zweiten Deckplatte und mit einem Strukturgitter zwischen den beiden Deckplatten zur Definition eines durchströmbaren Raumbereichs, wobei zur zumindest teilweisen Abdichtung des Raumbereichs gegenüber einem Außenraum und/oder zur Unterteilung des Raumbereichs in bestimmbare Strömungskanäle eine Unterteilung durch Umformung des Strukturgitters und/oder durch Einbringen eines Dichtstoffs vorgesehen ist.
Die Druckschrift DE 10 2013 203 966 A1 offenbart eine Temperierplatte zur Temperierung von Bauteilen, wobei die Temperierplatte aus einem Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff ausgebildet ist, welcher ein Metallfasergewebe, das von einem duroplastischen Kunststoff umgeben ist, umfasst.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriemodul mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Temperierung von Batteriezellen des Batteriemoduls möglich ist.
Dazu wird ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle zur Verfügung gestellt.
Das Batteriemodul umfasst ein direkt benachbart zu der zumindest einen Batteriezelle angeordnetes Strömungsleitelement.
Das Strömungsleitelement weist dabei einen Grundkörper und zumindest ein Abstandselement auf.
Dabei beabstandet das zumindest eine Abstandselement den Grundkörper von der zumindest einen Batteriezelle unter Ausbildung von zumindest einem mit Temperierfluid durchströmbaren ersten Strömungsraum zwischen dem Grundkörper und der zumindest einen Batteriezelle.
Weiterhin umfasst das Batteriemodul einen zum Durchströmen mit Temperierfluid ausgebildeten zweiten Strömungsraum.
Der zweite Strömungsraum ist dabei fluidleitend mit dem ersten Strömungsraum verbunden.
Weiterhin ist der erste Strömungsraum in der Art ausgebildet, dass Temperierfluid im Wesentlichen mittels des Kapillareffekts von dem zweiten Strömungsraum in den ersten Strömungsraum fließt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Vorrichtungen möglich.
Unter dem Kapillareffekt soll an dieser Stelle verstanden sein, dass der ausgebildete erste Strömungsraum in der Art bemessen ist, dass Temperierfluid aufgrund der Oberflächenspannung des Temperierfluids in den ersten Strömungsraum einströmt.
Es ist zweckmäßig, wenn die zumindest eine Batteriezelle prismatisch ausgebildet ist.
Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, den ersten Strömungsraum derart auszubilden, dass Temperierfluid aufgrund des Kapillareffekts in den ersten Strömungsraum einströmt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Strömungsleitelement an einer größten Seitenfläche der zumindest einen prismatisch ausgebildeten Batteriezelle angeordnet ist.
Dadurch ist es möglich, eine zuverlässige, großflächige Temperierung der zumindest einen Batteriezelle zur Verfügung zu stellen.
Insbesondere ist der zweite Strömungsraum an einer unteren Seitenfläche der Batteriezelle angeordnet, so dass Temperierfluid entgegen der Richtung der Gravitationskraft in den ersten Strömungsraum einströmt.
Insbesondere weist der zweite Strömungsraum eine Längsrichtung auf und der erste Strömungsraum eine Strömungsebene. Dabei ist die Längsrichtung des zweiten Strömungsraums senkrecht zu der Strömungsebene des ersten Strömungsraums angeordnet.
Dadurch kann eine einfache Temperierung des Batteriemoduls zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine Abstandselement elastisch verformbar ausgebildet.
Dadurch kann das zumindest eine elastisch verformbar ausgebildete Abstandselement Volumenveränderungen der Batteriezellen vorteilhaft kompensieren.
Es ist zweckmäßig, wenn das Batteriemodul eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle aufweist, zwischen denen das Strömungsleitelement angeordnet ist. Dabei weist das Strömungsleitelement zumindest ein erstes Abstandselement und zumindest ein zweites Abstandselement auf, wobei das erste Abstandselement den Grundkörper des Strömungsleitelements der ersten Batteriezelle beabstandet und das zweite Abstandselement den Grundkörper des Strömungsleitelements von der zweiten Batteriezelle beabstandet.
Somit kann ein einfacher Aufbau eines Batteriemoduls mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Batteriezellen zuverlässig temperiert werden können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Strömungsleitelement einen Rahmen, welcher den ersten Strömungsraum abschließt.
Insbesondere ist dabei der Rahmen zur Aufnahme der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet.
Dies hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Abdichtung des ersten Strömungsraums ausgebildet werden kann.
Es ist zweckmäßig, wenn das Strömungsleitelement eine Mehrzahl an Abstandselementen umfasst, so dass vorteilhaft eine gleichmäßige Strömung in dem ersten Strömungsraum ausgebildet werden kann.
Dabei weisen die Abstandselemente jeweils eine Querschnittsfläche auf, welche beispielsweise eine kreisrunde, halbmondförmige oder ovale Form aufweisen kann. Damit kann mittels der Querschnittsfläche die Strömung innerhalb des ersten Strömungsraums gezielt beeinflusst werden.
Bevorzugt ist der Grundkörper des Strömungsleitelements aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet und ist das zumindest eine Abstandselement aus einem polymeren oder keramischen Werkstoff ausgebildet.
Beispielsweise kann das Abstandselement aus oxydischen Partikeln ausgebildet sein.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht ein geöffnetes Gehäuse eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit zwei Batteriezellen und einem Strömungsleitelement,
2 schematisch in einer Untersicht ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit einem geöffneten Gehäuse,
3 schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsleitelements, welches in einem erfindungsgemäßen Batteriemodul angeordnet ist,
4 in einer Schnittansicht von der Seite ein Strömungsleitelement und eine Mehrzahl an Batteriezellen mit Strömungsleitelementen sowie eine Ausführungsform einer Batteriezelle,
5 eine Ausführungsform eines Strömungsleitelements,
6 in einer perspektivischen Ansicht ein Batteriemodul in einer Explosionsdarstell u ng,
7 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Batteriemodul,
8 schematisch in einer perspektivischen Ansicht ein geöffnetes Gehäuse eines weiteren erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit einer Abstandselemente umfassenden Batteriezelle,
9 in einer Schnittansicht ein weiteres erfindungsgemäßes Batteriemodul mit einer Abstandselemente umfassenden Batteriezelle und
10 Batteriezellen mit einer erfindungsgemäßen Ummantelung.

Die 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht ein geöffnetes Gehäuse 2 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Dabei weist das Gehäuse 2 einen Innenraum 3 auf.
Der Innenraum 3 ist dabei ausgebildet zu einer Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen 4.
Der Innenraum 3 des Gehäuses 2 gemäß 1 nimmt dabei beispielsweise zwei Batteriezellen 4 auf und zeigt einen Zustand vor dem endgültigen Zusammenbau des Batteriemoduls 1 mit einem geöffneten Gehäuse 2.
Weiterhin umfasst das Gehäuse 2 eine Mehrzahl an Gehäusewänden 5. Die Gehäusewand 5 an der unteren Seite des Gehäuses 2, welche auch als Bodenwand 6 bezeichnet sein kann, weist eine Mehrzahl an Vorsprüngen 7 auf. Zwei benachbarte Vorsprünge 7 begrenzen dabei jeweils einen Strömungskanal 8, welcher zu einem Durchströmen mit einem Temperierfluid ausgebildet ist. Die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 ist dabei dem Innenraum 3 zugewandt angeordnet.
Wie aus der 1 zu erkennen ist, kontaktieren die Batteriezellen 4 die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 jeweils direkt.
Insbesondere kontaktiert jeweils eine untere Seitenfläche bzw. Bodenfläche der Batteriezellen 4 die Vorsprünge 7 direkt.
Mit anderen Worten ausgedrückt stehen die Batteriezellen 4 unmittelbar auf den Vorsprüngen 7.
Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Gehäusewand 5 bzw. die Bodenwand 6 die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 aus.
Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 integraler Bestandteil der Gehäusewand 5 bzw. der Bodenwand 6 sind.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass das Batteriemodul 1 einen ersten Anschluss 9 umfasst, welcher zum Einlassen von Temperierfluid in den Innenraum 3 des Gehäuses 2 hinein ausgebildet ist.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass das Batteriemodul 1 einen zweiten Anschluss 10 umfasst, welcher zum Auslassen von Temperierfluid aus dem Innenraum 3 des Gehäuses 2 heraus ausgebildet ist.
Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Anschluss 9 an einer ersten Seitenfläche 11 des Batteriemoduls 1 angeordnet.
Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Anschluss 10 an einer zweiten Seitenfläche 12 des Batteriemoduls 1 angeordnet. Dabei ist die erste Seitenfläche 11 der zweiten Seitenfläche 12 insbesondere gegenüberliegend angeordnet.
Weiterhin ist es aber auch möglich, dass der erste Anschluss 9 und der zweite Anschluss 10 gemeinsam an der ersten Seitenfläche 11 oder gemeinsam an der zweiten Seitenfläche 12 angeordnet sind, was im Zusammenhang mit weiteren Figuren noch beschrieben ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der erste Anschluss 9 und der zweite Anschluss 10 an der gleichen Seitenfläche 11, 12 angeordnet sind.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass das Batteriemodul 1 ein Strömungsleitelement 13 umfassen kann.
Das Strömungsleitelement 13 ist dabei im Zusammenhang mit den folgenden Figuren noch beschrieben und direkt benachbart zu einer Batteriezelle 4 angeordnet.
Das Strömungsleitelement 13 umfasst dabei einen Grundkörper 14 und Abstandselemente 15.
Die Abstandselemente 15 sind dabei derart angeordnet, dass die Abstandselemente 15 den Grundkörper 14 von der direkt benachbart zu dem jeweiligen Strömungsleitelement 13 angeordneten Batteriezelle 4 beabstanden.
Insbesondere kontaktieren die Abstandselemente 15 die direkt benachbart zu dem Strömungsleitelement 13 angeordnete Batteriezelle 4 jeweils direkt.
Dabei ist durch die Beabstandung des Grundkörpers 14 von der jeweiligen Batteriezelle 4 durch die Abstandselemente 15 zwischen dem Grundkörper 14 und der jeweiligen Batteriezelle 4 ein erster Strömungsraum 16 ausgebildet.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Batteriezellen 4, welche in der 1 gezeigt sind, während eines Zusammenbaus des Batteriemoduls 1 in der Art solange aufeinander zu bewegt werden, bis die Batteriezellen 4 jeweils die Abstandselemente 15 direkt kontaktieren.
Dadurch sind zwei direkt zueinander benachbarte Batteriezellen 4 durch einen Abstand voneinander beabstandet angeordnet.
Insbesondere beabstanden dabei die Abstandselemente 15 sowie der Grundkörper 14 des Strömungsleitelements 13 die zwei direkt zueinander benachbart angeordneten Batteriezellen 4 voneinander.
Die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 weisen jeweils eine erste Oberfläche 13 und eine zweite Oberfläche 14 auf.
Die erste Oberfläche 13 ist dabei insbesondere der zweiten Oberfläche 14 gegenüberliegend angeordnet.
Dabei begrenzt die erste Oberfläche 13 einen ersten Strömungskanal 81 und die zweite Oberfläche 14 begrenzt einen zweiten Strömungskanal 82.
Bevorzugt sind gemäß 1 die erste Oberfläche 13 und die zweite Oberfläche 14 parallel zueinander ausgebildet.
Weiterhin ist aus der 1 auch zu erkennen, dass die ersten Oberflächen 13 der Mehrzahl an Vorsprüngen 7 jeweils parallel zueinander ausgebildet sind und/oder dass die zweiten Oberflächen 14 der Mehrzahl an Vorsprüngen 7 jeweils parallel zueinander ausgebildet sind.
Insbesondere sind die in der 1 gezeigten Batteriezellen 4 jeweils prismatisch ausgebildet und weisen ein prismatisches Zellengehäuse 18 auf.
Zudem zeigt die 1 auch, dass die Batteriezellen 4 jeweils mit ihren größten Oberflächen 17 direkt benachbart zueinander angeordnet sind.
Dabei kann zwischen den beiden größten Oberflächen 17 der jeweiligen beiden direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen 4 das Strömungsleitelement 13 angeordnet sein.
Insbesondere ist dabei das Strömungsleitelement 13 an einer größten Seitenfläche 17 der prismatisch ausgebildeten Batteriezelle 4 angeordnet.
Die Batteriezellen 4 weisen jeweils eine parallel zu der größten Oberfläche 17 weisende Längsrichtung 19 auf.
Dabei ist die Längsrichtung 19 der Batteriezellen 4 jeweils senkrecht zu den ersten Oberflächen 13 und/oder den zweiten Oberflächen 14 der Mehrzahl an Vorsprüngen 7 angeordnet.
Weiterhin weisen die erste Seitenfläche 11 des Batteriemoduls 1 eine Längsrichtung 20 auf und die zweite Seitenfläche 12 des Batteriemoduls 1 eine Längsrichtung 21 auf.
Dabei ist die Längsrichtung 20 der ersten Seitenfläche 11 senkrecht zu den ersten Oberflächen 13 und/oder den zweiten Oberflächen 14 der Mehrzahl an Vorsprüngen 7 angeordnet und ist die Längsrichtung 21 der zweiten Seitenfläche 11 senkrecht zu den ersten Oberflächen 13 und/oder den zweiten Oberflächen 14 der Mehrzahl an Vorsprüngen 7 angeordnet.
Zudem bilden die Mehrzahl an Vorsprüngen 7 der Gehäusewand 5 bzw. der Bodenwand 6 eine Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und eine Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 aus.
Wie im Zusammenhang mit den weiteren Figuren noch beschrieben ist, sind die Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und die Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 derart angeordnet, dass Temperierfluid, um von einem der ersten Strömungskanäle 22 in einen der zweiten Strömungskanäle 23 zu gelangen, zwischen zwei direkt zueinander benachbarten Batteriezellen 4 strömt. Insbesondere strömt das Temperierfluid dabei durch den ausgebildeten ersten Strömungsraum 16.
Dabei bildet die Gehäusewand 5 bzw. die Bodenwand 6 weiterhin einen in der 1 nicht zu erkennenden ersten Sammelströmungskanal 24 aus.
Der erste Sammelströmungskanal 24 ist dabei unmittelbar fluidleitend mit dem ersten Anschluss 9 des Gehäuses 2 verbunden und ist weiterhin auch unmittelbar fluidleitend mit den Strömungskanälen 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 verbunden.
Dabei bildet die Gehäusewand 5 bzw. die Bodenwand 6 weiterhin einen zweiten Sammelströmungskanal 25 aus.
Der zweite Sammelströmungskanal 25 ist dabei unmittelbar fluidleitend mit dem zweiten Anschluss 10 des Gehäuses 2 verbunden und ist weiterhin auch unmittelbar fluidleitend mit den Strömungskanälen 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 verbunden.
Eine solche Ausbildung bietet beispielweise den Vorteil, dass durch den ersten Anschluss 9 in den Innenraum 3 des Gehäuses 2 einströmendes Temperierfluid gleichmäßig auf die Strömungskanäle 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 verteilt werden kann und dass durch den zweiten Anschluss 10 aus dem Innenraum des Gehäuses ausströmendes Temperierfluid gleichmäßig aus den Strömungskanälen 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 zusammengeführt werden kann.
Dabei weist der erste Sammelströmungskanal 24 eine erste Längsrichtung 241 auf und weist der zweite Sammelströmungskanal 25 eine zweite Längsrichtung 251 auf.
Dabei ist die erste Längsrichtung 241 des ersten Sammelströmungskanals 24 senkrecht zu den ersten Oberflächen 13 und/oder zu den zweiten Oberflächen 14 der Vorsprünge 7, welche die Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 ausbilden, angeordnet.
Dabei ist die zweite Längsrichtung 251 des zweiten Sammelströmungskanals 25 senkrecht zu den ersten Oberflächen 13 und/oder zu den zweiten Oberflächen 14 der Vorsprünge 7, welche die Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 ausbilden, angeordnet.
Eine solche Ausbildung bietet beispielsweise den Vorteil, dass eine gleichmäßige Verteilung bzw. Zusammenführung von Temperierfluid möglich ist.
Des Weiteren zeigt die 1 auch, dass die Batteriezellen 4 jeweils einen positiven Spannungsabgriff 261 und einen negativen Spannungsabgriff 262 aufweisen, welche beispielsweise an der gleichen Seitenflächen der Batteriezellen 4 angeordnet sein können.
Die 2 zeigt schematisch in einer Untersicht ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1 mit einem geöffneten Gehäuse 2.
Das in der 2 gezeigte Gehäuse 2 entspricht dem in der 1 beschriebenen Gehäuse 2, wobei gemäß 2 nun eine Mehrzahl von vierzehn Batteriezellen 4 in dem Gehäuse 2 aufgenommen sind.
Dabei ist in der 2 die Bodenwand 6 des Gehäuses 2 nicht zu erkennen.
Weiterhin ist dabei zu erkennen, dass jeweils zwei direkt benachbart zueinander angeordnete Batteriezellen 4 durch einen Abstand voneinander beabstandet sind, wobei ein Strömungsleitelement 13 zwischen zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen 4 angeordnet ist.
Dabei beabstandet das Strömungsleitelement 13, insbesondere die Abstandselemente 15 und der Grundkörper 14, die zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen 4 voneinander.
Zudem sind in der 2 auch der erste Anschluss 9 sowie der zweite Anschluss 10 zu erkennen.
Weiterhin zeigt die 2, dass die Spannungsabgriffe 261, 262 der Batteriezellen 4 an einer Seitenfläche 263 angeordnet sind, insbesondere sind die positiven Spannungsabgriffe 261 und die negativen Spannungsabgriffe 262 an der Seitenfläche 263 angeordnet.
Die Seitenfläche 263 ist dabei senkrecht zu der ersten Seitenfläche 11 und senkrecht zu der zweiten Seitenfläche 12 angeordnet.
Die 2 verdeutlicht noch einmal, dass Temperierfluid, um von dem ersten Anschluss 9 zu dem zweiten Anschluss 10 strömen zu können, zwischen den Batteriezellen 4 hindurch strömt.
Insbesondere weisen die Strömungsleitelemente 13 jeweils noch Strömungsführungen 44 auf, welche beispielsweise auch in der 1 zu erkennen sind, wobei die Strömungsführungen 44 jeweils zwischen der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 angeordnet sind. Die Strömungsführungen 44 sind dabei auch direkt kontaktierend mit jeweils einem Vorsprung 7 angeordnet.
Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass Temperierfluid einen längeren Strömungsweg durch den ersten Strömungsraum 16 nimmt, so dass die Kühlwirkung erhöht werden kann.
Insbesondere zeigt die 2 auch eine untere Seitenfläche 43 der Batteriezellen 4, welche direkt kontaktierend mit den Vorsprüngen 7 angeordnet ist.
Die 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsleitelements 13, welches in einem erfindungsgemäßen Batteriemodul 1 angeordnet ist, in einer Seitenansicht.
Dabei weist das Strömungsleitelement 13, wie bereits beschrieben ist, einen Grundkörper 14 und eine Mehrzahl an Abstandselementen 15 auf.
Dabei sind die Abstandselemente 15 dazu ausgebildet, den Grundkörper 14 von einer Batteriezelle 4 zu beabstanden, wodurch ein erster Strömungsraum 16 ausgebildet ist.
Weiterhin weist das Batteriemodul 1, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist, Strömungskanäle 8 auf, welche im Zusammenhang mit der 3 insbesondere auch als zweiter Strömungsraum 27 bezeichnet sein sollen.
Der zweite Strömungsraum 27 ist dabei fluidleitend mit dem ersten Strömungsraum 16 verbunden, so dass Temperierfluid unmittelbar von dem ersten Strömungsraum 16 in den zweiten Strömungsraum 27 strömen kann.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die 3 insbesondere auch die Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und die Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 zeigt.
Damit Temperierfluid von einem Strömungskanal 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 in einen Strömungskanal 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 gelangen kann, strömt das Temperierfluid zwischen zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen 4 hindurch, wobei das Temperierfluid insbesondere den ersten Strömungsraum 16 durchströmt, was durch die mit dem Bezugszeichen 28 bezeichneten Pfeile angedeutet sein soll.
Insbesondere ist dabei der erste Strömungsraum 16 in der Art ausgebildet, dass Temperierfluid im Wesentlichen mittels des Kapillareffekts von dem zweiten Strömungsraum 27 in den ersten Strömungsraum 16 fließt.
Hierunter soll beispielsweise auch verstanden sein, dass der Grundkörper 14 sowie die Abstandselemente 15 des Strömungsleitelements 13 in der Art ausgebildet und weiterhin in der Art an der Batteriezelle 4 angeordnet sind, dass Temperierfluid im Wesentlichen mittels des Kapillareffekts von dem zweiten Strömungsraum 27 in den ersten Strömungsraum 16 fließt.
Weiterhin zeigt die 3 auch eine prismatisch ausgebildete Batteriezelle 4, welche einen positiven Spannungsabgriff 261 und einen negativen Spannungsabgriff 262 aufweist.
Der zweite Strömungsraum 27 bzw. die Strömungskanäle 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 ist bevorzugt an einer unteren Seitenfläche 43 der Batteriezellen 4 angeordnet. Mit anderen Worten bedeutet dies insbesondere, dass Temperierfluid entgegen der Wirkrichtung der Gravitationskraft von dem ersten Strömungsraum 27 in den zweiten Strömungsraum 26 einströmt.
Der zweite Strömungsraum 27 weist dabei eine Längsrichtung 29 auf, welche in der 1 gezeigt ist, und welche senkrecht auf der Zeichenebene der 3 steht.
Weiterhin weist der erste Strömungsraum 16 eine Strömungsebene 30 auf, welche der Zeichenebene der 3 entspricht.
Dabei ist die Längsrichtung 29 des zweiten Strömungsraums 27 senkrecht zu der Strömungsebene 30 des ersten Strömungsraums 16 angeordnet.
Die Abstandselemente 15 gemäß der 3 sind dabei elastisch verformbar ausgebildet, dadurch können die Abstandselemente 15 beispielsweise zu einer Kompensation von Volumenausdehnungen der Batteriezellen 4 dienen.
Wie insbesondere auch aus der 1 zu erkennen ist, weist das Batteriemodul 1 eine erste Batteriezelle 41 und eine zweite Batteriezelle 42, auf zwischen denen das Strömungsleitelement 13 angeordnet ist.
Dabei weist das Strömungsleitelement 13 erste Abstandselemente 151 und zweite Abstandselemente 152, welche in der 1 nicht zu erkennen sind, auf. Dabei beabstanden die ersten Abstandselemente 151 den Grundkörper 14 von der ersten Batteriezelle 41 und beabstanden die zweiten Abstandselemente 152 den Grundkörper 14 von der zweiten Batteriezelle 42.
Aus den 1 und 3 ist weiterhin zu erkennen, dass das Abstandselement 13 einen Rahmen 31 umfasst, welcher den ersten Strömungsraum 16 abschließt. Insbesondere soll darunter beispielsweise auch verstanden sein, dass der erste Strömungsraum 16 durch sechs Begrenzungsflächen begrenzt ist, wobei die Batteriezelle 4 eine Begrenzungsfläche ausbildet, der Grundkörper 14 eine Begrenzungsfläche ausbildet und der Rahmen 31 drei Begrenzungsflächen ausbildet.
Weiterhin ist auch durch die Vorsprünge 7 eine weitere Begrenzungsfläche teilweise ausgebildet, so dass Temperierfluid ausschließlich von den Strömungskanälen 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 in den ersten Strömungsraum 16 einströmen kann und das Temperierfluid ausschließlich in die Strömungskanälen 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 aus dem ersten Strömungsraum 16 ausströmen kann.
Dabei kann der Rahmen 31 die Batteriezelle 4 aufnehmen, worunter verstanden sein soll, dass der Rahmen 31 die Batteriezelle 4 teilweise umschließt.
Die Mehrzahl an Abstandselementen 15 gemäß der 3 weisen dabei jeweils eine Querschnittsfläche 32 auf, welche eine kreisrunde Form aufweisen.
Es ist aber auch möglich, dass die Querschnittsflächen 32 eine ovale oder halbmondförmige Form aufweisen.
Dadurch ist eine zuverlässige Strömungsführung innerhalb des ersten Strömungsraumes 16 möglich, welche großflächig die gesamte Batteriezelle 4 temperieren kann.
Der Grundkörper 14 des Strömungsleitelements 13 ist dabei bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet, um beispielsweise eine elektrische Kontaktierung zweier Batteriezellen 4 zu verhindern oder um beispielsweise das Gewicht des Batteriemoduls 1 nicht unnötig zu erhöhen.
Die 4 zeigt in der rechten, unteren Darstellung in einer Seitenansicht ein Strömungsleitelement 13 und in der linken, unteren Darstellung eine Mehrzahl an Batteriezellen 4 mit Strömungsleitelementen 13.
Dabei ist zu erkennen, dass das Strömungsleitelement 13 einen Grundkörper 14 aufweist, welcher bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet ist.
Weiterhin sind Abstandselemente 15 zu erkennen, wobei die Abstandselemente 15 aus einem polymeren Werkstoff oder auch aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein können.
Beispielsweise können die Abstandselemente 15 aus oxydischen Partikel ausgebildet sein.
Weiterhin können die Abstandselement 15 dabei innerhalb des Grundkörpers 14 aufgenommen sind oder auf den Grundkörper 14 aufgesetzt sein.
Des Weiteren ist auch der Rahmen 31 zu erkennen, welcher die Batteriezellen 4 vollumfänglich umschließt.
Im Unterschied zu den in den 1 bis 3 umschließt der Rahmen die Batteriezellen 4 vollumfänglich, worauf im Zusammenhang mit der 5 noch eingegangen werden soll.
In der oberen Darstellung der 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Batteriezelle 4 gezeigt, bei welcher der positive Spannungsabgriff 261 und der negative Spannungsabgriff 262 an gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet sind.
Daher ist bei der linken, unteren Darstellung immer abwechselnd ein positiver Spannungsabgriff 261 und ein negativer Spannungsabgriff 262 zu erkennen.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Strömungsleitelements 13.
Dabei ist der Grundkörper 14 zu erkennen, welcher aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet ist.
Beispielsweise kann der Grundkörper 14 eine Netzstruktur umfassen.
Dabei kann die Netzstruktur durchaus in der Art ausgebildet sein, dass Temperierfluid durch den Grundkörper 14 strömen kann.
Weiterhin ist aus der 5 auch zu erkennen, dass die Abstandselemente 15 eine unterschiedliche Querschnittsfläche 32 aufweisen können.
Das Strömungsleitelement 13 gemäß 5 umfasst dabei einen Rahmen 31, welcher den Grundkörper 14 vollumfänglich umschließt.
Dabei wird die Batteriezelle 4 auch vollständig von dem Rahmen 31 umschlossen, so dass der Rahmen den ersten Strömungsraum 16 abschließt und so dass Temperierfluid durch den ersten Strömungskanal 16 strömen kann.
Der Grundkörper 14 ist dabei insbesondere in dem Rahmen 31 befestigt.
Die 6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Batteriemodul 1 in einer Explosionsdarstellung.
Dabei ist in der 6 das Gehäuse 2 zu erkennen, welches im Unterschied zu den 1 und 2 geschlossen dargestellt ist.
Weiterhin ist in der 6 zu erkennen, dass die Mehrzahl an Batteriezellen 4 nebeneinander angeordnet ist und dass zwischen zwei direkt benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen 4 jeweils ein Strömungsleitelement 13 angeordnet ist.
Dabei umschließen die Rahmen 31 der Strömungsleitelemente 13 jeweils die Batteriezellen 4, so dass die Batteriezellen 4 in der 6 nicht zu erkennen sind.
Weiterhin sind die Batteriezellen 4 und die Strömungsleitelemente 13 mittels Spannelementen 35 in Form von Spannbändern 36 miteinander verspannt. Dabei weisen die Spannelemente 35 eine Längsrichtung 37 auf, wobei die Längsrichtung 37 der Spannelemente 35 entlang der Längsrichtung 29 der Strömungskanälen 8 weist.
Dadurch können die Spannelemente 35 derart angeordnet, dass die Spannelemente 35 die Batteriezellen 4 vollständig umschließen und dennoch die Batteriezellen 4 direkt kontaktierend mit den Vorsprüngen 7 angeordnet werden können.
Weiterhin weist das Batteriemodul 1 ein Dichtelement 38 auf, welches die Mehrzahl an Batteriezellen 4 umlaufend in der Art umgibt, dass der Innenraum 3 des Gehäuses 2 des Batteriemoduls 1 dicht gegenüber einer Umgebung 40 abgeschlossen ist.
Weiterhin weist das Batteriemodul 1 ein Deckelelement 39 auf, welches den Innenraum 3 gegenüber einer Umgebung 40 abschließt.
Wie aus der 6 zu erkennen, weist das Deckelelement 39 Öffnungen 41 für die Durchführung der positiven Spannungsabgriffe 261 und der negativen Spannungsabgriffe 262 auf, so dass eine elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung der einzelnen Batteriezellen 4 miteinander von der Umgebung 40 des Batteriemoduls 1 aus möglich ist.
Hierzu sei an dieser Stelle angemerkt, dass insbesondere der Rahmen 31 des Strömungsleitelements 13 dazu ausgebildet ist, den positiven Spannungsabgriff 261 und den negativen Spannungsabgriff 262 gegenüber dem ersten Strömungsraum 16 bzw. den zweiten Strömungsraum 27 abzudichten.
Insbesondere zeigt die 6 auch, dass das Gehäuse 2 ein Gehäuseoberteil 201 und ein Gehäuseunterteil 202 aufweist.
Die 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Batteriemodul 1.
Dabei sind die positiven Spannungsabgriffe 261 und die negativen Spannungsabgriffe 262 für eine elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung von der Umgebung 40 aus zugänglich.
Weiterhin weist das Gehäuse 2 des Batteriemoduls 1 den ersten Anschluss 9 und den zweiten Anschluss 10, welcher in der 7 nicht zu erkennen ist, auf und ist ansonsten fluiddicht gegenüber der Umgebung 40 abgeschlossen.
Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Dabei ist in der 8 zunächst das Gehäuse 2 des Batteriemoduls 1 zu erkennen, welches einen Innenraum 3 zur Aufnahme einer Mehrzahl an Batteriezellen 4 aufweist.
Die Bodenwand 6 des Gehäuses 2 weist dabei eine Mehrzahl an Vorsprüngen 7 auf, wobei jeweils zwei benachbarte Vorsprünge 7 Strömungskanäle 8 ausbilden. Insbesondere bilden die Vorsprünge 7 eine Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und eine Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 aus.
Weiterhin weist das Batteriemodul 1 einen ersten Anschluss 9 und einen zweiten Anschluss 10 auf.
Zudem weist das Batteriemodul 1 einen ersten Sammelströmungskanal 24 und einen zweiten Sammelströmungskanal 25 auf.
Dabei ist der erste Sammelströmungskanal 24, wie aus der 8 zu erkennen ist, unmittelbar fluidleitend mit der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und unmittelbar fluidleitend mit dem ersten Anschluss 9 verbunden.
Dabei ist der zweite Sammelströmungskanal 25, wie aus der 8 jedoch nicht zu erkennen ist, und fluidleitend mit der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 und unmittelbar fluidleitend mit dem zweiten Anschluss 10 verbunden.
Dabei bildet die Gehäusewand 6 weiterhin beispielsweise einen Trennvorsprung 71 aus, welcher einen Strömungskanal 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanälen 22 und einen Strömungskanal 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanälen 23 voneinander trennt.
Selbstverständlich kann auch die im Zusammenhang mit den 1 bis 6 beschriebene Ausführungsform eines Batteriemoduls 1 einen solchen Trennvorsprung 71 aufweisen.
Hierzu sei angemerkt, dass auch die Batteriezelle 4 gemäß 8 eine Strömungsführung 44 aufweisen kann, welche wie auch bei dem Batteriemodul 1 gemäß den 1 bis 6, unmittelbar benachbart zu dem Trennvorsprung 71 angeordnet ist.
Die Batteriezelle 4 weist dabei auch einen positiven Spannungsabgriff 261 und einen negativen Spannungsabgriff 262 auf.
Bei der Beschreibung der in der 8 gezeigten weiteren Ausführungsform des Batteriemoduls 1 soll nun vornehmlich zunächst nur auf die Unterschiede zu der bereits beschriebenen Ausführungsformen eingegangen werden.
Der erste Anschluss 9 zu einem Einlassen von Temperierfluid in den Innenraum 3 des Gehäuses 2 des Batteriemoduls 1 hinein und der zweite Anschluss 10 zu einem Auslassen von Temperierfluid aus dem Innenraum 3 des Gehäuses 2 des Batteriemoduls 1 heraus sind dabei an der gleichen Seitenfläche 11 angeordnet.
Des Weiteren weist die Ausführungsform des Batteriemoduls 1 gemäß 8 ein Deckelelement 39 auf, welches eine Mehrzahl an Zellverbindern 51 aufweist, welche die Mehrzahl an ersten Spannungsabgriffen 261 und die Mehrzahl an zweiten Spannungsabgriffen 262 elektrisch seriell und/oder parallelen miteinander verschalten können.
Das Deckelelement 39 ist dabei auch an der Seitenfläche 11 des Batteriemoduls 1 angeordnet und unterscheidet sich hierbei von der Ausführungsform des Batteriemoduls 1 gemäß den 1 und 6.
Dabei kann das Deckelelement 39 auch den positiven Modulspannungsabgriff 54 und den negativen Modulspannungsabgriff 55 umfassen.
Weiterhin kann das Deckelelement 39 einen Temperatursensor 52 umfassen, welcher zur Messung einer Temperatur in dem Innenraum 3 ausgebildet ist.
Zudem kann das Deckelelement 39 einen Drucksensor 53 umfassen, welcher zur Messung eines Druckes in dem Innenraum 3 ausgebildet ist und so insbesondere druckverändernde Beschädigungen erkennen.
Weiterhin kann das Deckelelement 39 auch einen Spannungssensor 56 aufweisen, welcher mit einem Zellverbinder 51 elektrisch leitend verbunden ist und an diesem die elektrische Spannung abgreifen kann.
Im Unterschied zu der in den 1 und 6 gezeigten Ausführungsform des Batteriemoduls 1 umfassen bei der Ausführungsform des Batteriemoduls 1 gemäß 8 insbesondere die Batteriezellen 4 Abstandselemente 15, wobei die Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt ist.
Die 9 zeigt in einer Schnittansicht ein Batteriemodul 1.
Dabei ist eine Batteriezelle 4 gezeigt, welche Abstandselemente 15 umfasst.
Weiterhin weist die Batteriezelle 4 einen positiven Spannungsabgriff 261 und einen negativen Spannungsabgriff 262 auf.
Die Abstandselemente 15 sind dabei derart angeordnet, dass diese die Strömung des Temperierfluid in dem ersten Strömungsraum 16 gezielt beeinflussen können.
Insbesondere die gezeigte Strömungsführung 44 ist dazu ausgebildet, zu verhindern, dass Temperierfluid unmittelbar von einem der Strömungskanäle 8 der Mehrzahl an ersten Strömungskanäle 22 in einen der Strömungskanäle 8 der Mehrzahl an zweiten Strömungskanäle 23 strömt, sondern einen vergleichbar längeren Strömungsweg durch den ersten Strömungsraum 16 nimmt.
Die 10 zeigt Batteriezellen 4, welche eine Ummantelung 60 aufweisen.
Dabei sind zwei Batteriezellen 4 gezeigt, welche direkt benachbart zueinander angeordnet sind.
Die Batteriezellen 4 weisen dabei jeweils ein Gehäuse 61 auf, in welchem die nicht dargestellten elektrochemischen Komponenten der Batteriezelle 4 aufgenommen sind.
Das Gehäuse 61 der Batteriezelle 4 umfasst dabei die Ummantelung 60. Die Ummantelung 60 ist dabei zu einer Führung eines die Batteriezelle 4 umströmenden Temperierfluids ausgebildet.
Dabei bedeckt die Ummantelung 60 das Gehäuse 61 der Batteriezelle 4 insbesondere zumindest teilweise.
Die Ummantelung 60 ist dabei aus einem Grundkörper 62 ausgebildet, welcher zumindest einen Füllstoff 63 umfasst.
Die Gehäuse 61 der Batteriezellen 4 sind bevorzugt prismatisch ausgebildet.
Der Grundkörper 62 dabei aus einem Gewebe ausgebildet, welches zumindest eine Lage ist.
Bevorzugt ist die Ummantelung 60 dabei elastisch verformbar ausgebildet, um Volumenveränderungen der Batteriezellen 4 kompensieren zu können.
Die Ummantelung 60 und/oder der Füllstoff 63 sind dabei bevorzugt in der Art ausgebildet, dass die Ummantelung 60 bzw. der Füllstoff 63 bei einem Kontakt mit dem Temperierfluid bzw. mit dem Kühlmedium anschwillt, also eine Volumenzunahme erfährt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012217874 A1 [0003]
DE 102013203966 A1 [0004]

Claims

Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle (4), wobei das Batteriemodul (1) ein direkt benachbart zu der zumindest einen Batteriezelle (4) angeordnetes Strömungsleitelement (13) umfasst, welches einen Grundkörper (14) und zumindest ein Abstandselement (15) aufweist, wobei das zumindest eine Abstandselement (15) den Grundkörper (14) von der zumindest einen Batteriezelle (4) unter Ausbildung von zumindest einem mit Temperierfluid durchströmbaren ersten Strömungsraum (16) zwischen dem Grundkörper (14) und der zumindest einen Batteriezelle (4) beabstandet, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin einen zum Durchströmen mit Temperierfluid ausgebildeten zweiten Strömungsraum (27) umfasst, welcher fluidleitend mit dem ersten Strömungsraum (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsraum (16) in der Art ausgebildet ist, dass Temperierfluid im Wesentlichen mittels des Kapillareffekts von dem zweiten Strömungsraum (27) in den ersten Strömungsraum (26) fließt.
Batteriemodul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriezelle (4) prismatisch ausgebildet ist.
Batteriemodul nach dem vorhergehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (13) an einer größten Seitenfläche (17) der zumindest einen prismatisch ausgebildeten Batteriezelle (4) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsraum (27) an einer unteren Seitenfläche der Batteriezelle (4) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsrichtung (29) des zweiten Strömungsraums (27) senkrecht zu einer Strömungsebene (30) des ersten Strömungsraums (26) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abstandselement (15) elastisch verformbar ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) eine erste Batteriezelle (41) und eine zweite Batteriezelle (42) aufweist, zwischen denen das Strömungsleitelement (13) angeordnet ist, welches zumindest ein erstes Abstandselement (151) und zumindest ein zweites Abstandselement (152) aufweist, wobei das erste Abstandselement (151) den Grundkörper (14) des Strömungsleitelements (13) von der ersten Batteriezelle (41) beabstandet und das zweite Abstandselement (152) den Grundkörper (14) des Strömungsleitelements (13) von der zweiten Batteriezelle (42) beabstandet.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (13) einen Rahmen (31) umfasst, welcher den ersten Strömungsraum abschließt, wobei der Rahmen (31) insbesondere zur Aufnahme der zumindest einen Batteriezelle (4) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (13) eine Mehrzahl an Abstandselementen (15) umfasst.
Batteriemodul nach dem vorhergehenden Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (15) jeweils eine Querschnittsfläche (32) aufweisen, wobei die Querschnittsfläche (32) eine kreisrunde, halbmondförmige oder ovale Form aufweist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (14) des Strömungsleitelements (13) aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet ist und dass das zumindest eine Abstandselement (15) aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet ist oder aus einem keramischen Werkstoff, wie beispielsweise oxydischen Partikel, ausgebildet ist.