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WO2024037848A1 - Battery module with integrated cooling channels - Google Patents

Battery module with integrated cooling channels Download PDF

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Publication number
WO2024037848A1
WO2024037848A1 PCT/EP2023/070738 EP2023070738W WO2024037848A1 WO 2024037848 A1 WO2024037848 A1 WO 2024037848A1 EP 2023070738 W EP2023070738 W EP 2023070738W WO 2024037848 A1 WO2024037848 A1 WO 2024037848A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling
cooling channels
cell stack
cover
battery
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/070738
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Dietrich
Steffen Hirschmann
Tim Dressel
Original Assignee
Man Truck & Bus Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man Truck & Bus Se filed Critical Man Truck & Bus Se
Publication of WO2024037848A1 publication Critical patent/WO2024037848A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases

Definitions

  • the invention relates to a battery module for a motor vehicle and a motor vehicle with a similar battery module.
  • battery modules so-called battery packs
  • battery modules usually consist of a large number of battery cells that are electrically interconnected (e.g. lithium-ion battery cells).
  • the aforementioned components are usually enclosed in a closed (battery) housing.
  • the housing may have a cover for covering a top side of the battery module.
  • the battery cells In order for the battery cells to function as optimally and long-term as possible, they should be thermally conditioned.
  • the battery cells can be directly surrounded by a heat-conducting (and preferably electrically non-conductive) liquid (so-called immersion cooling), which, however, entails great effort in terms of the tightness of the respective components.
  • the battery cells can be positioned on a temperature control plate with a channel structure through which a liquid heat transfer medium flows (so-called base plate cooling).
  • base plate cooling a temperature control plate with a channel structure through which a liquid heat transfer medium flows
  • the invention is based on the object of providing an improved technology for cooling the battery module that prevents the disadvantages of conventional techniques.
  • a first independent aspect of the present disclosure relates to a battery module for a motor vehicle.
  • the battery module is preferably a battery module for a commercial vehicle (e.g. a truck or bus).
  • the battery module can be a battery cell stack module.
  • the battery module comprises a battery cell stack, having several (battery) cells arranged next to one another and/or one behind the other for storing electrical energy.
  • the cells thus form a stack of cells arranged next to one another and/or one behind the other, so-called battery cell stacks.
  • the cells have cell poles for electrically contacting the cells. Each cell has two cell poles.
  • the cell poles of the plurality of cells are arranged on one side of the battery cell stack. This side having the cell poles is referred to below as the top of the battery cell stack.
  • the battery module can also include several battery cell stacks. Accordingly, the cover can be designed to cover several battery cell stacks.
  • the battery module also has a cover (e.g. made of metal, plastic or fiber-reinforced plastic) for covering the battery cell stack.
  • the cover can also be referred to as a battery module cover.
  • the cover has two lateral, preferably opposite, sections for covering lateral areas of the battery cell stack and a central section for covering the top of the battery cell stack. The middle section thus forms a top side of the cover.
  • the cover also has cooling channels for cooling the battery cell stack.
  • the cooling channels are used to guide a coolant.
  • the two side sections and the middle section each have at least one cooling channel of the plurality of cooling channels. In other words, at least one cooling channel can be integrated into the middle section and into the two side sections.
  • Improved cooling of the battery cell stack can advantageously be realized since (at least) three sides of the battery cell stack can be actively cooled with the cooling channels integrated into the cover.
  • the present disclosure provides a battery module cover that advantageously fulfills a dual function.
  • the battery module cover serves to protect the battery cell stack from external influences, especially moisture.
  • the battery module cover can also provide contact protection for the cell poles etc. covered thereby.
  • the battery module cover serves as a cooling device to improve the cooling of the battery module.
  • Component protection and cooling are therefore combined in one structure or component, which is particularly efficient in terms of installation space and is also advantageous in terms of production technology, since the component protection and at least part of the cooling function of the battery module can be pre-grouped and/or pre-assembled in one component and correspondingly together in can be positioned and/or mounted on the battery cell stack in one assembly step.
  • the cooling channels of the cover may form a channel structure for guiding a cooling liquid, which guides the cooling liquid along both the two side regions and along the top of the battery cell stack.
  • the channel structure and/or the cooling channels can be designed to guide the cooling liquid one after the other along one of the side areas and along the top.
  • the channel structure can be designed to guide the cooling liquid along the cover and the battery cell stack in a U-shape, i.e. H. first along one of the side areas, then along the central area and then along the other side area, resulting in a U-shaped cooling of the cover, which can be U-shaped in cross section.
  • the channel structure can be designed to branch a coolant flow so that it is divided into fluidly parallel partial flows, each of which is only guided along one of the areas of the battery cell stack and/or is only guided along one of the sections of the cover.
  • the cover may include two side walls (in addition to the middle section) so that the cover is U-shaped in cross section.
  • the cover may include four side walls (in addition to the central section) which form a rectangular frame or box and together with the central section form a hood-shaped cover for the battery cell stack.
  • all four side walls can have at least one cooling channel (the cooling channels). This allows the cooling of the battery cell stack to be further improved.
  • the cover can e.g. B. be hood-shaped and / or U-shaped in cross section.
  • the at least one cooling channel of the middle section comprises two cooling channels for cell pole cooling, which are arranged parallel to one another on opposite end regions of the top of the battery cell stack and each above a row-shaped arrangement of the cell poles.
  • the row-like arrangement of the cell poles is formed by one cell pole of a pair of cell poles of the cells of the battery cell stack. This allows the heat generated at the cell poles during charging and/or discharging to be dissipated particularly efficiently.
  • the at least one cooling channel of the middle section can comprise at least one cooling channel which is arranged between cell pole pairs of the cells.
  • at least one further cooling channel can be provided, which is arranged and/or runs between the cell poles arranged in rows. This allows the cooling of the top of the battery cell stack to be further improved.
  • the at least one cooling channel arranged between the pairs of cell poles can comprise two cooling channels running parallel to one another, which are fluidly connected to one another and are each fluidly connected to one of the two cooling channels for cell pole cooling, preferably via a plurality of cross connections which are spaced apart from one another in the stacking direction are arranged.
  • the cross connections can be oriented transversely to a stacking direction.
  • the cooling liquid can have a flow direction that is perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack.
  • the cells each have a degassing device on their upper side between the cell poles for emergency degassing in the event of a thermal emergency.
  • degassing devices are known per se. These can, for example, each have a degassing valve which opens when a predetermined bursting pressure is reached in order to enable emergency degassing of the damaged cell and to prevent the risk of spreading to the neighboring cells.
  • the at least one cooling channel arranged between the pairs of cell poles is arranged so that it is not arranged directly above the degassing devices of the cells and/or is guided along sections of the top of the battery cell stack module that lie between the cell poles and the degassing devices. This reduces the risk of this cooling channel being damaged during an emergency degassing.
  • the two side sections and/or the middle section can each comprise at least two cooling channels that are fluidly connected to one another in parallel or in series.
  • Fluidically connected in series means that the cooling liquid flows one after the other through the serially connected cooling channels.
  • fluidly connected in parallel means that the coolant branches into partial streams and the partial streams then flow through the cooling channels, with one partial stream flowing through one of the cooling channels.
  • the cover has a coolant inlet and a coolant outlet for connecting the cooling channels to a coolant supply.
  • the coolant inlet and the coolant outlet can, for. b. be designed as connections for a coolant line attached to the cover.
  • Particularly preferably, only one coolant inlet and only one coolant outlet are provided. The latter is particularly advantageous in order to keep the parts costs and effort for connecting the coolant supply as low as possible.
  • the cooling channels for cooling the battery cell stack are arranged on the inside of the cover. This is particularly advantageous for the cooling effect and protecting the cooling channels from external damage. Inside means that the cooling channels are arranged on a side of the cover facing the battery cell stack.
  • the cooling channels are rigid, i.e. that is, the wall of the cooling channels is rigid and the cross section of the cooling channels cannot be changed when a fluid flows through them.
  • the rigid cooling channels can, for example, be made of aluminum sheet metal parts, e.g. B. can be embossed accordingly to form the cooling channels, or can be carried out by tubes attached to the inside of the cover.
  • the (rigid) cooling channels can be integrated directly into the cover or subsequently attached to the inside of a wall of the cover.
  • a thermal paste is arranged in an area between the battery cell stack and the cooling channels.
  • the thermal paste is preferably an electrically non-conductive thermal paste. This can improve the removal of heat from the battery cell stack.
  • the cover can optionally further have, preferably closable and/or closed, through openings for introducing the thermal paste into a gap between the cooling channels of the cover and the battery cell stack.
  • the through openings are preferably positioned in relation to the cooling channels so that the thermally conductive material introduced above them is distributed in the area between the battery cell stack and the cooling channels and fills a free space and/or gap between the battery cell stack and the cooling channels.
  • the cover can have at least one of the through openings in the area of each cell.
  • the cover can optionally have two rows of through openings on the side sections, with the through openings in each row having a distance that corresponds to a thickness of the cell in the stacking direction and/or with the two rows being arranged offset from one another in the stacking direction. This advantageously allows the thermal paste to be introduced evenly when the cover is positioned on the cells.
  • a wall of the cooling channels is designed to be flexible and/or deformable.
  • the wall of the cooling channels can preferably be formed by a film, for example a plastic or aluminum film, which is attached to the inside of the cover.
  • the foils can e.g. B. be glued to the inside of the cover and/or melted.
  • the use of flexible cooling channels offers several advantages: Firstly, they are characterized by a low additional weight, as the use of a film requires particularly little weight. Secondly, flexible cooling channels can fit particularly well into the areas to be cooled, so that a good thermal bridge can be achieved (especially without thermal paste). Furthermore, a more compact design can be realized.
  • the wall of the (flexible) cooling channels can be designed, preferably dimensioned, such that pressurizing the cooling channels with coolant causes the cooling channels to expand, such that the cooling channels in the inflated state rest at least in sections on the battery cell stack.
  • the flexible cooling channels are designed in advance so that the cooling channels can completely bridge this distance in the inflated state and rest directly on the battery cell stack.
  • the foils for the flexible cooling channels can have a diameter of e.g. B. have 0.1 mm.
  • the side portions and the middle portion of the cover may be rigidly connected to one another.
  • an outer wall of the cover and/or the sections of the cover can be made integrally in one piece. Handling when installing the cover on the battery cell stack can advantageously be made easier.
  • the battery module may have a cooling plate arranged on an underside of the battery cell stack and a channel structure for coolant to form base plate cooling.
  • the underside of the battery cell stack can also be efficiently cooled.
  • the cooling plate can form a module housing together with the cover or, alternatively, can be arranged on the inside on a base plate of a module housing, of which the cover forms another part.
  • the disclosure relates to a motor vehicle having a battery module as described in this document.
  • the motor vehicle can z. B. be a purely electrically powered motor vehicle.
  • the motor vehicle is preferably a commercial vehicle (e.g. a truck or bus).
  • a commercial vehicle can generally be understood as meaning a vehicle that, due to its design and equipment, is specifically designed to transport people, transport goods or tow trailers. Overall, this can advantageously provide a vehicle whose battery module(s) or battery cells can be cooled as well as possible.
  • FIGS. 1A, 1B and 1C show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to one embodiment
  • FIGS. 2A, 2B and 2C show schematic representations of a battery module with flexible cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment
  • FIGS. 3A, 3B and 3D show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment
  • Figure 3C shows a detailed representation of a passage opening in a battery module cover for introducing a thermal paste
  • FIG. 4 a schematic representation of a motor vehicle with a battery module according to an embodiment of the invention.
  • the embodiments shown in the figures are at least partially the same, so that similar or identical parts are provided with the same reference numerals and for their explanation reference is also made to the description of the other embodiments or figures in order to avoid repetitions.
  • FIG. 1A shows a schematic sectional view of a battery module 10 for storing electrical drive energy of a motor vehicle.
  • the battery module (high-voltage battery module) 10 has a battery cell stack 11.
  • the battery cell stack comprises a plurality of battery cells 11, which are arranged in a stack next to one another and/or one behind the other.
  • the battery cells 11 can z.
  • FIG 1A only one battery cell 11 is visible from the side (the battery cells stacked behind it are not visible, but are visible in Figure 1B, which shows a front view, and in Figure 1C, which shows a perspective view).
  • the stacking direction in Figure 1A is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the cells 12 each have two electrical cell poles 13 (pair of cell poles) for electrically contacting the cells.
  • the cell poles 13 of the cells are arranged on an upper side 14 of the battery cell stack 11.
  • the cells 12 can be connected in parallel or in series via cell connectors that electrically connect the cell poles 13 of adjacent cells 12 to one another.
  • the battery module 10 further includes a cover 20 (so-called battery module cover) for covering the battery cell stack 11.
  • the cover 20 can be placed over the battery cell stack 11 from above and thereby covers the top 14 of the battery cell stack 11 as well as two opposite side areas 15 of the battery cell stack 11 .
  • the cover comprises two lateral, opposing sections 21 for covering lateral regions 15 of the battery cell stack 11 and a central section 22 for covering the top 14 of the battery cell stack 11.
  • the cover 20 is designed as a fixed cover, i.e. that is, the side sections 21 and the middle section 22 of the cover 20 are firmly connected to one another.
  • the cover and/or an outer wall of the cover 20 can be made integrally in one piece.
  • a cooling channel structure 30 for cooling the battery cell stack 11 is integrated into the cover 20.
  • the cover 20 has cooling channels 31, 32, 33 for cooling the battery cell stack 11, which are attached to the inside of the cover 20. These include two side sections 21 and the middle section 22 each have at least one cooling channel.
  • the cooling channels are designed to guide a cooling liquid along the battery cell stack 11.
  • the cooling channels integrated into the cover 20 enable improved cooling of the battery cell stack 11, since with the cooling channels 31, 32, 33 integrated into the cover 20 (at least) three sides of the battery cell stack 11, here the top 14 and two opposite side areas 15 of the battery cell stack 11, can be actively cooled.
  • the cover 20 or the battery module cover 20 thus forms several functions at the same time:
  • the cover 20 serves to protect the battery cell stack 11 from external influences, in particular from moisture, forms contact protection for the cell poles 13 covered thereby and also serves as a cooling device to improve the cooling of the battery module 10.
  • two cooling channels 33 can be provided on the two side sections 21 of the cover 20, which form side surface cooling of the battery cell stack 11.
  • four cooling channels 31, 32 can be provided on the middle section 22 of the cover in order to provide cooling for the top side 14 of the battery cell stack 11.
  • cooling channels 31, 32 which are on the middle section 22 of the cover 20, i.e. H. on the top 14 of the battery cell stack 11, two cooling channels 31 can serve for cell pole cooling.
  • These cooling channels 31 for cell pole cooling are arranged parallel to one another at opposite end regions of the top 14 of the battery cell stack 11 and each above a row-shaped arrangement of the cell poles 13.
  • the battery cell stack 11 is formed from eight battery cells 12 arranged one behind the other in the stacking direction S.
  • the two cooling channels 31 for cell pole cooling extend in the stacking direction S and directly above each row of cell poles 31, so that the heat generated at the cell poles during charging and discharging can be efficiently dissipated.
  • the cooling channels arranged on the middle section 22 of the cover 20 may include further cooling channels arranged between pairs of cell poles (each cell 12 has a pair of cell poles 13) of the cells 12. Two such cooling channels 32 are shown here as examples. This means that the part of the top sides of the cells that lies between the cell poles 13 can be cooled efficiently.
  • the cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 thus form a channel structure 30 for guiding a cooling liquid, which leads the cooling liquid both along the two side regions 15 and along the top 14 of the battery cell stack 11.
  • the channel structure 30 can be designed to guide the cooling liquid one after the other along one of the side areas 15 and along the top 14.
  • the channel structure 30 can be designed to guide the cooling liquid in a U-shape along the cover 20, which has a U-shaped cross section, and along the battery cell stack 11, i.e. H. first along one of the side areas 21, then along the central area 22 and then along the other side area 21 of the cover 20.
  • FIG 1 B shows a schematic front view of the battery module 10, using the arrows schematically illustrated.
  • the guidance of the cooling liquid can be U-shaped, which is also illustrated by the arrows in Figure 1B.
  • the cooling channels 31, 32, 33 can be fluidly connected accordingly.
  • the two cooling channels 33 of the side sections 21 can be fluidly connected, so that a cooling liquid first flows through the one cooling channel of a side section 21 and then through the second cooling channel 33 of this side section 21.
  • the second cooling channel of the side section 21 can then be fluidly connected to one of the cooling channels 31, 32, which are arranged on the central section 22 of the cover and thus in the area of the top 14 of the battery cell stack 11, etc.
  • a Coolant inlet and a coolant outlet may be provided (not shown) for connecting the cooling channels 31, 32, 33 to a coolant supply.
  • the cooling channels 31, 32, 33 are on an inside of the cover, i.e. H. arranged on a side of the cover that faces the battery cell stack 11.
  • the cover has a rigid outer wall 25, to which the cooling channels are attached on the inside. When the cover 20 is placed on the battery cell stack 11, the cooling channels are automatically positioned on the battery cells 12.
  • the cooling channels are designed as rigid cooling channels, that is, the wall of the cooling channels is rigid.
  • the cooling channels can be made of appropriately embossed aluminum sheet metal parts or of tubes attached to the inside of the cover 20.
  • an electrically non-conductive thermal paste 24 is introduced into a gap between the cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 and the battery cell stack 11.
  • the thermal paste 24 is marked in Figure 1A by the hatched area.
  • the thermal paste 24 is preferably only introduced after the cover 20 including cooling channels has been positioned on the battery cell stack 11.
  • the cover 20 has several through openings through which the thermal paste 24 can be injected from the outside into the space between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11.
  • one or more through openings are provided on the cover 20 in the area of each cell.
  • the thermal paste 24 can advantageously be injected at several points in order to ensure good and even distribution of the thermal paste 24.
  • the through openings 23 can be closed and/or closed again after the thermal paste has been introduced, e.g. B. with a filling material or a lid.
  • the cell poles 13 protrude slightly from the top 14 of the cells 12 or the battery cell stack 11. So that the distance between the cooling channels and the battery cell stack 11 is always the same, the middle section 22 can be slightly increased at its outer edge regions, which run above the cell poles 13, compared to the section in between, preferably to compensate for the elevated position of the cell poles 13. This is clearly visible in the sectional view of Figure 1A.
  • the battery cells 12 can optionally, e.g. B. on their top 14 between the cell poles 13, each have a degassing device 16 for emergency degassing in the event of a thermal emergency.
  • degassing devices are known per se and can have a degassing valve.
  • the degassing valve is designed to open when a predetermined bursting pressure is reached in order to enable emergency degassing of the damaged cell and to prevent the risk of spread to neighboring cells.
  • the cooling channels 32 which are arranged between the cell pole pairs, are not arranged directly above the degassing devices 16 of the cells 12, but are guided along sections of the top 14 of the battery cell stack 11, which are between the cell poles 13 and the degassing devices 16 lie. This can reduce the risk of the cooling channels being damaged during emergency degassing.
  • FIGS 2A, 2B and 2C show schematic representations of a battery module 100 with flexible cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment. It is understood that the techniques and features described with reference to Figures 2A-C are combinable with the techniques and features described with reference to Figures 1A-C and 3A-D, individually or in any combination.
  • the cooling channels 31, 32, 33 are flexible and not rigid. That is, a wall 37 of the cooling channels is designed to be flexible and/or deformable.
  • the wall of the cooling channels can be formed by a liquid-tight, flexible material, e.g. B. by a film 37.
  • the film 37 can be realized, for example, by a plastic or aluminum film.
  • the film 37 can z. B. be attached to the inside of the cover 20, for example by sticking the film 37 to the wall or by melting the film 37 in the area of the contact point to the wall.
  • the cover 20 or the side sections 21 and the middle section 22 can z. B. be made of plastic.
  • FIG. 2A shows a state of the cooling channels in the installed state, i.e. H. in a state in which coolant does not flow through the flexible cooling channels 31, 32, 33. In this state, there is a free area 26 between the cooling channels and the opposite contact points on the cells 12 of the battery module 100.
  • FIG. 2B shows a state of the cooling channels in which the cooling channels have been acted upon with a coolant.
  • the coolant pressure causes the cooling channels to expand and press against the cells 12 of the battery module 100.
  • the free area 26 is bridged and taken up by the cooling channels. Accordingly, there is no need for thermal paste between the cooling channel and the contact point on the cells 12 of the battery module 100, since the cooling channels are in direct contact.
  • the wall 37 of the cooling channels 31, 32, 33 is designed, preferably dimensioned, such that pressurization of the cooling channels with coolant causes an expansion of the cooling channels, such that the cooling channels in the inflated state at least on the cells of the battery module 100.
  • the flexible cooling channels must therefore be designed so that their diameter when inflated is slightly larger than the distance between cover 20 and battery cell stack 11 at the point where the cooling channel is attached to cover 20.
  • FIG. 2C shows a front view of the battery module of Figures 2A and 2B.
  • the cooling channels 31, 32, 33 can also each be fluidly connected to one another in the flexible design.
  • the cooling channels form a channel structure which guides a cooling liquid in a U-shape along the cover 20 and the battery cell stack 11, i.e. H. first along one of the side areas 21, then along the central area 22 and then along the other side area 21 of the cover 20.
  • Such guidance of the coolant is schematically illustrated in FIG. 2C using the arrows.
  • Figures 3A, 3B and 3D show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment. It is understood that the techniques and features described with reference to Figures 3A to 3D are combinable with the techniques and features described with reference to Figures 1A-C and 2A-C, individually or in any combination.
  • FIG 3A shows a top view of a battery module 200. Cooling channels 33 can in turn be arranged on the side sections 21 of the cover, as is the case, for example. B. was described above in connection with Figures 1A, 1B and 1C. To avoid repetitions, reference is made to this.
  • cooling channels 31, 32 which are arranged on the middle section 22 of the cover 20, two cooling channels 31 can in turn serve for cell pole cooling.
  • the cooling channels 31 are arranged parallel to each other on opposite end regions of the top 14 of the battery cell stack 11 and each above a row-shaped arrangement of the cell poles 13.
  • the cooling channels on the middle section 22 of the cover 20 also include further cooling channels 32 which are arranged between cell pole pairs of the cells 12. Two such cooling channels 32 are shown here as examples.
  • the cooling channels 32 are each fluidly connected to one of the outer cooling channels 31 via a plurality of cross connections 34, which are arranged at a distance from one another in the stacking direction S of the cells 12 or the battery cell stack 11.
  • the two cooling channels 32 themselves are fluidly connected to one another at their end regions, so that the two cooling channels 32 together form a type of annular channel which is connected to the outer cooling channels 31 via the cross connections 34.
  • the number of cross-connections 34 on each side can correspond to the number of cells 12 of the battery cell stack 11.
  • a coolant inlet 35 and a coolant outlet 36 are arranged on the side areas 21 of the cover 20 for connecting the cooling channels to a coolant supply.
  • the battery module 200 is shown in a side sectional view in FIG. 3B and in a side view in FIG. 3D.
  • an electrically non-conductive thermal paste is again introduced into a gap between the cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 and the battery cell stack 11.
  • the cover 20 has a plurality of through openings 23, through which the thermal paste can be injected from the outside into the space between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11 after the cover 20 has been positioned on the battery cell stack.
  • One or more through openings 23 are advantageously provided on the cover 20 in the area of each cell 12, so that the thermal paste can be injected at several points in order to ensure good and even distribution of the thermal paste.
  • the through openings 23 can be clearly seen in the illustrations in FIG. 3B and FIG. 3D.
  • two rows of such through openings 23 are provided along the side section.
  • the two rows also have an offset from one another in order to enable the best possible distribution of the thermal paste introduced from the outside via the through openings 23.
  • Figure 3C shows a detailed representation of a passage opening 23 of a battery module cover for introducing the thermal paste 24.
  • the through openings 23 can be closed again after the thermal paste has been introduced, e.g. B. with a filling material or a lid.
  • the battery module 200 is arranged on a base plate 40.
  • the base plate 40 can be designed as a cooling plate into which a channel structure for guiding a cooling liquid is integrated. With such a cooling plate, the battery module 200 can also be cooled from below.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a motor vehicle with a battery module according to an embodiment of the invention. It is understood that the techniques and features described with reference to Figure 4 can be combined with the techniques and features described with reference to the previous ones, individually or in any combination.
  • the motor vehicle 50 can - as shown by way of example - be a commercial vehicle (e.g. a tractor unit or a truck with a body). However, the motor vehicle 50 can also be a car. The motor vehicle 50 is preferably a purely electrically driven motor vehicle 50. The battery module 10 can be arranged on a longitudinal outside of the motor vehicle 50.
  • the battery module 10 can be designed as described in this document.
  • the energy storage device 10 can thus have a cover 20 with integrated cooling channels, as described above in connection with the other figures.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims, regardless of the claims referred to.
  • the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another.
  • the features of the subclaims are also disclosed independently of all features of independent claim 1.

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Abstract

The invention relates to a battery module (10) for a motor vehicle and also to a motor vehicle (50) with such a battery module (10). The battery module (10) comprises a battery-cell stack (11), comprising multiple cells (12) arranged next to one another for storing electrical energy, wherein the cells (12) have cell terminals (13) for the electrical contact of the cells, and the cell terminals (13) of the multiple cells are arranged on an upper side (14) of the battery cell stack (11). The battery module (10) also comprises a covering (20) for covering the battery cell stack. The covering (20) has two lateral, preferably opposite, portions (21) for covering lateral regions (15) of the battery-cell stack and a central portion (22) for covering the upper side (14) of the battery cell stack. The covering (20) also has cooling channels (31, 32, 33) for cooling the battery-cell stack (11), wherein the two lateral portions (21) and the central portion (22) each comprise at least one cooling channel of the cooling channels. This advantageously allows cooling that is integrated in a covering to be provided for the battery module (20) and used as a means for allowing the battery-cell stack to be cooled from at least three sides.

Description

Batteriemodul mit integrierten Kühlkanälen Battery module with integrated cooling channels
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem ebensolchen Batteriemodul. The invention relates to a battery module for a motor vehicle and a motor vehicle with a similar battery module.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Elektro- und Hybridfahrzeuge mit einem oder mehreren Batteriemodulen (sog. Batteriepacks) auszustatten, um mittels der dort gespeicherten bzw. speicherbaren elektrischen Energie die Antriebsaggregate der entsprechenden Fahrzeuge anzutreiben. Derartige Batteriemodule bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen). It is known in the prior art to equip electric and hybrid vehicles with one or more battery modules (so-called battery packs) in order to drive the drive units of the corresponding vehicles using the electrical energy stored or storable there. Such battery modules usually consist of a large number of battery cells that are electrically interconnected (e.g. lithium-ion battery cells).
Um die Batteriezellen bzw. das Batteriemodul ferner gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, zu schützen, werden die vorgenannten Komponenten zumeist mit einem geschlossenen (Batterie-)Gehäuse umhaust. Das Gehäuse kann eine Abdeckung zur Abdeckung einer Oberseite des Batteriemoduls aufweisen. In order to further protect the battery cells or the battery module against external influences, in particular moisture, the aforementioned components are usually enclosed in a closed (battery) housing. The housing may have a cover for covering a top side of the battery module.
Damit die Batteriezellen möglichst optimal und langfristig funktionieren, sollten diese thermisch konditioniert werden. Beispielsweise können die Batteriezellen dazu unmittelbar von einer wärmeleitenden (und vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen) Flüssigkeit umströmt werden (sog. Immersionskühlung), was jedoch große Aufwände hinsichtlich der Dichtheit der jeweiligen Komponenten mit sich bringt. Alternativ können die Batteriezellen auf einer Temperierplatte mit einer Kanalstruktur, durch die ein flüssiger Wärmeträger strömt, positioniert werden (sog. Bodenplattenkühlung). Nachteilig hieran ist, dass die Batteriezellen hierbei nur einseitig am Boden temperiert werden. Insbesondere beim Laden und Entladen kann jedoch auch Wärme an der Zellseite entstehen, die durch eine reine Bodenkühlung nicht optimal abgeführt werden kann. In order for the battery cells to function as optimally and long-term as possible, they should be thermally conditioned. For example, the battery cells can be directly surrounded by a heat-conducting (and preferably electrically non-conductive) liquid (so-called immersion cooling), which, however, entails great effort in terms of the tightness of the respective components. Alternatively, the battery cells can be positioned on a temperature control plate with a channel structure through which a liquid heat transfer medium flows (so-called base plate cooling). The disadvantage of this is that the battery cells are only temperature controlled on one side on the floor. However, particularly when charging and discharging, heat can also be generated on the cell side, which cannot be optimally dissipated by pure bottom cooling.
Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik für eine Kühlung des Batteriemoduls bereitzustellen, das Nachteile herkömmlicher Techniken verhindert. The invention is based on the object of providing an improved technology for cooling the battery module that prevents the disadvantages of conventional techniques.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. The task is solved by the features of independent claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims and the description.
Ein erster unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Vorzugsweise ist das Batteriemodul ein Batteriemodul für ein Nutzfahrzeug (z. B. ein Lastkraftwagen oder Omnibus). Das Batteriemodul kann ein Batteriezellstapelmodul sein. A first independent aspect of the present disclosure relates to a battery module for a motor vehicle. The battery module is preferably a battery module for a commercial vehicle (e.g. a truck or bus). The battery module can be a battery cell stack module.
Das Batteriemodul umfasst einen Batteriezellstapel, aufweisend mehrere nebeneinander und/oder hintereinander angeordnete (Batterie-)Zellen zur Speicherung elektrischer Energie. Die Zellen bilden somit einen Stapel aus nebeneinander und/oder hintereinander angeordneten Zellen, sog. Batteriezellstapel. Die Zellen weisen Zellpole zum elektrischen Kontaktieren der Zellen auf. Jede Zelle weist zwei Zellpole auf. Die Zellpole der mehreren Zellen sind an einer Seite des Batteriezellstapels angeordnet. Diese die Zellpole aufweisende Seite wird nachfolgend als Oberseite des Batteriezellstapels bezeichnet. Das Batteriemodul kann auch mehrere Batteriezellstapel umfassen. Entsprechend kann die Abdeckung ausgebildet sein, mehrere Batteriezellstapel abzudecken. The battery module comprises a battery cell stack, having several (battery) cells arranged next to one another and/or one behind the other for storing electrical energy. The cells thus form a stack of cells arranged next to one another and/or one behind the other, so-called battery cell stacks. The cells have cell poles for electrically contacting the cells. Each cell has two cell poles. The cell poles of the plurality of cells are arranged on one side of the battery cell stack. This side having the cell poles is referred to below as the top of the battery cell stack. The battery module can also include several battery cell stacks. Accordingly, the cover can be designed to cover several battery cell stacks.
Das Batteriemodul weist ferner eine Abdeckung (z. B. aus Metall, aus Kunststoff oder aus faserverstärktem Kunststoff) zum Abdecken des Batteriezellstapels auf. Die Abdeckung kann auch als Batteriemodulcover bezeichnet werden. Die Abdeckung weist zwei seitliche, vorzugsweise gegenüberliegende, Abschnitte zum Abdecken seitlicher Bereiche des Batteriezellstapels und einen mittleren Abschnitt zum Abdecken der Oberseite des Batteriezellstapels auf. Der mittlere Abschnitt bildet somit eine Oberseite der Abdeckung aus. The battery module also has a cover (e.g. made of metal, plastic or fiber-reinforced plastic) for covering the battery cell stack. The cover can also be referred to as a battery module cover. The cover has two lateral, preferably opposite, sections for covering lateral areas of the battery cell stack and a central section for covering the top of the battery cell stack. The middle section thus forms a top side of the cover.
Die Abdeckung weist ferner Kühlkanäle zum Kühlen des Batteriezellstapels auf. Die Kühlkanäle dienen zum Führen einer Kühlflüssigkeit. Hierbei weisen die zwei seitlichen Abschnitte und der mittlere Abschnitt jeweils zumindest einen Kühlkanal der mehreren Kühlkanäle auf. Mit anderen Worten kann in den mittleren Abschnitt und in die zwei seitlichen Abschnitte jeweils zumindest ein Kühlkanal integriert sein. The cover also has cooling channels for cooling the battery cell stack. The cooling channels are used to guide a coolant. Here, the two side sections and the middle section each have at least one cooling channel of the plurality of cooling channels. In other words, at least one cooling channel can be integrated into the middle section and into the two side sections.
Vorteilhaft kann eine verbesserte Kühlung des Batteriezellstapels realisiert werden, da mit dem in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen (mindestens) drei Seiten des Batteriezellstapels aktiv gekühlt werden können. Improved cooling of the battery cell stack can advantageously be realized since (at least) three sides of the battery cell stack can be actively cooled with the cooling channels integrated into the cover.
Ferner wird durch die vorliegende Offenbarung ein Batteriemodulcover bereitgestellt, das auf vorteilhafte Weise eine Doppelfunktion erfüllt. Zum einen dient das Batteriemodulcover zum Schutz des Batteriezellstapels vor äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit. Dabei kann das Batteriemodulcover ferner einen Berührschutz für die dadurch abgedeckten Zellpole etc. ausbilden. Zum anderen dient das Batteriemodulcover als Kühlvorrichtung, um die Kühlung des Batteriemoduls zu verbessern. Es wird somit in einer Struktur oder Bauteil ein Bauteilschutz und eine Kühlung kombiniert, was besonders bauraumeffizient ist und ferner fertigungstechnisch vorteilhaft ist, da der Bauteilschutz und zumindest ein Teil der Kühlfunktion des Batteriemoduls in einer Komponente vorgruppiert und/oder vormontiert werden kann und entsprechend zusammen in einem Montageschritt auf dem Batteriezellstapel positioniert und/oder montiert werden kann. Furthermore, the present disclosure provides a battery module cover that advantageously fulfills a dual function. On the one hand, the battery module cover serves to protect the battery cell stack from external influences, especially moisture. The battery module cover can also provide contact protection for the cell poles etc. covered thereby. On the other hand, the battery module cover serves as a cooling device to improve the cooling of the battery module. Component protection and cooling are therefore combined in one structure or component, which is particularly efficient in terms of installation space and is also advantageous in terms of production technology, since the component protection and at least part of the cooling function of the battery module can be pre-grouped and/or pre-assembled in one component and correspondingly together in can be positioned and/or mounted on the battery cell stack in one assembly step.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können die Kühlkanäle der Abdeckung eine Kanalstruktur zum Führen einer Kühlflüssigkeit ausbilden, die die Kühlflüssigkeit sowohl entlang der zwei seitlichen Bereiche und entlang der Oberseite des Batteriezellstapels führt. Hierbei kann die Kanalstruktur und/oder die Kühlkanäle ausgebildet sein, die Kühlflüssigkeit nacheinander entlang eines der seitlichen Bereiche und entlang der Oberseite zu führen. Beispielsweise kann die Kanalstruktur ausgebildet sein, die Kühlflüssigkeit U-förmig an der Abdeckung und an dem Batteriezellstapel entlangzuführen, d. h. zuerst entlang eines der seitlichen Bereiche, dann entlang des mittleren Bereichs und dann entlang des anderen seitlichen Bereichs, wodurch sich eine U-förmige Kühlung der Abdeckung, die im Querschnitt U-förmig sein kann, ergibt. Alternativ kann die Kanalstruktur ausgebildet sein, einen Kühlflüssigkeitsstrom zu verzweigen, so dass dieser in fluidisch parallele Teilströme aufgeteilt wird, die jeweils nur entlang von einem der Bereiche des Batteriezellstapels geführt sind und/oder nur entlang von einem der Abschnitte der Abdeckung geführt sind. According to one aspect of the disclosure, the cooling channels of the cover may form a channel structure for guiding a cooling liquid, which guides the cooling liquid along both the two side regions and along the top of the battery cell stack. Here, the channel structure and/or the cooling channels can be designed to guide the cooling liquid one after the other along one of the side areas and along the top. For example, the channel structure can be designed to guide the cooling liquid along the cover and the battery cell stack in a U-shape, i.e. H. first along one of the side areas, then along the central area and then along the other side area, resulting in a U-shaped cooling of the cover, which can be U-shaped in cross section. Alternatively, the channel structure can be designed to branch a coolant flow so that it is divided into fluidly parallel partial flows, each of which is only guided along one of the areas of the battery cell stack and/or is only guided along one of the sections of the cover.
Die Abdeckung kann zwei Seitenwände (zusätzlich zum mittleren Abschnitt) umfassen, so dass die Abdeckung im Querschnitt U-förmig ist. Alternativ kann die Abdeckung vier Seitenwände (zusätzlichen zum mittleren Abschnitt) umfassen, die einen rechteckförmigen Rahmen oder Kasten bilden und zusammen mit dem mittleren Abschnitt eine haubenförmige Abdeckung für den Batteriezellstapel ausbilden. Zudem oder alternativ können alle vier Seitenwände zumindest einen Kühlkanal (der Kühlkanäle) aufweisen. Hierdurch kann die Kühlung des Batteriezellstapels noch weiter verbessert werden. The cover may include two side walls (in addition to the middle section) so that the cover is U-shaped in cross section. Alternatively, the cover may include four side walls (in addition to the central section) which form a rectangular frame or box and together with the central section form a hood-shaped cover for the battery cell stack. Additionally or alternatively, all four side walls can have at least one cooling channel (the cooling channels). This allows the cooling of the battery cell stack to be further improved.
Die Abdeckung kann z. B. haubenförmig und/oder im Querschnitt U-förmig ausgebildet sein. The cover can e.g. B. be hood-shaped and / or U-shaped in cross section.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zumindest eine Kühlkanal des mittleren Abschnitts zwei Kühlkanäle zur Zellpolkühlung, die parallel zueinander an gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite des Batteriezellstapels und jeweils oberhalb einer reihenförmigen Anordnung der Zellpole angeordnet sind. Die reihenförmige Anordnung der Zellpole wird jeweils gebildet von jeweils einem Zellpol eines Zellpolpaares der Zellen des Batteriezellstapels. Hierdurch kann besonders effizient die beim Laden und/oder Entladen an den Zellpolen entstehende Wärme abgeführt werden. In a preferred embodiment, the at least one cooling channel of the middle section comprises two cooling channels for cell pole cooling, which are arranged parallel to one another on opposite end regions of the top of the battery cell stack and each above a row-shaped arrangement of the cell poles. The row-like arrangement of the cell poles is formed by one cell pole of a pair of cell poles of the cells of the battery cell stack. This allows the heat generated at the cell poles during charging and/or discharging to be dissipated particularly efficiently.
Zudem oder alternativ kann der zumindest eine Kühlkanal des mittleren Abschnitts mindestens einen Kühlkanal umfassen, der zwischen Zellpolpaaren der Zellen angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann mindestens ein weiterer Kühlkanal vorgesehen sein, der zwischen den reihenförmig angeordneten Zellpolen angeordnet ist und/oder verläuft. Hierdurch kann die Kühlung der Oberseite des Batteriezellstapels weiter verbessert werden. Additionally or alternatively, the at least one cooling channel of the middle section can comprise at least one cooling channel which is arranged between cell pole pairs of the cells. In other words, at least one further cooling channel can be provided, which is arranged and/or runs between the cell poles arranged in rows. This allows the cooling of the top of the battery cell stack to be further improved.
Zudem oder alternativ kann der mindestens eine, zwischen den Zellpolpaaren angeordnete Kühlkanal zwei parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle umfassen, die miteinander fluidisch verbunden sind und jeweils mit einem der zwei Kühlkanäle zur Zellpolkühlung fluidisch verbunden sind, vorzugsweise über mehrere Querverbindungen, die in Stapelrichtung beab- standet zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann eine besonders wirksame Kühlung der Zellenoberseiten realisiert werden. Die Querverbindungen können quer zu einer Stapelrichtung orientiert sein. In den Querverbindungen kann die Kühlflüssigkeit eine Strömungsrichtung aufweisen, die senkrecht zur Stapelrichtung des Batteriezellstapels ist. Additionally or alternatively, the at least one cooling channel arranged between the pairs of cell poles can comprise two cooling channels running parallel to one another, which are fluidly connected to one another and are each fluidly connected to one of the two cooling channels for cell pole cooling, preferably via a plurality of cross connections which are spaced apart from one another in the stacking direction are arranged. This makes it possible to achieve particularly effective cooling of the cell tops. The cross connections can be oriented transversely to a stacking direction. In the cross connections, the cooling liquid can have a flow direction that is perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Zellen an ihrer Oberseite zwischen den Zellpolen jeweils eine Entgasungsvorrichtung für eine Notentgasung im thermischen Notfall auf. Derartige Entgasungsvorrichtungen sind an sich bekannt. Diese können beispielsweise jeweils ein Entgasungsventil aufweisen, welches bei Erreichen eines vorbestimmten Berstdrucks öffnet, um eine Notentgasung der beschädigten Zelle zu ermöglichen und das Risiko eines Übergreifens auf die benachbarten Zellen zu verhindern. Gemäß dieser Ausführungsform ist der mindestens eine, zwischen den Zellpolpaaren angeordnete Kühlkanal so angeordnet, dass dieser nicht direkt oberhalb der Entgasungsvorrichtungen der Zellen angeordnet ist und/oder entlang von Abschnitten der Oberseite des Batteriezellstapelmoduls geführt ist, die zwischen den Zellpolen und den Entgasungsvorrichtungen liegen. Damit wird das Risiko reduziert, dass dieser Kühlkanal bei einer Notentgasung beschädigt wird. In a further embodiment, the cells each have a degassing device on their upper side between the cell poles for emergency degassing in the event of a thermal emergency. Such degassing devices are known per se. These can, for example, each have a degassing valve which opens when a predetermined bursting pressure is reached in order to enable emergency degassing of the damaged cell and to prevent the risk of spreading to the neighboring cells. According to this embodiment, the at least one cooling channel arranged between the pairs of cell poles is arranged so that it is not arranged directly above the degassing devices of the cells and/or is guided along sections of the top of the battery cell stack module that lie between the cell poles and the degassing devices. This reduces the risk of this cooling channel being damaged during an emergency degassing.
Die zwei seitlichen Abschnitte und/oder der mittlere Abschnitt können gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung jeweils zumindest zwei Kühlkanäle umfassen, die fluidisch parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Fluidisch seriell verbunden soll bedeuten, dass die Kühlflüssigkeit nacheinander durch die seriell verbundenen Kühlkanäle fließt. Fluidisch parallel verbunden soll dagegen bedeuten, dass sich die Kühlflüssigkeit in Teilströme verzweigt und die Teilströme dann durch die Kühlkanäle fließen, wobei jeweils ein Teilstrom durch einen der Kühlkanäle fließt. According to a further aspect of the disclosure, the two side sections and/or the middle section can each comprise at least two cooling channels that are fluidly connected to one another in parallel or in series. Fluidically connected in series means that the cooling liquid flows one after the other through the serially connected cooling channels. On the other hand, fluidly connected in parallel means that the coolant branches into partial streams and the partial streams then flow through the cooling channels, with one partial stream flowing through one of the cooling channels.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung weist die Abdeckung einen Kühlflüssigkeitseinlass und einen Kühlflüssigkeitsauslass auf, zum Anschluss der Kühlkanäle an eine Kühlmittelversorgung. Der Kühlflüssigkeitseinlass und der Kühlflüssigkeitsauslass können z. b. als an der Abdeckung befestigte Anschlüsse für eine Kühlmittelleitung ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist lediglich ein Kühlflüssigkeitseinlass und lediglich ein Kühlmittelauslass vorgesehen. Letzteres ist besonders vorteilhaft, um die Teilekosten und Aufwände zum Anschließen der Kühlmittelversorgung möglichst gering zu halten. According to a further aspect of the disclosure, the cover has a coolant inlet and a coolant outlet for connecting the cooling channels to a coolant supply. The coolant inlet and the coolant outlet can, for. b. be designed as connections for a coolant line attached to the cover. Particularly preferably, only one coolant inlet and only one coolant outlet are provided. The latter is particularly advantageous in order to keep the parts costs and effort for connecting the coolant supply as low as possible.
Die Kühlkanäle zum Kühlen des Batteriezellstapels sind innenseitig an der Abdeckung angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft für die Kühlwirkung und den Schutz der Kühlkanäle vor äußeren Beschädigungen. Innenseitig bedeutet, dass die Kühlkanäle an einer dem Batteriezellstapel zugewandten Seite der Abdeckung an dieser angeordnet sind. The cooling channels for cooling the battery cell stack are arranged on the inside of the cover. This is particularly advantageous for the cooling effect and protecting the cooling channels from external damage. Inside means that the cooling channels are arranged on a side of the cover facing the battery cell stack.
In einer Ausführungsform sind die Kühlkanäle starr ausgeführt, d. h., die Wandung der Kühlkanäle ist starr und der Querschnitt der Kühlkanäle ist ebenfalls nicht änderbar, wenn diese von einem Fluid durchströmt werden. Die starren Kühlkanäle können beispielhaft durch Aluminium-Blechteile, die z. B. zur Ausbildung der Kühlkanäle entsprechend geprägt sein können, oder durch innenseitig an der Abdeckung befestigte Rohre ausgeführt sein. Die (starren) Kühlkanäle können direkt in die Abdeckung integriert oder nachträglich innenseitig an einer Wandung der Abdeckung befestigt sein. In one embodiment, the cooling channels are rigid, i.e. that is, the wall of the cooling channels is rigid and the cross section of the cooling channels cannot be changed when a fluid flows through them. The rigid cooling channels can, for example, be made of aluminum sheet metal parts, e.g. B. can be embossed accordingly to form the cooling channels, or can be carried out by tubes attached to the inside of the cover. The (rigid) cooling channels can be integrated directly into the cover or subsequently attached to the inside of a wall of the cover.
Bei einer Ausführungsvariante der Ausführungsform mit starren Kühlkanälen ist in einem Bereich zwischen dem Batteriezellstapel und den Kühlkanälen eine Wärmeleitpaste angeordnet. Die Wärmeleitpaste ist vorzugsweise eine elektrisch nicht-leitende Wärmeleitpaste. Der Abtransport der Wärme aus dem Batteriezellstapel kann dadurch verbessert werden. Hierbei kann die Abdeckung optional ferner, vorzugsweise verschließbare und/oder verschlossene, Durchgangsöffnungen zum Einbringen der Wärmeleitpaste in einen Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen der Abdeckung und dem Batteriezellstapel aufweisen. Die Durchgangsöffnungen sind vorzugsweise so im Bezug zu den Kühlkanälen positioniert, dass das darüber eingebrachte wärmeleitfähige Material sich im Bereich zwischen Batteriezellstapel und den Kühlkanälen verteilt und einen Freiraum und/oder Spalt zwischen Batteriezellstapel und den Kühlkanälen ausfüllt. Hierbei kann die Abdeckung im Bereich jeder Zelle mindestens eine der Durchgangsöffnungen aufweisen. Die Abdeckung kann optional an den seitlichen Abschnitten jeweils zwei Reihen von Durchgangsöffnungen aufweisen, wobei die Durchgangsöffnungen jeder Reihe einen Abstand aufweisen, der einer Dicke der Zelle in Stapelrichtung entspricht und/oder wobei die zwei Reihen in Stapelrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch kann vorteilhaft ein gleichmäßiges Einbringen der Wärmeleitpaste realisiert werden, wenn die Abdeckung auf den Zellen positioniert ist. In an embodiment variant of the embodiment with rigid cooling channels, a thermal paste is arranged in an area between the battery cell stack and the cooling channels. The thermal paste is preferably an electrically non-conductive thermal paste. This can improve the removal of heat from the battery cell stack. Here, the cover can optionally further have, preferably closable and/or closed, through openings for introducing the thermal paste into a gap between the cooling channels of the cover and the battery cell stack. The through openings are preferably positioned in relation to the cooling channels so that the thermally conductive material introduced above them is distributed in the area between the battery cell stack and the cooling channels and fills a free space and/or gap between the battery cell stack and the cooling channels. The cover can have at least one of the through openings in the area of each cell. The cover can optionally have two rows of through openings on the side sections, with the through openings in each row having a distance that corresponds to a thickness of the cell in the stacking direction and/or with the two rows being arranged offset from one another in the stacking direction. This advantageously allows the thermal paste to be introduced evenly when the cover is positioned on the cells.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Wandung der Kühlkanäle flexibel und/oder verformbar ausgebildet. Die Wandung der Kühlkanäle kann vorzugsweise durch eine Folie, beispielsweise durch eine Kunststoff- oder Aluminium-Folie, ausgebildet sein, die an der Abdeckung innenseitig befestigt ist. Die Folien kann z. B. an der Abdeckung innenseitig aufgeklebt und/oder angeschmolzen sein. Die Verwendung von flexiblen Kühlkanälen bietet mehrere Vorteile: Erstens zeichnen sich diese durch ein geringes zusätzliches Gewicht aus, da die Verwendung einer Folie besonders wenig Gewicht erfordert. Zweitens können sich flexible Kühlkanäle besonders gut an die zu kühlenden Stellen anlegen, so dass eine gute Wärmebrücke (insbesondere auch ohne Wärmeleitpaste) realisiert werden kann. Ferner kann eine kompaktere Bauweise realisiert werden. In an alternative embodiment, a wall of the cooling channels is designed to be flexible and/or deformable. The wall of the cooling channels can preferably be formed by a film, for example a plastic or aluminum film, which is attached to the inside of the cover. The foils can e.g. B. be glued to the inside of the cover and/or melted. The use of flexible cooling channels offers several advantages: Firstly, they are characterized by a low additional weight, as the use of a film requires particularly little weight. Secondly, flexible cooling channels can fit particularly well into the areas to be cooled, so that a good thermal bridge can be achieved (especially without thermal paste). Furthermore, a more compact design can be realized.
Hierzu kann die Wandung der (flexiblen) Kühlkanäle so ausgelegt sein, vorzugsweise so dimensioniert sein, dass eine Druckbeaufschlagung der Kühlkanäle mit Kühlflüssigkeit eine Aufblähung der Kühlkanäle bewirkt, derart, dass die Kühlkanäle im aufgeblähten Zustand zumindest abschnittsweise am Batteriezellstapel anliegen. Mit anderen Worten werden im Hinblick auf den Abstand von Abdeckung zum Batteriezellstapel im Bereich der Kühlkanäle die flexiblen Kühlkanäle vorab so ausgelegt, dass die Kühlkanäle diesen Abstand im aufgeblähten Zustand vollständig überbrücken können und direkt am Batteriezellstapel anliegen. Die Folien für die flexiblen Kühlkanäle können einen Durchmesser von z. B. 0,1 mm aufweisen. For this purpose, the wall of the (flexible) cooling channels can be designed, preferably dimensioned, such that pressurizing the cooling channels with coolant causes the cooling channels to expand, such that the cooling channels in the inflated state rest at least in sections on the battery cell stack. In other words, with regard to the distance from the cover to the battery cell stack in the area of the cooling channels, the flexible cooling channels are designed in advance so that the cooling channels can completely bridge this distance in the inflated state and rest directly on the battery cell stack. The foils for the flexible cooling channels can have a diameter of e.g. B. have 0.1 mm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung können die seitlichen Abschnitte und der mittlere Abschnitt der Abdeckung fest miteinander verbunden sein. Ferner kann eine Außenwandung der Abdeckung und/oder der Abschnitte der Abdeckung integral einstückig ausgeführt sein. Vorteilhaft kann die Handhabung bei der Montage der Abdeckung auf dem Batteriezellstapel erleichtert werden. According to a further aspect of the disclosure, the side portions and the middle portion of the cover may be rigidly connected to one another. Furthermore, an outer wall of the cover and/or the sections of the cover can be made integrally in one piece. Handling when installing the cover on the battery cell stack can advantageously be made easier.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Batteriemodul eine Kühlplatte aufweisen, die an einer Unterseite des Batteriezellstapels angeordnet ist und eine Kanalstruktur für Kühlflüssigkeit zur Ausbildung einer Bodenplattenkühlung aufweist. Vorteilhaft kann auch die Unterseite des Batteriezellstapels effizient gekühlt werden. Die Kühlplatte kann zusammen mit der Abdeckung ein Modulgehäuse ausbilden oder alternativ innenseitig auf einer Bodenplatte eines Modulgehäuse, von dem die Abdeckung einen weiteren Teil ausbildet, angeordnet sein. According to a further aspect of the disclosure, the battery module may have a cooling plate arranged on an underside of the battery cell stack and a channel structure for coolant to form base plate cooling. Advantageously, the underside of the battery cell stack can also be efficiently cooled. The cooling plate can form a module housing together with the cover or, alternatively, can be arranged on the inside on a base plate of a module housing, of which the cover forms another part.
Weiterhin betrifft die Offenbarung ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Batteriemodul, wie es in diesem Dokument beschrieben ist. Mit anderen Worten sollen die in diesem Dokument im Zusammenhang mit dem Batteriemodul an sich beschriebenen Merkmale auch im Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug offenbart und beanspruchbar sein. Das Kraftfahrzeug kann dabei z. B. ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug (z. B. ein Lastkraftwagen oder Omnibus). Hierbei kann unter einem Nutzfahrzeug im Allgemeinen ein Fahrzeug verstanden werden, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise ein Fahrzeug bereitgestellt werden, dessen Batteriemodul(e) bzw. dessen Batteriezellen möglichst gutgekühlt werden kann (können). Furthermore, the disclosure relates to a motor vehicle having a battery module as described in this document. In other words, the features described in this document in connection with the battery module itself should also be disclosed and usable in connection with the motor vehicle. The motor vehicle can z. B. be a purely electrically powered motor vehicle. The motor vehicle is preferably a commercial vehicle (e.g. a truck or bus). A commercial vehicle can generally be understood as meaning a vehicle that, due to its design and equipment, is specifically designed to transport people, transport goods or tow trailers. Overall, this can advantageously provide a vehicle whose battery module(s) or battery cells can be cooled as well as possible.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The previously described preferred embodiments and features of the invention can be combined with one another in any way. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figuren 1A, 1 B und 1C schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit starren, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer Ausführungsform; Figures 1A, 1B and 1C show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to one embodiment;
Figuren 2A, 2B und 2C schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit flexiblen, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform; Figures 2A, 2B and 2C show schematic representations of a battery module with flexible cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment;
Figuren 3A, 3B und 3D schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit starren, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform; Figures 3A, 3B and 3D show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment;
Figur 3C eine Detaildarstellung einer Durchlassöffnung einer Batteriemodulabdeckung zur Einbringen einer Wärmeleitpaste; und Figure 3C shows a detailed representation of a passage opening in a battery module cover for introducing a thermal paste; and
Figur 4: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Figure 4: a schematic representation of a motor vehicle with a battery module according to an embodiment of the invention. The embodiments shown in the figures are at least partially the same, so that similar or identical parts are provided with the same reference numerals and for their explanation reference is also made to the description of the other embodiments or figures in order to avoid repetitions.
Figur 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls 10 zur Speicherung von elektrischer Antriebsenergie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriemodul (Hochvolt-Batteriemodul) 10 weist dabei einen Batteriezellstapel 11 auf. Der Batteriezellestapel umfasst mehrere Batteriezellen 11 , die nebeneinander und/oder hintereinander stapelförmig angeordnet sind. Die Batteriezellen 11 können z. B. prismatische Batteriezellen 11 sein, z. B. ausgeführt als Lithium-Ionen-Batteriezellen 11. Figure 1A shows a schematic sectional view of a battery module 10 for storing electrical drive energy of a motor vehicle. The battery module (high-voltage battery module) 10 has a battery cell stack 11. The battery cell stack comprises a plurality of battery cells 11, which are arranged in a stack next to one another and/or one behind the other. The battery cells 11 can z. B. prismatic battery cells 11, e.g. B. designed as lithium-ion battery cells 11.
In Figur 1 A ist nur eine Batteriezelle 11 von der Seite sichtbar (die dahinter gestapelten Batteriezellen sind nicht sichtbar, jedoch in Figur 1 B, die eine Vorderansicht zeigt, und in Figur 1C, die eine perspektivische Ansicht zeigt). Die Stapelrichtung ist in Figur 1A senkrecht zur Zeichenebene. Die Zellen 12 weisen jeweils zwei elektrische Zellpole 13 (Zellpolpaar) zum elektrischen Kontaktieren der Zellen auf. Die Zellenpole 13 der Zellen sind an einer Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 angeordnet. Die Zellen 12 können über Zellverbinder, die die Zellpole 13 benachbarter Zellen 12 elektrisch miteinander verbinden, parallel oder in Serie geschaltet sein. In Figure 1A, only one battery cell 11 is visible from the side (the battery cells stacked behind it are not visible, but are visible in Figure 1B, which shows a front view, and in Figure 1C, which shows a perspective view). The stacking direction in Figure 1A is perpendicular to the plane of the drawing. The cells 12 each have two electrical cell poles 13 (pair of cell poles) for electrically contacting the cells. The cell poles 13 of the cells are arranged on an upper side 14 of the battery cell stack 11. The cells 12 can be connected in parallel or in series via cell connectors that electrically connect the cell poles 13 of adjacent cells 12 to one another.
Das Batteriemodul 10 umfasst ferner eine Abdeckung 20 (sog. Batteriemodulcover) zum Abdecken des Batteriezellstapels 11. Die Abdeckung 20 kann von oben über den Batteriezellstapel 11 gestülpt werden und deckt dadurch die Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 sowie zwei gegenüberliegende seitliche Bereiche 15 des Batteriezellstapels 11 ab. The battery module 10 further includes a cover 20 (so-called battery module cover) for covering the battery cell stack 11. The cover 20 can be placed over the battery cell stack 11 from above and thereby covers the top 14 of the battery cell stack 11 as well as two opposite side areas 15 of the battery cell stack 11 .
Die Abdeckung umfasst zwei seitliche, einander gegenüberliegende Abschnitte 21 zum Abdecken seitlicher Bereiche 15 des Batteriezellstapels 11 und einen mittleren Abschnitt 22 zum Abdecken der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 . Die Abdeckung 20 ist als festes Cover ausgeführt, d. h., die seitlichen Abschnitte 21 und der mittlere Abschnitt 22 der Abdeckung 20 sind fest miteinander verbunden. Insbesondere kann die Abdeckung und/oder eine Außenwandung der Abdeckung 20 integral einstückig ausgeführt sein. The cover comprises two lateral, opposing sections 21 for covering lateral regions 15 of the battery cell stack 11 and a central section 22 for covering the top 14 of the battery cell stack 11. The cover 20 is designed as a fixed cover, i.e. that is, the side sections 21 and the middle section 22 of the cover 20 are firmly connected to one another. In particular, the cover and/or an outer wall of the cover 20 can be made integrally in one piece.
In die Abdeckung 20 ist eine Kühlkanalstruktur 30 zur Kühlung des Batteriezellstapels 11 integriert. Die Abdeckung 20 weist hierzu Kühlkanäle 31 , 32, 33 zum Kühlen des Batteriezellstapels 11 auf, die innenseitig an der Abdeckung 20 befestigt sind. Hierbei umfassen die zwei seitlichen Abschnitte 21 und der mittlere Abschnitt 22 jeweils zumindest einen Kühlkanal. Die Kühlkanäle sind ausgebildet, eine Kühlflüssigkeit entlang des Batteriezellstapels 11 zu führen. A cooling channel structure 30 for cooling the battery cell stack 11 is integrated into the cover 20. For this purpose, the cover 20 has cooling channels 31, 32, 33 for cooling the battery cell stack 11, which are attached to the inside of the cover 20. These include two side sections 21 and the middle section 22 each have at least one cooling channel. The cooling channels are designed to guide a cooling liquid along the battery cell stack 11.
Die in die Abdeckung 20 integrierten Kühlkanäle ermöglichen eine verbesserte Kühlung des Batteriezellstapels 11 , da mit den in die Abdeckung 20 integrierten Kühlkanälen 31 , 32, 33 (mindestens) drei Seiten des Batteriezellstapels 11 , hier die Oberseite 14 und zwei gegenüberliegende seitliche Bereiche 15 des Batteriezellstapels 11 , aktiv gekühlt werden können. Die Abdeckung 20 bzw. das Batteriemodulcover 20 bildet somit mehrere Funktionen gleichzeitig aus: Die Abdeckung 20 dient zum Schutz des Batteriezellstapels 11 vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit, bildet einen Berührschutz für die dadurch abgedeckten Zellpole 13 aus und dient darüber hinaus als Kühlvorrichtung, um die Kühlung des Batteriemoduls 10 zu verbessern. The cooling channels integrated into the cover 20 enable improved cooling of the battery cell stack 11, since with the cooling channels 31, 32, 33 integrated into the cover 20 (at least) three sides of the battery cell stack 11, here the top 14 and two opposite side areas 15 of the battery cell stack 11, can be actively cooled. The cover 20 or the battery module cover 20 thus forms several functions at the same time: The cover 20 serves to protect the battery cell stack 11 from external influences, in particular from moisture, forms contact protection for the cell poles 13 covered thereby and also serves as a cooling device to improve the cooling of the battery module 10.
Lediglich beispielhaft können jeweils zwei Kühlkanäle 33 an den beiden seitlichen Abschnitten 21 der Abdeckung 20 vorgesehen sein, die eine Seitenflächenkühlung des Batteriezellstapels 11 ausbilden. Ferner können vier Kühlkanäle 31 , 32 an dem mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung vorgesehen sein, zur Ausbildung einer Kühlung der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11. By way of example only, two cooling channels 33 can be provided on the two side sections 21 of the cover 20, which form side surface cooling of the battery cell stack 11. Furthermore, four cooling channels 31, 32 can be provided on the middle section 22 of the cover in order to provide cooling for the top side 14 of the battery cell stack 11.
Von den Kühlkanälen 31 , 32, die am mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung 20, d. h. an der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 , angeordnet sind, können zwei Kühlkanäle 31 zur Zellpolkühlung dienen. Diese Kühlkanäle 31 zur Zellpolkühlung sind parallel zueinander an gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 und jeweils oberhalb einer reihenförmigen Anordnung der Zellpole 13 angeordnet. From the cooling channels 31, 32, which are on the middle section 22 of the cover 20, i.e. H. on the top 14 of the battery cell stack 11, two cooling channels 31 can serve for cell pole cooling. These cooling channels 31 for cell pole cooling are arranged parallel to one another at opposite end regions of the top 14 of the battery cell stack 11 and each above a row-shaped arrangement of the cell poles 13.
Dies ist gut in der perspektivischen Darstellung der Figur 1C erkennbar. Lediglich beispielhaft wird der Batteriezellstapel 11 aus acht in Stapel richtung S hintereinander angeordneten Batteriezellen 12 gebildet. Die beiden Kühlkanäle 31 zur Zellpolkühlung erstrecken sich in Stapelrichtung S und direkt oberhalb jeweils einer Reihe aus Zellpolen 31 , so dass die beim Laden und Entladen an den Zellpolen entstehende Wärme effizient abgeführt werden kann. This can be clearly seen in the perspective view of Figure 1C. By way of example only, the battery cell stack 11 is formed from eight battery cells 12 arranged one behind the other in the stacking direction S. The two cooling channels 31 for cell pole cooling extend in the stacking direction S and directly above each row of cell poles 31, so that the heat generated at the cell poles during charging and discharging can be efficiently dissipated.
Die Kühlkanäle, die am mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung 20 angeordnet sind, können weitere Kühlkanäle umfassen, die zwischen Zellpolpaaren (jede Zelle 12 verfügt über ein Paar Zellpole 13) der Zellen 12 angeordnet sind. Beispielhaft sind hier zwei solcher Kühlkanäle 32 dargestellt. Damit kann der Teil der Oberseiten der Zellen, der zwischen den Zellpolen 13 liegt, effizient gekühlt werden. Die Kühlkanäle 31 , 32, 33 der Abdeckung 20 bilden somit eine Kanalstruktur 30 zum Führen einer Kühlflüssigkeit aus, die die Kühlflüssigkeit sowohl entlang der zwei seitlichen Bereiche 15 als auch entlang der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 führt. Hierbei kann die Kanalstruktur 30 ausgebildet sein, die Kühlflüssigkeit nacheinander entlang eines der seitlichen Bereiche 15 und entlang der Oberseite 14 zu führen. The cooling channels arranged on the middle section 22 of the cover 20 may include further cooling channels arranged between pairs of cell poles (each cell 12 has a pair of cell poles 13) of the cells 12. Two such cooling channels 32 are shown here as examples. This means that the part of the top sides of the cells that lies between the cell poles 13 can be cooled efficiently. The cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 thus form a channel structure 30 for guiding a cooling liquid, which leads the cooling liquid both along the two side regions 15 and along the top 14 of the battery cell stack 11. Here, the channel structure 30 can be designed to guide the cooling liquid one after the other along one of the side areas 15 and along the top 14.
Beispielsweise kann die Kanalstruktur 30 ausgebildet sein, die Kühlflüssigkeit U-förmig an der im Querschnitt U-förmigen Abdeckung 20 und an dem Batteriezellstapel 11 entlangzuführen, d. h. zuerst entlang eines der seitlichen Bereiche 21 , dann entlang des mittleren Bereichs 22 und dann entlang des anderen seitlichen Bereichs 21 der Abdeckung 20. Eine derartige Führung des Kühlmittels ist in Figur 1 B, die eine schematischen Vorderansicht auf das Batteriemodul 10 zeigt, anhand der Pfeile schematisch illustriert. Auch im Bereich der seitlichen Abschnitte 21 selbst kann die Führung der Kühlflüssigkeit U-förmig ausgebildet sein, was ebenfalls durch die Pfeile in Figur 1 B illustriert ist. For example, the channel structure 30 can be designed to guide the cooling liquid in a U-shape along the cover 20, which has a U-shaped cross section, and along the battery cell stack 11, i.e. H. first along one of the side areas 21, then along the central area 22 and then along the other side area 21 of the cover 20. Such guidance of the coolant is shown in Figure 1 B, which shows a schematic front view of the battery module 10, using the arrows schematically illustrated. Even in the area of the side sections 21 themselves, the guidance of the cooling liquid can be U-shaped, which is also illustrated by the arrows in Figure 1B.
Hierzu können die Kühlkanäle 31 , 32, 33 entsprechend fluidisch verbunden sein. Beispielsweise können die beiden Kühlkanäle 33 der seitlichen Abschnitte 21 fluidisch verbunden sein, so dass eine Kühlflüssigkeit zuerst durch den einen Kühlkanal eines seitlichen Abschnitts 21 und anschließend durch den zweiten Kühlkanal 33 dieses seitlichen Abschnitts 21 strömt. Ferner kann der zweite Kühlkanal des seitlichen Abschnitts 21 dann fluidisch mit einem der Kühlkanäle 31 , 32 verbunden sein, die am mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung und damit im Bereich der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 angeordnet sind, usw. An der Abdeckung 20 können ferner ein Kühlflüssigkeitseinlass und ein Kühlflüssigkeitsauslass vorgesehen sein (nicht dargestellt), zum Anschluss der Kühlkanäle 31 , 32, 33 an eine Kühlmittelversorgung. For this purpose, the cooling channels 31, 32, 33 can be fluidly connected accordingly. For example, the two cooling channels 33 of the side sections 21 can be fluidly connected, so that a cooling liquid first flows through the one cooling channel of a side section 21 and then through the second cooling channel 33 of this side section 21. Furthermore, the second cooling channel of the side section 21 can then be fluidly connected to one of the cooling channels 31, 32, which are arranged on the central section 22 of the cover and thus in the area of the top 14 of the battery cell stack 11, etc. On the cover 20, a Coolant inlet and a coolant outlet may be provided (not shown) for connecting the cooling channels 31, 32, 33 to a coolant supply.
Die Kühlkanäle 31 , 32, 33 sind an einer Innenseite der Abdeckung, d. h. an einer Seite der Abdeckung, die dem Batteriezellstapel 11 zugewandt ist, angeordnet. Die Abdeckung weist eine starre Außenwand 25 auf, an der innenseitig die Kühlkanäle befestigt sind. Bei Aufsetzen der Abdeckung 20 auf den Batteriezellstapel 11 werden die Kühlkanäle somit automatisch mit an den Batteriezellen 12 positioniert. The cooling channels 31, 32, 33 are on an inside of the cover, i.e. H. arranged on a side of the cover that faces the battery cell stack 11. The cover has a rigid outer wall 25, to which the cooling channels are attached on the inside. When the cover 20 is placed on the battery cell stack 11, the cooling channels are automatically positioned on the battery cells 12.
Bei der in den Figuren 1A, 1 B und 1C gezeigten Ausführungsform sind die Kühlkanäle als starre Kühlkanäle ausgebildet, d. h., die Wandung der Kühlkanäle ist starr. Beispielsweise können die Kühlkanäle durch entsprechend geprägte Aluminium-Blechteile oder durch innenseitig an der Abdeckung 20 befestigte Rohre ausgeführt sein. Um eine gute Wärmebrücke zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 und dem Batteriezellstapel 11 zu ermöglichen, wird eine elektrisch nicht-leitende Wärmeleitpaste 24 in einen Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 der Abdeckung 20 und dem Batteriezellstapel 11 eingebracht. Die Wärmeleitpaste 24 ist in Figur 1A durch den schraffierten Bereich gekennzeichnet. Die Wärmeleitpaste 24 wird bevorzugt erst eingebracht, nachdem die Abdeckung 20 samt Kühlkanälen auf dem Batteriezellstapel 11 positioniert ist. Hierzu weist die Abdeckung 20 mehrere Durchgangsöffnungen auf, über die die Wärmeleitpaste 24 von außen in den Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 und dem Batteriezellstapel 11 eingespritzt werden kann. Vorteilhaft sind an der Abdeckung jeweils im Bereich jeder Zelle eine oder mehrere Durchgangsöffnungen an der Abdeckung 20 vorgesehen. Vorteilhaft kann an mehreren Stellen die Wärmeleitpaste 24 eingespritzt werden, um eine gute und gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitpaste 24 sicherzustellen. Die Durchgangsöffnungen 23 können verschlossen sein und/oder nach dem Einbringen der Wärmeleitpaste wieder verschlossen werden, z. B. mit einem Füllmaterial oder einem Deckel. In the embodiment shown in Figures 1A, 1B and 1C, the cooling channels are designed as rigid cooling channels, that is, the wall of the cooling channels is rigid. For example, the cooling channels can be made of appropriately embossed aluminum sheet metal parts or of tubes attached to the inside of the cover 20. In order to enable a good thermal bridge between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11, an electrically non-conductive thermal paste 24 is introduced into a gap between the cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 and the battery cell stack 11. The thermal paste 24 is marked in Figure 1A by the hatched area. The thermal paste 24 is preferably only introduced after the cover 20 including cooling channels has been positioned on the battery cell stack 11. For this purpose, the cover 20 has several through openings through which the thermal paste 24 can be injected from the outside into the space between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11. Advantageously, one or more through openings are provided on the cover 20 in the area of each cell. The thermal paste 24 can advantageously be injected at several points in order to ensure good and even distribution of the thermal paste 24. The through openings 23 can be closed and/or closed again after the thermal paste has been introduced, e.g. B. with a filling material or a lid.
An der Oberseite 14 der Zellen 12 bzw. des Batteriezellstapels 11 ragen die Zellpole 13 etwas ab. Damit der Abstand der Kühlkanäle zum Batteriezellstapel 11 immer gleich ist, kann der mittlere Abschnitt 22 an seinen äußeren Randbereichen, die oberhalb der Zellpole 13 verlaufen, etwas erhöht sein im Vergleich zum dazwischenliegenden Abschnitt, vorzugsweise zur Kompensation der erhöhten Position der Zellpole 13. Dies ist in der Schnittansicht der Figur 1A gut erkennbar. The cell poles 13 protrude slightly from the top 14 of the cells 12 or the battery cell stack 11. So that the distance between the cooling channels and the battery cell stack 11 is always the same, the middle section 22 can be slightly increased at its outer edge regions, which run above the cell poles 13, compared to the section in between, preferably to compensate for the elevated position of the cell poles 13. This is clearly visible in the sectional view of Figure 1A.
Die Batteriezellen 12 können optional, z. B. an ihrer Oberseite 14 zwischen den Zellpolen 13, jeweils eine Entgasungsvorrichtung 16 für eine Notentgasung im thermischen Notfall aufweisen. Derartige Entgasungsvorrichtungen sind an sich bekannt und können ein Entgasungsventil aufweisen. Das Entgasungsventil ist ausgelegt, bei Erreichen eines vorbestimmten Berstdrucks zu öffnen, um eine Notentgasung der beschädigten Zelle zu ermöglichen und das Risiko eines Übergreifens auf die benachbarten Zellen zu verhindern. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Kühlkanäle 32, die zwischen den Zellpolpaaren angeordnet sind, nicht direkt oberhalb der Entgasungsvorrichtungen 16 der Zellen 12 angeordnet sind, sondern entlang von Abschnitten der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 geführt sind, die zwischen den Zellpolen 13 und den Entgasungsvorrichtungen 16 liegen. Dadurch kann das Risiko reduziert werden, dass die Kühlkanäle bei einer Notentgasung beschädigt werden. The battery cells 12 can optionally, e.g. B. on their top 14 between the cell poles 13, each have a degassing device 16 for emergency degassing in the event of a thermal emergency. Such degassing devices are known per se and can have a degassing valve. The degassing valve is designed to open when a predetermined bursting pressure is reached in order to enable emergency degassing of the damaged cell and to prevent the risk of spread to neighboring cells. In this case, it is advantageous if the cooling channels 32, which are arranged between the cell pole pairs, are not arranged directly above the degassing devices 16 of the cells 12, but are guided along sections of the top 14 of the battery cell stack 11, which are between the cell poles 13 and the degassing devices 16 lie. This can reduce the risk of the cooling channels being damaged during emergency degassing.
Die Figuren 2A, 2B und 2C zeigen schematische Darstellungen eines Batteriemoduls 100 mit flexiblen, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform. Es versteht sich, dass die unter Bezugnahme auf die Figur 2A-C beschriebenen Techniken und Merkmale mit den Techniken und Merkmalen, die unter Bezugnahme auf die Figuren 1A- C und 3A-D beschrieben sind, kombinierbar sind, einzeln oder in jeglicher Kombination. Figures 2A, 2B and 2C show schematic representations of a battery module 100 with flexible cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment. It is understood that the techniques and features described with reference to Figures 2A-C are combinable with the techniques and features described with reference to Figures 1A-C and 3A-D, individually or in any combination.
Die Anzahl und Anordnung der Kühlkanäle an den seitlichen Abschnitten 21 und dem mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung entsprechen der Ausführung, wie sie in Zusammenhang mit den Figuren 1A, 1 B und 1C beschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierauf verwiesen. The number and arrangement of the cooling channels on the side sections 21 and the central section 22 of the cover correspond to the design as described in connection with Figures 1A, 1B and 1C. To avoid repetitions, reference is made to this.
Die Besonderheit der Ausführungsform, die in den Figuren 2A, 2B und 2C gezeigt ist, liegt jedoch darin, dass die Kühlkanäle 31 , 32, 33 flexibel und nicht starr sind. D. h., eine Wandung 37 der Kühlkanäle ist flexibel und/oder verformbar ausgebildet. Beispielsweise kann die Wandung der Kühlkanäle durch ein flüssigkeitsdichtes, flexibles Material gebildet sein, z. B. durch eine Folie 37. Die Folie 37 kann beispielsweise durch eine Kunststoff- oder Aluminiumfolie realisiert sein. Die Folie 37 kann z. B. an der Abdeckung 20 innenseitig befestigt sein, beispielsweise durch Aufkleben der Folie 37 an der Wandung oder durch Anschmelzen der Folie 37 im Bereich der Kontaktstelle zur Wandung. Die Abdeckung 20 bzw. die seitlichen Abschnitte 21 und der mittlere Abschnitt 22 können z. B. aus Kunststoff ausgeführt sein. However, the special feature of the embodiment shown in Figures 2A, 2B and 2C is that the cooling channels 31, 32, 33 are flexible and not rigid. That is, a wall 37 of the cooling channels is designed to be flexible and/or deformable. For example, the wall of the cooling channels can be formed by a liquid-tight, flexible material, e.g. B. by a film 37. The film 37 can be realized, for example, by a plastic or aluminum film. The film 37 can z. B. be attached to the inside of the cover 20, for example by sticking the film 37 to the wall or by melting the film 37 in the area of the contact point to the wall. The cover 20 or the side sections 21 and the middle section 22 can z. B. be made of plastic.
Wird z. B. Aluminium als Material für die Folie und damit die Kühlkanäle gewählt, wird auf die Zellpole, nachdem diese mit einem Zellpol einer benachbarten Zelle elektrisch verbunden sind, z. B. über einen Zellverbinder, noch eine elektrische Isolierung auf die Oberseite angebracht, zumindest in dem Bereich, in dem sich der flexible Kühlkanal im ausgedehnten Zustand anlegt. Will e.g. B. aluminum chosen as the material for the film and thus the cooling channels is applied to the cell poles after they are electrically connected to a cell pole of an adjacent cell, e.g. B. via a cell connector, electrical insulation is attached to the top, at least in the area in which the flexible cooling channel is in the expanded state.
Sobald diese flexiblen Kühlkanäle mit einem Druck einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden, blähen sich die Kühlkanäle auf. Dies ist durch den Vergleich der Figuren 2A und 2B gut erkennbar. Figur 2A zeigt einen Zustand der Kühlkanäle im Einbauzustand, d. h. in einem Zustand, in dem die flexiblen Kühlkanäle 31 , 32, 33 nicht von Kühlmittel durchströmt werden. In diesem Zustand ergibt sich ein Freibereich 26 zwischen den Kühlkanälen und den gegenüberliegenden Kontaktstellen an den Zellen 12 des Batteriemoduls 100. As soon as these flexible cooling channels are pressurized by a coolant, the cooling channels inflate. This can be clearly seen by comparing Figures 2A and 2B. Figure 2A shows a state of the cooling channels in the installed state, i.e. H. in a state in which coolant does not flow through the flexible cooling channels 31, 32, 33. In this state, there is a free area 26 between the cooling channels and the opposite contact points on the cells 12 of the battery module 100.
Figur 2B zeigt dagegen einen Zustand der Kühlkanäle, in dem die Kühlkanäle mit einem Kühlmittel beaufschlagt wurden. Durch den Kühlmitteldruck dehnen sich die Kühlkanäle aus und pressen sich an die Zellen 12 des Batteriemoduls 100 an. Der Freibereich 26 wird überbrückt und von den Kühlkanälen eingenommen. Entsprechend ist hier keine Wärmeleitpaste zwischen Kühlkanal und der Kontaktstelle an den Zellen 12 des Batteriemoduls 100 vonnöten, da die Kühlkanäle direkt anliegen. 2B, on the other hand, shows a state of the cooling channels in which the cooling channels have been acted upon with a coolant. The coolant pressure causes the cooling channels to expand and press against the cells 12 of the battery module 100. The free area 26 is bridged and taken up by the cooling channels. Accordingly, there is no need for thermal paste between the cooling channel and the contact point on the cells 12 of the battery module 100, since the cooling channels are in direct contact.
Damit der Freibereich 26 bei Beaufschlagung der Kühlkanäle mit Kühlflüssigkeit überbrückt wird, ist die Wandung 37 der Kühlkanäle 31 , 32, 33 so ausgelegt, vorzugsweise so dimensioniert, dass eine Druckbeaufschlagung der Kühlkanäle mit Kühlflüssigkeit eine Aufblähung der Kühlkanäle bewirkt, derart, dass die Kühlkanäle im aufgeblähten Zustand zumindest an den Zellen des Batteriemoduls 100 anliegen. Die flexiblen Kühlkanäle sind somit so auszulegen, dass deren Durchmesser im aufgeblähtem Zustand etwas größer ist als der Abstand zwischen Abdeckung 20 und Batteriezellstapel 11 an der Stelle, an der der Kühlkanal an der Abdeckung 20 befestigt ist. So that the free area 26 is bridged when the cooling channels are acted upon by coolant, the wall 37 of the cooling channels 31, 32, 33 is designed, preferably dimensioned, such that pressurization of the cooling channels with coolant causes an expansion of the cooling channels, such that the cooling channels in the inflated state at least on the cells of the battery module 100. The flexible cooling channels must therefore be designed so that their diameter when inflated is slightly larger than the distance between cover 20 and battery cell stack 11 at the point where the cooling channel is attached to cover 20.
Figur 2C zeigt eine Vorderansicht des Batteriemoduls der Figuren 2A und 2B. Wie in Figur 2C gezeigt, können auch die Kühlkanäle 31 , 32, 33 in der flexiblen Ausführung jeweils fluidisch miteinander verbunden sein. Die Kühlkanäle bilden eine Kanalstruktur aus, die eine Kühlflüssigkeit U-förmig an der Abdeckung 20 und an dem Batteriezellstapel 11 entlangführt, d. h. zuerst entlang eines der seitlichen Bereiche 21 , dann entlang des mittleren Bereichs 22 und dann entlang des anderen seitlichen Bereichs 21 der Abdeckung 20. Eine derartige Führung des Kühlmittels ist in Figur 2C anhand der Pfeile schematisch illustriert. Figure 2C shows a front view of the battery module of Figures 2A and 2B. As shown in Figure 2C, the cooling channels 31, 32, 33 can also each be fluidly connected to one another in the flexible design. The cooling channels form a channel structure which guides a cooling liquid in a U-shape along the cover 20 and the battery cell stack 11, i.e. H. first along one of the side areas 21, then along the central area 22 and then along the other side area 21 of the cover 20. Such guidance of the coolant is schematically illustrated in FIG. 2C using the arrows.
Die Figuren 3A, 3B und 3D zeigen schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit starren, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform. Es versteht sich, dass die unter Bezugnahme auf die Figur 3A bis 3D beschriebenen Techniken und Merkmale mit den Techniken und Merkmalen, die unter Bezugnahme auf die Figuren 1 A - C und 2A - C beschrieben sind, kombinierbar sind, einzeln oder in jeglicher Kombination. Figures 3A, 3B and 3D show schematic representations of a battery module with rigid cooling channels integrated into the cover according to a further embodiment. It is understood that the techniques and features described with reference to Figures 3A to 3D are combinable with the techniques and features described with reference to Figures 1A-C and 2A-C, individually or in any combination.
Figur 3A zeigt eine Aufsicht auf ein Batteriemodul 200. An den seitlichen Abschnitten 21 der Abdeckung können wiederum jeweils Kühlkanäle 33 angeordnet sein, wie es z. B. vorstehend in Zusammenhang mit den Figuren 1A, 1 B und 1C beschrieben wurde. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierauf verwiesen. Figure 3A shows a top view of a battery module 200. Cooling channels 33 can in turn be arranged on the side sections 21 of the cover, as is the case, for example. B. was described above in connection with Figures 1A, 1B and 1C. To avoid repetitions, reference is made to this.
Von den Kühlkanälen 31 , 32, die am mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung 20 angeordnet sind, können wiederum zwei Kühlkanäle 31 zur Zellpolkühlung dienen. Die Kühlkanäle 31 sind parallel zueinander an gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite 14 des Batteriezellstapels 11 und jeweils oberhalb einer reihenförmigen Anordnung der Zellpole 13 angeordnet. Of the cooling channels 31, 32, which are arranged on the middle section 22 of the cover 20, two cooling channels 31 can in turn serve for cell pole cooling. The cooling channels 31 are arranged parallel to each other on opposite end regions of the top 14 of the battery cell stack 11 and each above a row-shaped arrangement of the cell poles 13.
Die Kühlkanäle am mittleren Abschnitt 22 der Abdeckung 20 umfassen ferner weitere Kühlkanäle 32, die zwischen Zellpolpaaren der Zellen 12 angeordnet sind. Beispielhaft sind hier zwei solcher Kühlkanäle 32 dargestellt. Die Kühlkanäle 32 sind jeweils über mehrere Querverbindungen 34, die in Stapelrichtung S der Zellen 12 bzw. des Batteriezellstapels 11 beabstandet zueinander angeordnet sind, mit einem der äußeren Kühlkanäle 31 fluidisch verbunden. Ferner sind die beiden Kühlkanäle 32 selbst an ihren Endbereichen miteinander fluidisch verbunden, so dass die beiden Kühlkanäle 32 zusammen eine Art Ringkanal bilden, der über die Querverbindungen 34 mit den äußeren Kühlkanälen 31 verbunden ist. Lediglich beispielhaft kann die Anzahl der Querverbindungen 34 an jeder Seite der Anzahl der Zellen 12 des Batteriezellstapels 11 entsprechen. The cooling channels on the middle section 22 of the cover 20 also include further cooling channels 32 which are arranged between cell pole pairs of the cells 12. Two such cooling channels 32 are shown here as examples. The cooling channels 32 are each fluidly connected to one of the outer cooling channels 31 via a plurality of cross connections 34, which are arranged at a distance from one another in the stacking direction S of the cells 12 or the battery cell stack 11. Furthermore, the two cooling channels 32 themselves are fluidly connected to one another at their end regions, so that the two cooling channels 32 together form a type of annular channel which is connected to the outer cooling channels 31 via the cross connections 34. By way of example only, the number of cross-connections 34 on each side can correspond to the number of cells 12 of the battery cell stack 11.
Die Kühlkanäle 31 , 32, 34 des mittleren Abschnitts 22 zur Kühlung der Oberseite 14 des Batteriezellstapels bilden zusammen mit den Kühlkanälen 33 der seitlichen Abschnitte 21 der Abdeckung 29 wiederum eine Kanalstruktur 30 aus, die die Kühlflüssigkeit U-förmig an der Abdeckung 20 und an dem Batteriezellstapel 11 entlangführt, d. h. zuerst entlang eines der seitlichen Bereiche 21 , dann entlang des mittleren Bereichs 22 und dann entlang des anderen seitlichen Bereichs 21 der Abdeckung 20. The cooling channels 31, 32, 34 of the middle section 22 for cooling the top 14 of the battery cell stack, together with the cooling channels 33 of the side sections 21 of the cover 29, in turn form a channel structure 30 which supplies the cooling liquid in a U-shape on the cover 20 and on the Battery cell stack 11 leads along, i.e. H. first along one of the side areas 21, then along the central area 22 and then along the other side area 21 of the cover 20.
An den seitlichen Bereichen 21 der Abdeckung 20 sind hierzu entsprechend ein Kühlflüssigkeitseinlass 35 und ein Kühlflüssigkeitsauslass 36 angeordnet zum Anschluss der Kühlkanäle an eine Kühlmittelversorgung. For this purpose, a coolant inlet 35 and a coolant outlet 36 are arranged on the side areas 21 of the cover 20 for connecting the cooling channels to a coolant supply.
Das Batteriemodul 200 ist in Figur 3B in einer seitlichen Schnittansicht und in Figur 3D in einer Seitenansicht dargestellt. Um eine gute Wärmebrücke zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 und dem Batteriezellstapel 11 zu ermöglichen, wird wiederum eine elektrisch nicht-leitende Wärmeleitpaste in einen Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 der Abdeckung 20 und dem Batteriezellstapel 11 eingebracht. Hierzu weist die Abdeckung 20 mehrere Durchgangsöffnungen 23 auf, über die die Wärmeleitpaste von außen in den Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen 31 , 32, 33 und dem Batteriezellstapel 11 eingespritzt werden kann, nachdem die Abdeckung 20 auf dem Batteriezellstapel positioniert wurde. Vorteilhaft sind im Bereich jeder Zelle 12 eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 23 an der Abdeckung 20 vorgesehen, so dass an mehreren Stellen die Wärmeleitpaste eingespritzt werden kann, um eine gute und gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitpaste sicherzustellen. Die Durchgangsöffnungen 23 sind in den Darstellungen der Figur 3B und der Figur 3D gut erkennbar. Beispielsweise sind entlang des seitlichen Abschnitts zwei Reihen solcher Durchgangsöffnungen 23 (hier lediglich beispielhaft acht Durchgangsöffnungen 24 pro Reihe) vorgesehen. Die beiden Reihen weisen zudem zueinander einen Versatz auf, um eine möglichst gute Verteilung der von außen über die Durchgangsöffnungen 23 eingebrachten Wärmeleitpaste zu ermöglichen. Figur 3C zeigt eine Detaildarstellung einer Durchlassöffnung 23 einer Batteriemodulabdeckung zur Einbringen der Wärmeleitpaste 24. Die Durchgangsöffnungen 23 können nach dem Einbringen der Wärmeleitpaste wieder verschlossen werden, z. B. mit einem Füllmaterial oder einem Deckel. The battery module 200 is shown in a side sectional view in FIG. 3B and in a side view in FIG. 3D. In order to enable a good thermal bridge between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11, an electrically non-conductive thermal paste is again introduced into a gap between the cooling channels 31, 32, 33 of the cover 20 and the battery cell stack 11. For this purpose, the cover 20 has a plurality of through openings 23, through which the thermal paste can be injected from the outside into the space between the cooling channels 31, 32, 33 and the battery cell stack 11 after the cover 20 has been positioned on the battery cell stack. One or more through openings 23 are advantageously provided on the cover 20 in the area of each cell 12, so that the thermal paste can be injected at several points in order to ensure good and even distribution of the thermal paste. The through openings 23 can be clearly seen in the illustrations in FIG. 3B and FIG. 3D. For example, two rows of such through openings 23 (here eight through openings 24 per row only as an example) are provided along the side section. The two rows also have an offset from one another in order to enable the best possible distribution of the thermal paste introduced from the outside via the through openings 23. Figure 3C shows a detailed representation of a passage opening 23 of a battery module cover for introducing the thermal paste 24. The through openings 23 can be closed again after the thermal paste has been introduced, e.g. B. with a filling material or a lid.
In Figur 3B ist das Batteriemodul 200 auf einer Bodenplatte 40 angeordnet. Die Bodenplatte 40 kann als Kühlplatte ausgeführt sein, in die eine Kanalstruktur zur Führung einer Kühlflüssigkeit integriert ist. Mit einer solchen Kühlplatte kann das Batteriemodul 200 zusätzlich von unten gekühlt werden. In Figure 3B, the battery module 200 is arranged on a base plate 40. The base plate 40 can be designed as a cooling plate into which a channel structure for guiding a cooling liquid is integrated. With such a cooling plate, the battery module 200 can also be cooled from below.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es versteht sich, dass die unter Bezugnahme auf die Figur 4 beschriebenen Techniken und Merkmale mit den Techniken und Merkmalen, die unter Bezugnahme auf die vorherigen beschrieben sind, kombinierbar sind, einzeln oder in jeglicher Kombination. Figure 4 shows a schematic representation of a motor vehicle with a battery module according to an embodiment of the invention. It is understood that the techniques and features described with reference to Figure 4 can be combined with the techniques and features described with reference to the previous ones, individually or in any combination.
Das Kraftfahrzeug 50 kann - wie beispielhaft dargestellt - ein Nutzfahrzeug (z. B. eine Sattelzugmaschine oder ein Lastkraftwagen mit Aufbau) sein. Das Kraftfahrzeug 50 kann allerdings auch ein PKW sein. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug 50 ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 50. Das Batteriemodul 10 kann dabei an einer Längsaußenseite des Kraftfahrzeugs 50 angeordnet sein. The motor vehicle 50 can - as shown by way of example - be a commercial vehicle (e.g. a tractor unit or a truck with a body). However, the motor vehicle 50 can also be a car. The motor vehicle 50 is preferably a purely electrically driven motor vehicle 50. The battery module 10 can be arranged on a longitudinal outside of the motor vehicle 50.
Grundsätzlich kann das Batteriemodul 10 wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere kann der Energiespeicher 10 somit eine Abdeckung 20 mit integrierten Kühlkanälen aufweisen, wie es vorstehend in Zusammenhang mit den anderen Figuren beschrieben wurde. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. In principle, the battery module 10 can be designed as described in this document. In particular, the energy storage device 10 can thus have a cover 20 with integrated cooling channels, as described above in connection with the other figures. The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims, regardless of the claims referred to. In particular, the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also disclosed independently of all features of independent claim 1.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
10, 100, 200 Batteriemodul 10, 100, 200 battery module
11 Batteriezellstapel 11 battery cell stacks
12 Zelle 12 cell
13 Zellpol 13 cell pole
14 Oberseite 14 top
15 Seitlicher Bereich des Batteriezellstapels15 Lateral area of the battery cell stack
16 Entgasungsvorrichtung 16 degassing device
17 Unterseite 17 bottom
20 Abdeckung 20 cover
21 Seitlicher Abschnitt 21 Lateral section
22 Mittlerer Abschnitt 22 Middle section
23 Durchgangsöffnung 23 passage opening
24 Wärmeleitpaste 24 thermal paste
25 Außenwand der Abdeckung 25 outer wall of the cover
26 Bereich zwischen Zelle und Kühlkanal26 Area between cell and cooling channel
30 Kanalstruktur 30 channel structure
31, 32, 33 Kühlkanal 31, 32, 33 cooling channel
34 Querverbindung 34 cross connection
35 Kühlflüssigkeitseinlass 35 Coolant inlet
36 Kühlflüssigkeitsauslass 36 coolant outlet
37 Flexible Wandung, Folie 37 Flexible walls, foil
40 Bodenplatte 40 base plate
50 Kraftfahrzeug, z. B. Nutzfahrzeug 50 motor vehicle, e.g. B. Commercial vehicle
S Stapelrichtung S Stacking direction

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Batteriemodul (10; 100; 200), vorzugsweise Batteriezellstapelmodul, für ein Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug umfassend einen Batteriezellstapel (11), aufweisend mehrere nebeneinander und/oder hintereinander angeordnete Zellen (12) zur Speicherung elektrischer Energie, wobei die Zellen1. Battery module (10; 100; 200), preferably battery cell stack module, for a motor vehicle (50), preferably commercial vehicle, comprising a battery cell stack (11), having a plurality of cells (12) arranged next to one another and/or one behind the other for storing electrical energy, the cells
(12) Zellpole (13) zum elektrischen Kontaktieren der Zellen aufweisen und die Zellpole(12) have cell poles (13) for electrically contacting the cells and the cell poles
(13) der mehreren Zellen (12) an einer Oberseite (14) des Batteriezellstapels (11) angeordnet sind, und eine Abdeckung (20) zum Abdecken des Batteriezellstapels (11), aufweisend a) zwei seitliche, vorzugsweise gegenüberliegende, Abschnitte (21) zum Abdecken seitlicher Bereiche (15) des Batteriezellstapels (11) und einen mittleren Abschnitt (22) zum Abdecken der Oberseite (14) des Batteriezellstapels (11), und b) Kühlkanäle (31 , 32, 33) zum Kühlen des Batteriezellstapels (11), wobei die zwei seitlichen Abschnitte (21) und der mittlere Abschnitt (22) jeweils zumindest einen Kühlkanal der Kühlkanäle (31 , 32, 33) umfassen. (13) of the plurality of cells (12) are arranged on a top side (14) of the battery cell stack (11), and a cover (20) for covering the battery cell stack (11), comprising a) two lateral, preferably opposite, sections (21) for covering side areas (15) of the battery cell stack (11) and a central section (22) for covering the top (14) of the battery cell stack (11), and b) cooling channels (31, 32, 33) for cooling the battery cell stack (11) , wherein the two side sections (21) and the middle section (22) each comprise at least one cooling channel of the cooling channels (31, 32, 33).
2. Batteriemodul (10; 100; 200) nach Anspruch 1 , wobei die Kühlkanäle (31 , 32, 33) der Abdeckung eine Kanalstruktur (30) zum Führen einer Kühlflüssigkeit ausbilden, die die Kühlflüssigkeit sowohl entlang der zwei seitlichen Bereiche (15) und entlang der Oberseite (14) des Batteriezellstapels (11) führt, wobei vorzugsweise die Kanalstruktur (30) ausgebildet ist, die Kühlflüssigkeit nacheinander entlang eines der seitlichen Bereiche (15) und entlang der Oberseite (14) zu führen. 2. Battery module (10; 100; 200) according to claim 1, wherein the cooling channels (31, 32, 33) of the cover form a channel structure (30) for guiding a cooling liquid, which the cooling liquid both along the two side areas (15) and leads along the top (14) of the battery cell stack (11), the channel structure (30) preferably being designed to guide the cooling liquid successively along one of the side areas (15) and along the top (14).
3. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Kühlkanal (31 , 32) des mittleren Abschnitts (22) zwei Kühlkanäle (31) zur Zellpolkühlung umfasst, die parallel zueinander an gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite (14) des Batteriezellstapels (11) und jeweils oberhalb einer reihenförmigen Anordnung der Zellpole (13) angeordnet sind. 3. Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the at least one cooling channel (31, 32) of the middle section (22) comprises two cooling channels (31) for cell pole cooling, which are parallel to one another at opposite end regions of the top ( 14) of the battery cell stack (11) and are each arranged above a row-shaped arrangement of the cell poles (13).
4. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Kühlkanal (31 , 32) des mittleren Abschnitts (22) mindestens einen Kühlkanal (32) umfasst, der zwischen Zellpolpaaren der Zellen (12) angeordnet ist. Batteriemodul (200) nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der mindestens eine, zwischen den Zellpolpaaren angeordnete Kühlkanal (32) zwei parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle (32) umfasst, die miteinander fluidisch verbunden sind und jeweils mit einem der zwei Kühlkanäle (31) zur Zellpolkühlung fluidisch verbunden sind, vorzugsweise über mehrere Querverbindungen (34), die in Stapel richtung (S) beabstandet zueinander angeordnet sind. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei die Zellen (12) an ihrer Oberseite (14) zwischen den Zellpolen (13) jeweils eine Entgasungsvorrichtung (16) für eine Notentgasung im thermischen Notfall aufweisen, und der mindestens eine, zwischen den Zellpolpaaren angeordnete Kühlkanal (32) nicht direkt oberhalb der Entgasungsvorrichtungen (16) der Zellen (12) angeordnet ist und/oder entlang von Abschnitten der Oberseite des Batteriezellstapels (11) geführt ist, die zwischen den Zellpolen (13) und den Entgasungsvorrichtungen (16) liegen. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zwei seitlichen Abschnitte (21) und/oder der mittlere Abschnitt (22) jeweils zumindest zwei Kühlkanäle umfassen, die fluidisch parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abdeckung (20) einen, vorzugsweise lediglich einen, Kühlflüssigkeitseinlass (35) und einen, vorzugsweise lediglich einen, Kühlflüssigkeitsauslass (36) aufweist, zum Anschluss der Kühlkanäle an eine Kühlmittelversorgung; und/oder die Kühlkanäle (31 , 32, 33) zum Kühlen des Batteriezellstapels innenseitig an der Abdeckung (20) angeordnet sind. Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (31 , 32, 33) starr ausgeführt sind, vorzugsweise durch Aluminium- Blechteile, oder durch innenseitig an der Abdeckung befestigte Rohre ausgeführt sind. Batteriemodul (10) nach Anspruch 9, wobei die Abdeckung (20), vorzugsweise verschließbare, Durchgangsöffnungen (23) zum Einbringen einer Wärmeleitpaste (24) in einen Zwischenraum zwischen den Kühlkanälen (31 , 32, 33) der Abdeckung (20) und dem Batteriezellstapel (11) aufweist, wobei vorzugsweise die Abdeckung (20) im Bereich jeder Zelle (12) mindestens eine der Durchgangsöffnungen (23) aufweist. 4. Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the at least one cooling channel (31, 32) of the middle section (22) comprises at least one cooling channel (32) which is arranged between cell pole pairs of the cells (12). . Battery module (200) according to claims 3 and 4, wherein the at least one cooling channel (32) arranged between the cell pole pairs comprises two mutually parallel cooling channels (32), which are fluidly connected to one another and are each connected to one of the two cooling channels (31). Cell pole cooling are fluidly connected, preferably via a plurality of cross connections (34), which are arranged at a distance from one another in the stacking direction (S). Battery module (10; 100; 200) according to one of claims 4 and 5, wherein the cells (12) each have a degassing device (16) on their upper side (14) between the cell poles (13) for emergency degassing in the event of a thermal emergency, and the at least one cooling channel (32) arranged between the pairs of cell poles is not arranged directly above the degassing devices (16) of the cells (12) and/or is guided along sections of the top of the battery cell stack (11) which are between the cell poles (13) and the degassing devices (16). Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the two side sections (21) and/or the middle section (22) each comprise at least two cooling channels which are fluidly connected to one another in parallel or in series. Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the cover (20) has one, preferably only one, coolant inlet (35) and one, preferably only one, coolant outlet (36) for connecting the cooling channels to a coolant supply ; and/or the cooling channels (31, 32, 33) for cooling the battery cell stack are arranged on the inside of the cover (20). Battery module (10) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channels (31, 32, 33) are designed to be rigid, preferably made of aluminum sheet metal parts, or made of tubes attached to the inside of the cover. Battery module (10) according to claim 9, wherein the cover (20), preferably closable, through openings (23) for introducing a thermal paste (24) into a space between the cooling channels (31, 32, 33) of the cover (20) and the battery cell stack (11), the cover (20) preferably having at least one of the through openings (23) in the area of each cell (12).
11. Batteriemodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Wandung (37) der Kühlkanäle flexibel und/oder verformbar ausgebildet ist, und/oder eine Wandung der Kühlkanäle durch eine Folie (37), beispielsweise durch eine Kunststoff- oder Aluminium-Folie, ausgebildet ist, die an der Abdeckung (20) innenseitig befestigt ist, vorzugsweise aufgeklebt und/oder angeschmolzen ist. 11. Battery module (100) according to one of claims 1 to 8, wherein a wall (37) of the cooling channels is designed to be flexible and / or deformable, and / or a wall of the cooling channels through a film (37), for example through a plastic or Aluminum foil is formed, which is attached to the inside of the cover (20), preferably glued and / or melted.
12. Batteriemodul (100) nach Anspruch 11 , wobei die Wandung (37) der Kühlkanäle (31 , 32, 33) so ausgelegt, vorzugsweise so dimensioniert ist, dass eine Druckbeaufschlagung der Kühlkanäle mit Kühlflüssigkeit eine Aufblähung der Kühlkanäle bewirkt, derart, dass die Kühlkanäle im aufgeblähten Zustand zumindest am Batteriezellstapel (11) anliegen. 12. Battery module (100) according to claim 11, wherein the wall (37) of the cooling channels (31, 32, 33) is designed, preferably dimensioned, such that pressurization of the cooling channels with coolant causes the cooling channels to inflate, such that the In the inflated state, cooling channels rest at least on the battery cell stack (11).
13. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die seitlichen Abschnitte (21) und der mittlere Abschnitt (22) der Abdeckung (20) fest miteinander verbunden sind, und/oder eine Außenwandung der Abschnitte der Abdeckung (20) integral einstückig ausgeführt ist. 13. Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, wherein the side sections (21) and the middle section (22) of the cover (20) are firmly connected to one another, and / or an outer wall of the sections of the cover ( 20) is made integrally in one piece.
14. Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend eine an einer Unterseite (17) des Batteriezellstapels (11) angeordnete Kühlplatte mit einer Kanalstruktur für Kühlflüssigkeit zur Ausbildung einer Bodenplattenkühlung. 14. Battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims, further comprising a cooling plate arranged on an underside (17) of the battery cell stack (11) with a channel structure for cooling liquid to form a base plate cooling.
15. Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend ein Batteriemodul (10; 100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche. 15. Motor vehicle (50), preferably commercial vehicle, having a battery module (10; 100; 200) according to one of the preceding claims.
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