DE102012111969B4

DE102012111969B4 - Batterieanordnung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012111969B4
Application number: DE102012111969.4A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dibos; Björn Pehnert; Thierry Mingers
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2024-11-07
Anticipated expiration: 2032-12-08
Also published as: DE102012111969A1; US20140162099A1; KR101562712B1; KR20140074830A; US9431685B2

Abstract

Batterieanordnung (2) für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse (4), in dem mindestens zwei Batteriezellen (6, 8) mittels einer Haltevorrichtung angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (6, 8) über ein Zellverbindungsorgan (14) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Kühlanordnung (20, 22, 24, 26) zur Kühlung der Batteriezellen (6, 8) mit einem Kühlmedium vorgesehen ist, die mindestens einen Strömungsraum (20), eine Fördereinrichtung und einen Wärmetauscher für das Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (6, 8) mit ihren Zellpolen (10, 12) auf dem Zellverbindungsorgan (14) angeordnet sind, wobei parallel zum Zellverbindungsorgan (14) eine Leiterplatte (18) mit elektronischen Bauteilen (36) ausgebildet ist und ein zweiter Strömungsraum (22) zwischen der Leiterplatte (18) und dem Zellverbindungsorgan (14) ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte (18) erste Öffnungen (24) im Bereich der auf dem Zellverbindungsorgan (14) angeordneten Batteriezellen (6, 8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse, in dem mindestens zwei Batteriezellen mittels einer Haltevorrichtung angeordnet sind, wobei die Batteriezellen über ein Zellverbindungsorgan elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Kühlanordnung zur Kühlung der Batteriezellen mit einem Kühlmedium vorgesehen ist, die mindestens einen Strömungsraum, eine Fördereinrichtung und einen Wärmetauscher für das Kühlmedium aufweist.
Insbesondere in Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantrieb oder in Brennstoffzellenfahrzeugen kommt den Batterieanordnungen eine erhöhte Bedeutung zu. Hier werden insbesondere Batterieanordnungen mit elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt, die, um eine hohe Leistungsfähigkeit über die gesamte Lebensdauer bereitstellen zu können, gekühlt werden müssen. Darüber hinaus geht eine hohe Leistungsfähigkeit dieser Batterieanordnungen regelmäßig mit hohen Anforderungen an einen dafür bereitzustellenden Bauraum einher. Des Weiteren sind höchst komplexe Steueranordnungen vorzusehen, um den Einsatz und die Funktionalität dieser Batterieanordnungen im Betrieb optimal zu gewährleisten.
Die gattungsgemäße DE 10 2004 021 280 B3 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Batteriegehäuse, in dem eine Anzahl Batteriezellen angeordnet sind, wobei diese Batteriezellen durch eine Kühlanordnung gekühlt werden. Auch die Druckschrift DE 10 2011 118 383 A1 beschreibt eine Batterieanordnung mit einer Haltevorrichtung, wobei die Batteriezellen zwischen zwei leitenden Verbindungsblechen angeordnet sind, wobei unter dem unteren Verbindungsblech eine Kühlplatte vorgesehen ist. Zudem ist aus der US 2008 / 0 220 315 A1 eine Batterieanordnung mit Batteriezellen bekannt, die über Verbindungsbleche miteinander verbunden sind, wobei Fluidkanäle für ein Kühlfluid vorgesehen sind. Obwohl diese Druckschriften eine kompakte Anordnung offenbaren, weisen sie noch erhebliche Nachteile im Hinblick auf den bereitzustellenden Bauraum und eine aufwendige, steuerungstechnische Montage auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Batteriezellen mit ihren Zellpolen auf dem Zellverbindungsorgan angeordnet sind, wobei parallel zum Zellverbindungsorgan eine Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen vorgesehen ist, derart, dass ein erster Strömungsraum zwischen einem Batteriegehäuseteil und der Leiterplatte ausgebildet ist und ein zweiter Strömungsraum zwischen der Leiterplatte und dem Zellverbindungsorgan ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte erste Öffnungen im Bereich der auf dem Zellverbindungsorgan angeordneten Batteriezellen aufweist. Auf diese Weise wird eine Batterieanordnung bereitgestellt, die sich insbesondere durch eine einfache, schnelle und damit kostengünstige Montage bei geringem, bereitzustellendem Bauraum auszeichnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Zellverbindungsorgan mittels Abstandshalter auf der Leiterplatte angeordnet. Auf diese einfache Art und Weise wird einerseits der zweite Strömungsraum geschaffen und andererseits eine vibrationsfeste Anordnung gewährleistet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten Öffnungen als Düsen ausgeführt, wodurch insbesondere der Bereich der Zellpole, der der höchsten thermischen Belastung ausgesetzt ist, effizient gekühlt wird. Um die Kühlung den jeweiligen Randbedingungen und der Belastung der Batterieanordnung optimal anpassen zu können, kann die Leiterplatte im ersten und im zweiten Strömungsraum Temperatursensoren aufweisen. Auch ist es auf einfache Weise möglich, dass zwischen der Leiterplatte und dem Zellverbindungsorgan Kontaktelemente zur Messung einer Zellspannung vorgesehen sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann ein dritter Strömungsraum vorgesehen sein, in dem die Batteriezellen angeordnet sind, wobei das Zellverbindungsorgan zweite Öffnungen für das Kühlmedium aufweist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Zwischenzellkühlung der einzelnen Batteriezellen realisiert.
Ein modularer Aufbau kann dadurch gewährleistet werden, dass die Leiterplatte ein Steckverbindungselement besitzt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist als Kühlmedium ein dielektrisches Kühlöl vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

Die einzige Figur eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung.

Eine Batterieanordnung 2 für den Einsatz in einem nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug weist im Wesentlichen ein Batteriegehäuse 4 auf, von dem her lediglich ein Batteriegehäuseteil dargestellt ist. In dem Batteriegehäuse 4 sind eine Anzahl von Batteriezellen 6, 8 angeordnet. Diese Batteriezellen 6, 8 weisen auf bekannte Weise Zellpole 10, 12 auf, von denen hier jeweils nur ein vorderer Zellpol dargestellt ist. Die Batteriezellen 6, 8 sind mit ihren Zellpolen 10, 12 in form- und/oder kraftschlüssiger Weise auf einem Zellverbindungsorgan 14 angeordnet, das hier als Zellverbindungsblech ausgeführt ist. Hierdurch wird einerseits auf einfache Weise eine elektrische Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen 6, 8 bereitgestellt und ist andererseits auf sichere Weise eine vibrationsfeste Anordnung der Batteriezellen 6, 8 in der Batterieanordnung gewährleistet. Das Zellverbindungsblech ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Abstandshalter 16 auf einer Leiterplatte 18 befestigt. Die Leiterplatte 18 ist wiederum am Batteriegehäuse 4 derart angeordnet, dass ein erster Strömungsraum 20 durch die Leiterplatte 18 und das Batteriegehäuse 4 eingeschlossen ist. Durch die mittels Abstandshalter 16 beabstandete Anordnung des Zellverbindungsorgans 14 und der Leiterplatte 18 ist ein zweiter Strömungsraum 22 vorgesehen, der über erste Öffnungen 24 mit dem ersten Strömungsraum 20 fluidisch verbinden ist. Des Weiteren weist auch das Zellverbindungsorgan 14 zweite Öffnungen 26 auf, so dass ein dritter Strömungsraum 28, nämlich der Raum, in dem die Batteriezellen 6, 8 angeordnet sind, vorgesehen ist.
Durch die Pfeile in der Figur ist nun ein Strömungsverlauf eines Kühlmediums angedeutet. Als Kühlmedium ist in vorteilhafter Weise ein dielektrisches Kühlöl einsetzbar. Mittels einer nicht dargestellten Fördereinrichtung wird das durch einen nicht weiter dargestellten Wärmetauscher abgekühlte Kühlöl in den Strömungsraum 20 gepumpt. Über die als Düsen ausgeführten Öffnungen 24 wird das Kühlöl in den Strömungsraum 22 eingespritzt. Die Öffnungen 24 sind hierbei im Bereich der Zellpole 10 angeordnet, wodurch das Kühlöl zunächst auf die thermisch am stärksten belasteten Bauteile trifft. Über die zweiten Öffnungen 26 gelangt dann das Kühlöl in den dritten Strömungsraum 28, um eine Kühlung der einzelnen Batteriezellen 6, 8 zu gewährleisten. Nachfolgend wird das Kühlöl auf bekannte Weise wieder der Fördereinrichtung und dem Wärmetauscher zugeführt. Um eine optimale Kühlung zu gewährleisten, weist die Leiterplatte 18 im ersten Strömungsraum 20 einen Temperatursensor 30 und im zweiten Strömungsraum 22 einen Temperatursensor 32 auf. Hierdurch ist es möglich, die Kühltemperatur abhängig von den jeweiligen Randbedingungen und der Belastung der Batterieanordnung zu regeln. Des Weiteren sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen dem Zellverbindungsorgan 14 und der Leiterplatte 18 Kontaktelemente 34 vorgesehen, die einer nicht weiter dargestellten Steuerung den Wert der jeweiligen Zellspannung übermitteln. Des Weiteren weist die Leiterplatte 18 natürlich noch elektronische Bauelemente 36 auf, die hier rein exemplarisch dargestellt sind.
Um eine einfache Montage und eine modulartige Erweiterung zu gewährleisten, ist auch noch ein Steckverbindungselement 38 vorgesehen, wodurch eine formschlüssige, elektrische Verbindung mit einer weiteren Leiterplatte bzw. Batterieanordnung möglich ist.

Claims

Batterieanordnung (2) für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse (4), in dem mindestens zwei Batteriezellen (6, 8) mittels einer Haltevorrichtung angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (6, 8) über ein Zellverbindungsorgan (14) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Kühlanordnung (20, 22, 24, 26) zur Kühlung der Batteriezellen (6, 8) mit einem Kühlmedium vorgesehen ist, die mindestens einen Strömungsraum (20), eine Fördereinrichtung und einen Wärmetauscher für das Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (6, 8) mit ihren Zellpolen (10, 12) auf dem Zellverbindungsorgan (14) angeordnet sind, wobei parallel zum Zellverbindungsorgan (14) eine Leiterplatte (18) mit elektronischen Bauteilen (36) ausgebildet ist und ein zweiter Strömungsraum (22) zwischen der Leiterplatte (18) und dem Zellverbindungsorgan (14) ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte (18) erste Öffnungen (24) im Bereich der auf dem Zellverbindungsorgan (14) angeordneten Batteriezellen (6, 8) aufweist.
Batterieanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellverbindungsorgan (14) mittels Abstandshalter (16) auf der Leiterplatte (18) angeordnet ist.
Batterieanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Öffnungen (24) als Düsen ausgeführt sind.
Batterieanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (18) im ersten und im zweiten Strömungsraum (20, 22) Temperatursensoren (30, 32) aufweist.
Batterieanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte (18) und dem Zellverbindungsorgan (14) Kontaktelemente (34) zur Messung einer Zellspannung vorgesehen sind.
Batterieanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Strömungsraum (28) vorgesehen ist, in dem die Batteriezellen (6, 8) angeordnet sind, wobei das Zellverbindungsorgan (14) zweite Öffnungen (26) für das Kühlmedium aufweist.
Batterieanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (18) ein Steckverbindungselement (38) besitzt.
Batterieanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ein dielektrisches Kühlöl vorgesehen ist.