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Title:
BATTERY MODULE FOR A HIGH-VOLTAGE BATTERY OF A MOTOR VEHICLE, HIGH-VOLTAGE BATTERY AND MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/001927
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a battery module (1) for a high-voltage battery (2) of a motor vehicle having - a cell stack (4) with a plurality of prismatic battery cells (3) stacked along a stacking direction (S), - two end pressure plates (6, 7), which are arranged on ends of the cell stack (4) that are opposite one another in the stacking direction (S), - a cooling plate (10) with a coolant connection (13) for feeding and/or discharging a coolant, wherein the coolant connection (13) is formed so as to project in a vertical direction (H) oriented perpendicularly to the stacking direction (S), and - at least one intermediate pressure plate (16), which is arranged between two battery cells (3) within the cell stack (4) and which has at least one passage opening (17, 18) along the vertical direction (H), in which passage opening the coolant connection (13) is arranged and is led in the direction of a top side (19) of the cell stack (4) for fluidic coupling with at least one coolant line (20, 21) of the high-voltage battery (2). The invention furthermore relates to a high-voltage battery (2) and to a motor vehicle.

Inventors:
STOLL MARKUS (DE)
EINOEGG FLORIAN (DE)
SPAETH MARTIN (DE)
SCHLAG PHILIPP (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/064420
Publication Date:
January 02, 2020
Filing Date:
June 04, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
H01M10/6556; H01M50/209
Foreign References:
DE102011084660A12013-04-18
DE102012219301A12014-02-13
DE102015207666A12016-10-27
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Claims:
Patentansprüche

1 . Batteriemodul (1 ) für eine Hochvoltbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs aufweisend

- einen Zellstapel (4) mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelten Batteriezellen (3),

- zwei Enddruckplatten (6, 7), welche an in Stapelrichtung (S) gegenüberliegenden Enden des Zellstapels (4) angeordnet sind,

- eine an einer Unterseite (11) des Zellstapels (4) angeordnete Kühlplatte (10) mit einem Kühlmittelanschluss (13) zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte (10) geleiteten Kühlmittels, wobei der Kühlmittelanschluss (13) an einer der Unterseite (1 1 ) des Zellstapels (4) zugewandten Oberseite (12) der Kühlplatte (10) in einer senkrecht zur Stapelrichtung (S) orientierten Hochrichtung (H) abstehend ausgebildet ist, und

- zumindest eine Zwischendruckplatte (16), welche zwischen zwei Batteriezellen (3) innerhalb des Zellstapels (4) angeordnet ist und welche zumindest eine

Durchgangsöffnung (17, 18) entlang der Hochrichtung (H) aufweist, in welcher der Kühlmittelanschluss (13) angeordnet und in Richtung einer Oberseite (19) des Zellstapels (4) zum fluidischen Koppeln mit zumindest einer Kühlmittelleitung (20, 21 ) der Hochvoltbatterie (2) geführt ist.

2. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Batteriemodul (1 ) zwei entlang der Stapelrichtung (S) an gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels (4) geführte Spannmittel (8, 9) aufweist, welche mit den Endruckplatten (6, 7) zum Zusammenpressen der Batteriezellen (3) und mit der zumindest einen Zwischendruckplatte (16) mechanisch verbunden sind.

3. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zumindest eine Zwischendruckplatte (16) formschlüssig mit den Spannmitteln (8, 9) verbunden, insbesondere verschweißt, ist.

4. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Batteriemodul (1 ) ein auf der Oberseite (19) des Zellstapels (4) angeordnetes Zellkontaktiersystem (23) aufweist, welches zumindest eine Öffnung (25, 26) für den Kühlmittelanschluss (13) aufweist, wobei die zumindest eine mit dem

Kühlmittelanschluss (13) fluidisch koppelbare Kühlmittelleitung (20, 21 ) auf einer Oberseite (27) des Zellkontaktiersystems (23) anordenbar ist.

5. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kühlmittelanschluss (13) zwei Stutzen (14, 15) in Form von einem Zulaufstutzen (14) und einem Ablaufstutzen (15) aufweist und die zumindest eine

Zwischendruckplatte (16) eine erste Durchgangsöffnung (17) für den Zulaufstutzen (14) und eine zweite Durchgangsöffnung (18) für den Ablaufstutzen (15) aufweist.

6. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zwei Stutzen (14,1 5) in einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur

Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) nebeneinander auf der Oberseite (12) der Kühlplatte (10) angeordnet sind.

7. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zwei Stutzen (14, 15) sich in Hochrichtung (H) zumindest über eine gesamte Länge der Durchgangsöffnungen (17, 18) in der zumindest einen Zwischendruckplatte (16) erstrecken.

8. Batteriemodul (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Batteriemodul (1 ) ein monolithisches Verbindungsstück (30) zum Verbinden beider Stutzen (14, 15) an der Oberseite (19) des Zellstapels (4) mit zwei, entlang der Oberseite (19) des Zellstapels (4) geführten Kühlmittelleitungen (20, 21 ) aufweist.

9. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verbindungsstück (30) zwei T-Stück-förmige Elemente (31 , 32) aufweist, wobei ein erstes T-Stück-förmiges Element (31 ) mit dem Zulaufstutzen (14) verbunden ist sowie mit einer ersten Kühlmittelleitung (20) verbindbar ist und ein zweites T-Stück- förmiges Element (32) mit dem Ablaufstutzen (15) verbunden ist sowie mit einer zweiten Kühlmittelleitung (21 ) verbindbar ist.

10. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweilige mit den Kühlmittelleitungen (20, 21 ) verbindbare Abschnitte (35, 36) der T- Stück-förmigen Elemente (31 , 32) parallel zur Oberseite (19) des Zellstapels (4) entlang einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) orientiert sind.

1 1. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweilige mit den Kühlmittelleitungen (20, 21 ) verbindbare Abschnitte (35, 36) der T- Stück-förmigen Elemente (31 , 32) in Stapelrichtung (S) hintereinander angeordnet sind und jeweilige mit den Stutzen (14, 15) verbundene Abschnitte (33, 34) der T- Stück-förmigen Elemente (31 , 32) in Breitenrichtung (B) nebeneinander angeordnet sind.

12. Hochvoltbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Batteriemodule (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie zumindest eine entlang der Oberseiten (19) der Zellstapel (4) geführte Kühlmittelleitung (20, 21 ), welche mit den durch die Zwischendruckplatte (16) an die Oberseite (19) des Zellstapels (4) geführten Kühlmittelanschlüssen (13) der Batteriemodule (1 ) fluidisch gekoppelt ist.

13. Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Batteriemodule (1 ) entlang einer senkrecht zur Hochrichtung (H) und zur Stapelrichtung (S) orientierten Breitenrichtung (B) nebeneinander angeordnet sind und die zumindest eine Kühlmittelleitung (20, 21 ) in Breitenrichtung (B) entlang der Oberseiten (19) der Zellstapel (4) geführt ist.

14. Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 12 oder 13.

Description:
Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, Hochvoltbatterie sowie

Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend einen Zellstapel mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung

gestapelten prismatischen Batteriezellen, zwei Enddruckplatten, welche an in

Stapelrichtung gegenüberliegenden Enden des Zellstapels angeordnet sind, und eine an einer Unterseite des Zellstapels angeordnete Kühlplatte mit einem Kühlmittelanschluss zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte geleiteten Kühlmittels. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvoltbatterien bzw.

Hochvoltakkumulatoren für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Hochvoltbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriemodulen auf, wobei jedes Batteriemodul zu einem Zellstapel gestapelte und verschaltete prismatische Batteriezellen aufweisen kann. Jeder Zellstapel ist

üblicherweise in einem Zellmodulrahmen zum Verspannen der Batteriezellen angeordnet. Ein solcher Zellmodulrahmen weist üblicherweise zwei Enddruckplatten, zwischen welchen der Zellstapel angeordnet ist, und zwei Spannmittel, beispielsweise Zuganker, auf, welche die Enddruckplatten und damit die Batteriezellen zusammenpressen. So kann eine übermäßige Verformung der Batteriezellen im Betrieb der Hochvoltbatterie verhindert werden.

Um eine Überhitzung der Batteriezellen im Betrieb zu vermeiden, werden die

Batteriezellen üblicherweise gekühlt. Dazu kann an einer Unterseite des Zellstapels eine Kühlplatte angeordnet werden, in welcher ein Kühlmittel entlang der Unterseite geführt wird. Die Kühlplatte weist üblicherweise einen Kühlmittelanschluss zum Einleiten von Kühlmittel in die Kühlplatte und zum Entnehmen von Kühlmittel aus der Kühlplatte auf.

Der Kühlmittelanschluss kann beispielsweise mit Kühlmittelleitungen gekoppelt werden. Wenn der Kühlmittelanschluss seitlich von der Kühlplatte abstehend ausgebildet ist, müssen die Kühlleitungen neben den Batteriemodulen geführt werden und die

Batteriemodule müssen in einem gewissen Abstand zueinander positioniert werden. Dies erhöht einen Bauraum der Hochvoltbatterie bzw. verringert eine durch die

Hochvoltbatterie erzielbare Reichweite des Kraftfahrzeugs.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kompakte, bauraumsparende und effizient kühlbare Hochvoltbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs weist einen Zellstapel mit einer Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung gestapelten prismatischen Batteriezellen sowie zwei Enddruckplatten, welche an in Stapelrichtung gegenüberliegenden Enden des Zellstapels angeordnet sind und zum Ausüben eines Anpressdrucks auf die Batteriezellen ausgelegt sind, auf. Ferner weist das Batteriemodul eine an einer Unterseite des Zellstapels angeordnete Kühlplatte mit einem

Kühlmittelanschluss zum Zuführen und/oder Abführen eines in der Kühlplatte geleiteten Kühlmittels auf, wobei der Kühlmittelanschluss an einer der Unterseite des Zellstapels zugewandten Oberseite der Kühlplatte in einer senkrecht zur Stapelrichtung orientierten Hochrichtung abstehend ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Batteriemodul zumindest eine Zwischendruckplatte auf, welche zwischen zwei Batteriezellen innerhalb des Zellstapels angeordnet ist und welche zumindest eine Durchgangsöffnung entlang der Hochrichtung aufweist, in welcher der Kühlmittelanschluss angeordnet und in Richtung einer Oberseite des Zellstapels zum fluidischen Koppeln mit zumindest einer Kühlmittelleitung der Hochvoltbatterie geführt ist.

Zum Ausbilden des Zellstapels bzw. Zellblocks werden die prismatischen Batteriezellen entlang der Stapelrichtung aneinander gestapelt. Die prismatischen Batteriezellen bzw. Sekundärzellen weisen ein flachquaderförmiges Zellgehäuse auf. Zum Stapeln der Batteriezellen wird eine Frontseite einer Batteriezelle an einer Rückseite einer anderen Batteriezelle angeordnet, usw. Die gestapelten Batteriezellen werden in einem

Zellmodulrahmen angeordnet, welcher die zwei Endplatten umfasst. Dabei wird der Zellstapel zwischen den Endplatten angeordnet, sodass eine erste, vordere Endplatte an der Frontseite einer ersten Batteriezelle in dem Zellstapel anliegt, und eine zweite, hintere Endplatte an der Rückseite einer letzten Batteriezelle in dem Zellstapel anliegt. Außerdem weist der Zellmodulrahmen Spannmittel, beispielsweise Zuganker, auf, welche an in Breitenrichtung der Batteriezellen gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels geführt sind. Die Breitenrichtung ist senkrecht zur Stapelrichtung und senkrecht zur Hochrichtung orientiert. Die Spannmittel dienen dazu, die Enddruckplatten zum Verspannen der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung zusammenzupressen. Somit kann eine alters- und betriebsbedingte Deformation der Batteriezellen, beispielsweise eine Ausdehnung der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung, verringert werden.

Außerdem weist das Batteriemodul die Kühlplatte auf, welche an der Unterseite des Zellstapels anliegend angeordnet sein kann. Der Zellstapel ist in Hochrichtung also auf der Kühlplatte angeordnet. Die Kühlplatte kann zumindest einen Kühlkanal aufweisen, in welchem das Kühlmittel entlang der Unterseite des Zellstapels zum Kühlen der

Batteriezellen geführt wird. Die Kühlplatte weist den Kühlmittelanschluss auf, über welchen der Kühlplatte das Kühlmittel zugeführt und/oder entnommen werden kann. Der Kühlmittelanschluss ist an der Oberseite der Kühlplatte nach oben hin abstehend ausgebildet und wird insbesondere durch den Zellstapel hindurchgeführt, sodass er an der Oberseite des Zellstapels zugänglich ist.

Dazu weist das Batteriemodul die zumindest eine Zwischendruckplatte auf, welche innerhalb des Zellstapels angeordnet ist. Beispielsweise kann das Batteriemodul genau eine Zwischendruckplatte aufweisen, welche mittig angeordnet ist und den Zellstapel in zwei gleich große Zellteilstapel unterteilt. Es können auch mehrere Zwischendruckplatten vorgesehen sein, welche den Zellstapel in mehrere, insbesondere gleich große,

Zellteilstapel unterteilt. Die Zwischendruckplatte kann ähnliche geometrische

Abmessungen aufweisen wie die Batteriezellen. Insbesondere weist die

Zwischendruckplatte die gleiche Breite auf wie die Batteriezellen. Eine Höhe der

Zwischendruckplatte entspricht höchstens einer Höhe der Batteriezellen.

Außerdem weist die Zwischendruckplatte die zumindest eine Durchgangsöffnung auf, welche sich von einer der Kühlplatte zugewandten Unterseite der Zwischendruckplatte in Hochrichtung zu einer Oberseite der Zwischendruckplatte erstreckt. Die

Zwischendruckplatte mit der zumindest einen Durchgangsöffnung kann beispielsweise durch Strangpressen gefertigt sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zwischendruckplatte aus einem Vollmaterial gebildet ist, in welche die

Durchgangsöffnung gebohrt ist. Die Durchgangsöffnung bildet dabei einen entlang der Hochrichtung orientierten Kanal durch die Zwischendruckplatte hindurch, welcher den Kühlmittelanschluss aufnimmt bzw. in welchen der Kühlmittelanschluss eingesteckt ist. Dazu weist die Durchgangsöffnung eine Größe auf, welche mit einer Größe des

Kühlmittelanschlusses korrespondiert.

Durch das Einstrecken des Kühlmittelanschlusses in die Durchgangsöffnung ist der Kühlmittelanschluss von der Oberseite des Zellstapels aus zugänglich und kann dort beispielsweise mit der zumindest einen Kühlmittelleitung der Hochvoltbatterie fluidisch gekoppelt werden. Diese Kühlmittelleitung kann nun entlang der Oberseite des

Batteriemoduls geführt werden und muss nicht mehr an Seiten des Batteriemoduls geführt werden. Hierdurch können mehrere Batteriemodule zum Ausbilden der

Hochvoltbatterie besonders nah aneinander gereiht werden. Außerdem können die Batteriemodule an den Positionen der Zwischendruckplatte im Kraftfahrzeug abgestützt werden und dadurch die Batteriemodule stabilisiert werden. Dadurch können die

Batteriemodule eine erhöhte Anzahl an Batteriezellen aufweisen. Durch das Bereitstellen der Zwischendruckplatte mit der Durchgangsöffnung kann eine besonders kompakte Hochvoltbatterie, welche aufgrund der hohen Packungsdichte eine hohe Reichweite für das Kraftfahrzeug bereitstellt, realisiert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Batteriemodul zwei entlang der

Stapelrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels geführte Spannmittel auf, welche mit den Endruckplatten zum Zusammenpressen der Batteriezellen und mit der zumindest einen Zwischendruckplatte verbunden sind. Insbesondere ist die zumindest eine Zwischendruckplatte formschlüssig mit den Spannmitteln verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Spannmittel bzw. Zuganker, welche gemeinsam mit den

Enddruckplatten den den Zellstapel umgebenden Zellmodulrahmen bilden, sind auch mit der zumindest einen Zwischendruckplatte, welche in dem Zellstapel angeordnet ist, mechanisch verbunden. Dadurch kann ein besonders stabiles Batteriemodul gebildet werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Batteriemodul ein auf der Oberseite des Zellstapels angeordnetes Zellkontaktiersystem auf, welches zumindest eine Öffnung für den Kühlmittelanschluss aufweist, wobei die zumindest eine mit dem Kühlmittelanschluss fluidisch koppelbare Kühlmittelleitung auf einer Oberseite des Zellkontaktiersystems anordenbar ist. Das Zellkontaktiersystem kann beispielsweise einen Rahmen, in welchem Kontaktelemente gehalten sind, aufweisen. Der Rahmen kann auf der Oberseite des Zellstapels, an welchem sich Zellpole bzw. Zellterminals der Batteriezellen befinden, derart angeordnet werden, dass die Kontakteelemente auf den Zellterminals angeordnet werden und die Batteriezellen entsprechend einer vorgegebenen Verschaltung elektrisch miteinander verbinden. In einem mit der Oberseite der Zwischendruckplatte überlappenden Bereich weist der Rahmen ebenfalls eine Öffnung auf, welche fluchtend zu der Durchgangsöffnung in der Zwischendruckplatte angeordnet ist. Der in der Durchgangsöffnung angeordnete Kühlmittelanschluss der Kühlplatte kann durch die Öffnung in dem Zellkontaktiersystem hindurch an die Oberseite des Zellkontaktiersystems geführt werden. Dort können die Kühlmittelleitungen angeordnet werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kühlmittelanschluss zwei Stutzen in Form von einem Zulaufstutzen und einem Ablaufstutzen auf und die zumindest eine Zwischendruckplatte weist eine erste Durchgangsöffnung für den Zulaufstutzen und eine zweite Durchgangsöffnung für den Ablaufstutzen auf. Insbesondere sind die zwei Stutzen in einer senkrecht zur Hochrichtung und zur Stapelrichtung orientierten Breitenrichtung nebeneinander an der Kühlplatte angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass die zwei Stutzen sich in Hochrichtung zumindest über eine gesamte Länge der

Durchgangsöffnungen in der Zwischendruckplatte erstrecken. Die Stutzen können beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein, sodass die Durchgangsöffnungen als kreisförmige Löcher in der Zwischendruckplatte ausgebildet sind. Da die

Zwischendruckplatte in etwa die gleiche Breite und Höhe wie die Batteriezellen aufweist und somit weder eine Breite noch eine Höhe des Zellstapels vergrößert, ist es Ziel, die durch die Zwischendruckplatte vergrößerte Tiefe des Batteriemoduls in Stapelrichtung besonders gering zu halten. Dies wird durch das nebeneinander Anordnen der

Durchgangsöffnungen in Breitenrichtung der Zwischendruckplatte erreicht.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Batteriemodul ein monolithisches

Verbindungsstück zum Verbinden beider Stutzen an der Oberseite des Zellstapels mit zwei, entlang der Oberseite des Zellstapels geführten Kühlmittelleitungen aufweist. Der an der Oberseite des Zellstapels zugängliche Zulaufstutzen kann mit einer ersten Kühlmittelleitung verbunden werden und der an der Oberseite des Zellstapels

zugängliche Ablaufstutzen kann mit einer zweiten Kühlmittelleitung verbunden werden. Dazu weist das Batteriemodul das monolithische Verbindungsstück auf. Hierdurch muss nicht für jeden Stutzen ein einzelnes Verbindungsstück aufwändig mit hohem

Montageaufwand montiert werden, welches außerdem eine geringe Stabilität aufweist. Durch das monolithische bzw. einteilige Verbindungsstück zum Verbinden beider Stutzen mit beiden Kühlleitungen wird ein robustes Batteriemodul bereitgestellt, welches mit reduzierten Montageaufwand hergestellt werden kann. Vorzugsweise weist das Verbindungsstück zwei T-Stück-förmige Elemente auf, wobei ein erstes T-Stück-förmiges Element mit dem Zulaufstutzen verbunden ist sowie der ersten Kühlmittelleitung verbindbar ist und ein zweites T-Stück-förmiges Element mit dem Ablaufstutzen verbunden ist sowie mit einer zweiten Kühlmittelleitung verbindbar ist. Die T-Stück-förmigen Elemente können außerdem Gewinde aufweisen, über welche das Verbindungsstück mit den Stutzen und den Kühlmittelleitungen verschraubt werden kann. Somit kann eine besonders dichte Verbindung zwischen den Stutzen und den

Kühlmittelleitungen bereitgestellt werden. Durch die T-Stück-förmige Elemente können die Kühlmittelleitungen außerdem parallel zur Oberseite des Zellstapels geführt werden.

Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweilige mit den Kühlmittelleitungen verbindbare Abschnitte der T-Stück-förmigen Elemente parallel zur Oberseite des Zellstapels entlang der Breitenrichtung orientiert sind .Die Kühlmittelleitungen können somit entlang der Breitenrichtung und überlappend mit der Oberseite der Zwischendruckplatte über den Zellstapel geführt werden. Somit können die Kühlmittelleitungen auch an der

Zwischendruckplatte abgestützt werden. Insbesondere sind jeweilige mit den

Kühlmittelleitungen verbindbare Abschnitte der T-Stück-förmigen Elemente in

Stapelrichtung hintereinander angeordnet und jeweilige mit den Stutzen verbundene Abschnitte der T-Stück-förmigen Element in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet. Dabei sind die mit dem Kühlmittelleitungen verbindbaren Abschnitte insbesondere auf gleicher Höhe und in Stapelrichtung hintereinander angeordnet. Jeweilige Abschnitte, die mit dem Stutzen verbunden werden, sind in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet. Das Verbindungsstück ist somit besonders kompakt gestaltet.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei erfindungsgemäße Batteriemodule oder vorteilhafte Ausführungsformen davon sowie zumindest eine entlang der Oberseiten der Zellstapel geführte

Kühlmittelleitung, welche mit den durch die Zwischendruckplatte an die Oberseite des Zellstapels geführten Kühlmittelanschlüssen der Batteriemodule fluidisch gekoppelt ist. Vorzugsweise sind die Batteriemodule entlang einer senkrecht zur Hochrichtung und zur Stapelrichtung orientierten Breitenrichtung nebeneinander angeordnet und die zumindest eine Kühlmittelleitung ist in Breitenrichtung entlang der Oberseiten der Zellstapel geführt. Die Batteriemodule sind also in Breitenrichtung derart aneinander gereiht, dass die Kühlmittelanschlüsse aller Batteriezellen in einer Reihe angeordnet sind. Entlang dieser Reihe sind auch die Kühlmittelleitungen geführt und an den Zwischendruckplatten der Batteriemodule abgestützt. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasste eine erfindungsgemäße

Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriemodul vorgestellten

Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verbindungsstückes gemäß einer

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduls.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Batteriemodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung in einer Explosionsdarstellung. Fig. 2 zeigt das Batteriemodul 1 im zusammengesetzten Zustand. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Hochvoltbatterie 2, welche eine Verschaltung mehrerer Batteriemodule 1 aufweist. Das Batteriemodul 1 weist eine Vielzahl von entlang einer Stapelrichtung S aneinander gestapelte Batteriezellen 3 auf. Die gestapelten Batteriezellen 3 bilden einen Zellstapel 4. Der Zellstapel 4 ist von einem Zellmodulrahmen 5 umgeben, welcher zwei Enddruckplatten 6, 7 und zwei Spannmittel 8, 9 aufweist. Die Enddruckplatten 6, 7 sind an in Stapelrichtung S gegenüberliegenden Enden des Zellstapels 4 angeordnet und mit den Spannmitteln 8, 9 verbunden. Die Spannmittel 8, 9 sind an in Breitenrichtung B gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels 4 angeordnet und erstrecken sich entlang der Stapelrichtung S. Die Spannmittel 8, 9, welche als Zuganker ausgebildet sind, ziehen die Enddruckplatten 6, 7 zusammen, sodass diese einen Anpressdruck auf die Batteriezellen 3 des Zellstapels 4 ausüben. Somit kann verhindert werden, dass sich die Batteriezellen 3 im Betrieb übermäßig ausdehnen.

Außerdem weist das Batteriemodul 1 eine Kühlplatte 10 auf, welche an einer Unterseite

1 1 des Zellstapels 4 angeordnet ist. Die Kühlplatte 10 dient dazu, die Batteriezellen 3 zu kühlen, indem sie ein Kühlmittel entlang der Unterseite 1 1 des Zellstapels 4 leitet. Die Kühlplatte 10 weist an ihrer der Unterseite 1 1 des Zellstapels 4 zugewandten Oberseite

12 einen Kühlmittelanschluss 13 auf, welcher hier zwei in Breitenrichtung B

nebeneinander angeordnete Stutzen 14, 15 aufweist. Über den als Zulaufstutzen 14 ausgebildeten Stutzen kann das Kühlmittel in die Kühlplatte 10 geleitet werden. Über den als Ablaufstutzen 15 ausgebildeten Stutzen kann das Kühlmittel wieder aus der Kühlplatte 10 entnommen werden. Die Stutzen 14, 15 stehen in Hochrichtung H von der Oberseite 12 der Kühlplatte 10 ab und können durch den Zellstapel 4 hindurchgeführt werden. Dazu weist das Batteriemodul 1 eine Zwischendruckplatte 16 auf, welche hier mittig innerhalb des Zellstapels 4 zwischen zwei Batteriezellen 3 angeordnet ist. Die Zwischendruckplatte 16 kann außerdem mit den Spannmitteln 8, 9 verbunden, beispielsweise verschweißt, sein, sodass das Batteriemodul 1 besonders stabil ausgebildet ist.

Die Zwischendruckplatte 16 weist hier zwei in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnete Durchgangsöffnungen 17, 18 auf. Die Zwischendruckplatte 16 kann beispielsweise als ein Strangpressprofil mit den Durchgangsöffnungen 17, 18 gebildet sein. Es kann aber auch sein, dass die Durchgangsöffnungen 17, 18 als

Durchgangsbohrungen ausgebildet sind. In einer ersten Durchgangsöffnung 17 wird der Zulaufstutzen 14 angeordnet und in einer zweiten Durchgangsöffnung 18 wird der Ablaufstutzen 15 angeordnet. Die Stutzen 14, 15, deren Länge hier in Hochrichtung H größer ist als eine Länge der Durchgangsöffnungen 17, 18, sind somit an einer Oberseite 19 des Zellstapels 4 zugänglich und können dort mit Kühlmittelleitungen 20, 21 (siehe Fig. 3) verbunden werden.

An der Oberseite 19 des Zellstapels 4 befinden sich Zellterminals 22 der Batteriezellen 3. Diese können zum Verschalten der Batteriezellen 3 mittels eines Zellkontaktiersystems 23 elektrisch miteinander verbunden werden. Das Zellkontaktiersystem 23 weist hier einen Rahmen 24 zum Halten von hier nicht gezeigten Kontaktelementen auf. Durch Aufsetzen des Rahmens 24 auf die Oberseite 19 des Zellstapels 4 werden die

Zellterminals 22 mit den Kontaktelementen in Verbindung gebracht und dadurch die Batteriezellen 3 parallel und/oder seriell miteinander verschaltet. Der Rahmen 24 weist dabei Öffnungen 25, 26 auf, wobei eine erste Öffnung 25 fluchtend zu der ersten

Durchgangsöffnung 17 der Zwischendruckplatte 16 und eine zweiten Öffnung 26 fluchtend zu der zweiten Durchgangsöffnung 18 ausgebildet ist. Dadurch kann der Zulaufstutzen 14 des Kühlmittelanschlusses 13 durch die erste Öffnung 25 geführt werden und der Ablaufstutzen 15 des Kühlmittelanschlusses 13 durch die zweite Öffnung geführt werden. Die Stutzen 14, 15 sind somit an einer Oberseite 27 des

Zellkontaktiersystems 13 zugänglich.

In Fig. 3 sind mehrere Batteriemodule 1 in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnet gezeigt. Dabei sind die an der Oberseite 27 des Zellkontaktiersystems 23

herausgeführten Stutzen 14, 15 der Kühlplatte 10 in Breitenrichtung B in einer Reihe angeordnet und über Kühlmittelleitungen 20, 21 miteinander verbunden. Die

Kühlmittelleitungen 20, 21 und die Kühlplatte 10 sind Teil eines Kühlmittelkreislaufes.

Eine erste Kühlmittelleitung 20 ist dabei mit den Zulaufstutzen 14 der Batteriemodule 1 verbunden und eine zweite Kühlmittelleitung 21 ist mit den Ablaufstutzen 15 der

Batteriemodule 1 verbunden. Die Kühlmittelleitungen 20, 21 sind in Breitenrichtung B über die Batteriemodule 1 an der Oberseite 27 des Zellkontaktiersystems 23, und damit entlang der Oberseite 19 des Zellstapels 4, geführt. Dort können die Kühlmittelleitungen 20, 21 an den Zwischendruckplatten 16 der Batteriemodule 1 abgestützt sein.

Gemäß Fig. 3 ist jeder Zulaufstutzen 14 über jeweils ein Verbindungselement 28 mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden, und jeder Ablaufstutzen 15 über ein

Verbindungselement 29 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden sind. Es existieren also für die Zulaufstutzen 14 und für die Ablaufstutzen 15 separate

Verbindungselemente 28, 29, welche mit hohem Montageaufwand einzeln montiert werden müssen. Diese weisen außerdem eine geringe Stabilität, hohe

Fertigungstoleranzen und einen hohen Bauraumbedarf auf. In Fig. 4 ist ein monolithisches, einteiliges Verbindungsstück 30 zum Verbinden eines Zulaufstutzens 14 mit der ersten Kühlmittelleitung 20 und eines Ablaufstutzens 15 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 gezeigt. Das monolithische Verbindungsstück 30 weist zwei T-Stück-förmige Elemente 31 , 32 auf. Ein erstes T-Stück-förmiges Element 31 kann mit dem Zulaufstutzen 14 und mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden, beispielsweise verschraubt, werden. Ein zweites T-Stück-förmiges Element 32 kann mit dem

Ablaufstutzen 15 und mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden, beispielsweise verschraubt, werden. Dabei wird ein in Hochrichtung H orientierter, rohrförmiger Abschnitt 33 des ersten T-Stück-förmigen Elements 31 mit dem Zulaufstutzen 14 verbunden. Ein in Hochrichtung H orientierter, rohrförmiger Abschnitt 34 des zweiten T-Stück-förmigen Elements 32 mit dem Ablaufstutzen 15 verbunden. Die Abschnitte 33, 34 sind dabei in Breitenrichtung B nebeneinander angeordnet. Ein in Breitenrichtung B orientierter, rohrförmiger Abschnitt 35 des ersten T-Stück-förmigen Elements 31 wird mit der ersten Kühlmittelleitung 20 verbunden. Ein in Breitenrichtung B orientierter, rohrförmiger Abschnitt 35 des zweiten T-Stück-förmigen Elements 32 wird mit der zweiten

Kühlmittelleitung 21 verbunden. Die Abschnitte 35, 36 sind dabei in Stapelrichtung S hintereinander angeordnet. So können die Kühlmittelleitungen 20, 21 in Stapelrichtung S aneinander vorbei und parallel zueinander entlang der Oberseite 19 des Zellstapels 4 geführt werden. Die mit den Stutzen 14, 15 verbindbaren Abschnitte 33, 34 sind hier zwischen den mit den Kühlmittelleitungen 20, 21 verbindbaren Abschnitte 35, 36 geführt und seitlich mit den Abschnitten 35, 36 verbunden. Durch das monolithische

Verbindungsstück 30 kann die fluidische Verbindung zwischen Kühlplatte 10 und

Kühlmittelleitungen 20, 21 mit geringem Montageaufwand hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1 Batteriemodul

2 Hochvoltbatterie

3 Batteriezellen

4 Zellstapel

5 Zellmodulrahmen

6, 7 Enddruckplatte

8, 9 Spannmittel

10 Kühlplatte

1 1 Unterseite des Zellstapels

12 Oberseite der Kühlplatte

13 Kühlmittelanschluss

14 Zulaufstutzen

15 Ablaufstutzen

16 Zwischendruckplatte

17, 18 Durchgangsöffnungen

19 Oberseite des Zellstapels

20, 21 Kühlmittelleitungen

22 Zellterminals

23 Zellkontaktiersystem

24 Rahmen

25, 26 Öffnungen

27 Oberseite des Zellkontaktiersystems '

28, 29 Verbindungselemente

30 monolithisches Verbindungsstück

31 , 32 T-Stück-förmige Elemente

33, 34, 35, 36 Abschnitte

S Stapelrichtung

B Breitenrichtung

H Hochrichtung