Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
COOLING PLATE FOR A BATTERY CELL IN THE FORM OF A MOUNTING PLATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/096329
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cooling plate (10) for battery cells (40), wherein the cooling plate (10) is in the form of a mounting plate and has mounting elements (12) for directly mounting the cooling plate (10) into a motor vehicle. It is further necessary for the cooling plate (10) together with a housing (20), in particular a half-shell housing, to form a closed-off space (30) for accommodating battery cells (40). The invention further relates to battery cells (40), to a battery cell module and also to a motor vehicle having a battery cell module of this kind.

More Like This:
Inventors:
STIMM, Frank (Ellwangerstr. 3, Leonberg, 71229, DE)
MANGOLD, Benjamin (Hoffeldstrasse 277, Stuttgart, 70597, DE)
Application Number:
EP2015/077440
Publication Date:
June 23, 2016
Filing Date:
November 24, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
H01M10/625; B60K11/00; B60L11/18; H01M10/613; H01M10/6554; H01M10/6555; H01M10/6557; B62D25/00; F28F3/12; H01M2/10
Foreign References:
DE102011114772A12013-04-04
DE102009006990A12010-08-05
DE102013207535A12014-10-30
US20120208053A12012-08-16
DE102013200239A12013-07-18
Download PDF:
Claims:
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Ansprüche

1. Kühlplatte (10) für Batteriezellen (40), wobei die Kühlplatte (10) als eine Montageplatte ausgebildet ist und Montageelemente (12) zum direkten Montieren der Kühlplatte (10) in ein Kraftfahrzeug aufweist,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Kühlplatte (10) zusammen mit einem Gehäuse (20), insbesondere einem Haibschalengehäuse, einen abgeschlossenen Raum (30) für die

Aufnahme von Batteriezellen (40) bildet.

2. Kühlplatte (10) nach Anspruch 1,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Montageelemente (12) als Öffnungen, insbesondere

Anschrauböffnungen, ausgebildet sind.

3. Kühlplatte (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Montageelemente (12) als Befestigungs- oder Halteelemente, insbesondere Arretier- oder Hakenelemente, ausgebildet sind.

4. Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Kühlplatte (10) eine untere Begrenzung des abgeschlossenen Raumes (30) bildet.

5. Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Kühlplatte (10) eine obere Begrenzung des abgeschlossenen Raumes (30) bildet.

6. Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadu rch gekennzeichnet,

dass der abgeschlossene Raum (30) mittels einer zwischen dem Gehäuse (20) und der Kühlplatte (10) angeordneten Dichtung (15) abgedichtet ist.

7. Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Kühlplatte (10) zusammen mit zwei Gehäusen (20) zwei

abgeschlossene, voneinander getrennte Räume (30) zur Aufnahme von Batteriezellen (40) bildet.

8. Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadu rch gekennzeichnet,

dass die Kühlplatte (10) Kühlleitungen (14), insbesondere Kühlkanäle oder Kühlschläuche, umfasst.

9. Kühlplatte (10) nach Anspruch 8,

dadu rch gekennzeichnet,

dass die Kühlleitungen (14) im Innern der Kühlplatte (10) angeordnet sind.

10. Kühlplatte (10) nach Anspruch 8 oder 9,

dadu rch gekennzeichnet,

dass die Kühlleitungen (14) eine Einlass- (16) und eine Auslassöffnung (17) umfassen.

11. Batteriezellen (40) angeordnet in einem abgeschlossenen Raum (30) gebildet durch ein Gehäuse (20) und einer Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Batteriezellen (40) nach Anspruch 11,

dad urch gekennzeichnet,

dass die Batteriezellen (40) direkt auf der Kühlplatte (10) angeordnet sind.

13. Batteriezellen (40) nach Anspruch 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Batteriezellen (40) direkt an der Kühlplatte (10) hängend angeordnet sind.

14. Batteriezellenmodul mit Batteriezellen (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Batteriezellen (40) miteinander elektrisch verbunden sind.

15. Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares

Kraftfahrzeug, mit einem Batteriezellenmodul nach Anspruch 14, wobei das

Batteriezellenmodul mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist und im Kraftfahrzeug montiert ist über eine Kühlplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

Description:
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Beschreibung

Titel

Kühlplatte für Batteriezelle als Montageplatte Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlplatte für Batteriezellen, wobei die

Kühlplatte als Montageplatte ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung Batteriezellen, Batteriezellenmodul und ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriezellenmodul. Stand der Technik

Es besteht weltweit ein erheblicher Bedarf an Batterien für breite

Anwendungsbereiche, einerseits etwa für stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen oder Solarkraftanlagen, andererseits aber auch für mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. Nicht zuletzt ist es auch abzusehen, dass der Bedarf an Batterien für Fahrzeuge, wie zum Beispiel für Hybrid- und Elektrofahrzeugen, in den nächsten Jahren steigen wird. An all diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt.

Typischerweise werden hierfür mehrere Batteriezellen elektrisch in

Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander verschaltet zur Bildung von leistungsstaken Batteriezellenmodulen. Sind Batteriezellen bzw. Batteriezellenmodule für einen Einsatz in einem

Kraftfahrzeug vorgesehen, so sind Maßnahmen zu treffen, die das Einbauen der Batteriezellen bzw. Batteriezellenmodule in ein Kraftfahrzeug in einer möglichst einfachen und kostengünstigen Weise ermöglichen. Gleichzeitig muss der hohe Sicherheitsstandard gewährleistet sein. Bei derzeit gebräuchlichen Batteriezellenmodulen zum Festhalten, Montieren oder anderweitigen Befestigen von Batteriezellen sind zahlreiche Bauteile sowie komplizierte

Fertigungsprozesse erforderlich, um eine korrekte Montage zu gewährleisten, wobei Laserschweißen, Punktschweißen, sowie eine hohe Bauteilanzahl an Befestigungselementen oder dergleichen zum Einsatz kommen. Im Fall des Schweißens treten bei solchen Prozessen äußerst hohe Temperaturen auf und es kommt zu Schweißwülsten und verwandten, unerwünschten Nebenwirkungen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Kompressionsbegrenzern (zusammen mit ihren zugehörigen Verbindungsstangen) entlang der Stapelabmessung beim Zusammenbau von zahlreichen Batteriezellen zu einem größeren Batteriemodul während des Stapeins zu Toleranzproblemen führen.

In DE 10 2013 200 239 AI wird eine Kühlplatte für Batteriezellen zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Kühlplatte direkt auf einer

Fahrzeugoberfläche, die beispielsweise eine Bodenwanne sein kann, sitzend angeordnet ist.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kühlplatte für Batteriezellen ist grundsätzlich als eine Montageplatte ausgebildet. Daher weist die Kühlplatte Montageelemente zum direkten Montieren der Kühlplatte in ein Kraftfahrzeug auf. Die Montageelemente ermöglichen somit den Einbau von Batteriezellen in ein Kraftfahrzeug über die erfindungsgemäße Kühlplatte. Weiter wird für die erfindungsgemäße Kühlplatte gefordert, dass die Kühlplatte zusammen mit einem Gehäuse einen

abgeschlossenen Raum für die Aufnahme von Batteriezellen bildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitere Vereinfachung einer Montage einer Batterie in ein Kraftfahrzeug dadurch erzielt werden kann, dass die Kühlplatte für die Batterie nicht nur als eine Montageplatte ausgestaltet ist, und somit der Einbau der Batterie in das Kraftfahrzeug sehr bequem über die Kühlplatte erfolgt, sondern auch dass die Kühlplatte gleichzeitig zusammen mit einem Gehäuse einen abgeschlossenen Raum zur Aufnahme der Batterie bildet.

Sehr vorteilhaft wird durch die erfindungsmäßige Anordnung die Kühlplatte in vielerlei Funktionen verwendet. Die Kühlplatte stellt zusammen mit einem

Gehäuse einen abgeschlossen Raum zur Aufnahme der Batterie bereit, d.h. die Kühlplatte ist auch als ein Bauteil eines Gesamtgehäuses zu betrachten.

Dadurch wird vorteilhaft die Notwendigkeit eines Einsatzes eines separaten Gehäuseteils zur Bildung eines abgeschlossenen Raumes eliminiert.

Weiter ist zu beachten, dass durch die Erfindung vorteilhaft eine Kühlung der Batterie durch eine direkte Kontaktierung der Batterie mit der Kühlplatte ermöglicht wird, ohne dabei auf ein Gehäuse mit einem abgeschlossenen Raum für die Batterie verzichten zu müssen. Ein abgeschlossener Raum bietet einerseits Schutz für die darin angeordnete Batterie vor schädlichen

Einwirkungen von außen. Im Übrigen bietet solch ein abgeschlossener Raum nicht nur Schutz für die darin angeordnete Batterie, sondern auch weitere Komponenten wie die notwendige Elektronik. Beispielshaft sei hier die

Zellüberwachungseinheit (CSC, Cell Supervision Circuit) genannt. Je nach konkreter Ausführung ermöglicht die Erfindung, dass neben der Batterie auch andere kühlungstaugliche Komponenten (z.B. BDU, Battery Disconnect Unit) über die Kühlplatte gekühlt werden.

Die schädlichen Einwirkungen von außen können mechanischer Natur sein, wie sie etwa bei einem Unfall durch plötzliche Krafteinwirkung hervorgerufen werden. Andererseits schützt ein abgeschlossener Raum auch vor dem Eindringen von Feuchtigkeit, Staub und gefährlichen Stoffen wie bestimmte Gase, die die Batterie schädigen könnten. Auch hindert der abgeschlossene Raum in einer umgekehrten Situation, also wenn aus der Batterie im Störungsfall selbst unkontrolliert Stoffe austreten, ein Verbreiten dieser Stoffe in die Umgebung.

Schließlich wird festgestellt, dass durch die Möglichkeit, auf bestimmte, an sich notwendige separate Bauteile ohne Funktionsverlust verzichten zu können, die Kosten der Anordnung vorteilhaft auch reduziert werden. Zusätzlich wird die Anordnung auch bezüglich des Gewichtsaspekts günstiger, da das Weglassen von separaten Bauteilen immer vorteilhaft zu Einsparungen am Gesamtgewicht führt. Dies gilt gerade bezüglich Gewichten in einem Kraftfahrzeug.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt,

Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Kühlplatte in Draufsicht, und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlplatte wird nun mit Hilfe der Figur 1 erläutert. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Kühlplatte 10 für Batteriezellen 40 als eine Montageplatte ausgebildet. Die Kühlplatte 10 weist daher Montageelemente 12 zum direkten Montieren der Kühlplatte 10 in ein Kraftfahrzeug auf. Wie erfindungsgemäß gefordert, bildet die Kühlplatte 10 zusammen mit einem Gehäuse 20 einen abgeschlossenen Raum 30 für die Aufnahme von Batteriezellen 40.

Das Gehäuse 20 stellt grundsätzlich einen Raum 30 zur Aufnahme von

Batteriezellen 40 bereit, wobei das Gehäuse 20 an sich eine offene Seite aufweist. Wird diese offene Seite durch eine weitere Abgrenzung, wie hier erfindungsgemäß durch die Kühlplatte 10 realisiert, abgedeckt, resultiert daraus ein abgeschlossener Raum 30.

Vorteilhafte technische Wirkungen dieser Anordnung wurden bereits zuvor ausführlich beschrieben und werden hier nicht wiederholt.

In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 20 als ein Haibschalengehäuse ausgebildet. Ein Haibschalengehäuse bietet den Vorteil, dass es einstückig ausgebildet sein kann und daher nicht aus mehreren Bauteilen zusammengefügt werden muss. Ein tiefgezogenes Haibschalengehäuse wird bevorzugt, da die Herstellung kostengünstig und zuverlässig ist.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Kühlplatte 10 in Draufsicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das Gehäuse 20 nicht dargestellt ist. Die

Montageelemente 12 sind hier als Öffnungen 12 ausgebildet. Die Öffnungen 12 können zur mechanischen Verbindung mit einem Kraftfahrzeug genutzt werden, indem Verbindungsmittel 50 wie Bolzen in die Öffnungen 12 eingeführt werden und dabei mit einer Befestigungsvorrichtung 52 des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Die Öffnungen 12 können insbesondere als Anschrauböffnungen ausgebildet sein.

Alternativ oder zusätzlich zu den Öffnungen 12 können die Montageelemente 12 der Kühlplatte 10 als Befestigungs- oder Halteelemente, insbesondere Arretieroder Hakenelemente, ausgebildet sein.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Kühlplatte 10 Kühlleitungen 14, insbesondere Kühlkanäle oder Kühlschläuche, umfasst. Bevorzugt sind die Kühlleitungen 14 dabei im Innern der Kühlplatte 10 angeordnet. So verursachen mögliche undichte Stellen in Kühlleitungen 14 keine Schäden bei den

Batteriezellen 40.

Ferner umfassen die Kühlleitungen 14 eine Einlass- 16 und eine Auslassöffnung 17. Damit können die Kühlleitungen 14 an einem Kühlungssystem

angeschlossen werden. Bevorzugt sind die Einlass- 16 und die Auslassöffnung 17 als Kühlerstutzen ausgestaltet. Solche Ansatzrohrstücke als Einlass- 16 und die Auslassöffnung 17 bieten stabile und zuverlässige Verbindungsstellen mit dem Kühlungssystem.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet die Kühlplatte 10 in dieser Ausführungsform nicht nur einen, sondern zwei abgeschlossene Räume 30 mit jeweils einem, voneinander verschiedenen Gehäuse 20. Ein erster abgeschlossener Raum 30 wird oberhalb der Kühlplatte 10 gebildet, während ein zweiter abgeschlossener Raum 30 unterhalb der Kühlplatte 10 gebildet wird. Vorteilhaft werden durch nur eine Kühlplatte 10 zusammen mit zwei Gehäusen 20 also zwei abgeschlossene, voneinander getrennte Räume 30 zur Aufnahme von Batteriezellen 40 bereitgestellt.

In Bezug auf den oberen abgeschlossenen Raum 30 bildet die Kühlplatte 10 eine untere Begrenzung des abgeschlossenen Raumes 30. In Bezug auf den unteren abgeschlossenen Raum 30 bildet die Kühlplatte 10 eine obere Begrenzung des abgeschlossenen Raumes 30. Vorteilhaft kann die Kühlplatte 10 also gleichzeitig eine untere und obere Begrenzung zweier abgeschlossenen Räume 30 bilden.

Die beiden Räume 30 können mittels einer Durchgangsstelle 18 in der Kühlplatte 10 verbunden sein. Kabeln oder anderen Bauteilen, die die beiden Räume 30 miteinander, insbesondere elektrisch, verbinden sollen, steht die

Durchgangsstelle 18 zur Verfügung. Je nach Bedarf kann die Durchgangstelle 18 durch eine Öffnung ausgebildet sein, die ggf. gut abgedichtet ist.

Ferner weist das obere Gehäuse 20 Schnittstellen 25 auf. Über diese

Schnittstellen 25 können elektrische Leitungen, etwa 12 V- oder HV- Leitungen, von außen angeschlossen werden. Diese Schnittstellen 25 können als

Steckverbindungen realisiert sein oder auch als Durchbrüche ausgestaltet sein. Wichtig ist, dass die Dichtheit gewährleistet ist.

Weiter ist in Fig. 1 dargestellt, dass der abgeschlossene Raum 30 mittels einer zwischen dem Gehäuse 20 und der Kühlplatte 10 angeordneten Dichtung 15 abgedichtet ist. Die Kühlplatte 10 umfasst hierfür bevorzugt eine Dichtungsfuge 19, wie in Fig. 2 angedeutet. Die Dichtung 15 kann in Form einer Dichtlippe ausgestaltet sein. Somit wird die Dichtheit des Raumes 30 weiter erhöht.

Mit der vorliegenden Erfindung werden auch Batteriezellen 40 bereitgestellt, die in einem durch ein Gehäuse 20 und einer erfindungsgemäßen Kühlplatte 10 gebildeten, abgeschlossenen Raum 30 angeordnet sind. Die Erfindung lässt vorteilhafterweise verschiedene Anordnungsmöglichkeiten zu. So können die Batteriezellen 40 direkt auf der Kühlplatte 10 angeordnet sein. Vorteilhaft bietet die Kühlplatte 10 die Möglichkeit, dass die Batteriezellen 40 über

Schraubverbindungen stabil auf der Kühlplatte 10 fixiert werden.

Je nach Bedarf bietet die Erfindung auch die Möglichkeit, die Batteriezellen 40 direkt an der Kühlplatte 10 hängend anzuordnen. Hierzu könnte beispielsweise der Deckel der Batteriezellen 40 eine spezielle Kunststoffstruktur aufweisen, mit der eine Aufhängung ermöglicht wird.

Übrigens kann eine notwendige Verspannung der Batteriezellen in lateraler Richtung gegebenenfalls komplett durch das Gehäuse 20 erreicht werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Auch in dieser Ausführungsform bildet eine Kühlplatte 10 zusammen mit zwei Gehäusen 20 jeweils einen abgeschlossenen Raum 30. Die Montageelemente 12 sind in Fig. 3 nicht dargestellt, da hier nur ein Ausschnitt der gesamten Kühlplatte 10 gezeigt ist. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist das Gehäuse 20 flacher ausgebildet. Diese Ausführung kann bevorzugt werden, wenn das zum Einbau zur Verfügung stehende Volumen im Kraftfahrzeug eine andere Form oder Größe nicht erlaubt. Bei Bedarf können die - in Fig. 3 nicht dargestellten - Batteriezellen 40 nicht auf ihrer Bodenseite stehend, sondern auf eine ihrer breiten Seitenflächen (Mantelfläche) liegend angeordnet werden.

Übrigens können die Batteriezellen 40 in allen Ausführungsformen als Lithium- Ionen- Batteriezellen ausgebildet sein. Weiter wird ein Batteriezellenmodul mit erfindungsgemäßen Batteriezellen 40 bereitgestellt, wobei die Batteriezellen 40 miteinander elektrisch verbunden sind.

Solch ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul kann wiederum zu vielfältigen Zwecken eingesetzt bzw. eingebaut werden. Es wird beispielhaft vorgeschlagen, ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Batteriezellenmodul zu versehen, wobei das

Batteriezellenmodul mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist und im Kraftfahrzeug montiert ist über eine erfindungsgemäße Kühlplatte 10.