Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem ebensolchen Batteriemodul.

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).

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.

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.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik für eine Kühlung des Batteriemoduls bereitzustellen, das Nachteile herkömmlicher Techniken verhindert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Abdeckung kann z. B. haubenförmig und/oder im Querschnitt U-förmig ausgebildet sein.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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).

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:

Figuren 1A, 1 B und 1C schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit starren, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer Ausführungsform;

Figuren 2A, 2B und 2C schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit flexiblen, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figuren 3A, 3B und 3D schematische Darstellungen eines Batteriemoduls mit starren, in die Abdeckung integrierten Kühlkanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 3C eine Detaildarstellung einer Durchlassöffnung einer Batteriemodulabdeckung zur Einbringen einer Wärmeleitpaste; und

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

10, 100, 200 Batteriemodul

11 Batteriezellstapel

12 Zelle

13 Zellpol

14 Oberseite

15 Seitlicher Bereich des Batteriezellstapels

16 Entgasungsvorrichtung

17 Unterseite

20 Abdeckung

21 Seitlicher Abschnitt

22 Mittlerer Abschnitt

23 Durchgangsöffnung

24 Wärmeleitpaste

25 Außenwand der Abdeckung

26 Bereich zwischen Zelle und Kühlkanal

30 Kanalstruktur

31, 32, 33 Kühlkanal

34 Querverbindung

35 Kühlflüssigkeitseinlass

36 Kühlflüssigkeitsauslass

37 Flexible Wandung, Folie

40 Bodenplatte

50 Kraftfahrzeug, z. B. Nutzfahrzeug

S Stapelrichtung