Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul sowie ein Verfahren.

Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass in zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere in vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, ein elektrischer Energiespeicher verbaut ist, welcher beispielsweise zumindest ein Batteriemodul aufweist, wobei das Batteriemodul wiederum zumindest eine Batteriezelle aufweist. Insbesondere bei einem Ladevorgang beziehungsweise einem Entladevorgang kann hierbei innerhalb einer jeweiligen Batteriezelle Hitze entstehen, welche gekühlt werden muss. Ferner ist insbesondere bekannt, dass beispielsweise die Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen sind und hierbei nur in einem bestimmten Arbeitsbereich sinnvoll arbeiten. Eine homogene Kühlung erlaubt dabei eine maximale Ausnutzung eines temperaturabhängigen Stromlimits und einer thermischen Speicherfähigkeit der Batteriezelle. Hierbei kann insbesondere die Dauerleistung erhöht werden. Eine Direktkühlung, welche je einen kalten und einen warmen Volumenstrom über die Batteriezelle führt, ermöglicht eine Homogenisierung der Kühlung, da besonders kalte und heiße Zellen vermieden werden. Insbesondere Lithium-Ionen-Zellen schwellen jedoch an. Bei dem Schwellen handelt es sich insbesondere um ein Ausdehnen der Zellen. Hierbei handelt es sich um eine reversible Zellausdehnung während der Ladung und Entladung. Ferner kann auch eine irreversible Zellausdehnung aufzufinden sein, welche beispielsweise aufgrund von Alterungseffekten auftritt.

Die DE 10 2008 035 400 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkörper, der mehrere Vorströmungsfluten und mehrere Rückströmungsfluten aufweist. Zumindest eine Mehrzahl der Vorströmungsfluten und der Rückströmungsfluten sind abwechselnd nebeneinanderliegend in dem Kühlkörper angeordnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung, ein Batteriemodul sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Direktkühlung einer Batteriezelle realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung, ein Batteriemodul sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einem ersten Dichtelement, welches zum Anlegen an eine Außenseite der zumindest einen Batteriezelle in einer ersten Dichtungsposition ausgebildet ist, wobei im anliegenden Zustand die Batteriezelle in einen ersten Bereich und in einen zum ersten Bereich fluidisch getrennten zweiten Bereich getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit zum direkten Kühlen der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit in einem Vorlauf und in einem Nachlauf die zumindest eine Batteriezelle kühlt, wobei die Batteriezelle einen nichtschwellenden ersten Teilbereich und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich aufweist.

Es ist vorgesehen, dass die erste Dichtungsposition zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich ausgebildet ist, sodass der erste Bereich zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich umfasst und der zweite Bereich zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich umfasst.

Dadurch ist es ermöglicht, dass bei einer schwellenden Batteriezelle dennoch zuverlässig eine Kühlung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die schwellenden Teilbereiche und die nichtschwellenden Teilbereiche voneinander getrennt sind. Insbesondere kann somit eine Direktkühlung realisiert werden, welche je einen kalten und einen warmen Volumenstrom über die Batteriezelle führt und somit eine Homogenisierung der Kühlung durchführt, wodurch besonders kalte und heiße Zellen vermieden werden. Unter dem vorliegenden Schwellen ist insbesondere ein sogenanntes Batterie Swelling zu verstehen, bei welchem sich die Batteriezelle ausdehnt. Diese Ausdehnung kann sowohl bei einer Ladung und einer Entladung reversibel sein, als auch durch Alterungseffekte irreversibel. Um nun bei diesen Ausdehnungen die Dichtebene entsprechend vorteilhaft einzusetzen und somit Druckbelastungen auf das Dichtelement vermieden werden können, wird die Dichtebene in den Bereichen angebracht, wo im Wesentlichen keine Verformung der Batteriezelle zu erwarten ist. Somit entfällt eine Belastung auf der Dichtebene durch die entsprechenden Ausdehnungskräfte. Insbesondere ist somit das Dichtungselement derart positioniert, dass dieses in einem Bereich aufliegt, wo im Wesentlichen keine Bauchung der Batteriezelle stattfindet.

Die Kühlflüssigkeit kann dabei insbesondere als Dielektrikum ausgebildet sein, sodass eine nicht leitende Kühlflüssigkeit bereitgestellt werden kann.

Die Batteriezelle ist insbesondere mit weiteren Batteriezellen parallel beziehungsweise seriell verschaltet und bildet dann insbesondere ein Batteriemodul. Ein Batteriemodul kann wiederum in einem elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein und kann insbesondere elektrische Energie für beispielsweise eine Antriebseinheit des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bereitstellen.

Insbesondere ist somit eine Direktkühlung von der Batteriezelle unter Berücksichtigung des Cell-Swellings bereitgestellt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind im ersten Bereich der Vorlauf der Kühlflüssigkeit ausgebildet und im zweiten Bereich der Nachlauf der Kühlflüssigkeit ausgebildet. Insbesondere sind der Vorlauf und der Nachlauf fluidisch verbunden. Der Vorlauf ist insbesondere kühler als der Nachlauf. Im ersten Bereich, welcher fluidisch getrennt vom zweiten Bereich ist, findet insbesondere der Vorlauf statt, wodurch an dieser Stelle eine verbesserte Kühlung der Batteriezelle realisiert werden kann. Im zweiten Bereich ist dann insbesondere der Nachlauf ausgebildet, welcher dann bereits erhitzt ist, aber dennoch eine zuverlässige Kühlung der Batteriezelle weiterhin realisieren kann.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlvorrichtung ein zweites

Dichtelement aufweist, welches in einer zweiten Dichtungsposition ausgebildet ist, wobei das zweite Dichtelement einen dritten Bereich fluidisch von dem zweiten Bereich trennt, und wobei zumindest eine Batteriezelle einen nichtschwellenden dritten Teilbereich aufweist und die zweite Dichtungsposition derart ausgebildet ist, dass der dritte Bereich zumindest bereichsweise den nicht aufschwellenden dritten Teilbereich umfasst. Insbesondere weist somit die Kühlvorrichtung das erste Dichtelement sowie das zweite Dichtelement auf. Dadurch wird die Batteriezelle insbesondere in drei Bereiche unterteilt. Es kann dann beispielsweise vorgesehen sein, dass in den unterschiedlichen Bereichen der Vorlauf oder der Nachlauf ausgebildet ist. Insbesondere kann somit genutzt werden, dass beispielsweise im mittleren Teilbereich einer als prismatische Batteriezelle ausgebildeten Batteriezelle die Bauchung aufgrund des Swellings stattfindet, wobei an den jeweiligen Endbereichen der prismatischen Batteriezelle im Wesentlichen keine Bauchung auftritt. Dies wird nun genutzt, um eine entsprechende Kühlung mit den entsprechenden Dichtelementen realisieren zu können.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn im dritten Bereich und im ersten Bereich der Vorlauf ausgebildet ist und im zweiten Bereich der Nachlauf ausgebildet ist oder dass im dritten Bereich und im ersten Bereich der Nachlauf ausgebildet ist und im zweiten Bereich der Vorlauf ausgebildet ist. Somit ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise die Kühlung realisiert werden kann. Insbesondere kann somit ein vorteilhafter Kühlkreislauf bereitgestellt werden, mittels welchem sowohl im Vorlauf als auch im Nachlauf eine direkte Kühlung der Batteriezelle realisiert werden kann.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Batteriezelle als Lithium-Ionen- Batteriezelle ausgebildet ist. Insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen haben sich im elektrifizierten Kraftfahrzeugbau bereits durchgesetzt. Somit kann auf eine bereits bestehende Technologie eine vorteilhafte Kühlung durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform ist zumindest das erste Dichtelement zusätzlich als Batteriezellenhalteelement ausgebildet. Insbesondere kann beispielsweise dann das Dichtelement mit einem Gehäuse des Batteriemoduls und/oder des elektrischen Energiespeichers kontaktiert sein und kann als Halteelement der Batteriezelle dienen. Somit ist das Dichtelement hochflexibel einsetzbar und dient insbesondere zum Abdichten beziehungsweise zur fluidischen Trennung der beiden Bereiche und kann gleichzeitig zum Halten der Batteriezelle genutzt werden. Somit kann bauteilreduziert und gewichtsreduziert die Kühlvorrichtung bereitgestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zumindest das erste Dichtelement zum Anlegen einer weiteren Außenseite einer weiteren Batteriezelle in der ersten Dichtungsposition ausgebildet. Insbesondere kann somit eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei vorliegend Vielzahl insbesondere mehr als eine Batteriezelle bedeutet, innerhalb des Batteriemoduls bereitgestellt werden, welche auf vorteilhafte Weise mittels der Kühlvorrichtung gekühlt werden können. Beispielsweise kann ebenfalls vorgesehen sein, dass zwischen den jeweiligen Batteriezellen ebenfalls das Dichtelement diese voneinander abdichtet. Insbesondere weisen jedoch die Batteriezellen, welche beispielsweise parallel nebeneinander angeordnet werden können, einen gemeinsamen ersten Bereich und einen gemeinsamen zweiten Bereich auf. Somit kann mit dem gemeinsamen Vorlauf beispielsweise der gemeinsame erste Bereich der Batteriezellen gekühlt werden und in dem gemeinsamen zweiten Bereich mit einem gemeinsamen Nachlauf der zweite Bereich gekühlt werden.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlvorrichtung für zumindest eine prismatische Batteriezelle und/oder für eine zylindrische Batteriezelle ausgebildet ist. Insbesondere die prismatische Batteriezelle und/oder die zylindrische Batteriezelle sind bereits im Kraftfahrzeugbau vertreten, sodass vorteilhaft für eine bereits bestehende Technologie eine Kühlvorrichtung bereitgestellt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle und mit einer Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Kühlvorrichtung zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet ist.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und/oder mit einem Batteriemodul nach den vorhergehenden Aspekten. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, ausgebildet.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle eines Batteriemoduls eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels einer Kühlvorrichtung, bei welchem die Batteriezelle mittels eines ersten Dichtelements in einer ersten Dichtungsposition fluidisch in einen ersten Bereich und in einen zweiten Bereich getrennt wird, wobei die Batteriezelle mittels einer Kühlflüssigkeit der Kühlvorrichtung in einem Vorlauf und in einem Nachlauf gekühlt wird, wobei die Batteriezelle einen nichtschwellenden ersten Teilbereich und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich aufweist.

Es ist vorgesehen, dass in der ersten Dichtungsposition das Dichtelement zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich positioniert wird, sodass der erste Bereich zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich umfasst und der zweite Bereich zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich umfasst.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Kühlvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls, des elektrischen Energiespeichers, des Kraftfahrzeugs sowie des Verfahrens anzusehen. Die Kühlvorrichtung, das Batteriemodul, der elektrische Energiespeicher sowie das Kraftfahrzeug weisen gegenständliche Merkmale auf, welche zur Durchführung eines Verfahrens notwendig sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform eines Batteriemoduls mit einer Kühlvorrichtung.

In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10, wobei das Kraftfahrzeug 10 rein schematisch dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen elektrischen Energiespeicher 12 auf. Der elektrische Energiespeicher weist insbesondere ein Batteriemodul 14 auf, wobei das Batteriemodul 14 vorliegend insbesondere zwei Batteriezellen 16 aufweist. Die zwei Batteriezellen 16 können dabei sowohl parallel als auch seriell miteinander verschaltet sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Batteriemodul 14 weitere Batteriezellen 16 aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher 12 eine Vielzahl von Batteriemodulen 14 aufweist. Es ist somit rein beispielhaft ein Aufbau des elektrischen Energiespeichers 12 gezeigt. Diese beispielhafte Ausbildung soll lediglich zur Beschreibung des vorliegenden erfindungsgemäßen Gedankens dienen und keinesfalls als abschließend zu betrachten sein. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben. Das Kraftfahrzeug 10 kann ferner insbesondere vollelektrisch betrieben sein. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug 10 dann eine elektrische Antriebseinheit auf, wobei der elektrische Energiespeicher 12 elektrische Energie für die elektrische Antriebseinheit bereitstellen kann.

Das Batteriemodul 14 weist ferner eine Kühlvorrichtung 18 auf. Die Kühlvorrichtung 18 ist für das Batteriemodul 14 mit der zumindest einen Batteriezelle 16 ausgebildet.

Die Kühlvorrichtung 18 weist zumindest ein erstes Dichtelement 20 auf, welches zum Anliegen an einer Außenseite 22 der zumindest einen Batteriezelle 16 in einer ersten Dichtungsposition P1 ausgebildet ist, wobei im anliegenden Zustand die Batteriezelle 16 in einen ersten Bereich 24 und in einen zum ersten Bereich 24 fluidisch getrennten zweiten Bereich 26 getrennt ist, und mit einer Kühlflüssigkeit 28, wobei die Kühlflüssigkeit 28 zum direkten Kühlen der zumindest einen Batteriezelle 16 ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung 18 derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit 28 in einem Vorlauf 30 und in einem Nachlauf 32 die zumindest eine Batteriezelle 16 kühlt, wobei die Batteriezelle 16 einen nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 und zumindest einen aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 aufweist.

Es ist vorgesehen, dass die erste Dichtungsposition P1 zwischen dem nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 und dem aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 ausgebildet ist, sodass der erste Bereich 24 zumindest bereichsweise den nichtschwellenden ersten Teilbereich 34 umfasst und der zweite Bereich 26 zumindest bereichsweise den aufschwellenden zweiten Teilbereich 36 umfasst.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im ersten Bereich 24 der Vorlauf 30 der Kühlflüssigkeit 28 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Nachlauf 32 der Kühlflüssigkeit 28 ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass die Kühlvorrichtung 18 ein zweites Dichtelement 38 aufweist, welches an einer zweiten Dichtungsposition P2 ausgebildet ist, wobei das zweite Dichtelement 38 einen dritten Bereich 40 fluidisch von dem zweiten Bereich 26 trennt, wobei die zumindest eine Batteriezelle 16 einen nichtschwellenden dritten Teilbereich 42 aufweist und die zweite Dichtungsposition P2 derart ausgebildet ist, dass der dritte Bereich 40 zumindest bereichsweise den nichtschwellenden dritten Teilbereich 42 umfasst. Folglich ist insbesondere gezeigt, dass im dritten Bereich 40 und im ersten Bereich 24 der Vorlauf 30 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Nachlauf 32 ausgebildet ist. Dies kann alternativ auch derart ausgebildet sein, dass im dritten Bereich 40 und im ersten Bereich 24 der Nachlauf 32 ausgebildet ist und im zweiten Bereich 26 der Vorlauf 30 ausgebildet ist.

Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest das erste Dichtelement 20 und/oder das zweite Dichtelement 38 als Batteriezellenhalteelement ausgebildet sind, wodurch vorteilhaft das Dichtelement 20, 38 eine Doppelaufgabe durchführt. Zum einen trennen die Dichtelemente 20, 38 die Bereiche 24, 26, 40 fluidisch voneinander und zum anderen halten diese die Batteriezelle 16 insbesondere innerhalb des Batteriemoduls 14.

Es ist ferner gezeigt, dass zumindest das erste Dichtelement 20, vorliegend auch das zweite Dichtelement 38, zum Anliegen an einer weiteren Außenseite 22 einer weiteren Batteriezelle 16 in der ersten Dichtungsposition P1 beziehungsweise in der zweiten Dichtungsposition P2 ausgebildet ist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen 16 beispielsweise als prismatische Batteriezellen 16 ausgebildet sind. Alternativ oder ergänzend können die Batteriezellen 16 als zylindrische Batteriezellen 16 ausgebildet sein.

Insbesondere ist somit vorgesehen, dass, sollten die Batteriezellen 16 sich ausdehnen, was auch als Swelling beziehungsweise Batterie Swelling bezeichnet wird, so kann auf Basis des flexiblen Dichtelements 20, 38 eine Druckentlastung durchgeführt werden. Insbesondere auf der Dichtebene, welche vorliegend als die nicht den Dichtpositionen P1 , P2 entspricht sondern zwischen diesen Positionen wäre, würde dies zu einer hohen Druckbelastung des Dichtelements beziehungsweise Batteriemoduls 14 führen. Vorliegend ist somit vorgesehen, dass die Dichtebenen in den Bereichen der Batteriezelle 16 gebracht werden, wo typischerweise im Wesentlichen keine Verformung und somit kein Swelling zu erwarten ist. Somit entsteht auch keine Belastung an den Dichtungspositionen P1 , P2 durch die Swelling-Kräfte. Insbesondere zeigt somit die Fig. eine Direktkühlung von Lithium-Ionen-Batteriezellen unter Berücksichtigung des Cell Swellings.

Bezugszeichenliste

10 Kraftfahrzeug

12 elektrischer Energiespeicher

14 Batteriemodul

16 Batteriezelle

18 Kühlvorrichtung

20 erstes Dichtelement

22 Außenseite

24 erster Bereich

26 zweiter Bereich

28 Kühlflüssigkeit

30 Vorlauf

32 Nachlauf

34 erster Teilbereich

36 zweiter Teilbereich

38 zweites Dichtelement

40 dritter Bereich

42 dritter Teilbereich

P1 erste Dichtungsposition

P2 zweite Dichtungsposition