DE19503085C2 - Batteriemodul mit mehreren elektrochemischen Zellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren elektro­ chemischen Zellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der gattungsbildend zugrundegelegten DE 41 16 253 C1 als be­ kannt hervorgeht.

Das zugrundegelegte DE-GM 92 10 384.7 U1 betrifft ein Temperie­ relement für einen Batteriekasten eines Batteriemoduls. Das Bat­ teriemodul weist mehrere elektrochemische Zellen auf, zwischen deren Flachseiten das Temperiere­ lement angeordnet ist. Das Temperierelement weist einen flächi­ gen Kontakt mit der/den jeweils zugeordneten Flachseite(n) der Zelle(n) auf, wobei innenseitig in dem Temperierelement angeord­ nete Abstandhalter eine lichte und durchströmbare Weite zwischen den Flachseiten des Temperierelements garantieren. Die mittels des Temperierelements vorgenommene Temperierung weist einen gu­ ten, in Hinblick auf das Strömungsvolumen der hindurchströmenden Kühlflüssigkeit gewichtsbezogenen Wärmetransport auf. Trotz der zusätzlichen Einbringung einer Rippe, die die einströmende Tem­ perierflüssigkeit in Richtung des Bodens ablenkt, ist die Küh­ lung über die Flachseite einer Zelle immer noch ungleichmäßig.

Aus der DE 41 16 253 C1 ist ein Batteriekasten für ein Batteriemo­ dul bekannt, welches Batteriemodul mehrere elektrochemische Speicher, im folgenden Zellen genannt, aufweist. Die Zellenge­ häuse der einzelnen und durch Zellenverbinder polseitig elek­ trisch miteinander verbundenen Zellen sind aus Metall gefertigt, wodurch sie einen guten Wärmedurchgang aufweisen. Dieser Wärme­ durchgang ist insbesondere für die Temperierung der Zellen wich­ tig, da die Temperatur ein entscheidendes Kriterium für die u. a. chemoelektrischen Parameter der Zellen ist. Damit die Temperie­ rung über die gesamte Fläche der Zelle erfolgt, sind zwischen den Flachseiten von Zellengehäusen benachbarter Zellen Umströ­ mungskanäle angeordnet, die von den Flachseiten der betreffenden Zellengehäusen begrenzt sind und in denen ein temperierendes Fluid hindurchströmt. Die Zellengehäuse werden durch Einbauteile aus elektrisch isolierendem Material, die als Distanzhalter aus­ gebildet und die im Bereich der Ecken der Zellengehäuse angeord­ net sind, flachseitenseitig voneinander beabstandet gehalten. Zur Versorgung der Umströmungskanäle weist der Batteriekasten in seinem Innern noch einen mit den Umströmungskanälen fluidisch verbundenem Zuströmkanal und einen am entgegengesetzten Ende des Umströmungskanal angeordneten Abströmkanal auf. Der Massendurch­ fluß durch die von dem Zuströmkanal mit dem temperierenden Fluid parallel versorgten Umströmungskanäle muß etwa gleich sein, wes­ halb der lichte Querschnitt des Zuströmkanals sich in Strömungs­ richtung des durch in hindurchströmenden Fluids verkleinert und der lichte Querschnitt des ihm hinsichtlich eines Umströmungs­ kanals gegenüberliegend angeordneten und fluidisch mit ihm ver­ bundenen Abströmkanals sich in Strömungsrichtung erweitert. Die Temperierung kann mit einem elektrisch isolierenden Gas oder ei­ ner nichtleitenden Flüssigkeit wie Öl erfolgen. Bei einem Gas ist ein hoher Volumendurchsatz erforderlich. Bei einer Flüssig­ keit hingegen ist der Volumendurchsatz zwar geringer, allerdings muß auf eine gute Abdichtung geachtet werden, da sich u. a. Luft­ blasen in den Kanälen sehr nachteilig auf die Temperaturgleich­ heit der Zellen auswirkt, oder die Flüssigkeit entweicht durch undichte Stellen.

Trotz der Vorteilhaftigkeit des vorbekannten Batteriemoduls, bei dem die Zellen u. a. beliebig zusammenstellbar sind, treten ins­ besondere bei mit "atmenden Zellen", also bei Zellen, die bei Entladung- bzw. Ladung ihr Volumen ändern, immer wieder Probleme in der Temperierung der Zellen innerhalb des Batteriemoduls auf.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundege­ legte Batteriemodul dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine über das Volumen des Batteriemoduls möglichst gleichmäßige und effektive Temperierung ermöglicht ist.

Die Aufgabe wird bei einem Batteriemodul erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Einbringung der taschenartigen und über ihre Fläche stets ein gleiches Über-Alles-Maß aufweisenden Temperierelemente zwischen die Zellen des Batteriemoduls bzw. in die Umströmungskanäle des Batteriekastens, ist einerseits eine Temperierung mit einem flüssigen Fluid mit hoher Wärmekapazität ermöglicht und anderer­ seits wird der Abstand zwischen zwei benachbarten Zellen immer gleich gehalten. Durch die Ausbildung von Durchströmkanäle mit sich entsprechenden Querschnitten und parallel zueinander ver­ laufender Ausrichtung, die, bedingt durch diametral zueinander angeordneten Ein- bzw. Ausströmöffnung und die beanspruchte Aus­ bildung des Verteiler- und des Sammelkanals, gleichartig und mit entsprechenden Volumendurchfluß und Wirkungsgrad durchströmt werden, wird jeder Ort der Flachseite nahezu gleichartig tempe­ riert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Batteriekastens mit einem darin angeordneten erfindungsgemäßen Batteriemodul,

Fig. 2 ein mögliches Temperierelement mit Anschlußnippeln,

Fig. 3 die Ausbildung eines möglichen Versorgungs- und/oder ei­ nes Entsorgungskanals für ein Temperierelement gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine weiteres Temperierelement mit integrierten Hohl­ leitern,

Fig. 5 einen Schnitt durch das Temperierelement gemäß Fig. 1 entlang der Linie V-V,

Fig. 6 einen Ausschnitt aus dem Batteriekasten gemäß Fig. 1 mit mehreren mit Hohlleitern versehenen Temperierelementen gemäß Fig. 4,

Fig. 7 einen Ausschnitt von mehreren dichtend aneinander ange­ ordneten Temperierelement mit integriertem Zwischenteil,

Fig. 8 ein Seitenansicht eines weiteren Batteriemoduls, welches zur ihrer Bodenseite fluchtend hintereinander angeordnete Zellen aufweist,

Fig. 9 einen Horizontalschnitt durch ein Batteriemodul nach Fig. 8 entlang der Linie IX-IX und

Fig. 10 eine Frontansicht auf eine Stirnseite des Batteriemoduls nach Fig. 8.

In Fig. 1 ist ein Batteriekasten 20 mit abgenommenem Deckel in einem Vertikalschnitt dargestellt, in dem ein aus mehreren elek­ trochemischen Speichern, im folgenden Zellen 6 genannt, gebilde­ tes Batteriemodul angeordnet ist. Die Wandung des Batterie­ kastens 20 wird durch die Seitenwände und die Stirnwände gebil­ det. Der Batteriekasten 20 ist für das aus sechzig Zellen 6 ge­ bildete Batteriemodul vorgesehen, wobei die treppenartig aufge­ stellten Zellen 6 in fünf Zellenreihen zu jeweils zwölf Zellen 6 gestapelt sind. Durch diese Art der Aufstellung wird unterhalb der Zellenreihe ein im Längsschnitt keilförmiger Freiraum gebil­ det. Zwischen den Zellen 6 einer Zellenreihe sind Temperierelemente 3, 3′, 3′′ angeordnet, die zuströmseitig mit einem Versorgungskanal 14 und abströmseitig mit einem Entsorgungskanal 15 fluidisch durchströmbar und nach außen hin dichtend verbunden sind.

Die einzelnen Temperierelemente 3, 3′, 3′′ zumindest einer jeden Zellenreihe sind bezüglich eines Vorsorgungskanals 14 für das Fluid und bezüglich eines Entsorgungskanals 15 für das Fluid parallel zueinander verschaltet, so daß eine etwa gleiche Temperatur der Zellen 6 einer Zellenreihe gewährleistet ist.

Dieser Umstand ist für eine gute Funktion der Zellen 6 einer Zellenreihe und insbesondere des Batteriemoduls bzw. des Batteriekastens 20 günstig. Bei einer strömungstechnischen parallelschaltung von Temperierelementen 3, 3′, 3′′ ist es sinn­ voll, den entsprechenden Versorgungskanal 14 mit einem sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Fluids verringernden Querschnitt und den entsprechenden Entsorgungskanal 15 mit einem sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) erweiternden Querschnitt zu verse­ hen, wobei der Betrag der Querschnittsverringerung des Ver­ sorgungskanals 14 bzw. der Querschnittserweiterung des Entsor­ gungskanals 15 günstigerweise auf das Volumen des in die Temperierelemente 3, 3′, 3′′ einströmende bzw. aus den Temperierelementen 3, 3′, 3′′ abströmende Fluid abgestimmt ist.

Die taschenartig und innenseitig fluidisch durchströmbar ausge­ bildeten Temperierelemente 3, 3′, 3′′ sind für ein temperieren­ des, flüssiges Fluid ausgebildet, wobei die Flachseiten der Temperierelemente 3, 3′, 3′′ in etwa der Fläche einer Flachseite 4 des Zellengehäuses 5 einer Zelle 6 entsprechen. Für eine gute Wärmeübertragung liegt ein jedes Temperierelement 3, 3′, 3′′ an der bzw. an den zugeordnete(n) Flachseite(n) 4 einer bzw. der zugeordneten Zelle(n) 6 an. Die Wärmeübertragung wird vorteil­ hafterweise dadurch verbessert, daß die an den Zellengehäusen 5 anliegenden Wände 8 der Temperierelemente 3, 31, 3′′ außenseitig glatt und innen-, also fluidseitig angerauht sind, was durch Sandstrahlen oder eine entsprechende Bearbeitung beim Herstellen der Wände 8 realisiert werden kann.

Damit für die Flüssigkeit eine große Auswahl auch an ionenlei­ tenden Flüssigkeiten besteht, also insbesondere auch mit den Gefrierpunkt erniedrigenden Mitteln versetztes Wasser, ist ein jedes Temperierelement 3, 3′, 3′′ bis auf jeweils eine Zu- 1 und eine Abströmöffnungen 2 fluidisch dicht geschlossen.

Das Fluid, vorteilhafterweise eine Frostschutzmittel/Wasser-Mischung, strömt sinnvollerweise durch einen geschlossenen Kreislauf (nicht dargestellt), der zweckmäßigerweise außerhalb des Batteriekastens 20 mit einem aus der Automobiltechnik be­ kannten Wasser/Luft-Kühler (nicht dargestellt) versehen ist.

Hierbei kann beim Anwendungsfall eines in dem Batteriekasten 20 angeordneten Batteriemodul für eine Traktionsbatterie von Kraft­ fahrzeugen von besonderem Vorteil sein, wenn der Wasserkreislauf des Batteriemoduls eventuell über Regelmechanismen und/oder Regelungselemente mit dem Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugs ver­ bunden ist.

Der Batteriekasten 20 weist zur weiteren Lagefixierung der Zel­ len 6 in dem Batteriekasten 20, damit auch zur Stabilisierung bei Vibrationsbeanspruchungen und auch zur gleichmäßigen Tem­ perierung der Zellen 6 an den jeweiligen Stirnwänden 21 zwei Temperierelemente 3, 3′, 3′′ auf, die die Zellen 6 gegen die Stirnwände 21 abstützen. Zur bodenseitigen Stabilisierung der Zellenreihen sind noch parallel zu den Stirnwänden 21 ausgerich­ tete Queranker angeordnet, wobei in dem jeweiligen Bereich einer Zellenreihe die Queranker noch mit Distanzhülsen umgeben sein können. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß die Queranker nicht im strömungsbereich des Fluids bzw. eines das temperie­ rende Fluid leitenden Bauteils angeordnet sind.

Je nach Verwendungszweck eines solchen Batteriekastens 20 ist es auch denkbar, daß die Strömungsrichtung (Pfeil A) des Fluids um­ gekehrt werden kann, womit bei gleicher baulicher Ausführung des Batteriekastens 20 und des Batteriemoduls der bisherige Versorgungskanal 14 dem Entsorgungskanal 15 entsprechen würde. Am Auslaß des zu Fluids aus dem Batteriekasten 20 kann vorzugs­ weise eine saugend wirkende Pumpe 22 angebracht werden, womit dew Volumenstrom des temperierenden Fluids regelbar ist. Ferner ist es auch denkbar, in der Strömung des Fluids eine Heizung (nicht dargestellt) anzubringen, wenn z. B. die Zellen 6 erwärmt werden sollen.

Da das Batteriemodul des Batteriekasten 20 dieses Ausführungs­ beispiels mehrere parallel zueinander angeordnete Zellenreihen aufweist, sind die einzelnen Zellenreihen durch parallel zu den seitenwänden verlaufende Zwischenwände getrennt. Diese Zwischen­ wände dienen damit einerseits der Lagefixierung der Zellen 6 als auch, z. B. im Falle der Verwendung von Zellen 6 mit Metallge­ häusen, zur Isolation der Zellenreihen gegeneinander, weshalb sie vorteilhafterweise aus einem elektrisch isolierenden Werk­ stoff gefertigt sind. Damit die Belastung des Bodens 23 des Batteriekastens 20 durch die Zellen des Batteriemoduls gut ver­ teilt werden kann, ist es günstig, die Zwischenwände als Abstützung bis auf den Boden 23 des Batteriekastens 20 herunter auszubilden.

Um die Zellen 6 des in den Batteriekasten 20 eingestellten Batteriemoduls noch weiter zu stabilisieren, sind die die Pole 24 der Zellen 6 elektrisch verbindenden metallischen Zellenverbinder 25 mechanisch starr ausgebildet, womit die Zellen 6 auch oberseitig an ihren Polen 24 gehaltert sind. Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Polen 24 und einem evtl. aus Blech bestehen Kastendeckel können über die Polschrauben bzw. -muttern Kunststoffkappen übergesteckt werden und die Zellenverbinder 25 im Mittelbereich z. B. mit Schrumpfschläuchen isoliert werden.

Auf die dargestellte Weise erhält man einen steifen, festen und selbsttragenden Batteriekasten 20. Aufgrund der Steifheit dieser Vorrichtung, kann der Batteriekasten 20 mit einem Gewicht gebaut werden, das lediglich ca. 5% des Gewichtes der eingestellten Zellen 6 beträgt.

In Fig. 2 ist ein Temperierelement 3 im Schnitt parallel zu seiner Flachseite dargestellt. Damit das Fluid über die gesamte Fläche eine etwa gleichartige Temperatur aufweist, sind im In­ nern eines Temperierelements 3 Leitstege 7 für die Fluidströmung angeordnet. Die Leitstege 7 bilden innerhalb des Temperierele­ ments 3 einen Verteilerkanal 9 und einen Sammelkanal 10 aus, die über ebenfalls von Leitstegen 7 gebildete und parallel zueinan­ der ausgerichtete Durchströmkanäle 11 fluidisch miteinander ver­ bunden sind.

Für eine gleichmäßige Durchströmung der einen gleichbleibenden und untereinander entsprechenden durchströmbaren Querschnitt aufweisenden Durchströmkanäle 11 weist der Verteilerkanal 9 ei­ nen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Fluids verringernden Querschnitt und der Sammelkanal 10 einen sich in Strömungsrich­ tung (Pfeil A) erweiternden Querschnitt auf. Der Betrag der Querschnittsverringerung des Verteilerkanals 9 bzw. der Quer­ schnittserweiterung des Sammelkanals 10 ist für beide Kanäle 9 und 10 gleich und sinnvollerweise auf das abfließende bzw. zu­ fließende Fluid abgestimmt.

Damit mit einer einfachen Konstruktion durch alle Durchström­ kanäle 11 eine etwa gleichartige Durchströmung mit dem Fluid und damit eine gleichmäßige Temperierung einer Zelle 6 gewährleistet ist, ist neben den Querschnittsänderungen des Verteiler- 9 bzw. Sammelkanals 10 der Eintritt 12 des Fluids in den Verteilerkanal 9 diametral gegenüber dem Austritt 12 des Fluids aus dem Sammel­ kanal 10 angeordnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Temperierelements 3 nach Fig. 2 ist die Zuströmöffnung 1 des Fluids in das Tem­ perierelement 3 und die Abströmöffnung 2 des Fluids aus dem Temperierelement 3 auf der gleichen Schmalseite des Temperier­ elements 3 angeordnet, wozu der die Schmalseiten des Temperier­ elements 3 bildende Rahmen an diesen beiden Stellen unterbrochen ausgebildet ist.

Sinnvollerweise werden die Zu- 1 und die Abströmöffnung 2 boden­ seitig zum Batteriekasten 20 angeordnet, wodurch der jeweils zu­ geordnete Versorgungs- 14 bzw. Entsorgungskanal 15 im Bereich des Bodens 23 des Batteriekasten 20 angeordnet werden können. Ein Batteriekasten, der eine derartige Anordnung gewährleistet, ist, bis auf die deckungsgleiche Ausrichtung der Zellen 6 einer Zellenreihe, nahezu baugleich zu dem Batteriekasten 20 gemäß Fig. 1.

Die Anordnung des Versorgungs- 14 und Entsorgungskanals 15 im Bereich des Bodens 23 des Batteriekastens 20 birgt den Vorteil in sich, daß bei einem geringen Konstruktionsaufwand eine Trennung der elektrischen Leitungen (Zellenverbinder 25 und dgl.) und der das Fluid leitenden Bauteile (Versorgungs- 14 und Entsorgungskanals 15) auf einfache und zweckmäßige Weise ermög­ licht ist. So können beispielsweise die elektrischen Leitungen und/oder die das Fluid leitenden Bauteile getrennt voneinander überprüft werden. Selbstverständlich können die Versorgungs- 14 und Entsorgungskanäle 15 auch über den Polen der Zellen 6 oder seitlich an den Zellenreihen angeordnet sein.

Damit bei einer derartigen Konstruktion der Eintritt 12 des Fluids in den Verteilerkanal 9 diametral gegenüber dem Austritt 13 des Fluids in den Sammelkanal 10 angeordnet werden kann, weist der Sammelkanal 10 bzw. der Verteilerkanal 9 zwischen dem jeweils zugeordneten Eintritt 12 bzw. entsprechend dem zugeord­ neten Austritt 13 und der jeweiligen Zuströmöffnung 1 bzw. ent­ sprechend der jeweiligen Abströmöffnung 2 einen Verbindungskanal 26 auf. Im vorliegenden Fall ist der Verteilerkanal 9 im Bereich der Zuström- 1 und der Abströmöffnung 2 angeordnet, so daß das Fluid günstigerweise entgegen der Schwerkraft durch die Durch­ strömkanäle 11 gedrückt werden muß, was die Entlüftung und somit eine gleichmäßige Durchströmung der Durchströmkanäle 11 erleich­ tert. Der Sammelkanal 10 ist deckelseitig angeordnet und dessen Austritt 13 durch den vorzugsweise den gleichen durchströmbaren Querschnitt wie die Durchströmkanäle 11 aufweisende Verbindungs­ kanal 26 mit der bodenseitigen Abströmöffnung 2 verbunden. Da es sich bei vollständig gefülltem Temperierelement 3 somit um eine fluidische Verbindung zwischen dem Verteilerkanal 9 und der Ab­ strömöffnung 2 handelt, wirkt das abströmende Fluid gleichzeitig einen Sog in Richtung der Zuströmöffnung 1 aus, wodurch eben­ falls die gewünschte Entlüftung bzw. gleichmäßige Durchströmung der Durchströmkanäle 11 erleichtert ist.

Die Werkstoff der Leitstege 7 ist sinnvollerweise ein gegenüber der Flüssigkeit unempfindliches Material. Des weiteren ist es zweckmäßig, ein weitgehend formstabiles Material zu wählen, da­ mit die Leitstege 7 gemeinsam mit den außenliegenden die Flach­ seiten 4 bildenden Wänden 8 den Abstand zwischen den Zellen 6 festlegen, wobei das quer zu den Flachseiten 4 der Zellen 6 ge­ messene Über-Alles-Maß des Temperierelements 3 zweckmäßigerweise geringer als 2,5 mm, insbesondere geringer als 2 mm ist.

Eine geringfügige Elastizität der Leitstege 7 und/oder der Wände 8 des Temperierelements 3 kann sich hierbei als günstig erwei­ sen, da hierdurch auf einfache Weise Toleranzen der innerhalb der Zellen 6 eines Batteriemoduls und/oder des Batteriekastens 20 anzuordnenden Bauteile ausgeglichen werden können.

Als Werkstoff für insbesondere die Wände 8 des Temperierelements 3 haben sich Elastomere wie Polychloropren-Kautschuke (CR), Co­ polymere aus Styrol und Butadien (SBR), Buthyl-Kautschuke (IIR), Vinyl-Silicon-Kautschuke (VMQ), Fluorkautschuke (FKM), Fluor­ silicon-Kautschuke (FVKQ), Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymere (EPDM) usw., und auch thermoplastische Elastomere wie thermo­ plastische Polyolefine (TPO) bewährt. Aus Gründen des Wärme­ durchgangs sollen die Wände 8 eines Temperierelements 3 mit einer geringen Wanddicke vorzugsweise geringer 0,3 mm, insbeson­ dere geringer 0,2 mm, hergestellt werden.

Des weiteren ist bei diesen Werkstoffen von Vorteil, daß die Wände 8 des Temperierelements 3 elektrisch isolierend wirken, was insbesondere bei Zellen 6 mit einem Zellengehäuse 5 aus Metall von Vorteil ist. Für einen besseren Wärmedurchgang kann dieser Werkstoff noch mit einem gut wärmeleitenden Material ver­ mischt sein.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Wände 8 und die Leitstege aus Chloropren zu fertigen, wobei für die Wände 8 ein gewebeverstärktes Chloropren und für die Leitstege 7 ein ge­ webefreies Chloropren mit einer Härte von mindesten 70 Shore verwendet wurde.

Die Herstellung der Temperierelemente 3, 3′ und 3′′ kann mittels getrennten Bauteilen erfolgen, wobei z. B. die Leitstege 7 und der Rahmen in eine Schablone gelegt, die erste Wandung des Temperierelements 3, 3′, 3′′ aufgeklebt, und nach dem Entnehmen der mit den Leitstegen 7 verklebten Wandung aus der Schablone die zweite, der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung des jeweiligen Temperierelements 3, 3′, 3′′ angeklebt wird. Die Anschlußnippel 16 können anschließend insbesondere durch Kleben und/oder Vulkanisieren angefügt werden. Die Vorfertigung der einzelnen Komponenten eines Temperierelements 3, 3′, 3′′ erfolgt vorteilhafterweise durch Stanzen oder Wasserstrahlschneiden.

Eine weitere sinnvolle Vorgehensweise zur Herstellung der Temperierelemente 3, 3′, 3′′ wird im folgenden beschrieben. Das jeweilige Temperierelement 3, 3′, 3′′ wird in der Schmalseite ge­ teilt hergestellt, und diese beiden Hälften durch insbesondere Kleben und/oder Vulkanisieren dicht zusammengefügt. Hierbei ist von Vorteil, daß auch die Anschlußnippel 16 mit an die Hälften gleichzeitig angeformt werden können.

In Fig. 3 ist ein Versorgungskanal 14 oder ein Entsorgungskanal 15 für ein Temperierelement 3 gemäß Fig. 2 dargestellt. Der Versorgungskanal 14 unterscheidet sich von dem Entsorgungskanal 15 einzig darin, daß er trotz baugleicher Ausbildung bzgl. sei­ ner Querschnittsänderung in Strömungsrichtung (Pfeil A) umge­ kehrt angeordnet ist, wobei der durchströmbare Querschnitt des Versorgungskanals 14 in Strömungsrichtung (Pfeil A) abnimmt.

Aufgrund der baugleichen Ausbildung werden diese Kanäle nur an­ hand des Versorgungskanals 14 beschrieben. Die Abnahme des durchströmbaren Querschnittes entspricht sinnvollerweise dem ab­ fließenden Volumen des Fluids in die parallel vom Versorgungs­ kanal 14 versorgten Temperierelemente 3, so daß dieser Quer­ schnitt im Bereich der Zuströmöffnung 1 des letzten zugeordneten Temperierelements 3 ungefähr der dem Querschnitt des Verteiler­ kanals 9 im Bereich des Eintritts 12 entspricht. Zum dichtenden Verbinden des Temperierelements 3 mit dem Versorgungskanal 14 weist der Versorgungskanal 14 pro Temperierelement 3 eine An­ schlußöffnung 17 auf. In diese Anschlußöffnung 17 ist ein Anschlußnippel 16 der Zuströmöffnung 1 des Temperierelements 3 dichtend einbringbar.

Die Dichtung zwischen dem Anschlußnippel 16 der Zuströmöffnung 1 des Temperierelements 3, 3′, 3′′ und der Anschlußöffnung 17 des Versorgungskanals 14 kann, wie dargestellt, durch eine an dem Anschlußnippel 16 angeformte Dichtlippe 27 erfolgen.

In einigen Fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, entweder die Anschlußöffnung 17 mit einem innenseitigen Dichtwulst oder den Anschlußnippel 16 mit einem entsprechenden außenseitigen Dichtwulst 28, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 darge­ stellt, zu versehen. Derartige Dichtwulste 28 können bei Spritz­ gußteilen, insbesondere aus Kunststoff bspw. angeformt sein oder durch in Ringnuten eingelegte Dichtungen, insbesondere Dicht­ ringe gebildet sein.

In Fig. 4 ist eine parallel zu seiner Flachseite geführter Schnitt eines weiteren Temperierelements 3′ dargestellt, wobei Fig. 5 dessen Querschnitt entlang der Linie V-V zeigt. Um unnö­ tige Wiederholungen zu vermeiden, wird nur noch auf die Unter­ schiede zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eingegangen.

Im Bereich seiner Zuströmöffnung 1 und seiner Abströmöffnung 2 ist an das Temperierelement 3′ nach Fig. 4 bzw. 5 jeweils ein einer jeden der Öffnungen 1, 2 zugeordneter Hohlleiter 18 inte­ griert. Die Hohlleiter 18 weisen zwei lichte durchströmbare Querschnitte auf, die fluidisch über die Temperierelemente 3′ miteinander verbunden sind und die den Versorgungskanal 14 und den Entsorgungskanal bilden. Im Bereich der Flachseiten der Tem­ perierelemente 3′ sind die beiden Hohlleiter 18 mit je einem Dichtwulst 28 versehen, der geschlossen um den jeweiligen lich­ ten Querschnitt geführt ist.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, dienen diese Dichtwulste 28 zur Abdichtung an einem Zwischenstück 19, das zwischen benachbarte Temperierelemente 3′ einer Zellenreihe angeordnet ist und das zusammen mit den Hohlleitern 18 den Versorgungskanal 14 und den Entsorgungskanal 15 ausbildet.

Günstigerweise werden die Zwischenstücke 19 und die Hohlleiter 18 bspw. mittels Zugankern, Gewindestangen oder dgl., die durch randseitig an den Hohlleitern 18 angeordnete Durchbrüche oder Bohrungen 29 hindurchgesteckt sind, gegeneinander verpreßt. Da­ durch wird insbesondere die Dichtung des Versorgungskanals 14 und des Entsorgungskanals 15 verbessert.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Temperier­ elements 3′′ dargestellt. Das Temperierelement 3′′ gemäß Fig. 7 entspricht weitgehend dem Temperierelement 3′ nach Fig. 4 bzw. 5. Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel eines Tem­ perierelements 3′ weist der bisherige Hohlleiter 18 (punktiert dargestellt) eine in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Versor­ gungs- 14 bzw. des Entsorgungskanals 15 gemessene kleinere Er­ streckung auf. Im vorliegenden Fall entspricht diese Erstreckung ungefähr dem entsprechenden Maß einer Zelle 6 zuzüglich dem Über-Alles-Maß des Temperierelements 3′′. Dadurch ist die Abdich­ tung vereinfacht und verbessert, da die Dichtung zwischen dem bisherigen einteiligen Zwischenstück 19 nach Fig. 6 und den bisherigen Hohlleitern 18 nach Fig. 4 bzw. 5 entfällt. Die Dichtung zwischen zwei im Querschnitt T-förmigen Temperierele­ menten 3′′ erfolgt prinzipiell nach den aus dem vorhergegangenen Ausführungsbeispiel bekannten Arten.

Anstelle eines T-förmigen Querschnittes kann ein derartiges Temperierelement 3′′ auch einen L-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei in diesem Fall die Länge des teilweise den Versorgungs- 14 und den Entsorgungskanals 15 bildende Schenkels ungefähr dem entsprechenden Maß einer Zelle 6 zuzüglich der Gesamtdicke des Temperierelements 3, 3′, 3′′ entspricht.

In beiden Fällen können bei aneinander angelegten Temperierele­ menten 3′′ die Zellen 6 günstigerweise auf den unteren Schenkeln der Temperierelemente 3′′ abgestellt werden.

In Fig. 8 ist ein Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungs­ form eines weiteren Batteriemoduls dargestellt. Die Zellen 6 des Batteriemoduls nach Fig. 8 sind ebenfalls zu Zellenreihen zu­ sammengefaßt, die entlang ihrer Flachseiten fluchten hinterein­ ander angeordnet sind, wobei alle Bodenseiten der einzelnen Zel­ len in einer zweidimensionalen Ebene liegen. Zwischen den Flach­ seiten der einzelnen Zellen 6 einer Zellenreihe sind Temperier­ elemente 3 angeordnet, die den Temperierelementen 3 nach Fig. 2 entsprechen. Außer diesen Temperierelementen sind prinzipiell auch alle anderen, erfindungungsgemäßen Temperierelemente an­ wendbar, also auch die Temperierelemente 3′ und 3′′, wie sie in den Fig. 4 und 7 dargestellt sind. Endseitig der Zellenreihe sind Endplatten 30 angeordnet, wobei zwischen einer jeden Endplatte 30 und jeder stirnseitig letzten Zelle 6 jeweils Temperierelemente 3 angeordnet. Die rechteckförmigen und flächigen Endplatten 30 weisen, wie insbesondere aus Fig. 10 ersichtlich ist, an jeder ihrer Ecken Durchbrüche auf, durch die hindurch sich jeweils über die gesamte Zellenreihe und darüber hinaus erstreckende Zuganker 31 gesteckt sind, mittels denen die Endplatten 30 und damit auch die dazwischen angeordnete Zellen 6 und Temperierelemente 3 gegeneinander verspannt und das Batteriemodul stabilisiert werden (siehe auch Fig. 9).

Wie aus der einen Horizontalschnitt durch das Batteriemodul nach Fig. 8 entlang der Linie IX-IX darstellenden Fig. 9 ersicht­ lich, sind bodenseitig unterhalb der Zellen 6 der Versorgungskanal 14′ und der Entsorgungskanal 15′ angeordnet) wobei die innere Ausbildung dieser Kanäle 14′, 15′ und weitge­ hend denen nach Fig. 3 entspricht, nur das die Anschlußnippel dieses Bauteiles, so daß der Versorgungskanal 14′ platzsparend direkt neben dem Entsorgungskanal 15′ angeordnet werden kann, ohne daß zwischen diesen beiden Kanälen 14′ und 15′ ein nennens­ werter Spalt bzw. Freiraum auftritt.

Um insbesondere bei Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge an Bauhöhe zu sparen, ist es zweckmäßig, die Versorgungs- 14′ und die Entsorgungskanäle 15′ seitlich zu den Zellen 6 einer Zellenreihe anzuordnen und die Anschlußnippel der Temperierelemente 3, 3′, 3′′ auf der entsprechenden Schalseite anzuordnen. Günstigerweise ist hierbei der Versorgungskanal 14′ und der Entsorgungskanal 15′ auf einer einzigen Seite angeord­ net, wobei die Kanäle 14′ und 15′ sinnvollerweise durch ein Hohlprofil mit gleichbleibendem Querschnitt gebildet sind, in das eine Trennwand eingeschoben wird, das quer zu Längserstreckung des Hohlprofils ausgerichtet ist und das die beiden konisch verlaufenden Kanäle 14′ und 15′ voneinander trennt.

Claims (16)

1. Batteriemodul mit mehreren elektrochemischen Zellen, mit einem die Zellen auf Abstand hal­ tenden und sie elektrisch isolierenden Temperierelement, das ta­ schenartig ausgebildet ist, das für ein flüssiges Kühlmedium in­ nenseitig bis auf Zu- und Abströmöffnungen fluidisch geschlossen ausgebildet ist, das in seiner Flächenerstreckung der Größe der zugeordneten und wärmeübertragend anliegenden Flachseite eines Zellengehäuses einer Zelle entspricht und das an den Flachseiten der zugeordneten Zellengehäuse anliegt, wobei zur Strömungsbe­ einflussung des Kühlmittels innerhalb des Temperierelements Leitstege angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Temperierelement (3, 3′, 3′′) einen durch Leitstege (7) gebildeten Verteilerkanal (9) aufweist,
• - daß das Temperierelement (3, 3′, 3′′) einen ebenfalls durch Leitstege (7) gebildeten Sammelkanal (10) aufweist,
• - daß der Verteiler- (9) und der Sammelkanal (10) durch mehrere, ebenfalls von Leitstegen (7) gebildete Durchströmkanäle (11) fluidisch miteinander verbunden sind,
• - daß die Durchströmkanäle (11) einen gleichbleibenden und ein­ ander entsprechenden durchströmbaren Querschnitt aufweisen und parallel zueinander ausgerichtet sind,
• - daß der Eintritt (12) des Fluids in den Verteilerkanal (9) diametral gegenüber dem Austritt (13) des Fluids aus dem Sam­ melkanal (10) angeordnet ist und,
• - daß der Verteilerkanal (9) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmittels verringernden und der Sammelkanal (10) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmittels erwei­ ternden Querschnitt aufweist.

2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierelement (3, 3′, 3′′) innenseitig angeordnete Leitstege (7) für die Fluidströmung aufweist.

3. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierelement (3, 3′, 3′′) innenseitig angeordnete Leitstege (7) für die Fluidströmung aufweist, die gemeinsam mit den außenliegenden Wänden (8) des Temperierelements (3, 3′, 3′′) den Abstand zwischen den Zellen (6) bestimmen.

4. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Temperierelemente (3, 3′, 3′′) parallel zueinander durchströmt sind.

5. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (8) des Temperierelements (3, 3′, 3′′) aus Kunst­ stoff gefertigt sind.

6. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (8) des Temperierelements (3, 3′, 3′′) aus einem Elastomer wie Polychloropren-Kautschuk (CR), Copolymere aus Sty­ rol und Butadien (SBR), Buthyl-Kautschuke (IIR), Vinyl-Silicon-Kautschuke (VMQ), Fluorkautschuke (FKM), Fluorsilicon-Kautschuke (FVKQ), Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymere (EPDM) usw., insbeson­ dere thermoplastischem Elastomere wie thermoplastische Polyole­ fine (TPO) gefertigt sind.

7. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Wände (8) des Temperierelements (3, 3′, 3′′) elektrisch isolierend und mit einem gut wärmeleitenden Mate­ rial gemischt ist.

8. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quer zu den Flachseiten der Temperierelemente (3, 3′, 3′′) gemessene Über-Alles-Maß des Temperierelements (3, 3′, 3′′) geringer 4 mm, insbesondere geringer 2 mm ist.

9. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke einer Wand (8) des Temperierelements (3, 3′, 3′′) geringer 0,25 mm, insbesondere geringer 0,18 mm ist.

10. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- (1) und die Abströmöffnung (2) eines Temperierele­ ments (3, 3′, 3′′) auf einer einzigen Seite des Temperierelements (3, 3′, 3′′) angeordnet und dichtend mit einem jeweils zugeordne­ ten Versorgungs- (14, 14′) bzw. Entsorgungskanal (15, 15′) ver­ bunden sind, wobei der Versorgungskanal (14, 14′) über die Tem­ perierelemente (3, 3′, 3′′) fluidisch mit dem Entsorgungskanal (15, 15′) verbunden ist.

11. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperierelemente (3, 3′, 3′′) von Zellen (6), die bzgl. ih­ rer Flachseite (4) benachbart angeordnet sind, von dem Fluid parallel durchströmt sind.

12. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperierelemente (3, 3′, 3′′) von Zellen (6), die bzgl. ih­ rer Flachseite (4) benachbart angeordnet sind, von dem Fluid parallel durchströmt sind und daß der Versorgungskanal (14, 14′) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) verkleinernden durch­ strömbaren Querschnitt und der Entsorgungskanal (15, 15′) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) erweiternden durchströmbaren Querschnitt aufweist.

13. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmöffnung (1) und die Abströmöffnung (2) des Tempe­ rierelements (3) mit jeweils einem Anschlußnippel (16) versehen ist, daß die Anschlußnippel (16) dichtend in eine jeweils zuge­ ordnete Anschlußöffnung (17) des zugeordneten Versorgungs- (14, 14′) bzw. des Entsorgungskanals (15, 15′) einbringbar sind und daß über die Anschlußnippel (16) die Anschlußöffnungen (17) mit den jeweils zugeordneten Kanälen (14, 15, 15′) fluidisch verbun­ den sind.

14. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmöffnung (1) und die Abströmöffnung (2) des Tempe­ rierelements (3′, 3′′) in jeweils einen zugeordneten Hohlleiter (18) mit lichtem Querschnitt einmünden, daß ein jeder Hohlleiter (18) über ein Zwischenstück (19) dichtend mit dem lichten Quer­ schnitt des entsprechenden Hohlleiters (18) des nächstfolgenden Temperierelements (3′, 3′′) verbindbar ist und daß die Hohlleiter (18) zusammen mit den Zwischenstücken (19) einer Zellenreihe den Versorgungskanal (14, 14′) und den Entsorgungskanal (15, 15′) ausbilden.

15. Batteriemodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Temperierelement (3′, 3′′) zwei einteilig mit ihm ver­ bundenen Hohlleiter (18) aufweist.

16. Batteriemodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlleiter (18) eines Temperierelements (3′, 3′′) mit einem zugeordneten Zwischenstück (19) einteilig verbunden ist, wobei ein derartiges Zwischenstück (19) eine Erstreckung - in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Versorgungs- (14, 14′) bzw. des Entsorgungskanals (15, 15′) betrachtet - aufweist, die unge­ fähr dem entsprechenden Maß einer Zelle (6) zuzüglich dem Über- Alles-Maß des Temperierelements (3′, 3′′) entspricht.