Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Modulgehäuse, welches Aufnahmeöffnungen für Batterieeinzelzellen aufweist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Batteriemodule mit einem Modulgehäuse zur Aufnahme von Batterieeinzelzellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So kann beispielsweise der DE 102 23 782 B4 eine Batterie entnommen werden, welche im Wesentlichen aus einem Batterie- bzw.

Modulgehäuse besteht, in welches Aufnahmeöffnungen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eingebracht sind. In diese Aufnahmeöffnungen können Batterieeinzelzellen, hier zylindrische Batterieeinzelzellen eingeschoben werden. Sie sind in dem Modulgehäuse entsprechend gekühlt, was auch als Mantelkühlung bezeichnet wird.

Aus der CN 108 281 588 A ist dahingegen ein Aufbau bekannt, bei welchem die einzelnen Zellen ohne Halterung auf einer Kühlplatte stehen und von dieser Kühlplatte gekühlt werden. Das Problem bei derartigen Aufbauten ist es, dass die Kühlung im Bereich jeder der Batterieeinzelzellen lediglich an einer Seite erfolgt, sodass eine relativ inhomogene Kühlung stattfindet. Wird die Batterieeinzelzelle nun geladen, insbesondere schnellgeladen, dann kommt es bei einer solchen Schnellladung zu relativ hohen Wärmeverlusten in der Batterieeinzelzelle. Werden diese nicht gleichmäßig und homogen abgeführt, kann dies zu einer vorzeitigen Alterung der Zelle beitragen und deren Kapazität negativ beeinflussen.

Letztlich beschreibt außerdem die DE 10 2016 219 302 A1 eine Batterie, bei welcher die Batterieeinzelzellen über eine Platte kontaktiert und gehalten sind, wobei diese Batterieeinzelzellen dann in einem freien Raum unterhalb der Platte mit Kühlmedium umströmt werden können. Bei allen drei Aufbauten ist es so, dass bei der Montage die Anordnung der Batterien in ihrer Höhenlage mit Bezug auf die Platten nur schwer einzuhalten sind, sodass hier entweder hohe Toleranzen in Kauf genommen werden müssen oder ein sehr hoher Aufwand betrieben werden muss, um derartige Toleranzen zu vermeiden. In der Praxis sind Toleranzen in diesem Bereich jedoch häufig als kritisch einzustufen, da die zugrunde liegenden Maße beispielsweise bei einem Fahrzeugaufbau für Ausgleichszonen oder als Abblaskanäle für im Falle eines Zellversagens abströmende Gase benötigt werden und einen definierten Mindest-Querschnitt brauchen.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Batteriemodul mit einem Modulgehäuse und Batterieeinzelzellen anzugeben, welches einerseits eine sehr gleichmäßige Kühlung der Batterieeinzelzellen gewährleistet und andererseits die Möglichkeit eines einfachen und effizienten Aufbaus schafft.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ist es entsprechend vorgesehen, dass das Modulgehäuse Aufnahmeöffnungen für die Batterieeinzelzellen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten aufweist, wobei um diese Aufnahmeöffnungen in dem Modulgehäuse von einem Kühlmedium durchströmte Bereiche angeordnet sind, sodass also zumindest abschnittsweise eine Mantelkühlung der Batterieeinzelzellen erfolgen kann. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass auf einer Seite des Modulgehäuses eine Platte angeordnet ist, welche beispielsweise eine Bodenplatte ausbilden kann. Diese weist mit den Abmessungen der Batterieeinzelzellen korrespondierende Durchbrüche auf, wobei im Gegensatz dazu die Aufnahmeöffnungen zumindest abschnittsweise einen größeren Querschnitt als die Durchbrüche aufweisen, sodass die Batterieeinzelzellen also locker in diese Aufnahmeöffnungen eingesetzt werden können. Die Batterieeinzelzellen selbst weisen dabei Anschläge zur Anlage in einem verjüngten Teil der Aufnahmeöffnung und/oder an der Platte auf. Sie lassen sich dadurch außerordentlich einfach und effizient in die jeweilige Aufnahmeöffnung einsetzen und werden so weit durch die Aufnahmeöffnung und den Durchbruch in der Platte, beispielsweise einer Bodenplatte geschoben, bis der Anschlag im vorgegebenen Bereich anliegt. Damit ist immer und ohne aufwändige Maßnahmen eine exakte Positionierung der Batterieeinzelzellen in Bezug auf das Modulgehäuse bzw. die Platte gegeben. Ist die Platte beispielsweise als Bodenplatte ausgebildet, ragen die Batterieeinzelzellen um einen durch die Anschläge vorgebbaren Teil durch die Durchbrüche der Platte, sodass die Querschnitte in einem unterhalb der Platte liegenden Raum in der gewünschten Art und Weise einfach und exakt eingehalten werden können.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sind die Anschläge dabei durch ein selbstklebendes Material ausgebildet. Sie können insbesondere bei der Fertigung der Batterieeinzelzellen unmittelbar auf das Äußere der Batterieeinzelzellen aufgeklebt werden, sodass diese bis zu diesen aufgeklebten Anschlägen bei der Montage in das Modulgehäuse eingesteckt werden können. Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung hiervon sieht es dabei vor, dass die Anschläge in Form eines Klebebands, insbesondere in Form eines Schaumklebebands ausgebildet sind.

In einer alternativen Ausgestaltung des elektrischen Energiespeichers können die Anschläge an den Batterieeinzelzellen entfallen, wobei eine exakte Positionierung in Bezug auf das Gehäuse oder die Bodenplatte der Mantelkühlung dadurch erreicht wird, dass unterhalb der Platte die Batterieeinzelzellen auf einer im Höhenmaß einstellbaren Trägerplatte abgestützt werden, welche in diesem Fall als Anschlag dient. Nach Fixierung der Batterieeinzelzellen durch einen Klebstoff oder Wärmeleitkleber in der Kühl-/Haltevorrichtung, kann die Trägerplatte wieder entfernt werden.

Die Platte selbst kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls als gekühlte Platte, insbesondere als gekühlte Bodenplatte ausgebildet sein. Eine solche gekühlte Platte, welche auch von bisherigen Aufbauten von Batterien oder Batteriemodulen prinzipiell bekannt ist, kann also auch hier mit eingesetzt werden. Ergänzend zu der Mantelkühlung lässt sich so auch eine Endplattenkühlung umsetzen, um für eine noch gleichmäßigere Temperierung der Batterieeinzelzellen zu sorgen. Dies erhöht die Schnellladefähigkeit eines derartigen Batteriemoduls signifikant. Die Aufnahmeöffnungen selbst können dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des Batteriemoduls gemäß der Erfindung so ausgestaltet sein, dass diese sich in Richtung der Platte konisch verjüngen. Dies erlaubt ein besonders einfaches und effizientes Einsetzen der Batterieeinzelzellen in die Aufnahmeöffnungen. Alternativ dazu können diese auch einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, welcher dann über die gesamte Höhe hinweg zumindest so viel größer ausgebildet ist als der jeweils korrespondierende Durchbruch, sodass die Anschläge, welche dann vorzugsweise an der Platte anschlagen, in den Bereich der Aufnahmeöffnung passen.

Die Batterieeinzelzellen können in die Aufnahmeöffnung unabhängig davon, ob diese konisch zuläuft oder mit gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet ist, über einen Wärmeleitkleber fixiert sein. Dieser Wärmeleitkleber sichert einerseits die Batterieeinzelzellen zuverlässig in ihrer Position und erlaubt andererseits durch seine wärmeleitenden Eigenschaften die Mantelkühlung der Batterieeinzelzellen über die von dem Kühlmedium durchströmbaren Bereiche in dem Modulgehäuse.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es dabei ferner vorsehen, dass die Batterieeinzelzellen auf der der Platte abgewandten Seite des Modulgehäuses mit einer Vergussmasse vergossen sind. Solche Vergussmassen sind im Bereich der Elektronik allgemein üblich und sorgen einerseits für eine sichere Fixierung und andererseits für eine elektrische Isolierung des Aufbaus. Die Vergussmasse kann beispielsweise mit einem Batteriedeckel abgeschlossen und unmittelbar mit diesem vergossen werden. Im Bereich der Vergussmasse kann außerdem Elektronik mit angeordnet und eingegossen werden.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sieht es bei der Verwendung der Vergussmasse vor, dass diese ein Latentwärmespeicher-Material aufweist oder aus einem solchen besteht. Die Vergussmasse bildet dann einen Latentwärmespeicher, kann also Wärme bis zu einer bestimmten Temperatur sehr gut aufnehmen und über einen relativ langen Zeitraum halten kann. Dies sorgt für eine weitere Verbesserung der Kühlung und damit für eine Homogenisierung der Temperatur, insbesondere wenn die Batterieeinzelzelle sich stark erwärmt, wie es beispielsweise bei einem Schnellladevorgang der Fall ist. Durch die Verbesserung der Homogenisierung der Temperatur, also die verbesserte Temperaturverteilung innerhalb der Batterieeinzelzelle ist eine relativ hohe Ladeleistung möglich, was hilft die Zeit bis zur Vollladung der Batterie signifikant zu verkürzen.

Prinzipiell ist der erfindungsgemäße Aufbau des Batteriemoduls in einer oder mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen für jede Art von Batterieeinzelzelle geeignet. Die Batterieeinzelzellen können also beispielsweise prismatische Batterieeinzelzellen in einem Folienbeutel, sogenannte Pouch-Zellen oder auch prismatische Batterieeinzelzellen in einem Hardcase sein. Vorzugsweise ist es jedoch vorgesehen, dass die Batterieeinzelzellen in dem erfindungsgemäßen Batteriemodul gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung desselben eine zylindrische Form aufweisen. Solche zylindrischen Zellen können sich in einem derartigen Batteriemodul einfach und effizient positionieren lassen. Sowohl die Aufnahmeöffnungen als auch die Durchbrüche mit einer zylindrischen und/oder kegelförmigen Form lassen sich entsprechend einfach herstellen, um so einen sehr kostengünstigen Aufbau des Batteriemoduls zu realisieren. Das Modulgehäuse selbst kann insbesondere als Spritzgussteil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, welches durch entsprechende Additive eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Die Platte bzw. Bodenplatte kann vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ergeben sich auch aus den beiden Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus dem Batteriemodul gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine Ansicht analog zu der in Fig. 1 in einer alternativen Ausführungsform.

Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt aus einem Batteriemodul 1 zeigt ein Modulgehäuse 2, in welchem zwei Batterieeinzelzellen 3 entsprechend montiert sind. Das Modulgehäuse 2 weist auf seiner hier unteren Seite eine mit 4 bezeichnete Platte bzw. Bodenplatte auf, welche in Durchbrüchen 5, welche mit der Form der Batterieeinzelzellen 3 korrespondieren, diese aufnimmt. Darüber befinden sich Aufnahmeöffnungen 6 des Modulgehäuses 2. Diese Aufnahmeöffnungen 6 weisen einen größeren Querschnitt, im Falle von zylindrischen Batterieeinzelzellen 3 einen größeren Durchmesser, als die Durchbrüche 5 auf. Sie laufen im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 konisch zu, sodass sie ihren Querschnitt in Richtung der Platte 5 zunehmend verringern.

Die Batterieeinzelzellen 3 sind mit einem Anschlag 7 in Form eines Schaumklebebands versehen, welches als Anschlag 7 dient, so dass die Batterieeinzelzellen nur bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die hier konischen Aufnahmeöffnungen 6 eingeschoben werden können. Damit ist die Position der Batterieeinzelzellen 3 innerhalb des Modulgehäuses 2 und damit letztlich innerhalb des Batteriemoduls 1 bezüglich ihrer Einbauhöhe durch diese Anschläge 7 fest vorgegeben. In der Darstellung der Fig. 1 unterhalb der Batterieeinzelzellen 3 findet sich dabei ein Hohlraum, welcher beispielsweise zum Abströmen von Venting-Gasen dient, falls eine oder mehrere der Batterieeinzelzellen 3 thermisch durchgehen und Gase abblasen. Durch die definierte Einbauhöhe der Batterieeinzelzellen 3 über die Anschläge 7 kann der durch ström bare Querschnitt in diesem Raum immer zuverlässig gewährleistet werden.

Beim Einsetzen der Batterieeinzelzellen 3 in die Aufnahmeöffnungen 5 werden diese mit einem Wärmeleitkleber 8 mit dem Modulgehäuse 2 verklebt. Hierdurch ist es möglich, sie über für ein Kühlmedium durch ström bare Bereiche 9 in dem Modulgehäuse im Bereich ihres Mantels zu kühlen. Diese Mantelkühlung in Ergänzung zu einer Kühlung über die Bodenplatte 4 erlaubt dabei eine sehr homogene Temperierung der Batterieeinzelzellen 3 auch bei hohem Wärmeeintrag, wie er beispielsweise beim Schnellladen auftritt.

Oberhalb des Modulgehäuses 2 befindet sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine mit unregelmäßiger Kreuzschraffur dargestellte Vergussmasse 10. Über diese werden die Enden der Batterie vergossen, bevor eine Deckplatte 11 aufgesetzt wird. Die Vergussmasse 10 selbst kann dabei als Latentwärmespeicher ausgebildet sein oder ein Latentwärmespeichermaterial aufweisen. Sie dient dann zusätzlich zur homogenen Temperierung des Batteriemoduls 1. Der bereits angesprochene Hohlraum unterhalb der Platte 4 wird von einem weiteren plattenförmigen Deckel, welcher beispielsweise die Unterseite eines Gehäuses des Batteriemoduls 1 sein kann, abgeschlossen. Der plattenförmige Deckel 12 könnte dabei gleichzeitig auch ein Unterfahrschutz eines Fahrzeugs sein, falls die Batterie im Bodenbereich eines Fahrzeugs eingesetzt wird. Dieser sehr effiziente Aufbau des Batteriemoduls 1 lässt sich nun weiter variieren. In der Darstellung der Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform zu erkennen, bei welcher die Aufnahmeöffnungen 6 nicht mehr konisch zulaufend sind, sondern beispielsweise bei zylindrischen Batterieeinzelzellen 3 ebenfalls zylindrisch ausgebildet sind. Die Anschläge 7 kommen dann nicht mehr an einer definierten Stelle der Aufnahmeöffnungen 6 an dem Modulgehäuse 2 zur Anlage, sondern unmittelbar auf der Bodenplatte 4. Ansonsten wird auch hier der Spalt zwischen dem Modulgehäuse 2 und den Batterieeinzelzellen 3 im Bereich der Aufnahmeöffnungen 6 mit dem Wärmeleitkleber 8 verfällt und der Aufbau wird über eine vorzugsweise als Latentwärmespeicher ausgebildete Vergussmasse 10 abgeschlossen.

Ansonsten gilt für die Ausführung gemäß Fig. 2 das, was im Rahmen der Ausführung gemäß Fig. 1 bereits erläutert worden ist. Dieselben Bauteile tragen dabei auch dieselben Bezugszeichen.