DE102009035480A1 - Battery i.e. lithium ion battery, for use in electrical powertrain of electric vehicle to store electricity, has valve units connected with battery modules such that cooling of modules is influenced depending on aging condition - Google Patents

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Abstract

The battery has two battery modules (1, 2) electrically connected in parallel. A cooling device is provided for active cooling of the battery modules. Valve units (6, 7) are connected with the battery modules such that cooling of the battery modules is influenced depending on aging condition. The valve units are controlled depending on internal resistance of the respective battery module. The valve units include a controllable bypass line around one of the battery modules, where the bypass line is formed around a cooling heat exchanger (5). An independent claim is also included for a method for operating a battery for storing electricity.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie mit dem Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 9.The The invention relates to a battery for storing electrical Energy according to which defined in more detail in the preamble of claim 1 Art. In addition, the invention relates to a method for Operating a battery for storing electrical energy with the features in the preamble of claim 9.

In elektrischen Antriebssträngen, und hier insbesondere bei reinen Elektrofahrzeugen, ist die Reichweite des Fahrzeugs im Wesentlichen von der gespeicherten elektrischen Energie abhängig. Auch bei Hybridfahrzeugen trifft dies insoweit zu, als die Reichweite ohne Zuschaltung des Verbrennungsmotors und damit die Reichweite, ohne vor Ort Emissionen zu erzeugen, von der Menge der gespeicherten elektrischen Energie abhängt. Mit der Zielvorgabe, eine möglichst hohe Reichweite zu realisieren, also die Menge an gespeicherter elektrischer Energie zu erhöhen, ist man im Allgemeinen bestrebt, alle möglichen verfügbaren Bauräume mit elektrischen Energiespeichern in Form von Batterien auszurüsten. Um eine möglichst ideale Ausnutzung vorhandener Bauräume zu erreichen und dabei die Kosten für die Batterie möglichst gering zu halten, ist man bestrebt, die Batterie modular aufzubauen.In electric drive trains, and in particular at pure electric vehicles, the range of the vehicle is essentially dependent on the stored electrical energy. Also at Hybrid vehicles this applies in so far as the range without Connection of the internal combustion engine and thus the range, without to generate emissions locally, from the amount of stored electrical Energy depends. With the goal, one as possible to realize high range, ie the amount of stored to increase electrical energy, one is in general endeavors to have all available installation spaces equipped with electrical energy storage in the form of batteries. In order to make the best possible use of existing installation space to achieve while keeping the cost of the battery as possible To keep it low, one strives to build the battery modular.

Auf der anderen Seite gibt es entsprechende Vorgaben, insbesondere aus der Leistungselektronik, welche eine Erhöhung der Spannung begrenzen. So sind typischerweise 420 V oder 900 V als begrenzende Spannungen bei der Leistungselektronik üblich. Aus diesem Grund müssen die eingesetzten Batteriemodule parallel oder zumindest in Blöcken parallel verschaltet werden, um diese Spannungsgrenze nicht zu überschreiten.On the other side there are appropriate specifications, in particular from the power electronics, which increase the voltage limit. So typically 420V or 900V are considered limiting Voltages in power electronics usual. For this Reason must be the battery modules used in parallel or at least in blocks connected in parallel to this Voltage limit not to be exceeded.

Nun ist es bei parallel geschalteten Batterien so, dass der Strom den Weg des geringsten Widerstandes, also des geringsten Innenwiderstandes, nimmt. Dies kann über die Betriebsdauer der Batterie zu einem starken Auseinanderlaufen der Innenwiderstände und damit der Kapazitäten und der Ladezustände der einzelnen Batterien bzw. Batteriemodule führen. Anders als bei einer seriellen Verschaltung von Batterien oder Batterieeinzelzellen, bei denen der Stromfluss durch jede Zelle gleich ist, kommt es also bei einer parallelen Verschaltung in der Praxis zu unterschiedlichen Stromflüssen in den unterschiedlichen Batteriemodulen. Dies wird zu einer unterschiedlichen Belastung und damit zu einer unterschiedlichen Alterung der Batteriemodule führen. Die unterschiedliche Alterung der einzelnen Batteriemodule, welche parallel zueinander verschaltet sind, führt also zu einer ungleichen Verteilung der Innenwiderstände und der Kapazität in den einzelnen Batteriemodulen. Dadurch kommt es wiederum zu einer ungleichen Verteilung des in den Batteriemodulen fließenden Stroms. Dies führt, zumindest im Fall der Abnahme der Kapazität, zu einem selbstbeschleunigenden Effekt.Now it is with parallel connected batteries so that the current the Path of the lowest resistance, ie the lowest internal resistance, decreases. This can over the life of the battery to a strong divergence of the internal resistances and thus the capacities and the states of charge of the individual Lead batteries or battery modules. Unlike one serial connection of batteries or single battery cells, where the current flow through each cell is the same, so it comes in a parallel interconnection in practice to different Current flows in the different battery modules. This becomes a different burden and thus one lead to different aging of the battery modules. The different ones Aging of the individual battery modules, which are parallel to each other are interconnected, thus leading to an unequal distribution of internal resistances and capacity in the individual battery modules. This in turn leads to an uneven Distribution of the current flowing in the battery modules. This leads, at least in the case of the decrease in capacity, to a self-accelerating effect.

Da die Batterien bzw. die Batteriemodule in einem Elektrofahrzeug oder auch in einem Hybridfahrzeug einen nicht unerheblichen Teil der Investition in das Neufahrzeug darstellen, ist außerdem eine möglichst lange Lebensdauer der Batterien anzustreben. Die oben beschriebenen Effekte wirken einer solchen, angestrebten langen Lebensdauer jedoch massiv entgegen.There the batteries or the battery modules in an electric vehicle or also in a hybrid vehicle a not inconsiderable part of Investing in the new vehicle is as well to strive for a long service life of the batteries. The effects described above act as intended long lifetime, however, massively contrary.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie anzugeben, welche aus mehreren parallel verschalteten Batteriemodulen besteht, welche die oben genannten Probleme vermeidet und damit eine hohe Lebensdauer der Batterie ermöglicht. Ferner ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben, welches den Betrieb einer Batterie aus mehreren parallel verschalteten Batteriemodulen in der Art ermöglicht, dass Alterungseffekte weitgehend ausgeglichen und eine gleichmäßige Belastung der einzelnen Batteriemodule erreicht werden kann.It Therefore, the object of the present invention is a battery to specify for the storage of electrical energy, which consists of several parallel connected battery modules, which are the above avoids problems mentioned and thus a long life of Battery allows. Furthermore, it is the task of here present invention to provide a corresponding method, which the operation of a battery consisting of several battery modules connected in parallel in the way that allows aging effects to a large extent balanced and a uniform load of individual battery modules can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Batterie ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 9 gelöst.According to the invention this object by a battery with the features in the characterizing Part of claim 1 solved. Advantageous embodiments The battery will become apparent from the dependent claims 2 to 8. Furthermore, the object is achieved by a method with the features dissolved in the characterizing part of claim 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 10 bis 20.advantageous Embodiments of the method will become apparent from the dependent claims 10 to 20.

Die erfindungsgemäße Batterie weist Mittel auf, durch welche die Kühlung der Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes beeinflussbar ist. Wie oben bereits erläutert, laufen bei der Parallelverschaltung von Batteriemodulen Innenwiderstand, Kapazität und Alterung der einzelnen Batteriemodule sehr leicht auseinander. Der Innenwiderstand als typisches und einfach zu messendes Maß für die Alterung hängt von der Temperatur der Batterie ab. Da derartige Hochleistungsbatterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, ohnehin über eine aktive Kühlung, beispielsweise mit einem wässrigen Kühlmittel auf der Basis von Wasser und Frostschutz, oder einer Direktkühlung mit einem Klimamedium einer Klimaanlage, beispielsweise R744 oder R134a, verfügen, können die einzelnen Batteriemodule leicht entsprechend ihrem Alterungszustand gekühlt werden. Die erfindungsgemäßen Mittel sorgen dann dafür, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes entsprechend beeinflussbar ist.The Battery according to the invention has means by which the cooling of the battery modules depending on their aging state can be influenced. As explained above, run at the parallel connection of battery modules internal resistance, Capacity and aging of the individual battery modules very much slightly apart. The internal resistance as typical and easy measure of aging to be measured from the temperature of the battery. Because such high-performance batteries, such as lithium-ion batteries, anyway over an active cooling, for example with an aqueous Coolant based on water and antifreeze, or direct cooling with a climate medium of an air conditioning system, For example, R744 or R134a, can the individual battery modules easily according to their aging state be cooled. The invention Means then ensure that the cooling of the individual battery modules depending on their Aging condition can be influenced accordingly.

Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, durch die erfindungsgemäßen Mittel Kühlmittelströme auf die einzelnen Batteriemodule entsprechend aufzuteilen, oder die Batteriemodule bzw. deren Kühleinrichtungen über entsprechend schaltbare Leitungen so seriell nacheinander zu durchströmen, dass das Batteriemodul, welches am stärksten gekühlt werden soll, zuerst durchströmt wird, während das Batteriemodul, das weniger stark gekühlt werden soll, am Ende durchströmt wird. Außerdem wäre es selbstverständlich denkbar, auch die Vorlauftemperatur der Kühlung entsprechend zu beeinflussen, beispielsweise durch eine Bypassführung um den Kühlkreislauf, sodass jedes der Batteriemodule mit einer individuellen Vorlauftemperatur seines Kühlmediums angeströmt werden kann.Therefor For example, it may be provided by the invention Mean coolant flows to the individual battery modules split accordingly, or the battery modules or their cooling devices on according to switchable lines so serially successively to flow through that the battery module which cooled the most is to be flowed through first while the Battery module, which should be cooled less, on End is flowed through. Besides that would be it is of course conceivable, also the flow temperature to influence the cooling accordingly, for example by a bypass guide around the cooling circuit, so that each of the battery modules with an individual flow temperature its cooling medium can be flown.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht entsprechend vor, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes erfolgt. Hierfür gilt im Wesentlichen das, was schon oben, bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Batterie, entsprechend gesagt wurde.The inventive method looks accordingly Before that, the cooling of each battery module respectively depending on their state of aging. Therefor Essentially, what already applies above, in the description of the battery according to the invention, said accordingly has been.

Als Maß für die Alterung kann gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise die Größe des Innenwiderstandes verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, in einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens über die Lebensdauer des Batteriemoduls bestimmte Werte zu erfassen und zu speichern, beispielsweise die Verläufe von Temperatur und/oder Belastung des jeweiligen Batteriemoduls. Aus diesen über die Lebensdauer des Batteriemoduls gespeicherten Daten kann dann der Alterungszustand entsprechend abgeschätzt, also rechnerisch ermittelt werden. Die Kühlung kann dann in Abhängigkeit dieses Alterungszustands erfolgen.When Measure of aging can be made according to one particular favorable embodiment of the invention Method used, for example, the size of the internal resistance become. However, it is also conceivable in an alternative embodiment of inventive method over the Life of the battery module to detect certain values and store, for example, the course of temperature and / or Load of the respective battery module. Out of these The life of the battery module stored data can then the state of aging is estimated accordingly, ie mathematically be determined. The cooling can then be dependent this aging condition take place.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen, welche anhand der beigefügten Figuren näher erläutert sind.Further advantageous embodiments of the invention Battery and the method according to the invention result from the embodiments illustrated below, which explained in more detail with reference to the accompanying figures are.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Innenwiderstands einer Batterie von der Temperatur; 1 a diagram for the dependence of the internal resistance of a battery on the temperature;

2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; 2 a first embodiment of the battery according to the invention;

3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; 3 a second embodiment of the battery according to the invention;

4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; 4 a third embodiment of the battery according to the invention;

5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; und 5 a fourth embodiment of the battery according to the invention; and

6 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie. 6 A fifth embodiment of the battery according to the invention.

In 1 sind Messwerte des Innenwiderstandes Ri über der Temperatur T einer Batterie bzw. eines Batteriemoduls dargestellt. Die beiden Kurven zeigen Messwerte unterschiedlicher Batteriemodule, wobei sehr deutlich zu erkennen ist, dass die Abhängigkeit annähernd demselben Verlauf folgt, auch wenn die absoluten Werte des Innenwiderstands Ri geringfügig abweichen. Dieses Verhalten des Innenwiderstandes Ri, als wesentliches Maß für die Alterung einer Batterie, macht man sich nun zunutze, um bei parallel geschalteten Batteriemodulen 1, 2 eine entsprechende Kühlung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes zu realisieren. Als Maß für den Alterungszustand kann dabei neben dem Innenwiderstand Ri auch ein anderer Wert genutzt werden, beispielsweise ein Wert, welcher sich über eine kontinuierliche Speicherung und Fortschreibung von beispielsweise Temperatur und/oder Belastungsverläufen der einzelnen Batteriemodule 1, 2 rechnerisch ermitteln lässt.In 1 measured values of the internal resistance R i are shown above the temperature T of a battery or a battery module. The two curves show measured values of different battery modules, whereby it can be clearly seen that the dependence follows approximately the same course, even if the absolute values of the internal resistance R i deviate slightly. This behavior of the internal resistance R i , as an essential measure of the aging of a battery, is now exploited to parallel battery modules 1 . 2 a corresponding cooling of the individual battery modules 1 . 2 to realize depending on their state of aging. As a measure of the state of aging can be used in addition to the internal resistance R i and another value, for example, a value which is a continuous storage and updating of, for example, temperature and / or load curves of the individual battery modules 1 . 2 can be calculated.

In 2 ist nun ein Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie dargestellt. Dieser zeigt im Wesentlichen das erstes Batteriemodul 1 und das zweites Batteriemodul 2. Diese sind elektrisch parallel geschaltet, was in den Figuren so nicht näher dargestellt ist. Eine solche Parallelschaltung von Batteriemodulen wird jedoch als allgemein bekannt und geläufig vorausgesetzt.In 2 Now, a construction of the battery according to the invention is shown. This essentially shows the first battery module 1 and the second battery module 2 , These are electrically connected in parallel, which is not shown in detail in the figures. However, such a parallel connection of battery modules is assumed to be generally known and well-known.

Die Batteriemodule 1, 2 sollen dabei jeweils als Lithium-Ionen-Batterien ausgebildet sein. Diese sind über eine hier nicht explizit dargestellte Kühleinrichtung aktiv kühlbar. Auch eine solche Kühleinrichtung ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Sie kann beispielsweise als Kühlplatte ausgebildet sein, welche auf einer Seite der Batterieeinzelzellen eines solchen Batteriemoduls 1, 2 angeordnet ist. Beispielsweise können die Batterieeinzelzellen als Rahmenflachzellen ausgebildet sein, welche auf einer solchen Kühlplatte angeordnet sind. Über wärmeleitende Elemente, wie beispielsweise metallische Hüllbleche der Rahmenflachzellen, kann die Wärme aus den Batterieeinzelzellen in den Bereich dieser Kühleinrichtung abgeführt werden. Die Batterieeinzelzellen des Batteriemoduls 1, 2 sind dabei seriell verschaltet, sodass durch sie jeweils der gleiche Strom fließt. Beispielhaft soll für den Aufbau einer derartigen Batterie auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 063 179.2 verwiesen werden.The battery modules 1 . 2 should each be designed as lithium-ion batteries. These are actively coolable via a cooling device not explicitly shown here. Such a cooling device is known in principle from the prior art. It may for example be formed as a cooling plate, which on one side of the battery individual cells of such a battery module 1 . 2 is arranged. For example, the battery individual cells may be formed as Rahmenflachzellen, which are arranged on such a cooling plate. By means of heat-conducting elements, such as metallic cover plates of the frame flat cells, the heat can be dissipated from the battery individual cells into the region of this cooling device. The battery cells of the battery module 1 . 2 are connected in series, so that the same current flows through them. By way of example, for the construction of such a battery to the non-prepublished German application with the file number DE 10 2007 063 179.2 to get expelled.

In den Figuren ist neben den Batteriemodulen 1, 2 außerdem ein Kühlkreislauf 3 zu erkennen, welcher im Wesentlichen aus einer entsprechenden Verrohrung, einer Kühlmittelfördereinrichtung 4 und einem Kühlwärmetauscher 5 zum Abgeben der durch ein Kühlmedium aufgenommenen Energie, beispielsweise an die Umgebung, besteht. Der Kühlkreislauf 3 selbst kann beispielsweise von einem wässrigen Kühlmittel durchströmt werden, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, wie Diethylenglykol. Daneben wäre auch eine Direktkühlung über ein Klimamedium, wie beispielsweise R744, R134a oder CO2, denkbar. In diesem Fall würde das Klimamedium dann im Bereich der Batteriemodule 1, 2 entsprechend verdampfen. Auch hier ist eine entsprechende Verdichtung und Rückkühlung des Klimamediums notwendig, sodass im Wesentlichen ein vergleichbarer Aufbau des Kühlkreislaufs 3 entstehen würde. In den Ausführungsbeispielen, welche hier dargestellt sind, soll zur Vereinfachung jeweils auf einen Kühlkreislauf mit einem wässrigen Kühlmittel zurückgegriffen werden. Es ist dabei für den Fachmann klar und selbstverständlich, dass die Aufbauten analog auch bei der Verwendung von Klimamedien, welche im Bereich der Batteriemodule 1, 2 verdampfen oder zumindest teilweise verdampfen, analog angewendet werden können.In the figures is next to the battery modules 1 . 2 also a cooling circuit 3 to recognize which essentially consists of a corresponding piping, a coolant conveyor 4 and a cooling heat exchanger 5 for discharging the absorbed by a cooling medium energy, for example, to the environment exists. The cooling circuit 3 itself can be flowed through, for example, by an aqueous coolant, for example a mixture of water and an antifreeze, such as diethylene glycol. In addition, direct cooling via a climate medium, such as R744, R134a or CO 2 , would be conceivable. In this case, the climate medium would then be in the range of the battery modules 1 . 2 evaporate accordingly. Here, too, a corresponding compression and recooling of the environmental medium is necessary, so that essentially a comparable structure of the cooling circuit 3 would arise. In the exemplary embodiments which are illustrated here, a cooling circuit with an aqueous coolant is to be used in each case for the sake of simplicity. It is clear to the person skilled in the art and understood that the abutments analogously also in the use of climate media, which in the field of battery modules 1 . 2 evaporate or at least partially evaporate, can be applied analogously.

In der Darstellung der 2 sind die beiden Batteriemodule 1, 2 nun parallel in den Kühlkreislauf 3 eingebunden. Jeder der Kühlstränge für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 weist dabei eine eigene Ventileinrichtung 6, 7 auf. Diese Ventileinrichtung 6, 7 kann beispielsweise als regelbares Ventil ausgebildet sein, dessen Durchflussmenge kontinuierlich einstellbar ist. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, einen Aufbau zu realisieren, bei dem die Ventileinrichtungen 6, 7 als getaktete Ventile ausgebildet sind. In diesem Fall würde sich die Durchflussmenge durch die einzelnen Stränge des Kühlkreislaufs 3 beispielsweise durch eine Batteriemodulation des Pulsweitenverhältnisses der Taktung bei einzelnen Ventileinrichtungen 6, 7 einstellen lassen.In the presentation of the 2 are the two battery modules 1 . 2 now parallel to the cooling circuit 3 involved. Each of the cooling lines for the individual battery modules 1 . 2 has its own valve device 6 . 7 on. This valve device 6 . 7 For example, it can be designed as a controllable valve whose flow rate is continuously adjustable. Alternatively, it would also be conceivable to realize a structure in which the valve devices 6 . 7 are designed as clocked valves. In this case, the flow rate through the individual strands of the cooling circuit would be 3 for example, by a battery modulation of the pulse width ratio of the timing of individual valve devices 6 . 7 can be adjusted.

Damit ist es nun möglich, über die Ventileinrichtungen 6, 7 den Volumenstrom des Kühlmittels für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 über die Ventileinrichtungen 6, 7 individuell anzupassen. Daher kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtungen 6, 7 eine gezielte Kühlung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 unabhängig voneinander erfolgen. Beim erfindungsgemäßen Aufbau wird die Ansteuerung der Ventileinrichtungen 6, 7 nun in Abhängigkeit der Alterung der Batteriemodule 1, 2 gesteuert oder geregelt. So wird beispielsweise der Innenwiderstand Ri der einzelnen Batteriemodule 1, 2 gemessen und dem Batteriemodul 1, 2 mit dem geringeren Innenwiderstand Ri wird eine größere Menge an Kühlmittel zugeleitet, sodass eine stärkere Kühlung erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass die Innenwiderstände Ri der Batteriemodule 1, 2 sich aneinander angleichen und damit wieder ein gleichmäßiger Stromfluss und eine gleichmäßige Belastung der beiden Batteriemodule 1, 2 erreicht werden kann. Durch diesen gleichmäßigeren Stromfluss in den beiden Batteriemodulen 1, 2 wird eine weitere Verringerung des Innenwiderstands bzw. der Kapazitäten verhindert, sodass die Batterien gleichmäßig belastet werden und damit gleichmäßig altern. Der Aufbau der Batterie insgesamt kann somit eine längere Lebensdauer erreichen.So it is now possible, via the valve devices 6 . 7 the volume flow of the coolant for the individual battery modules 1 . 2 over the valve devices 6 . 7 individually adapt. Therefore, by a corresponding control of the valve devices 6 . 7 a targeted cooling of the individual battery modules 1 . 2 independently of each other. In the construction according to the invention, the control of the valve devices 6 . 7 now depending on the aging of the battery modules 1 . 2 controlled or regulated. For example, the internal resistance R i of the individual battery modules 1 . 2 measured and the battery module 1 . 2 with the lower internal resistance R i , a larger amount of coolant is supplied, so that more cooling takes place. This ensures that the internal resistance R i of the battery modules 1 . 2 align with each other and thus again a uniform flow of current and a uniform load on the two battery modules 1 . 2 can be achieved. Due to this more even current flow in the two battery modules 1 . 2 prevents further reduction of the internal resistance or capacity, so that the batteries are evenly loaded and thus age evenly. The structure of the battery as a whole can thus achieve a longer life.

In 3 ist nun eine alternative Ausführungsform dargestellt. Anstelle der Ventileinrichtungen 6, 7 wird hier ein Proportionalventil 8, als Drei-Wege-Ventil, eingesetzt. Ansonsten ist der Aufbau in der Darstellung der 3 mit dem der 2 identisch. Über das Proportionalventil 8 kann nun ebenfalls der Volumenstrom des Kühlmittels beispielsweise anhand des Verhältnisses der Innenwiderstände Ri der Batteriemodule 1, 2 auf die jeweiligen Batteriemodule 1, 2 aufgeteilt werden. Hierdurch wird wiederum eine gleichmäßigere Belastung bzw. Ladung und Entladung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 der Batterie erreicht, sodass die Batterie insgesamt eine höhere Lebensdauer erreicht.In 3 an alternative embodiment is shown. Instead of the valve devices 6 . 7 here becomes a proportional valve 8th , used as a three-way valve. Otherwise, the structure in the representation of 3 with the 2 identical. Via the proportional valve 8th can now also the volume flow of the coolant, for example, based on the ratio of the internal resistance R i of the battery modules 1 . 2 to the respective battery modules 1 . 2 be split. This in turn results in a more uniform load or charge and discharge of the individual battery modules 1 . 2 reaches the battery, so that the battery has a longer life overall.

In der Darstellung der 4 ist nun ein etwas anderer Aufbau des Kühlkreislaufs 3 zu erkennen. Die einzelnen Batteriemodule 1, 2 sind bei der Ausführung gemäß 4 nicht parallel zueinander von dem Kühlmittel durchströmt, sondern sind seriell hintereinander geschaltet und werden von dem Kühlmittel in einer vorgegebenen Reihenfolge durchströmt. Hierfür sind entsprechende Verrohrungen mit mehreren Ventileinrichtungen 9, 10 sowie 11, 12 vorgesehen. Durch diese Ventileinrichtungen 9, 10, 11, 12, welche beispielsweise als Magnetventile ausgebildet sein können, kann die Reihenfolge der Durchströmung der Batteriemodule 1, 2 entsprechend angepasst werden. Ist beispielsweise die Ventileinrichtung 9 geöffnet, während die Ventileinrichtung 10 geschlossen ist, so kommt es bei gleichzeitiger geöffneter Ventileinrichtung 11 und geschlossener Ventileinrichtung 12 zu einer Durchströmung der Batteriemodule 1, 2 in der Reihenfolge, dass zuerst das erste Batteriemodul 1 durchströmt wird, während danach das zweite Batteriemodul 2 durchströmt wird. Wird der Zustand aller vier Ventile 9, 10, 11, 12 nun geändert, so strömt das Kühlmittel zuerst über die Ventileinrichtung 10 durch das zweite Batteriemodul 2 und dann durch das erste Batteriemodul 1, und zwar in umgekehrter Reihenfolge und Strömungsrichtung wie zuvor. Erst dann strömt das Kühlmittel über die Ventileinrichtung 12 wieder zurück zur Kühlmittelfördereinrichtung 4. Durch ein Schalten der hier dargestellten Ventileinrichtungen 9, 10 und 11, 12 kann also eine Umkehr der Strömung erreicht werden. Bei diesem Aufbau, welcher in seiner konstruktiven Ausgestaltung rein beispielhaft zu verstehen ist, wird also erreicht, dass die Batteriemodule 1, 2 in einer vorgegebenen Reihenfolge durchströmt werden. Kommt es nun zu einem entsprechenden Auseinanderlaufen der Innenwiderstände Ri der Batteriemodule 1, 2 so kann die Reihenfolge der Durchströmung dem Verhältnis der Innenwiderstände Ri angepasst werden. Insbesondere soll das Batteriemodul 1, 2 mit dem geringeren Innenwiderstand Ri zuerst durchströmt werden, also vom kälteren Kühlmittel gekühlt werden, als das Batteriemodul 2, 1 mit dem höheren Innenwiderstand Ri. Passen sich die Innenwiderstände Ri aneinander an, oder kehrt sich das Verhältnis der Innenwiderstände Ri um, so wird auch die Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 ebenso angepasst oder umgekehrt.In the presentation of the 4 is now a slightly different structure of the cooling circuit 3 to recognize. The individual battery modules 1 . 2 are in accordance with the execution 4 are not parallel to each other through the coolant, but are connected in series one behind the other and are flowed through by the coolant in a predetermined order. For this purpose, appropriate piping with multiple valve devices 9 . 10 such as 11 . 12 intended. Through these valve devices 9 . 10 . 11 . 12 , which may be formed, for example, as solenoid valves, the order of flow through the battery modules 1 . 2 be adjusted accordingly. If, for example, the valve device 9 opened while the valve device 10 is closed, it comes with simultaneous open valve device 11 and closed valve means 12 to a flow through the battery modules 1 . 2 in the order that first the first battery module 1 is passed through, while then the second battery module 2 is flowed through. Will the condition of all four valves 9 . 10 . 11 . 12 now changed, the coolant flows first over the valve device 10 through the second battery module 2 and then through the first battery module 1 , in reverse order and flow direction as before. Only then does the coolant flow over the valve device 12 back to the coolant conveyor 4 , By switching the valve devices shown here 9 . 10 and 11 . 12 Thus, a reversal of the flow can be achieved. In this construction, which is purely exemplary in its structural design, it is thus achieved that the battery modules 1 . 2 flows through in a predetermined order. comes it now leads to a corresponding divergence of the internal resistances R i of the battery modules 1 . 2 Thus, the order of the flow can be adjusted to the ratio of the internal resistance R i . In particular, the battery module 1 . 2 With the lower internal resistance R i are first flowed through, so cooled by the colder coolant than the battery module 2 . 1 with the higher internal resistance R i . If the internal resistances R i adjoin one another, or if the ratio of the internal resistances R i reverses, the sequence of the flow through the individual battery modules also changes 1 . 2 also adapted or vice versa.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Aufbaus der Batterie ist in 5 zu erkennen. Auch hier werden die Batteriemodule 1, 2 von dem Kühlmittel seriell durchströmt. Dabei ist um das erste Batteriemodul 1 jedoch eine Bypassleitung 13 mit einer Ventileinrichtung 14 realisiert. Durch diese Bypassleitung 13 kann je nach Öffnung des Ventils 14, welches wiederum als getaktetes Ventil oder als Proportionalventil ausgeführt sein kann, ein entsprechendes Umströmen des Batteriemoduls 1 von dem kalten Kühlmittel erreicht werden. Nach dem Durchströmen des ersten Batteriemoduls 1 wird das durch das Batteriemodul 1 strömende Kühlmittel mit dem durch die Bypassleitung 13 strömenden Kühlmittel wieder vermischt, bevor es das zweite Batteriemodul 2 durchströmt. Dadurch ist die Temperatur des Kühlmittels beim Einströmen in das zweite Batteriemodul 2 bis zu einem gewissen Grad durch das Ventil 14 in der Bypassleitung 13 anpassbar. Ebenso wird durch die Bypassleitung 13 und das Ventil 14 die im Bereich des ersten Batteriemoduls 1 realisierte Kühlleistung angepasst. Alternativ oder ergänzend könnte eine weitere Bypassleitung samt Ventil auch um das zweite Batteriemodul 2 vorgesehen werden, um auch hier die realisierte Kühlleistung anpassen zu können. Auch die Anpassungen in diesem konstruktiven Ausführungsbeispiel sollen wiederum in Abhängigkeit des Alterungszustandes, beispielsweise anhand des Innenwiderstands der einzelnen Batteriemodule 1, 2, erfolgen. Hierfür kann vorzugsweise ein Kennfeld in einer Steuerungselektronik hinterlegt sein, welche die Anpassung umsetzt. Alternativ dazu wäre auch eine entsprechende Simulationsrechnung denkbar, welche für die Anpassung geeignete Werte liefert.A further embodiment variant of the construction of the battery according to the invention is shown in FIG 5 to recognize. Again, the battery modules 1 . 2 flows through the coolant in series. This is the first battery module 1 however, a bypass line 13 with a valve device 14 realized. Through this bypass line 13 may vary depending on the opening of the valve 14 which in turn may be designed as a clocked valve or as a proportional valve, a corresponding flow around the battery module 1 be reached by the cold coolant. After flowing through the first battery module 1 This will be done by the battery module 1 flowing coolant with the through the bypass line 13 flowing coolant is mixed again before the second battery module 2 flows through. As a result, the temperature of the coolant when flowing into the second battery module 2 to some extent through the valve 14 in the bypass line 13 customizable. Likewise, by the bypass line 13 and the valve 14 in the area of the first battery module 1 adjusted cooling capacity adjusted. Alternatively or additionally, a further bypass line including valve could also be around the second battery module 2 be provided to adjust the realized cooling capacity here too. Also, the adjustments in this constructive embodiment, in turn, depending on the aging state, for example, based on the internal resistance of the individual battery modules 1 . 2 , respectively. For this purpose, a map may be stored in a control electronics, which implements the adaptation. Alternatively, a corresponding simulation calculation would be conceivable which provides suitable values for the adaptation.

In 6 ist nun eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt. Hier ist eine Bypassleitung 15 um den Kühlwärmetauscher 5 realisiert. Diese Bypassleitung 15 teilt sich dann in zwei Stränge 16, 17 auf, welche jeweils über eine Ventileinrichtung 18, 19 verfügen. Der eine Strang 16 läuft mit der Kühlmittelleitung zu dem ersten Batteriemodul 1 zusammen, während der andere Strang 17 mit der Kühlmittelleitung für das zweite Batteriemodul 2 zusammenläuft. Dadurch, dass nun erwärmtes, nicht in dem Kühlwärmetauscher 5 abgekühltes Kühlmittel, mit abgekühltem Kühlmittel vermischt werden kann, je nach Öffnung der Ventileinrichtungen 18, 19, kann die Vorlauftemperatur des Kühlmittels für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 individuell eingestellt werden. Dies erfolgt dann wiederum in Abhängigkeit des Alterungszustandes bzw. des Innenwiderstands Ri der einzelnen Batteriemodule 1, 2. Damit lässt sich auch so ein Aufbau realisieren, welcher die einzelnen Batteriemodule 1, 2 jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes entsprechend kühlt, sodass trotz unterschiedlicher Innenwiderstände Ri und Kapazitäten eine gleichmäßige Belastung der Batteriemodule 1, 2 mit dem Strom beim Laden oder Entladen der Batterie auftritt. Dadurch kommt es wiederum zu einer Vergleichmäßigung der Alterung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 untereinander. Dadurch kann verhindert werden, dass einzelne Batteriemodule 1, 2 durch eine entsprechende Überalterung und Überlastung vorzeitig ausfallen. Insgesamt kann somit eine ebenfalls höhere Lebensdauer der Batterie erreicht werden kann.In 6 Now another alternative embodiment is shown. Here is a bypass line 15 around the cooling heat exchanger 5 realized. This bypass line 15 then divides into two strands 16 . 17 on, which in each case via a valve device 18 . 19 feature. The one strand 16 runs with the coolant line to the first battery module 1 together, while the other strand 17 with the coolant line for the second battery module 2 converges. Because now heated, not in the cooling heat exchanger 5 cooled coolant can be mixed with cooled coolant, depending on the opening of the valve devices 18 . 19 , the flow temperature of the coolant for the individual battery modules 1 . 2 be set individually. This then takes place in turn depending on the aging state or the internal resistance R i of the individual battery modules 1 . 2 , In this way, it is also possible to realize such a design which the individual battery modules 1 . 2 each cools depending on their aging state accordingly, so that despite different internal resistance R i and capacitors uniform loading of the battery modules 1 . 2 with the current when charging or discharging the battery occurs. This in turn leads to a homogenization of the aging of the individual battery modules 1 . 2 among themselves. This can be prevented that individual battery modules 1 . 2 due to a corresponding aging and overloading fail prematurely. Overall, thus also a longer life of the battery can be achieved.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Batterie sind dabei rein beispielhaft zu verstehen. Insbesondere können auch mehr als zwei Batteriemodule jeweils parallel zu der Gesamtbatterie verschaltet werden. Auch hier gelten im Wesentlichen die gleichen Ausführungen. Auch ist es denkbar, eine Parallelschaltung und eine serielle Verschaltung der Kühleinrichtungen von einzelnen Batteriemodulen entsprechend zu kombinieren, sodass beispielsweise in mehreren parallelen Strängen jeweils mehrere seriell durchströmte Batteriemodule angeordnet sind. Diese können dann in einer festen oder gegebenenfalls auch einer veränderbaren Reihenfolge durchströmt werden. Dabei können einzelne oder alle Elemente mit Bypassleitungen versehen werden, welche entweder um den Kühlwärmetauscher und/oder die Batteriemodule selbst führen.The illustrated embodiments of the invention Battery are to be understood as an example. Especially can also have more than two battery modules in parallel be interconnected to the total battery. Again, essentially apply the same designs. It is also conceivable, a parallel connection and a serial connection of the cooling devices of to combine individual battery modules accordingly, so for example in several parallel strands in each case several serially flowed through battery modules are arranged. these can then in a fixed or possibly also a changeable one Flow through sequence. Here are individual or all elements are provided with bypass lines, which either around the cooling heat exchanger and / or the battery modules lead yourself.

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Claims (20)

Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, mit wenigstens zwei Batteriemodulen, welche elektrisch parallel geschaltet sind, mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung der Batteriemodule, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche die Kühlung der Batteriemodule (1, 2), jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes beeinflussbar ist.Battery for storing electrical energy, having at least two battery modules, which are electrically connected in parallel, with at least one cooling device for active cooling of the battery modules, characterized in that means are provided, by which the cooling of the battery modules ( 1 . 2 ), in each case depending on their state of aging can be influenced. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in Abhängigkeit des Innenwiderstandes (Ri) des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) angesteuert sind.Battery according to claim 1, characterized in that the means in dependence of the internal resistance (R i ) of the respective battery module ( 1 . 2 ) are driven. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) jeweils wenigstens eine Kühleinrichtung aufweisen, welche von einem Kühlmedienstrom durchströmbar ist.Battery according to claim 1 or 2, characterized in that the battery modules ( 1 . 2 ) each have at least one cooling device, which can be flowed through by a cooling medium flow. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als wenigstens eine Ventileinrichtung (6, 7, 8) ausgebildet sind, durch welche der Kühlmedienstrom in unterschiedlichen Volumenströmen auf die Kühleinrichtungen aufteilbar ist.Battery according to claim 3, characterized in that the means as at least one valve device ( 6 . 7 . 8th ) are formed, through which the cooling medium flow can be divided in different flow rates on the cooling devices. Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine steuerbare Bypassleitung (13, 15) um wenigstens eines der Batteriemodule (1, 2) und/oder einen Kühlwärmetauscher (5) zum Abkühlen des Kühlmedienstroms aufweist.Battery according to claim 3 or 4, characterized in that the means at least one controllable bypass line ( 13 . 15 ) around at least one of the battery modules ( 1 . 2 ) and / or a cooling heat exchanger ( 5 ) for cooling the cooling medium stream. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (15) um den Kühlwärmetauscher (5) ausgebildet ist, und dass die Bypassleitung (15) über wenigstens eine weitere Ventileinrichtung (17, 19) mit zumindest einigen der Kühleinrichtungen verbunden ist.Battery according to claim 5, characterized in that the bypass line ( 15 ) around the cooling heat exchanger ( 5 ) is formed, and that the bypass line ( 15 ) via at least one further valve device ( 17 . 19 ) is connected to at least some of the cooling devices. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen von dem Kühlmedienstrom nacheinander durchströmt sind, wobei die Mittel Leitungselement und Ventileinrichtungen (9, 10, 11, 12) aufweisen, welche eine Änderung der Reihenfolge der Durchströmung ermöglichen.A battery according to claim 3, characterized in that the cooling means are flowed through by the cooling medium flow successively, wherein the means conduit member and valve means ( 9 . 10 . 11 . 12 ), which allow a change in the order of flow. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Lithium-Ionen-Batterie.Battery according to one of claims 1 to 7, characterized by the formation as a lithium-ion battery. Verfahren zum Betreiben einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, welche in wenigstens zwei Batteriemodulen aufgeteilt ist, welche elektrisch parallel geschaltet sind, wobei eine aktive Kühlung der Batterie erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule (1, 2) jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes erfolgt.Method for operating a battery for storing electrical energy, which is divided into at least two battery modules, which are electrically connected in parallel, wherein an active cooling of the battery takes place, characterized in that the cooling of the individual battery modules ( 1 . 2 ) takes place depending on their state of aging. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungszustand des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) anhand des Innenwiderstandes (Ri) abgeschätzt wird.A method according to claim 9, characterized in that the aging state of the respective battery module ( 1 . 2 ) is estimated on the basis of the internal resistance (R i ). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1, 2) mit geringerem Innenwiderstand (Ri) stärker gekühlt werden, als das Batteriemodul (1, 2) mit größerem Innenwiderstand (Ri).Method according to claim 10, characterized in that the battery module ( 1 . 2 ) are cooled more strongly with lower internal resistance (R i ) than the battery module ( 1 . 2 ) with greater internal resistance (R i ). Verfahren nach Anspruch 9, Alterungszustand des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) aus über die Lebensdauer des Batteriemoduls erfassten und gespeicherten Daten rechnerisch abgeschätzt wird.Method according to claim 9, aging state of the respective battery module ( 1 . 2 ) is estimated by calculation over the life of the battery module recorded and stored data. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zumindest einen der Verläufe von Temperatur (T) und/oder Belastung des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) umfassen.A method according to claim 12, characterized in that the data at least one of the courses of temperature (T) and / or load of the respective battery module ( 1 . 2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Aufteilung von Kühlmedienströmen auf Kühleinrichtungen jedes Batteriemoduls erfolgt (1, 2).Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the targeted cooling for each battery module ( 1 . 2 ) is done by a division of cooling medium streams on cooling devices of each battery module ( 1 . 2 ). Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) von Kühlmedienströmen mit unterschiedlichen Volumenströmen gekühlt werden.Method according to claim 14, characterized in that the battery modules ( 1 . 2 ) are cooled by cooling medium streams with different volume flows. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) von Kühlmedienströmen mit unterschiedlichen Temperaturen (T) gekühlt werden.Method according to claim 14, characterized in that the battery modules ( 1 . 2 ) of cooling medium streams at different temperatures (T) are cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Anpassung der Reihenfolge der Kühlung jedes Batteriemoduls (1, 2) mit dem Kühlmedienstrom erfolgt.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the targeted cooling for each battery module ( 1 . 2 ) by adjusting the order of cooling of each battery module ( 1 . 2 ) takes place with the cooling medium flow. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Anpassung des Volumenstroms und/oder der Temperatur (T) des Kühlmedienstroms durch zumindest teilweise Führung des Kühlmedienstroms in steuerbaren Bypassleitungen (13, 15), um eines oder mehrere der Batteriemodule (1, 2) und/oder einen Kühlwärmetauscher (5) zu Abkühlung des Kühlmittels, erfolgt.Method according to one of claims 9 to 17, characterized in that the targeted cooling for each battery module ( 1 . 2 ) by adjusting the volume flow and / or the temperature (T) of the cooling medium flow by at least partially guiding the cooling medium flow in controllable bypass lines ( 13 . 15 ) to one or more of the battery modules ( 1 . 2 ) and / or a cooling heat exchanger ( 5 ) to cool the coolant takes place. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmedienstrom zumindest teilweise in einer Bypassleitung (15) um den Kühlwärmetauscher geführt wird, und dass der in der Bypassleitung (15) geführte Teil des Kühlmedienstroms mit einem oder mehreren der Kühlmedienströme zu den jeweiligen Batteriemodulen (1, 2) gemischt wird.A method according to claim 18, characterized in that the cooling medium flow at least partially in a bypass line ( 15 ) is guided around the cooling heat exchanger, and that in the bypass line ( 15 ) guided portion of the cooling medium flow with one or more of the cooling medium streams to the respective battery modules ( 1 . 2 ) is mixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird.Method according to one of claims 9 to 19, characterized in that the battery is a lithium-ion battery is used.
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