DE102011082991A1 - Battery housing, in particular for lithium-ion cells, with a Temperiermittelverteilsystem, battery and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse (6) einer Batterie, insbesondere für Lithium-Ionen-Zellen (5, 11), mit einem in einer Wandung oder in einem Gehäuseboden (14) fest eingebundenem Temperiermittelzulauf (4) und Temperiermittelrücklauf (3), wobei die in einer Wandung des Gehäuses vorliegenden in einer I-Form und die im Gehäuseboden (14) eingebrachten Verläufe in einer U-Form vorliegen. Die Temperierelemente (2, 7, 8) können asymmetrisch angeordnet sein und auch eine unterschiedliche Geometrie besitzen, wobei sie ihre temperaturausgleichende Funktion als Wärmequelle oder Wärmesenke durch eine zielgerichtete Einkopplung in einen Kühl-/Heizkreislauf ausüben. Der Kühl-/Heizkreislauf kann ein fahrzeuginterner eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuges oder ein Temperiermittelkreislauf sein, der mit einem externen Temperiersystem in Verbindung gebracht werden kann. Ergänzt wird die Erfindung durch ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a battery housing (6) of a battery, in particular for lithium-ion cells (5, 11), with a in a wall or in a housing bottom (14) firmly integrated Temperiermittelzulauf (4) and Temperiermittelrücklauf (3) which are present in a wall of the housing in an I-shape and in the housing bottom (14) introduced courses in a U-shape. The tempering (2, 7, 8) may be arranged asymmetrically and also have a different geometry, where they exercise their temperature-compensating function as a heat source or heat sink by a targeted coupling into a cooling / heating circuit. The cooling / heating circuit may be an in-vehicle of a hybrid or electric motor vehicle or a Temperiermittelkreislauf, which can be associated with an external tempering system. The invention is supplemented by a motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere für Lithium-Ionen-Zellen, mit einem Temperiermittelverteilsystem und eine Batterie, die mit einem derartigen Temperiermittelverteilsystem ausgestattet ist sowie ein Kraftfahrzeug, welches ein Batteriegehäuse oder eine Batterie der erfindungsgemäßen Art aufweist, welche mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. The present invention relates to a battery housing, in particular for lithium-ion cells, with a Temperiermittelverteilsystem and a battery that is equipped with such Temperiermittelverteilsystems and a motor vehicle, which has a battery case or a battery of the type according to the invention, which with a drive system of a motor vehicle connected is.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, als auch im Consumer-Bereich, bei Laptops oder Mobiltelefonen vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.It is becoming apparent that in the future both in stationary applications, such as wind turbines, in vehicles, which are designed as hybrid or electric motor vehicles, as well as in the consumer sector, in laptops or mobile phones increasingly new battery systems are used, to the very high demands are placed on reliability, safety, performance and service life.

Um die Sicherheit und die Funktion von Lithium-Ionen-Batteriepacks zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Lithium-Ionen-Zellen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches zu betreiben. Während des Betriebs der Lithium-Ionen-Zellen entsteht Wärme, nämlich Joulsche Wärme, welche durch den elektrischen Strom und den inneren Widerstand einer Lithium-Ionen-Zelle beschrieben werden kann sowie durch eine Wärmeproduktion aufgrund reversibler Vorgänge in der Lithium-Ionen-Zelle. Diese Wärme muss abgeführt werden, um ein Aufheizen der Lithium-Ionen-Zelle über eine kritische Betriebstemperatur zu vermeiden. Für die Auslegung eines Thermomanagementsystems oder eines Temperiersystems werden in der Regel Lastzyklen herangezogen, mit denen der Temperaturanstieg innerhalb der Lithium-Ionen-Batterie bei bekannten thermischen Randbedingungen vorhergesagt werden kann.To ensure the safety and function of lithium-ion battery packs, it is necessary to operate the lithium-ion cells within a given temperature range. Heat is generated during operation of the lithium-ion cells, Joule heat, which can be described by the electric current and the internal resistance of a lithium-ion cell, as well as by heat production due to reversible processes in the lithium-ion cell. This heat must be dissipated to avoid heating the lithium-ion cell above a critical operating temperature. For the design of a thermal management system or a tempering usually load cycles are used, with which the temperature rise can be predicted within the lithium-ion battery at known thermal boundary conditions.

Um die Lithium-Ionen-Batterie in günstigen Temperaturbereichen zu betreiben, sind die Lithium-Ionen-Zellen an ein Thermomanagement oder an ein Temperiersystem angeschlossen. Dieses erwärmt die Lithium-Ionen-Zellen, beispielsweise bei einem Start an kalten Tagen oder kühlt sie, beispielsweise während des Betriebes eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuges. In vielen technischen Anwendungen werden die Lithium-Ionen-Zellen beziehungsweise -Module über ihre Unterseite temperiert. Dazu erfolgt z. B. eine Modulmontage der Lithium-Ionen-Zellen auf fluiddurchströmten Platten, die abhängig vom Grad der geforderten Kühlleistung mit einem Wasser-/Glykolgemisch beziehungsweise mit einem verdampfenden Kältemittel beaufschlagt werden. Bauraumbedingt ist es vielfach notwendig, die Zellenmodule auf mehrere Kühlmittelplatten innerhalb eines Batteriegehäuses zu verteilen. Für den optimalen Batteriebetrieb sind diese Kühlplatten hydraulisch, entsprechend ihrer thermischen Belastungen, abzustimmen. Mittels Verteilerblöcken wird dabei der Kühlmittelmassenstrom aufgeteilt und über flexible Schlauchleitungen den einzelnen Kühlplatten zugeführt. Der Rücklauf wird dementsprechend umgekehrt von jeder Kühlplatte mittels flexibler Schläuche einem zentralen Sammler zugeführt und aus dem Batteriegehäuse geleitet.In order to operate the lithium-ion battery in favorable temperature ranges, the lithium-ion cells are connected to a thermal management system or to a temperature control system. This heats the lithium-ion cells, for example when starting on cold days, or cools them, for example, during operation of a hybrid or electric motor vehicle. In many technical applications, the lithium-ion cells or modules are tempered via their underside. This is done z. B. a module assembly of the lithium-ion cells on fluid-flow plates, which are acted upon depending on the degree of required cooling capacity with a water / glycol mixture or with a vaporizing refrigerant. Due to space constraints, it is often necessary to distribute the cell modules on several coolant plates within a battery case. For optimum battery operation, these cooling plates are hydraulically tuned according to their thermal loads. By means of manifold blocks while the coolant mass flow is split and fed via flexible hose lines the individual cooling plates. Accordingly, the return is supplied in turn from each cooling plate by means of flexible hoses a central collector and directed out of the battery case.

Nach DE 10 2008 041 548 A1 ist ein Batteriemodul für den Aufbau eines Batteriesystems, bestehend insbesondere aus Lithium-Ionen-Zellen, vorgeschlagen worden, das zwischen Kühlrippen zueinander beabstandete Lithium-Ionen-Zellen zeigt, die in einem mit Einlass- und Auslassöffnungen für ein strömendes Fluid entwickelten Gehäuse untergebracht sind. Das strömende Fluid ist in der vorgestellten Lösung die Umgebungsluft des Batteriesystems. Dieses oder mehrere Module dieser Art sind durch ein größeres Gehäuse umfasst. Zur intensiven Kühlung oder Erwärmung der Lithium-Ionen-Zellen in einem Modul in den Bereich eines gewünschten Temperaturfensters stehen die Kühlrippen über Kontaktnasen mit den Batterien oder Lithium-Ionen-Zellen in thermisch leitendem Kontakt.To DE 10 2008 041 548 A1 For example, a battery module has been proposed for the construction of a battery system, in particular of lithium-ion cells, which shows inter-finely spaced lithium-ion cells housed in a housing developed with inlet and outlet openings for a flowing fluid. The flowing fluid in the presented solution is the ambient air of the battery system. This or more modules of this type are encompassed by a larger housing. For intensive cooling or heating of the lithium-ion cells in a module in the region of a desired temperature window, the cooling fins are in contact with the batteries or lithium-ion cells in thermal contact via contact tabs.

Anhand des dargestellten Standes der Technik ist ersichtlich, dass der Aufbau eines Kühlsystems innerhalb eines Moduls, bestehend aus Lithium-Ionen-Zellen, bei gleichmäßiger Bestückung mit Lithium-Ionen-Zellen und bei entsprechend unter dem/den Modul/-en angeordneten fluiddurchströmten Kühlplatten oder mittels an den Lithium-Ionen-Zellen angebrachten Rippen zur Kühlung unkompliziert lösbar ist.On the basis of the illustrated prior art, it can be seen that the construction of a cooling system within a module consisting of lithium-ion cells, with uniform equipping with lithium-ion cells and arranged under the / the module / -en fluid-flow cooling plates or can be solved by means of attached to the lithium-ion cells ribs for cooling uncomplicated.

Eine asymmetrische Bestückung der Module mit Lithium-Ionen-Zellen erfordert jedoch eine möglichst unmittelbare Temperierung mit einer Wärmesenke beziehungsweise einer Wärmequelle, wobei die Verbraucher auf möglichst gleichem Temperaturniveau gehalten werden müssen. Es wäre somit unter Weglassung sonst üblicher Verrohrungen und Verschlauchungen zwischen Kühlplatten und Temperierelementen günstig, die Wärmesenke beziehungsweise -quellen innerhalb des Gehäuses eines Moduls vorzusehen, um angeschlossene Verbraucher zielgerichtet auf ein gewünschtes Temperaturniveau zu bringen.An asymmetric placement of the modules with lithium-ion cells, however, requires an as direct as possible temperature control with a heat sink or a heat source, the consumer must be kept at the same temperature level as possible. It would thus be favorable, omitting otherwise usual piping and tubing between cooling plates and tempering, to provide the heat sink or sources within the housing of a module to bring connected consumers targeted to a desired temperature level.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere von Lithium-Ionen-Zellen mit einem Temperiermittelverteilsystem vorgeschlagen, bei dem das Temperiermittelverteilsystem im Batteriegehäuse integriert ist und es einen Temperiermittelzulauf und einen davon getrennten Temperiermittelrücklauf umfasst, welche jeweils an ihrem freien Ende im Batteriegehäuse geschlossen ausgebildet und an ihrem anderen Ende aus dem Batteriegehäuse herausgeführt sind und jeweils eine Mehrzahl von Anschlüssen für Temperierelemente aufweisen, wobei zwischen Paaren von Anschlüssen, bestehend aus einem Anschluss des Temperiermittelzulaufs und einem Anschluss des Temperiermittelrücklaufs Temperierelemente – parallel geschaltet – anschließbar sind.According to the invention, a battery housing for receiving a plurality of battery cells, in particular of lithium-ion cells with a Temperiermittelverteilsystem is proposed in which the Temperiermittelverteilsystem is integrated in the battery case and there is a Temperiermittelzulauf and a separate Temperiermittelrücklauf comprises, which are each formed closed at the free end in the battery case and led out at the other end of the battery case and each having a plurality of terminals for tempering, wherein between pairs of terminals, consisting of a connection of the Temperiermittelzulaufs and a Connection of the temperature control return Tempering elements - connected in parallel - can be connected.

Das hat den Vorteil, dass der Bauraum eines Batteriegehäuses frei bleibt von zwischen den Lithium-Ionen-Zellen oder Modulen zu verlegenden Verrohrungen und Verschlauchungen oder von dem Aufbau einer inneren Wärmeleitstruktur zwischen den Lithium-Ionen-Zellen, da der definiert vorgesehene Verlauf eines Temperiermittelzulaufs und eines Temperiermittelrücklaufs in die Gehäuseausbildung eingebunden ist und er es dadurch ermöglicht, Temperierelemente dort zu platzieren, wo sie gebraucht werden. Die Anordnung der Temperierelemente wird dabei zwischen die zu einem Modul zusammengefassten Lithium-Ionen Zellen so vorgesehen oder im Gehäuseinnern platziert, dass alle in einer Batterie enthaltenen Module mit ihren Lithium-Ionen-Zellen oder Bereiche im Gehäuseinnern eine gleichmäßige und technisch zum optimalen Betrieb einer Batterie mit Lithium-Ionen-Zellen notwendige Umgebungstemperatur erhalten. Zur vorteilhaften Unterstützung einer derartigen variablen Wahlmöglichkeit der Anbringung von Temperierelementen verfügen der Temperiermittelzulauf und der Temperiermittelrücklauf über eine Reihe von Anschlüssen, an welche die Temperierelemente je nach Erfordernis angeschlossen werden können.This has the advantage that the space of a battery case remains free of between the lithium-ion cells or modules to be laid tubing and tubing or the structure of an internal Wärmeleitstruktur between the lithium-ion cells, since the defined course of a Temperiermittelzulaufs and a Temperiermittelrücklaufs is integrated into the housing training and it makes it possible to place Temperierelemente where they are needed. The arrangement of the tempering is thereby provided between the modules combined to a lithium-ion cells or placed inside the housing that all contained in a battery modules with their lithium-ion cells or areas within the housing a uniform and technically optimal operation of a battery obtained with lithium-ion cells necessary ambient temperature. For advantageous support of such a variable choice of attachment of tempering the Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf have a number of connections to which the temperature control can be connected as required.

In einer Ausbildung zur Anordnung eines Temperiermittelzulaufs und eines Temperiermittelrücklaufs befinden sich diese in der Wandung des Batteriegehäuses, wobei die Anschlüsse an ihnen für Temperierelemente vom Inneren des Batteriegehäuses zugänglich sind.In a design for the arrangement of a Temperiermittelzulaufs and a Temperiermittelrücklaufs these are in the wall of the battery case, the terminals are accessible to them for Temperierelemente from the interior of the battery case.

Damit kann der Aufbau eines oder mehrerer zu temperierender Module, die aus Lithium-Ionen-Zellen zusammengesetzt sind, zu einer Batterie vorgenommen werden, wobei durch die Integration des Temperiermittelverteilsystems in eine Wandgestaltung des Batteriegehäuses Module äußerst platzsparend positioniert werden können.Thus, the construction of one or more modules to be tempered, which are composed of lithium-ion cells, are made into a battery, which can be extremely compactly positioned by the integration of Temperiermittelverteilsystems in a wall design of the battery case modules.

Hinzukommend wird dazu vorgesehen, dass der Temperiermittelzulauf im Zentrum einer ersten Seite des Batteriegehäuses geführt ist und der Temperiermittelrücklauf entlang der diese erste Seite umschließenden Wände des Batteriegehäuses geführt wird.In addition, it is provided that the Temperiermittelzulauf is guided in the center of a first side of the battery case and the Temperiermittelrücklauf along the first side enclosing walls of the battery case is performed.

Damit sind optimale Anordnungen von Temperierelementen, die auch ohne unmittelbaren Kontakt mit Lithium-Ionen-Zellen im Batteriegehäuse notwendig sein können, möglich und es ist immer eine gleichmäßige Temperierung der Temperierelemente – durch ihre parallele Verschaltung zueinander – gegeben.This optimal arrangements of tempering, which may be necessary without direct contact with lithium-ion cells in the battery case, possible and there is always a uniform temperature of the tempering - by their parallel interconnection - given.

Die im Batteriegehäuse zueinander parallel beabstandeten Verläufe von Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf sind derart vorgenommen, dass damit der Ausdehnung eines Temperierelementes entlang einer ersten Achse entsprochen wird. Das heißt, dass die Auslegung eines Temperierelementes vorteilhafterweise immer einen Anschluss am Temperiermittelzulauf und am Temperiermittelrücklauf erreicht, sei es, dass ein Temperierelement in alleiniger Anordnung in den Kühlmittelkreislauf oder gemeinsam mit Lithium-Ionen-Zellen in einem Modul eingebunden ist.The mutually parallel spaced in the battery housing profiles of Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf are made such that thus the expansion of a tempering along a first axis is met. This means that the design of a temperature control element advantageously always achieves a connection to the temperature control inlet and to the temperature control return, be it that a temperature control element is integrated in a single arrangement in the coolant circuit or together with lithium ion cells in a module.

Alternative Verläufe sowohl von Temperiermittelzulauf als auch von Temperiermittelrücklauf bieten ihre Ausbildungen in U- oder in I-Form. Dadurch ist es möglich, in vorteilhafter Weise die Anordnung von Modulen, bestehend aus Lithium-Ionen-Zellen, entweder in die Nähe einer Wand eines Batteriegehäuses auszurichten (I-Form) oder durch eine Einbindung des Temperiermittelzulaufes und des Temperiermittelrücklaufes in einen Gehäuseboden (U-Form) parallele Reihen von Modulen und mit ihnen in Wirkverbindung stehende Temperierelemente zu schaffen. Alternative courses of both the temperature control feed and the temperature control return offer their designs in U or I form. This makes it possible to align advantageously the arrangement of modules consisting of lithium-ion cells, either in the vicinity of a wall of a battery case (I-form) or by an integration of Temperiermittelzulaufes and the Temperiermittelrücklaufes in a housing bottom (U Form) parallel rows of modules and with them in operative connection Temperierelemente to create.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung stellt die Integrierung von Ventilen in die Anschlüsse für die Temperierelemente dar. A further embodiment of the invention represents the integration of valves in the connections for the tempering.

Damit kann ein Modul, welches durch ein Thermomanagement überwacht wird, bedarfsweise durch Öffnen oder Schließen erwärmt oder gekühlt werden, damit einheitlich in gegebenenfalls weiteren Modulen und in der Umgebung des/der Moduls/-e gleiche Temperaturverhältnisse herrschen.Thus, a module, which is monitored by a thermal management, if necessary, heated or cooled by opening or closing, so uniformly prevail in possibly further modules and in the environment of / the module / -e same temperature conditions.

Zur Realisierung einer solchen Zuschaltbarkeit sind die Ventile als separat ansteuerbare Drosselventile ausgebildet.To realize such a connectability, the valves are designed as separately controllable throttle valves.

Das Batteriegehäuse ist derart in erfinderischer Weise ausgelegt, dass das Temperiermittelverteilsystem genau einen Temperiermittelzulauf und genau einen Temperiermittelrücklauf aufweist. The battery housing is designed in an inventive manner that the Temperiermittelverteilsystem has exactly one Temperiermittelzulauf and exactly one Temperiermittelrücklauf.

Dabei kann das Batteriegehäuse in seinem Gehäuseboden so ausgelegt sein, dass sich Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf im Gehäuseboden befinden und diese in eine Montagefläche eingebunden sind, in welcher die Anschlüsse an den Temperiermittelzulauf und den Temperiermittelrücklauf vorhanden sind. Es ist dann möglich, dass Montageflächen für einen weiteren Moduleinbau im Gehäuseboden vorbereitet sein können, wobei die bereits vorhanden Anschlüsse für einen Temperiermittelzulauf und einen Temperiermittelrücklauf blind geschlossen oder an ihnen wärmetechnisch isolierte Dummies angebracht sind.In this case, the battery housing can be designed in its housing bottom so that Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf are in the housing base and these are integrated into a mounting surface in which the connections to the Temperiermittelzulauf and the Temperiermittelrücklauf are present. It is then possible that mounting surfaces can be prepared for a further module installation in the housing base, wherein the already existing connections for a Temperiermittelzulauf and a Temperiermittelrücklauf blind closed or attached to them thermally insulated dummies are attached.

Eine Batterie, bestehend aus insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, umfasst dabei: ein Batteriegehäuse mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Temperierelemente, wobei ein erster Anschluss eines Temperierelementes mit einem Anschluss des Temperiermittelzulaufs und ein zweiter Anschluss eines Temperierelementes mit einem Anschluss des Temperiermittelrücklaufs verbunden ist; und mindestens eine Lithium-Ionen-Zelle in direktem Kontakt mit einem Temperierelement steht. A battery, consisting in particular of lithium-ion cells, comprises: a battery housing with a plurality of tempering elements connected in parallel, wherein a first terminal of a temperature control element is connected to a terminal of the Temperiermittelzulaufs and a second terminal of a Temperierelementes with a connection of the Temperiermittelrücklaufs; and at least one lithium-ion cell is in direct contact with a tempering element.

Das Batteriegehäuse einer erfindungsgemäß gestalteten Batterie nimmt vorteilhafterweise parallel geschaltete Temperierelemente in einem festgelegten Verlauf des Temperiermittelzulaufs und des Temperiermittelrücklaufs so auf, dass ihre Temperierfunktion in unmittelbaren Kontakt mit mindestens einer Lithium-Ionen-Zelle stattfindet oder der zur Verfügung stehende Bauraum allein durch den Einbau eines Temperierelementes an den Anschlüssen des Temperiermittelzulaufs und Temperiermittelrücklaufs gekühlt oder erwärmt wird. Damit wird ein nicht erwünschtes Temperaturgefälle innerhalb des Bauraums eines Batteriegehäuses der Batterie ausgeschlossen.The battery housing of a battery designed according to the invention advantageously takes parallel tempering in a fixed course of Temperiermittelzulaufs and the Temperiermittelrücklaufs on that their tempering takes place in direct contact with at least one lithium-ion cell or the available space alone by the installation of a tempering is cooled or heated at the terminals of Temperiermittelzulaufs and Temperiermittelrücklaufs. This eliminates an undesirable temperature gradient within the installation space of a battery housing of the battery.

Die Erfindung wird ergänzt durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektromotorisch antreibbares, welches ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse für ein oder mehrere Modul/-e einer Batterie, bestehend aus Lithium-Ionen-Zellen, umfasst, wobei eine solche Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.The invention is supplemented by a motor vehicle, in particular an electric motor drivable, which comprises a battery housing according to the invention for one or more module / s a battery consisting of lithium-ion cells, wherein such a battery is connected to a drive system of the motor vehicle.

Ein mit einer erfindungsgemäß ausgelegten Batterie ausgerüstetes Kraftfahrzeug erlangt einen höheren Gebrauchswert und es werden Kosten bei der Instandhaltung und/oder Wiederbeschaffung einer solchen Batterie eingespart. A motor vehicle equipped with a battery designed according to the invention acquires a higher utility value and saves costs in the maintenance and / or replacement of such a battery.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the embodiments shown in the accompanying figures. Show it:

1 eine Innenansicht als Aufsicht für ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse in Form eines U-Verlaufes von Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf, 1 an interior view as a plan view of an inventive battery housing in the form of a U-curve of Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf,

2 eine Innenansicht als Aufsicht für ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse in Form eines I-Verlaufes von Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf, und 2 an interior view as a plan view of a battery housing according to the invention in the form of an I-course of Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf, and

3 eine Seitenansicht im Schnitt eines Batteriegehäuses mit der Anordnung von Lithium-Ionen-Zellen im U-Verlauf von Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf. 3 a side view in section of a battery case with the arrangement of lithium-ion cells in the U-course of Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nach 1 ist ein Batteriegehäuse 6 als Aufsicht von oben im Schnitt dargestellt. Im Inneren des Batteriegehäuses 6 befindet sich ein Temperiermittelverteilsystem, welches einen Temperiermittelzulauf 4 und einen Temperiermittelrücklauf 3 umfasst. Temperiermittelzu- und -rücklauf 4, 3 sind jeweils so ausgebildet, dass sie an ihrem ersten Anschluss 9 beziehungsweise 10 das Batteriegehäuse 6 durchdringen, also aus dem Batteriegehäuse 6 herausgeführt werden, und an ihrem jeweiligen anderen, dem zweiten geschlossenen Ende 15, 16 im Inneren des Batteriegehäuses 6 geschlossen ausgebildet sind. Temperiermittelzu- und -rücklauf 4, 3 sind getrennt und beabstandet voneinander ausgebildet. Sie sind dabei bevorzugt derart beabstandet, dass zwischen ihnen ein Temperierelement 2 angeordnet werden kann. Sowohl Temperiermittelzu- als auch -rücklauf 4, 3 weisen dabei eine Mehrzahl von Anschlüssen 1 für Temperierelemente 2 auf. So kann ein Temperierelement 2 einerseits über einen Anschluss 1 des Temperiermittelzulaufs 4 mit dem Temperiermittelzulauf 4 und andererseits über einen Anschluss 1 des Temperiermittelrücklaufs 3 mit dem Temperiermittelrücklauf 3 verbunden werden. Somit kann ein Temperiermittel über einen ersten Anschluss 9 des Temperiermittelzulaufs 4 in das Batteriegehäuse 6 von außen eingeführt, über einen ersten Anschluss 1 des Temperiermittelzulaufs 4 in ein Temperierelement 2 hereingeführt werden, dieses über entsprechende Kanäle im Temperierelement 2 durchströmen und kühlen oder erwärmen, über einen Ausgang des Temperierelementes 2 und einen ersten Anschluss 1 des Temperiermittelrücklaufs 3 wieder aus dem Temperierelement 2 herausgeführt werden, und schließlich nach Durchströmen des Temperiermittelrücklaufs 3 an seinem Anschluss 10 aus dem Batteriegehäuse 6 herausgeführt werden. To 1 is a battery case 6 shown as a top view from above in section. Inside the battery case 6 there is a Temperiermittelverteilsystem, which is a Temperiermittelzulauf 4 and a temperature control return 3 includes. Temperiermittelzu- and return 4 . 3 are each designed to be at their first port 9 respectively 10 the battery case 6 penetrate, so from the battery case 6 and at their respective other, the second closed end 15 . 16 inside the battery case 6 are formed closed. Temperiermittelzu- and return 4 . 3 are separated and spaced from each other. They are preferably spaced such that between them a tempering 2 can be arranged. Both temperature control and return 4 . 3 have a plurality of connections 1 for tempering elements 2 on. So can a tempering 2 on the one hand via a connection 1 of the temperature control inlet 4 with the temperature control feed 4 and on the other hand, via a port 1 of the temperature control return 3 with the temperature control return 3 get connected. Thus, a temperature control via a first connection 9 of the temperature control inlet 4 in the battery case 6 introduced from the outside, via a first connection 1 of the temperature control inlet 4 in a tempering 2 be introduced, this via corresponding channels in the tempering 2 flow through and cool or heat, via an outlet of the tempering 2 and a first connection 1 of the temperature control return 3 again from the tempering 2 be led out, and finally after flowing through the Temperiermittelrücklaufs 3 at its connection 10 from the battery case 6 be led out.

Die Abstände zwischen den jeweiligen Anschlüssen 1 am Temperiermittelzu- und -rücklauf 4, 3 sind bevorzugt kleiner als die Breite eines Temperierelementes 2 ausgebildet, um die Temperierelemente 2 flexibel positionieren zu können.The distances between the respective connections 1 at Temperiermittelzu- and return 4 . 3 are preferably smaller than the width of a tempering element 2 trained to the tempering 2 to position flexibly.

In 1 können zwei Reihen von Temperierelementen 2 angeordnet werden. In der Draufsicht der 1 können beispielhaft zwei Reihen von Temperierelementen 2 auf dem Gehäuseboden 14 des Batteriegehäuses 6 nebeneinander angeordnet werden. Dazu sind Temperiermittelzulauf 4 und der Temperiermittelrücklauf 3 jeweils in U-Form parallel zum und integriert im Boden 14 des Batteriegehäuses 6 ausgebildet. Der Temperiermittelrücklauf 3 erstreckt sich in 1 von seinem ersten, offenen Ende – dem Anschluss 10 – außerhalb des Batteriegehäuses 6 entlang der unteren, der rechten und der oberen Seitenwand im Gehäuseboden 14 des Batteriegehäuses 6 bis zu seinem zweiten geschlossenen Ende 16 im Inneren des Batteriegehäuses 6. Der Temperiermittelrücklauf 3 wird also bevorzugt entlang der Peripherie des Batteriegehäuses 6 im Gehäuseboden 14 geführt. Der Temperiermittelzulauf 4 erstreckt sich dann in 1 im Zentrum des Gehäusebodens 14 des Batteriegehäuses 6. Der Temperiermittelzulauf 4 erstreckt sich ebenfalls in U-Form von seinem ersten, offenen Ende des Anschlusses 9 außerhalb des Batteriegehäuses 6 entlang einer ersten Achse des Batteriegehäuses 6, durchläuft eine U-förmige Kehre und wird parallel wieder im Gehäuseboden 14 zurückgeführt, um im Inneren des Batteriegehäuses 6 in seinem zweiten, geschlossenen Ende 15 zu enden. Dabei sind die jeweiligen Abschnitte des Temperiermittelzulaufs und Temperiermittelrücklaufs 4, 3 parallel zueinander ausgeführt. In 1 can have two rows of tempering elements 2 to be ordered. In the plan view of 1 For example, two rows of tempering 2 on the case back 14 of battery case 6 be arranged side by side. These are Temperiermittelzulauf 4 and the temperature control return 3 each in U-shape parallel to and integrated in the ground 14 of the battery case 6 educated. The temperature control return 3 extends into 1 from its first, open end - the connection 10 - outside the battery case 6 along the lower, the right and the upper side wall in the case back 14 of the battery case 6 until his second closed end 16 inside the battery case 6 , The temperature control return 3 is therefore preferred along the periphery of the battery case 6 in the case back 14 guided. The temperature control feed 4 then extends into 1 in the center of the case bottom 14 of the battery case 6 , The temperature control feed 4 also extends in a U-shape from its first open end of the port 9 outside the battery case 6 along a first axis of the battery case 6 , goes through a U-shaped turn and is parallel again in the case back 14 returned to the inside of the battery case 6 in his second, closed end 15 to end. The respective sections of the Temperiermittelzulaufs and Temperiermittelrücklaufs 4 . 3 executed parallel to each other.

Aus 1 ist ersichtlich, dass über die Anschlüsse Zulauf 9 und Rücklauf 10 innerhalb einer Wandung des Batteriegehäuses 6 ein Temperiermittelkreislauf mit parallel geschalteten Temperierelementen 2, 7, 8 vorgesehen ist, wobei ein sogenannter U-Fluss eines strömenden Kühl-/Heizmediums annähernd zeitgleich über alle an den Temperiermittelzulauf 4 und den Temperiermittelrücklauf 3 über die Anschlüsse Zulauf 9 und Rücklauf 10 angeschlossenen Temperierelemente 2, 7, 8 möglich wird. Die Anschlüsse Zulauf und Rücklauf 9, 10 sind zwar in definierten Abständen im Temperiermittelzulauf 4 und Temperiermittelrücklauf 3 vorhanden, sie müssen jedoch nicht gegenüberliegen, um die Temperierelemente 2, 7, 8 anschließen zu können. Es ist auch sinnvoll, dass die Temperierelemente, wie die Temperierelemente 7, 8, in unterschiedlicher Geometrie vorliegen, was der Tatsache geschuldet ist, dass sie entweder innerhalb eines Packs von Lithium-Ionen-Zellen 5 der Größe der Lithium-Ionen-Zellen 5 angepasst oder separat und in größerer Ausbildung in den Kühl-/Heizkreislauf eingebunden sind, damit auch der übrige Bauraum des Batteriegehäuses 6 optimal temperiert werden kann. Die Abstände der Verläufe von Temperiermittelzulauf 4 und Temperiermittelrücklauf 3 sind bei der Gestaltung in der Form des U-Flusses unterschiedlich breit. In 1 sind z. B. der Eingang und der Ausgang des oberen Temperierelements 7 punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Querschnitts des Temperierelements 7 angeordnet, so dass die jeweiligen zu verwendenden Anschlüsse 1 des Temperiermittelrücklaufs 3 und des Temperiermittelzulaufs 4 horizontal versetzt zueinander ausgebildet sind. Out 1 can be seen that over the connections inlet 9 and return 10 within a wall of the battery case 6 a Temperiermittelkreislauf with parallel tempering 2 . 7 . 8th is provided, wherein a so-called U-flow of a flowing cooling / heating medium almost simultaneously over all to the Temperiermittelzulauf 4 and the temperature control return 3 via the connections inlet 9 and return 10 connected tempering 2 . 7 . 8th becomes possible. The connections inflow and return 9 . 10 are indeed in defined intervals in the temperature control 4 and temperature control return 3 However, they need not be opposite to the tempering 2 . 7 . 8th to be able to connect. It is also useful that the tempering, as the tempering 7 . 8th , exist in different geometry, which is due to the fact that they are either within a pack of lithium-ion cells 5 the size of the lithium-ion cells 5 adapted or separately and in greater training in the cooling / heating circuit are involved, so that the remaining space of the battery case 6 can be optimally tempered. The distances between the courses of the temperature control feed 4 and temperature control return 3 are differently broad in design in the shape of the U-flow. In 1 are z. B. the input and the output of the upper tempering 7 point-symmetrical to the center of the cross-section of the tempering 7 arranged so that the respective terminals to be used 1 of the temperature control return 3 and the Temperiermittelzulaufs 4 are formed offset from one another horizontally.

Auf den Temperierelementen 7 können Lithium-Ionen-Zellen 5 angeordnet werden. Sie stehen hierbei bevorzugt direkt in Kontakt mit den jeweiligen Temperierelementen 7. Bevorzugt ist ein Temperierelement 7 für ein Batteriemodul bestehend aus mehreren Lithium-Ionen-Zellen 5 vorgesehen. Die Verbindungsrichtung der Lithium-Ionen-Zellen 5 steht dabei bevorzugt senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung von Temperiermittelzulauf 4 und Temperiermittelrücklauf 3. Dies ermöglicht es, möglichst viele Lithium-Ionen-Zellen 5 in dem Batteriegehäuse 6 anzuordnen. On the tempering elements 7 can be lithium-ion cells 5 to be ordered. In this case, they are preferably in direct contact with the respective tempering elements 7 , A temperature control element is preferred 7 for a battery module consisting of several lithium-ion cells 5 intended. The connection direction of the lithium-ion cells 5 is preferably perpendicular to the main propagation direction of Temperiermittelzulauf 4 and temperature control return 3 , This allows as many lithium-ion cells as possible 5 in the battery case 6 to arrange.

In direktem Kontakt mit den Lithium-Ionen-Zellen 5 oder an einem bestimmten Ort an der Wandung eines Batteriegehäuses 6 wirken die Temperierelemente 7, 8 als Wärmesenke oder als Wärmequelle für gegebenenfalls mehrere in den Temperiermittelkreislauf der im Batteriegehäuse 6 eingebundenen Module oder für andere zu temperierende Elektronikbausteine.In direct contact with the lithium-ion cells 5 or at a certain location on the wall of a battery case 6 act the tempering 7 . 8th as a heat sink or as a heat source for possibly more in the temperature control circuit of the battery housing 6 integrated modules or for other electronic components to be tempered.

Die stationär in der Wandung des Batteriegehäuses 6 eingebrachten Verläufe des Temperiermittelrücklaufs 3 und des Temperiermittelzulaufes 4 sind innerhalb des Batteriegehäuses 6 an ihrem dortigen Ende blind verschlossen.The stationary in the wall of the battery case 6 introduced courses of the Temperiermittelrücklaufs 3 and the Temperiermittelzulaufes 4 are inside the battery case 6 blinded at its local end.

2 zeigt einen I-Fluss von Temperiermittelzulauf und Temperiermittelrücklauf 4, 3. Hierbei ist nur eine Reihe von Temperierelementen 7 im Inneren des Batteriegehäuses 6 anordbar. Der Temperiermittelzulauf 4 erstreckt sich entlang einer ersten Seitenwand des Batteriegehäuses 6 von seinem Anschluss 9 zu seinem geschlossenen Ende 15. Parallel dazu erstreckt sich der Temperiermittelrücklauf 3 von seinem ersten, offenen Ende, dem Anschluss 10, zu seinem zweiten, geschlossenen Ende 16 entlang der gegenüberliegenden Seite des Batteriegehäuses 6. Somit weisen Temperiermittelrücklauf und Temperiermittelzulauf 3, 4 jeweils eine I-Form auf. 2 shows an I-flow of Temperiermittelzulauf and Temperiermittelrücklauf 4 . 3 , Here is just a set of tempering 7 inside the battery case 6 locatable. The temperature control feed 4 extends along a first side wall of the battery case 6 from his connection 9 to his closed end 15 , Parallel to this, the Temperiermittelrücklauf extends 3 from its first, open end, to the connection 10 , to his second, closed end 16 along the opposite side of the battery case 6 , Thus have Temperiermittelrücklauf and Temperiermittelzulauf 3 . 4 each an I-shape.

In 3 ist in einer Seitenansicht im Schnitt die Lage der in einem Pack zu einem Modul zusammengefügten Lithium-Ionen-Zellen 11 zu sehen, die mit ihren Bodenflächen unmittelbar auf einem Temperierelement 12 aufgesetzt sind. Der Gehäuseboden 14 weist dabei weitere mögliche Anordnungen von Lithium-Ionen-Zellen 11 in einem Modul auf, in dem freie Montageflächen 13 reserviert sind, in welche die Verläufe eines Temperiermittelzulaufes 4 und eines Temperiermittelrücklaufes 3 in der Ausbildung eines U-Flusses vorliegen. Dadurch kann bei Bedarf der Bauraum eines Batteriegehäuses 6 mit weiteren Modulen oder mit Temperierelementen bestückt werden. Letztere Bauweise würde den Einbau von parallelen Reihen von Lithium-Ionen-Zellen 11 und/oder von Temperierelementen 7 gestatten.In 3 is a side view in section the position of the assembled in a pack to a module lithium-ion cells 11 to see, with their bottom surfaces directly on a tempering 12 are set up. The caseback 14 has other possible arrangements of lithium-ion cells 11 in a module in which free mounting surfaces 13 are reserved, in which the courses of a Temperiermittelzulaufes 4 and a temperature control return 3 present in the formation of a U-river. As a result, if necessary, the space of a battery case 6 be equipped with other modules or with tempering. The latter construction would require the installation of parallel rows of lithium-ion cells 11 and / or tempering 7 allow.

Erfindungsgemäß ist also ein Batteriegehäuse 6 oder eine Batterie mit dem Batteriegehäuse 6 vorgesehen, welche einen zentralen Temperiermittelzulauf beziehungsweise Temperiermittelrücklauf 4, 3 aufweist, an die beliebig viele Verbraucher anschließbar sind. Für den hydraulischen Abgleich lassen sich Drosselelemente, bevorzugt separat ansteuerbar, in den Anschlüssen 1 von Temperiermittelzulauf beziehungsweise Temperiermittelrücklauf 4, 3 integrieren. Dabei sind nicht verwendete Anschlüsse 1 verschlossen ausgebildet. Auch können wärmetechnisch isolierende Dummies mit den nicht verwendeten Anschlüssen 1 verbunden werden. So according to the invention is a battery case 6 or a battery with the battery case 6 provided which a central Temperiermittelzulauf or Temperiermittelrücklauf 4 . 3 has, to which any number of consumers can be connected. For the hydraulic adjustment can be throttle elements, preferably separately controlled, in the terminals 1 from Temperiermittelzulauf or Temperiermittelrücklauf 4 . 3 integrate. These are unused connections 1 closed trained. Also thermally insulating dummies with the unused terminals 1 get connected.

An Temperiermittelzulauf beziehungsweise Temperiermittelrücklauf 4, 3 können Wärmesenken oder Wärmequellen variabel je nach Bedarf platziert werden. Auf diese Weise lassen sich komplexe Temperiermittelgeometrien kompakt im Gehäuse einbauen. Eine aufwändige Verrohrung innerhalb der Batterie kann entfallen. Temperierelemente 7 können wie gesagt Wärmequellen oder Wärmesenken sein, aber auch andere zu temperierende Komponenten wie z. B. eine Elektronikkühlung kann im erfindungsgemäßen Batteriegehäuse 6 angeordnet sein. Nach der Assemblierung der Batterie tragen die Temperierelemente 7 und/oder die Dummies zur Stabilität des Batteriegehäuses 6 bei. At Temperiermittelzulauf or Temperiermittelrücklauf 4 . 3 Heat sinks or heat sources can be variably placed as needed. In this way complex temperature control geometries can be installed compactly in the housing. An elaborate piping inside the battery can be omitted. tempering 7 can be said heat sources or heat sinks, but also other components to be tempered such. B. an electronic cooling can in the battery housing according to the invention 6 be arranged. After the battery has been assembled, the tempering elements are worn 7 and / or the dummies for the stability of the battery case 6 at.

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Claims (11)

Batteriegehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere von Lithium-Ionen-Zellen, mit einem Temperiermittelverteilsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittelverteilsystem im Batteriegehäuse (6) integriert ist und umfasst: einen Temperiermittelzulauf (4) und einen davon getrennten Temperiermittelrücklauf (3), welche jeweils an ihrem einen Ende im Batteriegehäuse (6) geschlossen ausgebildet und an ihrem anderen Ende aus dem Batteriegehäuse (6) herausgeführt sind und jeweils eine Mehrzahl von Anschlüssen (1) für Temperierelemente (7) aufweisen, wobei zwischen Paaren von Anschlüssen (1), bestehend aus einem Anschluss (1) des Temperiermittelzulaufs (4) und einem Anschluss (1) des Temperiermittelrücklaufs (3), Temperierelemente (7) – parallel geschaltet – anschließbar sind. Battery housing for receiving a plurality of battery cells, in particular of lithium-ion cells, with a Temperiermittelverteilsystem, characterized in that the Temperiermittelverteilsystem in the battery case ( 6 ) and comprises: a temperature control agent feed ( 4 ) and a separate temperature control return ( 3 ), each at its one end in the battery case ( 6 ) formed closed and at the other end of the battery case ( 6 ) are led out and in each case a plurality of terminals ( 1 ) for tempering elements ( 7 ), wherein between pairs of terminals ( 1 ), consisting of a connection ( 1 ) of the Temperiermittelzulaufs ( 4 ) and a connection ( 1 ) of the temperature control return ( 3 ), Tempering elements ( 7 ) - connected in parallel - can be connected. Batteriegehäuse nach Anspruch 1, wobei der Temperiermittelzulauf (4) und der Temperiermittelrücklauf (3) in der Wandung des Batteriegehäuses (6) integriert sind und die Anschlüsse (1) vom Inneren des Batteriegehäuses (6) zugänglich sind. Battery housing according to claim 1, wherein the temperature control agent feed ( 4 ) and the temperature control return ( 3 ) in the wall of the battery case ( 6 ) and the connections ( 1 ) from inside the battery case ( 6 ) are accessible. Batteriegehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperiermittelzulauf (4) im Zentrum einer ersten Seite des Batteriegehäuses (6) geführt ist und der Temperiermittelrücklauf (3) entlang der diese erste Seite umschließenden Wände des Batteriegehäuses (6) geführt wird. Battery housing according to claim 1 or 2, wherein the temperature control agent feed ( 4 ) in the center of a first side of the battery case ( 6 ) and the temperature control return ( 3 ) along the walls surrounding the first side of the battery housing ( 6 ) to be led. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen Temperiermittelrücklauf (3) und Temperiermittelzulauf (4) der Ausdehnung eines Temperierelementes (7) entlang einer ersten Achse entspricht. Battery housing according to one of the preceding claims, wherein the distance between Temperiermittelrücklauf ( 3 ) and temperature control feed ( 4 ) the extent of a tempering element ( 7 ) along a first axis. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Temperiermittelzulauf (4) und/oder der Temperiermittelrücklauf (3) eine U-Form oder eine I-Form aufweisen.Battery housing according to one of the preceding claims, wherein the temperature control agent feed ( 4 ) and / or the temperature control return ( 3 ) have a U-shape or an I-shape. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Anschlüsse (1) für Temperierelemente (7) Ventile integriert sind. Battery housing according to one of the preceding claims, wherein in the terminals ( 1 ) for tempering elements ( 7 ) Valves are integrated. Batteriegehäuse nach Anspruch 6, wobei die Ventile separat ansteuerbare Drosselventile sind. Battery housing according to claim 6, wherein the valves are separately controllable throttle valves. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperiermittelverteilsystem genau einen Temperiermittelzulauf (4) und genau einen Temperiermittelrücklauf (3) aufweist.Battery housing according to one of the preceding claims, wherein the Temperiermittelverteilsystem exactly one Temperiermittelzulauf ( 4 ) and exactly one temperature control return ( 3 ) having. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Temperiermittelzulauf (4) und der Temperiermittelrücklauf (3) im Gehäuseboden (14) ausgebildet sind und dieser mindestens eine Montagefläche (13) aufweist, in der die Anschlüsse (1) an den Temperiermittelzulauf (4) und den Temperiermittelrücklauf (3) ausgebildet sind.Battery housing according to one of the preceding claims, wherein the temperature control agent feed ( 4 ) and the temperature control return ( 3 ) in the housing bottom ( 14 ) are formed and this at least one mounting surface ( 13 ), in which the connections ( 1 ) to the temperature control agent feed ( 4 ) and the temperature control return ( 3 ) are formed. Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, umfassend: ein Batteriegehäuse (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; eine Mehrzahl von parallel geschalteten Temperierelementen (7), wobei ein erster Anschluss (1) eines Temperierelementes (7) mit einem Anschluss (1) des Temperiermittelzulaufs (4) verbunden ist und ein zweiter Anschluss (1) eines Temperierelementes (7) mit einem Anschluss (1) des Temperiermittelrücklaufs (3) verbunden ist; und mindestens eine Lithium-Ionen-Zelle (5) in direktem Kontakt mit einem Temperierelement (7) steht. Battery, in particular a lithium-ion battery, comprising: a battery housing ( 6 ) according to any one of the preceding claims; a plurality of tempering elements connected in parallel ( 7 ), with a first connection ( 1 ) of a tempering element ( 7 ) with a connection ( 1 ) of the Temperiermittelzulaufs ( 4 ) and a second connection ( 1 ) of a tempering element ( 7 ) with a connection ( 1 ) of the temperature control return ( 3 ) connected is; and at least one lithium-ion cell ( 5 ) in direct contact with a tempering element ( 7 ) stands. Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches wenigstens ein Batteriegehäuse (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Batterie nach Anspruch 10, welche mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist, umfasst.Motor vehicle, in particular an electric motor driven motor vehicle, which at least one battery housing ( 6 ) according to one of claims 1 to 9 or a battery according to claim 10, which is connected to a drive system of the motor vehicle.
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