DE102014105123A1 - Battery system and method for operating a battery system - Google Patents

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Matthias Uecker
Sascha Putzke
Michael Schiemann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1), das eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen (2), eine Elektronik-Komponente (4), und eine Kühleinheit (3) aufweist. Die Kühleinheit (3) steht in Kontakt mit den Energiespeicherzellen (2) und der Elektronik-Komponente (4). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems (1), bei dem ein Durchflussmedium die Kühleinheit (3) derart durchströmt, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Durchflussmedium und den Energiespeicherzellen (2) und dem Durchflussmedium und der Elektronik-Komponente (4) stattfindet.The invention relates to a battery system (1) which has a plurality of energy storage cells (2), an electronic component (4), and a cooling unit (3). The cooling unit (3) is in contact with the energy storage cells (2) and the electronic component (4). Furthermore, the invention relates to a method for operating the battery system (1), in which a flow medium flows through the cooling unit (3) such that a heat exchange between the flow medium and the energy storage cells (2) and the flow medium and the electronic component (4) takes place ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems. Das Batteriesystem ist insbesondere zum Einsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug geeignet. The invention relates to a battery system and a method for operating the battery system. The battery system is particularly suitable for use in a hybrid or electric vehicle.

Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeug wird ein Fahrzeug bezeichnet, das prinzipbedingt ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben wird, also ein Kraftfahrzeug mit Hybrid- oder Elektroantrieb. Ein Hybridfahrzeug weist beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Ein Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellen umfasst allgemein eine Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einen Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einen elektrochemischen Energiespeicher und eine elektrische Maschine für den Antrieb. As a hybrid or electric vehicle, a vehicle is referred to, which is in principle driven wholly or partly by electrical energy, ie a motor vehicle with hybrid or electric drive. A hybrid vehicle has, for example, an internal combustion engine, an electric machine and one or more electrochemical energy stores. An electric vehicle with fuel cells generally comprises a fuel cell for energy conversion, a tank for liquid or gaseous fuels, an electrochemical energy storage and an electric machine for the drive.

Die elektrische Maschine des Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine bei einem konventionellen Kraftfahrzeug. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie und Bordnetzversorgung. The electric machine of the hybrid vehicle is usually designed as a starter / generator and / or electric drive. As a starter / generator it replaces the normally existing starter and alternator in a conventional motor vehicle. In an embodiment as an electric drive, an additional torque, d. H. an acceleration torque, to propel the vehicle to be contributed by the electric machine. As a generator, it enables a recuperation of braking energy and onboard power supply.

Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt. Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen. In a pure electric vehicle, the drive power is provided solely by an electric machine. Both vehicle types, hybrid and electric vehicles have in common that large amounts of electrical energy must be provided and transferred.

Die Energieentnahme aus der Brennstoffzelle oder dem Energiespeicher dient allgemein zur Darstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Speichers bzw. zur Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie, d.h. dem regenerativen Bremsen. The energy extraction from the fuel cell or the energy storage is generally used to represent drive power and to supply the vehicle electrical system. The energy supply serves to charge the memory or to convert braking energy into electrical energy, i. regenerative braking.

Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie stellt der Verbrennungsmotor bereit. Als Energielieferanten und Speicher für Elektrofahrzeuganwendungen lassen sich beispielsweise elektrochemische Energiespeicher wie Bleibatterien, Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen Zellen usw. bzw. elektrostatische Energiespeicher wie Doppelschichtkondensatoren nutzen. The energy storage for hybrid applications can be recharged while driving. The energy required for this is provided by the internal combustion engine. As an energy supplier and storage for electric vehicle applications, for example, electrochemical energy storage such as lead acid batteries, nickel-metal hydride or lithium-ion cells, etc. or electrostatic energy storage such as double-layer capacitors can be used.

Da die entsprechende Spannungslage bzw. die Gleichspannung generell nicht immer zu den Anforderungen der Antriebseinheit zum Darstellen der Antriebsleistung bzw. für das Wiederaufladen über die Rekuperationseinheit passt, wird die Spannung des elektrochemischen oder elektrostatischen Energiespeichers über ein DC/DC Wandler bzw. auch einem DC/AC Wandler angepasst. Since the corresponding voltage level or the DC voltage generally does not always match the requirements of the drive unit for representing the drive power or for recharging via the recuperation unit, the voltage of the electrochemical or electrostatic energy storage via a DC / DC converter or a DC / Adapted to AC converter.

Der Energiespeicher weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen auf. Die Anwendung eines durch energiereiche Fahrzyklen belastetes Batteriesystem im Fahrzeug, insbesondere im Nutzfahrzeug, stellt hohe Anforderungen an die Kühlung der Energiespeicherzellen bzw. auch an die Kühlung anderer Komponenten wie beispielsweise der Elektronik/Leistungselektronik. Während die Energiespeicherzellen im Allgemeinen in Betriebstemperaturbereichen von ca. –20°C bis 40°C gut funktionieren, kann die Leistungselektronik durchaus bei Temperaturen von –40°C bis 125°C zum Einsatz kommen. Das heißt in dem Gesamtsystem Batterie mit Energiespeicherzellen und der Leistungselektronik ist die Energiespeichzelle ein Bauelement, das in einem wesentlich begrenzteren Temperaturbereich eingesetzt wird. Das ist dadurch bedingt, dass die elektrochemischen aber auch elektrostatischen Energiespeicher bei tiefen Temperaturen eine viel schlechtere Leistungsfähigkeit und Kapazität gegenüber der normalen Umgebungstemperatur haben, während bei höheren Temperaturen sich die Alterung zunehmend beschleunigt, so dass die Lebensdauer bei höheren Temperaturen wesentlich sinkt. Daher weist ein Batteriesystem, das eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen aufweist, üblicherweise eine Kühleinheit auf, um die Energiespeicherzellen auf eine möglichst optimale Temperatur während des Betriebs zu bringen. Beispielsweise ist eine Kühleinheit zum Kühlen der Energiespeicherzellen in der DE 43 27 391 A1 beschrieben. Anderseits ist es nicht nur notwendig, die Energiespeicherzellen bei einer optimalen Temperatur zu betreiben, sondern allgemein Komponenten bzw. Elektronik-Komponenten des Batteriesystems möglichst in einem für sie günstigen Temperaturbereich zu betreiben. The energy store has a plurality of energy storage cells. The application of a charged by high-energy driving cycles battery system in the vehicle, especially in the commercial vehicle, makes high demands on the cooling of the energy storage cells or to the cooling of other components such as electronics / power electronics. While the energy storage cells generally work well in operating temperature ranges of about -20 ° C to 40 ° C, the power electronics can certainly be used at temperatures from -40 ° C to 125 ° C. That is, in the overall system battery with energy storage cells and the power electronics, the energy storage cell is a device that is used in a much more limited temperature range. This is due to the fact that the electrochemical but also electrostatic energy storage at low temperatures have a much poorer performance and capacity compared to the normal ambient temperature, while at higher temperatures, the aging accelerates increasingly, so that the life at higher temperatures decreases significantly. Therefore, a battery system having a plurality of energy storage cells, usually a cooling unit to bring the energy storage cells to the best possible temperature during operation. For example, a cooling unit for cooling the energy storage cells in the DE 43 27 391 A1 described. On the other hand, it is not only necessary to operate the energy storage cells at an optimum temperature, but generally to operate components or electronic components of the battery system as possible in a favorable temperature range for them.

Dabei ist es ein Problem, dass für die verschiedenen Komponenten des Batteriesystems wie beispielsweise die Energiespeicherzellen und die Leistungselektronik verschiedene für sie günstige Temperaturen erforderlich sind. D.h., bei Betrieb des Fahrzeugs sollten die verschiedenen Bauelemente auf verschiedene für sie jeweils optimale Temperaturen gebracht werden, und während des Betriebs sollten die verschiedenen Temperaturen möglichst aufrecht erhalten werden. Die Installation von separaten Kühlungen für jedes Bauelement ist jedoch aufwändig und teuer. It is a problem that for the various components of the battery system such as the energy storage cells and the power electronics different favorable temperatures are required. That is, during operation of the vehicle, the various components should be brought to different optimal temperatures for each, and during operation, the various temperatures should be maintained as possible. However, the installation of separate cooling for each component is cumbersome and expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems zur Verfügung zu stellen, bei denen eine Kühlung von Bauelementen des Batteriesystems auf eine einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt wird. The object of the present invention is to provide a battery system and a method for operating a battery system which provides cooling of components of the battery system in a simple and cost effective manner.

Die Aufgabe wird durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen. The object is achieved by a battery system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 9. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the following subclaims.

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, bei dem die Kühleinheit in Kontakt mit den Energiespeicherzellen und einer weiteren Komponente bzw. Elektronik-Komponente steht. Die Komponente ist insbesondere eine Elektronik-Komponente. Die Kühleinheit ist daher in der Lage, sowohl die Energiespeicherzellen als auch die Komponente bei oder während des Betriebs des Batteriesystems jeweils auf eine Temperatur gleichzeitig zu bringen und/oder zu halten. Dadurch sind eine gleichzeitige Kühlung bzw. Wärmeabfuhr der Komponente und der Energiespeicherzellen und deren Regelung möglich. Dies ermöglicht weiterhin, ein unterschiedlich schnelles Aufheizen der verschiedenen Bauelemente wie die Energiespeicherzellen und die Komponente des Batteriesystems auszunutzen, weil die Kühleinheit durch ihr Inkontaktstehen mit den Bauelementen von einem Bauelement abgeführte Wärme oder Kälte dem anderen Bauelement zuführen kann. Dadurch kann beispielsweise der Umstand ausgenutzt werden, dass sich ein Bauelement bei Inbetriebnahme des Batteriesystems schneller aufheizt als das andere Bauelement, und die abgeführte Wärme dem anderen Bauteil zu dessen Erwärmung zugeführt werden, so dass insgesamt eine schnellere Temperatureinstellung erzielt werden kann. Zudem kann ein im Vergleich zu dem anderen Bauelement kälteres Bauelement dazu ausgenutzt werden, das andere Bauelement zu kühlen. The invention relates to a battery system in which the cooling unit is in contact with the energy storage cells and a further component or electronic component. The component is in particular an electronic component. The cooling unit is therefore able to simultaneously bring and / or hold both the energy storage cells and the component during or during the operation of the battery system at a temperature. As a result, a simultaneous cooling or heat dissipation of the component and the energy storage cells and their regulation are possible. This also makes it possible to exploit a different rapid heating of the various components, such as the energy storage cells and the component of the battery system, because the cooling unit can perform by their contacting with the components of a component dissipated heat or cold to the other component. As a result, for example, the fact can be exploited that heats up a component at startup of the battery system faster than the other component, and the dissipated heat to the other component to its heating are supplied, so that a total of a faster temperature setting can be achieved. In addition, a cooler compared to the other component can be exploited to cool the other component.

Der Begriff „Inkontaktstehen“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass zwischen der Kühleinheit und den Energiespeicherzellen und zwischen der Kühleinheit und der Komponente ein Wärmeaustausch möglich ist. Die Kühleinheit kann die Energiespeicherzellen und die Komponente direkt oder indirekt erwärmen oder kühlen. The term "contacting" in the sense of the invention means that heat exchange is possible between the cooling unit and the energy storage cells and between the cooling unit and the component. The cooling unit may directly or indirectly heat or cool the energy storage cells and the component.

Die Kühleinheit ist vorzugsweise ausgelegt, so dass ein Durchflussmedium durch sie in Kontakt mit den Energiespeicherzellen und der Komponente strömbar ist. Die Kühleinheit ist bevorzugt ein Kühlsystem, das ein Durchflusserzeugungselement aufweist, das geeignet ist, ein Durchflussmedium durch den mit der Komponente und den Energiespeicherzellen in Kontakt stehenden Teil der Kühleinheit strömen zu lassen. Der Teil der Kühleinheit, der mit der Komponente und den Energiespeicherzellen in Kontakt steht, kann durch die Gestaltung und/oder Anordnung der Komponente und der Energiespeicherzellen ausgebildet sein oder ein an diesen Bauelementen angeordnetes Element sein. The cooling unit is preferably designed so that a flow medium through it in contact with the energy storage cells and the component is flowable. The cooling unit is preferably a cooling system that has a flow-generating element that is suitable for flowing a flow medium through the part of the cooling unit that is in contact with the component and the energy storage cells. The part of the cooling unit which is in contact with the component and the energy storage cells can be formed by the design and / or arrangement of the component and the energy storage cells or be an element arranged on these components.

Die Komponente kann irgendein anderes Bauelement des Batteriesystems als die Energiespeicherzellen sein. Vorzugsweise ist die Komponente eine Elektronik und/oder Leistungselektronik des Fahrzeugs. Die Komponente kann beispielsweise Gleichstromwandler, Wechselrichter, Lade- und/oder Entladeeinheiten umfassen, die mit den Energiespeicherzellen elektrisch verbunden sind. Derartige Komponenten bzw. Elektronik-Komponenten weisen andere optimale Betriebspunkte auf als die Energiespeicherzellen. Zudem wärmen sie sich bei Starten des Batteriesystems rasch auf, so dass ihre Wärme benutzt werden kann, um die Energiespeicherzellen auf ihren optimalen Betriebspunkt zu bringen. Weiterhin benötigen sie bei Betrieb Kühlung. Da die Energiespeicherzellen einen niedrigeren Betriebspunkt aufweisen, kann von den Energiespeicherzellen abgeführte Wärme zur Kühlung dieser Komponenten verwendet werden. The component may be any other component of the battery system than the energy storage cells. Preferably, the component is electronics and / or power electronics of the vehicle. The component may comprise, for example, DC converters, inverters, charging and / or discharging units, which are electrically connected to the energy storage cells. Such components or electronic components have other optimal operating points than the energy storage cells. In addition, they warm up quickly when the battery system starts, so that their heat can be used to bring the energy storage cells to their optimum operating point. Furthermore, they require cooling during operation. Since the energy storage cells have a lower operating point, heat dissipated by the energy storage cells can be used to cool these components.

Die Komponente kann ausgebildet sein, so dass sie Kanäle aufweist, durch die ein Gas wie beispielsweise Luft strömen kann. Diese Kanäle sind Teil der Kühleinheit, die mit der Komponente in Kontakt steht. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühleinheit auch beispielsweise in Form eines Kühlleitungssystems mit der Komponente in Kontakt stehen, das in die Komponente integriert oder an ihr angebracht sein kann. The component may be configured to include channels through which a gas, such as air, may flow. These channels are part of the cooling unit that is in contact with the component. Alternatively or additionally, the cooling unit can also be in contact, for example in the form of a cooling line system, with the component which can be integrated in or attached to the component.

Die Energiespeicherzellen sind vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht. Ein Energiespeicher weist das Gehäuse und die Mehrzahl an Energiespeicherzellen auf, die in einer Stapelrichtung angeordnet sind. Durch die Stapelung der Energiespeicherzellen und die Anpassung eines geeigneten Gehäuses kann der Energiespeicher ausgebildet sein, so dass ein Gas wie Luft zwischen den mit einem vorbestimmten Abstand zueinander gestapelten Energiespeicherzellen strömen kann. D.h. zwischen den Energiespeicherzellen sind mittels des vorbestimmten Abstands Kanäle ausgebildet. Im Sine der vorliegenden Erfindung sind diese Kanäle Teil der Kühleinheit, die mit den Energiespeicherzellen in Kontakt steht. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühleinheit ein Kühlleitungssystem aufweisen, das an dem Energiespeicher beispielsweise an dem Gehäuse oder an den Energiespeicherzellen beispielsweise integriert angeordnet ist, so dass die Energiespeicherzellen von der Kühleinheit indirekt gekühlt werden. The energy storage cells are preferably housed in a housing. An energy storage device has the housing and the plurality of energy storage cells, which are arranged in a stacking direction. As a result of the stacking of the energy storage cells and the adaptation of a suitable housing, the energy store can be designed such that a gas such as air can flow between the energy storage cells stacked at a predetermined distance from one another. That between the energy storage cells channels are formed by means of the predetermined distance. In the sine of the present invention, these channels are part of the cooling unit, which is in contact with the energy storage cells. Alternatively or additionally, the cooling unit may have a cooling line system which is arranged, for example, integrated on the energy store, for example, on the housing or on the energy storage cells, so that the energy storage cells are indirectly cooled by the cooling unit.

Als Energiespeicherzellen werden vorzugsweise Bleibatterien, Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Zellen bzw. elektrostatische Energiespeicher wie Doppelschichtkondensatoren eingesetzt. Die Energiespeicherzellen sind vorzugswiese jeweils eine flache, rechteckförmige Akkumulatorzelle, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle, mit wechselweise übereinander geschichteten flachen Elektroden und Separatoren, die vorzugsweise in eine flexible Hülle aus einem Metall-Kunststoff-Verbundmaterial eingeschweißt sind. Die Aufladung und Entladung im Betrieb jeder Energiespeicherzelle erfolgt über Ableiter wie einen Minus- und einen Pluspol, die als dünne metallische Folien an einer Seite jeder Energiespeicherzelle aus der Hülle herausgeführt sind. Die Energiespeicherzellen sind jeweils mit einer Vielzahl von weiteren, gleichartigen Energiespeicherzellen in einem stabilen Gehäuse zum mechanischen Schutz der Energiespeicherzellen zu einem Energiespeicher zusammengeschaltet. Weiterhin stehen die Energiespeicherzellen vorzugsweise mit weiteren Bauelementen wie der Kühleinheit und einem Batteriemanagementsystem in Verbindung. Insbesondere wenn die Kühleinheit die Energiespeicherzellen direkt kühlt d.h. ohne Kühlleitungssystem sondern in den Energiespeicher direkt integriert kühlt, ist der Energiespeicher in einem Gehäuse des Batteriesystems liegend angeordnet. Lead-acid batteries, nickel-metal hydride or lithium-ion cells or electrostatic energy stores such as double-layer capacitors are preferably used as energy storage cells. The energy storage cells are vorzugswiese respectively a flat, rectangular battery cell, for example a lithium-ion cell, with alternately stacked flat electrodes and separators, which are preferably welded into a flexible shell made of a metal-plastic composite material. The charging and discharging during operation of each energy storage cell takes place via arresters such as a negative and a positive pole, which are led out of the envelope as thin metallic foils on one side of each energy storage cell. The energy storage cells are each interconnected with a plurality of further, similar energy storage cells in a stable housing for the mechanical protection of the energy storage cells to an energy storage. Furthermore, the energy storage cells are preferably in connection with other components such as the cooling unit and a battery management system. In particular, when the cooling unit directly cools the energy storage cells, ie cools directly integrated into the energy storage without cooling line system, the energy storage is arranged lying in a housing of the battery system.

Die Komponente und der Energiespeicher, mit denen die Kühleinheit in Kontakt steht, sind vorzugsweise benachbart angeordnet. Je kleiner der Transportweg zwischen der Komponente und den Energiespeicherzellen ist, desto weniger geht abgeführte Wärme oder Kälte auf dem Transportweg verloren. Vorzugsweise sind die Energiespeicherzellen zu der Komponente und der Kühleinheit derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass alle Energiespeicherzellen gleichzeitig und möglichst gleichmäßig durch den Wärmeaustausch bei Betrieb kühl- bzw. erwärmbar sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass sich die Kühleinheit senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung die Energiespeicherzellen und zwischen den gestapelten Energiespeicherzellen hindurch erstreckt. Genauso ist die Kühleinheit vorzugsweise an die Bauweise der Komponente derart angepasst, dass diese bei Betrieb gleichmäßig kühl- bzw. erwärmbar ist. The component and the energy storage, with which the cooling unit is in contact, are preferably arranged adjacent. The smaller the transport path between the component and the energy storage cells, the less dissipated heat or cold is lost on the transport route. Preferably, the energy storage cells to the component and the cooling unit are arranged or aligned such that all energy storage cells are cooled and heated simultaneously and as evenly as possible by the heat exchange during operation. This can be realized, for example, in that the cooling unit extends perpendicular or substantially perpendicular to the stacking direction the energy storage cells and between the stacked energy storage cells. In the same way, the cooling unit is preferably adapted to the construction of the component in such a way that it can be uniformly cooled or heated during operation.

Vorzugsweise ist die Kühleinheit derart ausgebildet, dass ein Durchflussmedium durch sie in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente oder in Richtung von der Komponente zu den Energiespeicherzellen strömbar ist. Dies ermöglicht einen schnelleren Wärmeaustausch zwischen der Kühleinheit, den Energiespeicherzellen und der Komponente. Die Kühleinheit weist beispielsweise ein Kühlleitungssystem auf, das in Kontakt mit den Energiespeicherzellen und der Komponente steht, durch das das Durchflussmedium strömen kann, oder in dem Energiespeicher und in der Komponente sind Kanäle ausgebildet, die einen Teil der Kühleinheit bilden, durch die das Durchflussmedium strömen kann. Diese Ausgestaltung der Kühleinheit ermöglicht es, die Temperatur der Energiespeicherzellen und der Komponente auf eine gewünschte Temperatur zufrieden stellend schnell einzuregeln, wobei die Durchflussrichtung in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente oder umgekehrt davon abhängig ausgewählt werden kann, ob die Temperatur der Energiespeicherzellen oder der Komponente erhöht oder erniedrigt werden soll. Preferably, the cooling unit is designed in such a way that a flow medium can flow through it in the direction from the energy storage cells to the component or in the direction from the component to the energy storage cells. This allows a faster heat exchange between the cooling unit, the energy storage cells and the component. The cooling unit has, for example, a cooling line system which is in contact with the energy storage cells and the component through which the flow medium can flow, or in the energy storage and in the component channels are formed which form part of the cooling unit, through which the flow medium flow can. This embodiment of the cooling unit makes it possible to regulate the temperature of the energy storage cells and the component to a desired temperature satisfactorily quickly, wherein the flow direction in the direction of the energy storage cells to the component or vice versa can be selected depending on whether the temperature of the energy storage cells or the component should be increased or decreased.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühleinheit derart ausgebildet, dass eine Durchflussrichtung des Durchflussmediums in der Kühleinheit umkehrbar ist. Dadurch können die Energiespeicherzellen je nach Bedarf gekühlt oder erwärmt werden. Wenn das Fahrzeug beispielsweise bei einer niedrigeren Temperatur als die optimale Temperatur zum Betreiben der Energiespeicherzellen gestartet wird, so ist es vorteilhaft sie mittels der Kühleinrichtung schnell auf diese optimale Temperatur zu erwärmen. Wenn die Komponente beispielsweise eine Leistungselektronik ist, die sich schneller als die Energiespeicherzellen nach dem Starten erwärmt, dann ist es sinnvoll, dass die Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung von der Komponente zu den Energiespeicherzellen gerichtet wird, um die Energiespeicherzellen mit der von der Komponente abgeführten Wärme zu erwärmen. Wenn die Energiespeicherzellen bei Betrieb eine Temperatur oberhalb der optimalen Temperatur aufweisen, ist es sinnvoll die Durchflussrichtung umzukehren, so dass die Durchflussrichtung in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Leistungselektronik gerichtet wird, um Wärme von den Energiespeicherzellen abzuführen und zu der temperaturunempfindlicheren Leistungselektronik zu führen, die bei einer höheren optimalen Temperatur betrieben wird. In a preferred embodiment, the cooling unit is designed such that a flow direction of the flow medium in the cooling unit is reversible. As a result, the energy storage cells can be cooled or heated as needed. For example, if the vehicle is started at a lower temperature than the optimum temperature for operating the energy storage cells, it is advantageous to heat it up quickly to this optimum temperature by means of the cooling device. For example, if the component is a power electronics that heats up faster than the energy storage cells after starting, then it makes sense that the flow direction of the flow medium is directed in the direction of the component to the energy storage cells to the energy storage cells with the heat dissipated by the component to warm up. When the energy storage cells in operation have a temperature above the optimum temperature, it makes sense to reverse the flow direction, so that the flow direction is directed in the direction of the energy storage cells to the power electronics to dissipate heat from the energy storage cells and lead to the temperaturunempfindlicheren power electronics operated at a higher optimum temperature.

Vorzugsweise weist das Batteriesystem eine Temperaturregelungseinrichtung auf, die geeignet ist, eine Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit des Durchflussmediums in Abhängigkeit einer ermittelbaren Temperatur der Energiespeicherzellen und einer ermittelbaren Temperatur der Komponente zu regeln. Die Temperaturregelungseinrichtung ermöglicht eine intelligente Regelung der Kühleinheit. So kann die Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit des Durchflussmediums in der Kühleinheit je nach benötigter Kühlleistung eingestellt werden. So kann die Durchflussrichtung in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente oder umgekehrt danach festgelegt werden, ob von den Energiespeicherzellen Wärme abgeführt oder zugeführt werden sollte. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperaturregelungseinrichtung die Durchflussgeschwindigkeit des Durchflussmediums in der Kühleinheit regeln. Wenn das Batteriesystem keinen oder einen geringen Kühlbedarf hat, kann die Temperaturregelungseinrichtung die Durchflussgeschwindigkeit auf Null setzen oder niedrig einstellen. Preferably, the battery system has a temperature control device which is suitable for regulating a flow direction and / or velocity of the flow medium as a function of a determinable temperature of the energy storage cells and a determinable temperature of the component. The temperature control device allows an intelligent control of the cooling unit. Thus, the flow direction and / or speed of the flow medium in the cooling unit can be adjusted depending on the required cooling capacity. Thus, the direction of flow in the direction of the energy storage cells to the component or vice versa can be determined according to whether heat should be dissipated or supplied by the energy storage cells. Alternatively or additionally, the temperature control device can regulate the flow rate of the flow medium in the cooling unit. If the battery system has no or low cooling demand, the temperature controller may set the flow rate to zero or set it low.

Weiterhin bevorzugt ist die Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit des Durchflussmediums von einer vorgegebenen Energiespeicherzellen-Temperatur und optional einer vorgegebenen Komponenten- bzw. Elektronik-Komponenten-Temperatur abhängig. Vorzugsweise sind die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur und die vorgegebene Komponenten-Temperatur voneinander verschieden. Die vorgegebene Energiespeicherzellen- bzw. Komponenten-Temperatur ist vorzugsweise die optimale Temperatur d.h. der optimale Betriebspunkt, bei der die Energiespeicherzellen bzw. die Komponente betrieben wird. Furthermore, the flow direction and / or velocity of the flow medium is preferably dependent on a predetermined energy storage cell temperature and optionally a predetermined component or electronic component temperature. Preferably, the predetermined energy storage cell temperature and the predetermined component temperature are different from each other. The predetermined energy storage cell or component temperature is preferably the optimum temperature, ie the optimum operating point at which the energy storage cells or the component is operated.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kühleinheit einen Lüfter auf. Der Lüfter stellt das vorstehend erwähnte Durchflusserzeugungselement dar. Der Lüfter ist derart ausgebildet, dass Luft in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente oder umgekehrt durch die Kühleinheit gefördert werden kann. In dieser Ausführungsform sind die Komponente und der Energiespeicher vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie Kanäle aufweisen, durch die die Luft strömen kann, sodass sie durch die Kühleinheit direkt gekühlt bzw. erwärmt werden können. Die Energiespeicherzellen sind in dieser Ausführungsform vorzugsweise in einem in dem Batteriesystem liegend angeordnet Energiespeicher liegend angeordnet. Vorzugsweise weist das Batteriesystem ein Gehäuse auf, in dem die Komponente, der Energiespeicher und der Lüfter angeordnet sind. In a preferred embodiment, the cooling unit has a fan. The fan is the above-mentioned flow generating element. The fan is configured such that air can be conveyed in the direction from the energy storage cells to the component or vice versa by the cooling unit. In this embodiment, the component and the energy storage are preferably designed such that they have channels through which the air can flow, so that they can be directly cooled or heated by the cooling unit. In this embodiment, the energy storage cells are preferably arranged lying in an energy accumulator arranged lying in the battery system. The battery system preferably has a housing in which the component, the energy store and the fan are arranged.

Alternativ oder zusätzlich weist die Kühleinheit mindestens eine Kühlleitung auf, in der zumindest teilweise ein flüssiges Durchflussmedium angeordnet ist. Die Kühlleitung steht mit den Energiespeicherzellen und der Komponente in Kontakt. Die Energiespeicherzellen und die Komponente werden durch die Kühlleitung indirekt gekühlt. Als Durchflusserzeugungselement wird in dieser Ausführungsform vorzugsweis eine Pumpe eingesetzt. Das mindestens Kühlleitung ist vorzugsweise als Kreislauf ausgelegt. Alternatively or additionally, the cooling unit has at least one cooling line, in which at least partially a liquid flow medium is arranged. The cooling line is in contact with the energy storage cells and the component. The energy storage cells and the component are indirectly cooled by the cooling line. As a flow-generating element, a pump is preferably used in this embodiment. The at least cooling line is preferably designed as a circuit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente eine Leistungselektronik. Die Leistungselektronik kann bei Temperaturen von –40°C bis 125°C zum Einsatz kommen und ist daher relativ temperaturunempfindlich. Die Leistungselektronik erwärmt sich zudem im Betrieb sehr schnell und kann dann das Durchflussmedium (z. B. die Luft) zusätzlich aufheizen, um die Energiespeicherzellen schneller auf die optimale Temperatur zu bringen, wenn diese höher ist als die aktuelle und wenn die Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung der Leistungselektronik zu den Energiespeicherzellen gerichtet ist. Sind die Energiespeicherzellen optimal temperiert, können sie durch Einstellen der Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Leistungselektronik entsprechend durch Abführen von Wärme von den Energiespeicherzellen gekühlt werden. Die durch die Energiespeicherzellen erwärmte Luft wird dann zur Kühlung der Leistungselektronik verwendet, deren optimale/zulässige Temperatur bei Betrieb wesentlich höher als die der Energiespeicherzellen ist. Die unterschiedlichen Betriebspunkte der Leistungselektronik und der Energiespeicherzellen können ausgenutzt werden, um die jeweiligen Bauelemente je nach Bedarf zu kühlen oder zu erwärmen. Alternativ ist die Komponente eine Halbleiter-Komponente. In a preferred embodiment, the component is power electronics. The power electronics can be used at temperatures of -40 ° C to 125 ° C and is therefore relatively insensitive to temperature. The power electronics also heat up very quickly during operation and can additionally heat up the flow medium (eg the air) in order to bring the energy storage cells to the optimum temperature faster if it is higher than the current one and if the flow direction of the flow medium in Direction of the power electronics is directed to the energy storage cells. If the energy storage cells are optimally tempered, they can be cooled by adjusting the flow direction of the flow medium in the direction from the energy storage cells to the power electronics by dissipating heat from the energy storage cells. The heated by the energy storage cells air is then used to cool the power electronics, the optimum / permissible temperature during operation is much higher than that of the energy storage cells. The different operating points of the power electronics and the energy storage cells can be exploited to cool or heat the respective components as needed. Alternatively, the component is a semiconductor component.

Wenn die Komponente die Leistungselektronik ist, und das Batteriesystem die Temperaturregelungseinrichtung aufweist, kann die Temperaturregelungseinrichtung Teil der Leistungselektronik d.h. in sie integriert sein. If the component is the power electronics and the battery system includes the temperature control device, the temperature control device may be part of the power electronics, i. be integrated into it.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, das eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen, eine Komponente und eine mit den Energiespeicherzellen und der Komponente in Kontakt stehende Kühleinheit aufweist. Das Verfahren ist ausgebildet, das vorstehende Batteriesystem und ggf. seine Modifikationen und Weiterbildungen zu betreiben. Bei dem Verfahren durchströmt ein Durchflussmedium die Kühleinheit, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Durchflussmedium und den Energiespeicherzellen und dem Durchflussmedium und der Komponente stattfindet. The invention further relates to a method for operating a battery system which has a plurality of energy storage cells, a component and a cooling unit in contact with the energy storage cells and the component. The method is designed to operate the above battery system and, if necessary, its modifications and developments. In the process, a flow medium flows through the cooling unit, so that a heat exchange between the flow medium and the energy storage cells and the flow medium and the component takes place.

Bei dem Verfahren wird die Abfuhr an Wärme oder Kälte zur Kühlung bzw. Erwärmung der Komponente und/oder der Energiespeicherzellen genutzt, um die Energiespeicherzellen und/oder die Komponente zu kühlen bzw. zu erwärmen. Es handelt sich um eine Steuerung oder Regelung der Abfuhr von Wärme oder Kälte eines der beiden Bauelemente zum Erwärmen oder Kühlen des anderen Bauelements. Wenn das Durchflussmedium ein Gas wie beispielsweise Luft ist, wird das Durchflussmedium vorzugswiese nur in eine Richtung gefördert, wobei die Durchflussrichtung ggf. umgekehrt werden kann. Wenn das Durchflussmedium eine Flüssigkeit ist, wird das Durchflussmedium vorzugsweise in einem Kreislauf gefördert. In the method, the removal of heat or cold for cooling or heating of the component and / or the energy storage cells is used to cool or heat the energy storage cells and / or the component. It is a control or regulation of the removal of heat or cold of one of the two components for heating or cooling of the other component. If the flow medium is a gas such as air, the flow medium is vorzugsswiese promoted only in one direction, the direction of flow may possibly be reversed. If the flow medium is a liquid, the flow medium is preferably conveyed in a circuit.

Vorzugsweise weist das Verfahren die Schritte auf

  • – Ermitteln einer Temperatur der Energiespeicherzellen und einer Temperatur der Komponente,
  • – Regeln einer Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit eines Durchflussmediums in der Kühleinheit in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente oder in Richtung von der Komponente zu den Energiespeicherzellen in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur der Energiespeicherzellen und der ermittelten Temperatur der Komponente.
Preferably, the method comprises the steps
  • Determining a temperature of the energy storage cells and a temperature of the component,
  • - Controlling a flow direction and / or velocity of a flow medium in the cooling unit in the direction of the energy storage cells to the component or in the direction of the component to the energy storage cells in dependence on the determined temperature of the energy storage cells and the determined temperature of the component.

Die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen kann eine Temperatur sein, die an einer Energiespeicherzelle gemessen wird und als repräsentativ für alle Energiespeicherzellen ist. Alternativ kann die Temperatur an jeder Energiespeicherzelle gemessen werden, und die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen ist die gemittelte Temperatur der gemessenen Temperaturen der Energiespeicherzellen. The determined temperature of the energy storage cells may be a temperature which is measured at an energy storage cell and is representative of all energy storage cells. Alternatively, the temperature at each energy storage cell may be measured and the determined temperature of the energy storage cells is the average temperature of the measured temperatures of the energy storage cells.

Weiterhin bevorzugt wird das Regeln der Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit weiterhin in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Energiespeicherzellen-Temperatur und optional einer vorgegebenen Komponenten-Temperatur durchgeführt. Die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur ist bevorzugt verschieden von der vorgegebenen Komponenten-Temperatur. Wie vorstehend erwähnt, ist die vorgegebene Energiespeicherzellen- bzw. Komponenten-Temperatur vorzugsweise die optimale Temperatur d.h. der optimale Betriebspunkt, bei der die Energiespeicherzellen bzw. die Komponente betrieben werden kann. Furthermore, the regulation of the flow direction and / or speed is furthermore preferably carried out as a function of a predetermined energy storage cell temperature and optionally a predetermined component temperature. The predetermined energy storage cell temperature is preferably different from the predetermined component temperature. As mentioned above, the predetermined energy storage cell or component temperature is preferably the optimum temperature, i. the optimum operating point at which the energy storage cells or the component can be operated.

Vorzugsweise wird die Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung von der Komponente zu den Energiespeicherzellen gerichtet, wenn die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen geringer ist als die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur. Die Durchflussrichtung des Durchflussmediums wird vorzugsweise in Richtung von den Energiespeicherzellen zu der Komponente gerichtet, wenn die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur gleich zu oder höher als die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Energiespeicherzellen schnell auf eine für sie optimale Temperatur bei Betrieb gebracht werden und die optimale Temperatur während des Betriebs aufrechterhalten wird. Dadurch können die Energiespeicherzellen bei einer zufrieden stellenden Leistung betrieben werden, ohne vorschnell zu altern. Preferably, the flow direction of the flow medium is directed in the direction of the component to the energy storage cells when the determined temperature of the energy storage cells is less than the predetermined energy storage cell temperature. The flow direction of the flow medium is preferably directed in the direction of the energy storage cells to the component when the predetermined energy storage cell temperature is equal to or higher than the determined temperature of the energy storage cells. This ensures that the energy storage cells are quickly brought to an optimum temperature for operation and the optimum temperature is maintained during operation. As a result, the energy storage cells can be operated at a satisfactory power without aging prematurely.

Das Verfahren eignet sich insbesondere, wenn die Komponente die Leistungselektronik ist. Vorzugsweise ist die in dem Verfahren verwendete Komponente die Leistungselektronik, die bevorzugter eine Temperaturregelungseinrichtung aufweist. Während die Energiespeicherzellen in Betriebstemperaturbereichen von ca. –20°C bis 40°C gut funktionieren, kann die Leistungselektronik durchaus bei Temperaturen von –40°C bis 125°C zum Einsatz kommen. Das heißt in dem Gesamtsystem Batterie mit Energiespeicherzellen und der Leistungselektronik ist die Energiespeicherzelle, das Bauelement, das in einem wesentlich begrenzteren Temperaturbereich eingesetzt wird. Dabei ist die Durchflussreihenfolge d.h. die Durchflussrichtung des Durchflussmediums von der ermittelten Temperatur der beiden Bauelemente und deren jeweilig gewünschten Zielbetriebstemperatur abhängig. Angenommen die optimale Betriebstemperatur der Batterie ist 40°C. Das Fahrzeug startet bei –25°C. Die Leistungselektronik erwärmt sich im Betrieb sehr schnell und kann dann das Durchflussmedium (z. B. Luft) zusätzlich aufheizen, um die Energiespeicherzellen schneller auf die optimale Temperatur zu ihrem Betrieb zu bringen. Sind die Energiespeicherzellen optimal temperiert, gilt es die Energiespeicherzellen entsprechend zu kühlen, um die im Betrieb entstehende Wärme durch die Energiespeicherzellen abzuführen, damit die Energiespeicherzellen nicht vorzeitig altern. Die erwärmte Luft durch die Energiespeicherzellen wird dann zur Kühlung der Leistungselektronik verwendet, deren optimale/zulässige Betriebstemperatur wesentlich höher als die der Energiespeicherzellen ist. The method is particularly suitable if the component is the power electronics. Preferably, the component used in the method is the power electronics, which more preferably has a temperature control device. While the energy storage cells work well in operating temperature ranges of about -20 ° C to 40 ° C, the power electronics can certainly be used at temperatures of -40 ° C to 125 ° C. That is, in the overall battery system with energy storage cells and power electronics, the energy storage cell is the device used in a much more limited temperature range. The flow order, i. the flow direction of the flow medium of the determined temperature of the two components and their respective desired target operating temperature dependent. Suppose the optimum operating temperature of the battery is 40 ° C. The vehicle starts at -25 ° C. The power electronics heats up very quickly during operation and can then additionally heat the flow medium (eg air) in order to bring the energy storage cells to their operating temperature faster to the optimum temperature. If the energy storage cells are optimally tempered, it is appropriate to cool the energy storage cells in order to dissipate the heat generated during operation by the energy storage cells, so that the energy storage cells do not age prematurely. The heated air through the energy storage cells is then used to cool the power electronics, the optimal / permissible operating temperature is much higher than that of the energy storage cells.

Weitere Aspekte der Erfindung werden anhand von Figuren erläutert: Further aspects of the invention will be explained with reference to figures:

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichers; und 1 a schematic representation of an energy storage; and

2 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems. 2 a schematic exploded view of a battery system according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 5. Der Energiespeicher 5 weist eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen 2 auf. In diesem konkreten Beispiel weist der Energiespeicher 5 fünf Energiespeicherzellen 2 auf, die Anzahl ist aber rein beispielhaft willkürlich ausgewählt. Die Energiespeicherzellen 2 sind jeweils eine flache, rechteckförmige Akkumulatorzelle wie eine Lithium-Ionen-Zelle mit wechselweise übereinander geschichteten flachen Elektroden (nicht gezeigt) und Separatoren (nicht gezeigt), die vorzugsweise in eine flexible Hülle (nicht gezeigt) eingeschweißt sind. Die Aufladung und Entladung im Betrieb jeder Energiespeicherzelle 2 erfolgt über Ableiter 6, die jeweils ein Minus- und ein Pluspol sind und die als dünne Metall-Folien an einer Seite jeder Energiespeicherzelle 2 aus der Hülle herausgeführt sind. 1 shows a schematic representation of an energy storage 5 , The energy storage 5 has a plurality of energy storage cells 2 on. In this concrete example, the energy store 5 five energy storage cells 2 on, but the number is selected purely by way of example arbitrarily. The energy storage cells 2 are each a flat, rectangular Akkumulatorzelle such as a lithium-ion cell with alternately stacked flat electrodes (not shown) and separators (not shown), which are preferably welded in a flexible sheath (not shown). Charging and discharging during operation of each energy storage cell 2 via arrester 6 , which are each a negative and a positive pole and as thin metal foils on one side of each energy storage cell 2 are led out of the case.

Die Energiespeicherzellen 2 sind jeweils vorgesehen, mit einer Vielzahl von weiteren, gleichartigen Energiespeicherzellen und zusammen mit weiteren Bauelementen wie einer Kühleinheit 3 und ggf. weiteren Bauelementen (nicht gezeigt) in einem stabilen Gehäuse 7 zum mechanischen Schutz der Energiespeicherzellen zusammengeschaltet zu werden. Das Gehäuse 7 umhüllt die gestapelten Energiespeicherzellen 2 auf vier Seiten, sodass eine Stirn- und Bodenseite der Energiespeicherzellen 2 frei liegen und die Ableiter 6 außerhalb des Gehäuses 7 angeordnet sind. Die beiden entlang der Stapelrichtung der Energiespeicherzellen 2 angeordneten Seiten des Gehäuses 7 weisen drei Kanäle 10 in Form von Öffnungen auf, die sich senkrecht zur Stapelrichtung erstrecken. Die Anzahl der Kanäle 10 ist beispielhaft ausgewählt. Die Kanäle 12 sind Teil der Kühleinheit 3 des Batteriesystems. Die Kühleinheit 3 steht in Kontakt mit den Energiespeicherzellen 2, weil die Energiespeicherzellen 2 mit einem vorbestimmten Abstand zueinander gestapelt sind, so dass sich die Kühleinheit 3 durch den Energiespeicher 5 hindurch erstreckt, so dass sie die Energiespeicherzellen 2 großflächig kühlen oder erwärmen kann. The energy storage cells 2 are each provided with a plurality of further, similar energy storage cells and together with other components such as a cooling unit 3 and possibly further components (not shown) in a stable housing 7 to be interconnected to the mechanical protection of the energy storage cells. The housing 7 envelops the stacked energy storage cells 2 on four sides, so that a front and bottom side of the energy storage cells 2 are free and the arresters 6 outside the case 7 are arranged. The two along the stacking direction of the energy storage cells 2 disposed Sides of the case 7 have three channels 10 in the form of openings which extend perpendicular to the stacking direction. The number of channels 10 is selected by way of example. The channels 12 are part of the cooling unit 3 of the battery system. The cooling unit 3 is in contact with the energy storage cells 2 because the energy storage cells 2 are stacked with a predetermined distance to each other, so that the cooling unit 3 through the energy storage 5 extends through, so that they are the energy storage cells 2 can cool or heat over a large area.

Der Energiespeicher 5 eignet sich insbesondere zur Integration in ein Batteriesystem in einer liegenden Anordnung in einem Gehäuse des Batteriesystems. The energy storage 5 is particularly suitable for integration in a battery system in a horizontal arrangement in a housing of the battery system.

2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1. Das Batteriesystem 1 weist zwei Energiespeicher 5 auf, von denen einer in 1 gezeigt ist. Zur Beschreibung der Energiespeicher 5 wird daher auf die Beschreibung zu 1 verwiesen. Weiterhin weist das Batteriesystem 1 eine Leistungselektronik als Komponente 4 auf, die in einem Gehäuse 8 angeordnet ist. Die Komponente 4 weist eine Temperaturregelungseinrichtung (nicht gezeigt) auf. An dem Gehäuse 8 ist an der zu den zwei Energiespeichern 5 abgewandten Seite ein Lüfter 9 angeordnet. Weiterhin ist an der zu den Energiespeichern 5 zugewandten Seite des Gehäuses 8 ein Trennelement 14 angeordnet. Der Lüfter 9 bildet zusammen mit Kanälen 10, die sich durch das Trennelement 14, die Komponente 4, die Energiespeicher 5 und an dem Gehäuse 8 erstrecken, die Kühleinheit 3. Der Lüfter 9 ist geeignet, bei Betrieb Luft durch die Kanäle 10 strömen zu lassen. Der Lüfter 9 ist derart ausgebildet, dass die Durchflussrichtung und -geschwindigkeit in Richtung von den Energiespeicherzellen 2 zu der Komponente 4 oder umgekehrt eingestellt werden können. Die zwei Energiespeicher 5 und die Komponente 4 sind in einem Gehäuse 11 angeordnet. Die zwei Energiespeicher 5 sind in dem Gehäuse 11 liegend angeordnet. Das Gehäuse 11 weist benachbart zu den Energiespeichern 5 auf der Seite der Energiespeicher 5, die von der Komponente 4 abgewandt ist, zwei Gitter 12 auf. 2 shows an exploded view of a battery system according to the invention 1 , The battery system 1 has two energy stores 5 one of which is in 1 is shown. To describe the energy storage 5 is therefore to the description too 1 directed. Furthermore, the battery system 1 a power electronics as a component 4 on that in a housing 8th is arranged. The component 4 has a temperature control device (not shown). On the case 8th is at the to the two energy stores 5 opposite side a fan 9 arranged. Furthermore, on to the energy storage 5 facing side of the housing 8th a separating element 14 arranged. The fan 9 forms together with channels 10 passing through the separator 14 , the component 4 , the energy storage 5 and on the housing 8th extend, the cooling unit 3 , The fan 9 is suitable when operating air through the channels 10 to flow. The fan 9 is formed such that the flow direction and speed in the direction of the energy storage cells 2 to the component 4 or vice versa. The two energy stores 5 and the component 4 are in a housing 11 arranged. The two energy stores 5 are in the case 11 arranged horizontally. The housing 11 indicates adjacent to the energy storage 5 on the side of energy storage 5 that of the component 4 turned away, two lattice 12 on.

Wenn ein Fahrzeug, das das Batteriesystem 1 aufweist, gestartet wird, wird mittels der Temperaturregelungseinrichtung die Temperatur der Energiespeicherzellen 2 und die Temperatur der Komponente 4 ermittelt. Wenn die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen 2 unterhalb einer vorgegebenen Temperatur für den Betrieb der Energiespeicherzellen 2 ist, bläst der Lüfter 9 Luft in Richtung von der Komponente 4, die sich schneller erwärmt als die Energiespeicherzellen 2, zu den Energiespeicherzellen 2, um die Energiespeicherzellen 2 auf die vorgegebene Temperatur zu erwärmen. Nach Vorbeiströmen an den Energiespeicherzellen 2 verlässt die Luft das Gehäuse 11 durch die Gitter 12. Wenn die Energiespeicherzellen 2 die vorgegebene Temperatur erreicht haben, ist es nützlich, von den Energiespeicherzellen 2 erzeugte Wärme abzuführen, damit sich die Energiespeicherzellen 2 nicht weiter aufheizen. Dann wird die Durchflussrichtung der durch die Kanäle 10 strömenden Luft umgedreht, sodass die Luft nun durch die Gitter 12 in Richtung von den Energiespeicherzellen 2 zu der Komponente 4 strömt, um die Komponente 4 zu kühlen, die eine höhere vorgegebene Temperatur zum Betrieb aufweist als die Energiespeicherzellen 2. If a vehicle, the battery system 1 is started, is by means of the temperature control device, the temperature of the energy storage cells 2 and the temperature of the component 4 determined. When the determined temperature of the energy storage cells 2 below a predetermined temperature for the operation of the energy storage cells 2 is, the fan blows 9 Air in the direction of the component 4 , which heats up faster than the energy storage cells 2 , to the energy storage cells 2 to the energy storage cells 2 to heat to the predetermined temperature. After passing the energy storage cells 2 the air leaves the housing 11 through the grids 12 , When the energy storage cells 2 have reached the predetermined temperature, it is useful from the energy storage cells 2 Dissipate generated heat so that the energy storage cells 2 do not heat up any further. Then the flow direction through the channels 10 flowing air, so that the air is now through the grid 12 in the direction of the energy storage cells 2 to the component 4 flows to the component 4 to cool, which has a higher predetermined temperature for operation than the energy storage cells 2 ,

Wenn beim Starten des Fahrzeugs die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen 2 oberhalb oder gleich der vorgegebenen Temperatur für den Betrieb der Energiespeicherzellen 2 ist, saugt der Lüfter 9 Luft durch die Gitter 12 in Richtung von den Energiespeicherzellen 2 zu der Komponente 4, um Wärme von den Energiespeicherzellen 2 abzuführen. Sollte während des Betriebs eine ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen 2 unterhalb der vorgegebenen Temperatur der Energiespeicherzellen 2 liegen, so wird die Durchflussrichtung der Luft in Richtung von der Komponente 4 zu den Energiespeicherzellen 2 gerichtet. When starting the vehicle, the determined temperature of the energy storage cells 2 above or equal to the predetermined temperature for the operation of the energy storage cells 2 is, the fan sucks 9 Air through the grates 12 in the direction of the energy storage cells 2 to the component 4 to get heat from the energy storage cells 2 dissipate. Should during operation a determined temperature of the energy storage cells 2 below the predetermined temperature of the energy storage cells 2 lie, then the flow direction of the air in the direction of the component 4 to the energy storage cells 2 directed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Batteriesystem battery system
22
Energiespeicherzellen Energy storage cells
33
Kühleinheit cooling unit
44
Komponente component
55
Energiespeicher energy storage
66
Ableiter arrester
77
Gehäuse casing
88th
Gehäuse casing
99
Lüfter Fan
10 10
Kanäle channels
11 11
Gehäuse casing
12 12
Gitter grid
14 14
Trennelement separating element

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  • DE 4327391 A1 [0008] DE 4327391 A1 [0008]

Claims (12)

Batteriesystem (1), aufweisend – eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen (2), – eine Elektronik-Komponente (4), und – eine Kühleinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (3) in Kontakt mit den Energiespeicherzellen (2) und der Elektronik-Komponente (4) steht. Battery system ( 1 ), comprising - a plurality of energy storage cells ( 2 ), - an electronic component ( 4 ), and - a cooling unit ( 3 ), characterized in that the cooling unit ( 3 ) in contact with the energy storage cells ( 2 ) and the electronics component ( 4 ) stands. Batteriesystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (3) derart ausgebildet ist, dass ein Durchflussmedium durch sie in Richtung von den Energiespeicherzellen (2) zu der Elektronik-Komponente (4) oder in Richtung von der Elektronik-Komponente (4) zu den Energiespeicherzellen (2) strömbar ist. Battery system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cooling unit ( 3 ) is designed such that a flow medium through it in the direction of the energy storage cells ( 2 ) to the electronics component ( 4 ) or in the direction of the electronics component ( 4 ) to the energy storage cells ( 2 ) is flowable. Batteriesystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (3) derart ausgebildet ist, dass eine Durchflussrichtung des Durchflussmediums in der Kühleinheit (2) umkehrbar ist. Battery system ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the cooling unit ( 3 ) is designed such that a flow direction of the flow medium in the cooling unit ( 2 ) is reversible. Batteriesystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Temperaturregelungseinrichtung aufweist, die geeignet ist, eine Durchflussrichtung und/oder -geschwindigkeit des Durchflussmediums in Abhängigkeit einer ermittelbaren Temperatur der Energiespeicherzellen (2) und einer ermittelbaren Temperatur der Elektronik-Komponente (4) zu regeln. Battery system ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that it further comprises a temperature control device which is suitable, a flow direction and / or speed of the flow medium in dependence on a detectable temperature of the energy storage cells ( 2 ) and a detectable temperature of the electronic component ( 4 ). Batteriesystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussrichtung und/oder Durchflussgeschwindigkeit des Durchflussmediums von einer vorgegebenen Energiespeicherzellen-Temperatur und optional einer vorgegebenen Elektronik-Komponenten-Temperatur abhängig ist, die optional voneinander verschieden sind. Battery system ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the flow direction and / or flow rate of the flow medium of a predetermined energy storage cell temperature and optionally a predetermined electronic component temperature is dependent, which are optionally different from each other. Batteriesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (4) einen Lüfter (9) aufweist. Battery system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling unit ( 4 ) a fan ( 9 ) having. Batteriesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (3) mindestens eine Kühlleitung aufweist, in der zumindest teilweise ein flüssiges Durchflussmedium angeordnet ist. Battery system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling unit ( 3 ) has at least one cooling line in which at least partially a liquid flow medium is arranged. Batteriesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Komponente (4) eine Leistungselektronik oder eine Halbleiter-Komponente ist. Battery system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic component ( 4 ) is a power electronics or a semiconductor component. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (1), aufweisend eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen (2), eine Elektronik-Komponente (4) und eine mit den Energiespeicherzellen (2) und der Elektronik-Komponente (4) in Kontakt stehende Kühleinheit (3), bei dem ein Durchflussmedium die Kühleinheit (3) derart durchströmt, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Durchflussmedium und den Energiespeicherzellen (2) und dem Durchflussmedium und der Elektronik-Komponente (4) stattfindet. Method for operating a battery system ( 1 ), comprising a plurality of energy storage cells ( 2 ), an electronic component ( 4 ) and one with the energy storage cells ( 2 ) and the electronics component ( 4 ) in contact cooling unit ( 3 ), in which a flow medium, the cooling unit ( 3 ) flows through such that a heat exchange between the flow medium and the energy storage cells ( 2 ) and the flow medium and the electronic component ( 4 ) takes place. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist – Ermitteln einer Temperatur der Energiespeicherzellen (2) und einer Temperatur der Elektronik-Komponente (4), – Regeln einer Durchflussrichtung und/oder Durchflussgeschwindigkeit eines Durchflussmediums in der Kühleinheit (3) in Richtung von den Energiespeicherzellen (2) zu der Elektronik-Komponente (4) oder in Richtung von der Elektronik-Komponente (4) zu den Energiespeicherzellen (2) in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur der Energiespeicherzellen (2) und der ermittelten Temperatur der Elektronik-Komponente (4). A method according to claim 9, characterized in that it comprises the steps - determining a temperature of the energy storage cells ( 2 ) and a temperature of the electronic component ( 4 ), - Rules of a flow direction and / or flow rate of a flow medium in the cooling unit ( 3 ) in the direction of the energy storage cells ( 2 ) to the electronics component ( 4 ) or in the direction of the electronics component ( 4 ) to the energy storage cells ( 2 ) as a function of the determined temperature of the energy storage cells ( 2 ) and the determined temperature of the electronic component ( 4 ). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln der Durchflussrichtung und/oder Durchflussgeschwindigkeit weiterhin in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Energiespeicherzellen-Temperatur und optional einer vorgegebenen Elektronik-Komponenten-Temperatur durchgeführt wird, wobei die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur optional verschieden von der vorgegebenen Elektronik-Komponenten-Temperatur ist. A method according to claim 9 or 10, characterized in that the regulation of the flow direction and / or flow rate continues to be performed in response to a predetermined energy storage cell temperature and optionally a predetermined electronic component temperature, wherein the predetermined energy storage cell temperature optionally different from the predetermined electronics component temperature is. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung von der Elektronik-Komponente (4) zu den Energiespeicherzellen (2) gerichtet wird, wenn die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen (2) geringer ist als die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur, und die Durchflussrichtung des Durchflussmediums in Richtung von den Energiespeicherzellen (2) zu der Elektronik-Komponente (4) gerichtet wird, wenn die vorgegebene Energiespeicherzellen-Temperatur gleich zu oder höher als die ermittelte Temperatur der Energiespeicherzellen (2) ist. A method according to claim 11, characterized in that the flow direction of the flow medium in the direction of the electronic component ( 4 ) to the energy storage cells ( 2 ) is directed when the determined temperature of the energy storage cells ( 2 ) is less than the predetermined energy storage cell temperature, and the flow direction of the flow medium in the direction of the energy storage cells ( 2 ) to the electronics component ( 4 ) is directed when the predetermined energy storage cell temperature is equal to or higher than the determined temperature of the energy storage cells ( 2 ).
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