DE102014204263A1

DE102014204263A1 - Batteriekühlsystem

Info

Publication number: DE102014204263A1
Application number: DE102014204263.1A
Authority: DE
Inventors: Andrej Golubkov
Original assignee: Magna Steyr Battery Systems GmbH and Co OG
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2034-03-08
Also published as: DE102014204263B4

Abstract

Ein Batteriekühlsystem, umfassend eine Kühlplatte (1) zur Kühlung von nahe der Kühlplatte (1) angeordneten Batteriezellen (2), wobei ein Kühlfluid in der Kühlplatte (1) verwendet wird, wobei die Kühlplatte (1) so ausgelegt ist, dass sie bei starker mechanischer und/oder thermischer Belastung an der Stelle der mechanischen und/oder thermischen Belastung das Kühlfluid freisetzt und ein Fahrzeug mit einer Klimatisierungseinrichtung und einem solchen Batteriekühlsystem.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriekühlsystem, umfassend eine Kühlplatte zur Kühlung von nahe der Kühlplatte angeordneten Batteriezellen. Weiters betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriekühlsystem.
Stand der Technik
Batteriekühlsysteme, umfassend eine Kühlplatte zur Kühlung von nahe der Kühlplatte angeordneten Batteriezellen, werden bekannter Weise verwendet um beispielsweise Batteriezellen einer Antriebsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges im Betrieb kühlen zu können. Zur Kühlung können Kühlplatten verwendet werden die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden um die im Betrieb entstehende Wärme von den Batteriezellen abzuführen.
Aus der DE 101 23 178 A1 ist es bekannt einen Kältespeicher in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, der mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere Kohlendioxid, gefüllt ist. Das Fluid wird im Kältespeicher entspannt und die entstehende Kälte an benötigte Orte geleitet. Bei einem Unfall des Kraftfahrzeuges kann das Kohlendioxid zu brandgefährdeten Bereichen geleitet werden.
Aus der DE 10 2008 059 948 A1 ist es bekannt dass der Innenraum einer Batterie über eine Notfallleitung mit einem Löschmittelspeicher verbunden sein kann und zur Brandprävention oder -bekämpfung zeitweilig das Löschmittel aus dem Löschmittelspeicher in den Innenraum eingeleitet werden kann. Dazu weist die Notfallleitung eine Notfallöffnung auf, die im Normalbetrieb durch ein Betätigungselement dichtend verschlossen ist. Die Notfallöffnung kann sich in der Nähe der Kühlplatte befinden, nämlich zuströmseitig vor der Kühlplatte.
Nachteilig ist jedoch das die Notfallöffnung über ein Betätigungselement in einem Notfall gezielt geöffnet werden muss. Dies kann elektronisch gesteuert erfolgen, wobei dann eine Detektierung des Zustandes erforderlich ist und eine entsprechend aufwändige Elektronik, oder thermisch gesteuert, wobei es dann nur zu einer Öffnung der Notfallöffnung kommt wenn die erhöhte Temperatur in unmittelbarer Nähe des Betätigungselements auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Batteriekühlsystem anzugeben, das einfach und kostengünstig aufgebaut ist und in einem Notfall zuverlässig einen Brand der Batterie vermeiden oder bekämpfen kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Batteriekühlsystem, umfassend eine Kühlplatte zur Kühlung von nahe der Kühlplatte angeordneten Batteriezellen, wobei ein Kühlfluid in der Kühlplatte verwendet wird, wobei die Kühlplatte so ausgelegt ist, dass sie bei starker mechanischer und/oder thermischer Belastung an der Stelle der mechanischen und/oder thermischen Belastung das Kühlfluid freisetzt.
Erfindungsgemäß wird ein Kühlfluid in der Kühlplatte verwendet, dass gleichzeitig in einem Notfall als Löschmittel verwendet werden kann, wobei das Freisetzen des Löschmittels unmittelbar an der Kühlplatte geschieht.
Die Kühlplatte wird also zusätzlich zu ihrer normalen Kühlfunktion auch als Vorrichtung zur Freigabe des Löschmittels genutzt.
Das Kühlfluid weist dazu brandhemmende Eigenschaften auf, kann also insbesondere nichtbrennbar und sauerstoffverdrängend sein, wie beispielsweise Kohlendioxid (CO2).
Die Kühlplatte muss so ausgebildet sein, dass sie bei mechanischer und/oder thermischer Belastung eine Öffnung freigibt, die das Entweichen des Kühlfluids aus der Kühlplatte zur Brandvermeidung bzw. -bekämpfung ermöglicht.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Besonders bevorzugt weist die Kühlplatte mindestens eine Sollbruchstelle auf, die bei mechanischer und/oder thermischer Belastung öffnet.
Die Sollbruchstelle öffnet bei Belastung bevorzugt zumindest auf eine den Batteriezellen zugewandte Seite der Kühlplatte hin. Die Sollbruchstelle kann dazu auf der den Batteriezellen zugewandten Seite der Kühlplatte angeordnet sein. Das Kühlfluid kann dadurch im Schadensfall gut zu den Batteriezellen gelangen.
Die Kühlplatte und die Batteriezellen sind bevorzugt in einem Batteriegehäuse angeordnet und die Sollbruchstelle liegt im Inneren des Batteriegehäuses.
Bevorzugt öffnet dann die Sollbruchstelle bei mechanischer und/oder thermischer Belastung in einen Freiraum im Inneren des Batteriegehäuses so, dass das Kühlfluid im Inneren des Gehäuses direkt zu den Batteriezellen geleitet wird.
Besonders vorteilhaft weist die Kühlplatte eine Vielzahl solcher Sollbruchstellen auf. Die Sollbruchstellen können insbesondere über die Fläche der Kühlplatte bzw. die Erstreckung der Batteriezellen an dieser Fläche verteilt sein, so dass alle Batteriezellen gut erreicht werden können. Dabei kann, insbesondere wenn die Sollbruchstellen ähnliche Brucheigenschaften aufweisen, eine Sollbruchstelle in der Nähe der höchsten Hitze bzw. mechanischen Belastung als Erste oder Einzige öffnen, so dass die Brandbekämpfung gezielt an der Stelle der höchsten Gefährdung erfolgt.
Eine Freisetzung des Kühlfluids bei mechanischer und/oder thermischer Belastung der Kühlplatte kann ausschließlich über die Kühlplatte erfolgen. Die Verwendung weiterer Ventile, Öffnungen und/oder Betätigungseinrichtungen ist daher nicht erforderlich.
Bevorzugt besteht die Kühlplatte aus Kunststoff.
Besonders bevorzugt besteht die Kühlplatte aus mehreren miteinander verklebten Kunststoffteilen.
Die einzelnen Kunststoffteile können in Spritzgussbauweise gefertigt sein.
Die Kühlplatte ist bevorzugt elektrisch isolierend.
Besonders bevorzugt ist das Kühlfluid Kohlendioxid (CO2), da dieses auch ausgezeichnete Eigenschaften zur Brandbekämpfung aufweist.
Zur Kühlung der Batteriezellen kann das Kohlendioxid in der Kühlplatte verdampft werden. Die Kühlplatte weist dann bevorzugt eine hohe Festigkeit auf um auch höheren Drücken, zum Beispiel bis zu 60 bar, standzuhalten.
Ein erfindungsgemäßes Batteriekühlsystem kann bevorzugt in einem Fahrzeug eingesetzt werden, insbesondere in einem Fahrzeug mit einer Klimatisierungseinrichtung für den Innenraum des Fahrzeuges.
Dann kann das Kühlfluid, welches in der Kühlplatte verwendet wird, das Klimatisierungsfluid der Klimatisierungseinrichtung sein, insbesondere Kohlendioxid.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriekühlsystems.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der Fig. ist ein erfindungsgemäßes Batteriekühlsystem dargestellt, umfassend eine Kühlplatte 1 aus Kunststoff zur Kühlung der nahe der Kühlplatte 1, insbesondere an der Kühlplatte 1 angeordneten Batteriezellen 2. In der Kühlplatte 1 strömt Kohlendioxid als Kühlfluid und kühlt bei dessen Verdampfung in der Kühlplatte 1 die benachbarten Batteriezellen 2. Die Kühlplatte 1 weist mehrere Sollbruchstellen 3 auf, durch welche bei starker mechanischer und/oder thermischer Belastung das Kühlfluid freisetzt wird. Die Sollbruchstellen 3 können durch die Bildung der Kühlplatte 1 aus einzelnen Kühlplattenteilen an den beispielsweise geklebten Rändern der Kühlplattenteile entstanden sein und sich somit auch auf die den Batteriezellen 2 abgewandte Seite der Kühlplatte 1 erstrecken oder auch, beispielsweise nur an der den Batteriezellen 2 zugewandten Seite der Kühlplatte 1, eigens ausgebildet sein (siehe in der Fig. die zweite Sollbruchstelle von rechts). In einem Normalbetrieb verdampft das Kühlfluid, nämlich Kohlendioxid, in der Kühlplatte 1. Das Kohlendioxid steht dabei unter einem Druck von bis zu 60 bar. Die Kühlplatte 1 weist daher eine entsprechende Festigkeit auf, um diesem Druck stand zu halten. Das Kohlendioxid verdampft bei sehr niedrigen Temperaturen, zum Beispiel ca. 6 Grad Celsius. Durch eine mäßige Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs der Kühlplatte 1 wird eine Unterkühlung der Batteriezellen 2 verhindert.
In einem Fehlerfall, insbesondere wenn eine Batteriezelle 2 „thermisch durchgeht“, kann sich lokal eine Temperatur von ca. 400–1000 Grad Celsius einstellen. Gleichzeitig können brennbare Gase (Ventgas) in der Batterie auftreten. Die Kühlplatte 1 wir lokal entsprechend stark aufgeheizt und kann dadurch auch lokal mechanisch beschädigt werden, zum Beispiel durch Schmelzen des Kunststoffs. Durch das Öffnen einer oder mehrerer Sollbruchstellen 3 expandiert das unter Druck stehende Kohlendioxid in das Innere des Batteriegehäuses 4. Es kommt zu einer starken Abkühlung der Gase im Batteriesystem und zu einer Verdrängung der Ventgase. Ein bereits bestehender Brand kann erstickt werden.
Das Kühlfluid wird in die Kühlplatte 1 mittels eines Zulaufes 5 eingebracht und kann die Kühlplatte 1 über einen Ablauf 6 verlassen. Zulauf 5 und Ablauf 6 können beispielsweise mit einer nicht dargestellten Klimatisierungseinrichtung eines Fahrzeuges verbunden sein. Das Kohlendioxid das als Klimagas der Klimatisierungseinrichtung verwendet wird, kann somit zur Kühlung und Brandbekämpfung durch die Kühlplatte 1 genutzt werden. Ein gesondertes Ventil zur Freisetzung des Kohlendioxids ist nicht erforderlich.
Bezugszeichenliste

1: Kühlplatte
2: Batteriezelle
3: Sollbruchstelle
4: Batteriegehäuse
5: Zulauf
6: Ablauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10123178 A1 [0003]
DE 102008059948 A1 [0004]

Claims

Batteriekühlsystem, umfassend eine Kühlplatte (1) zur Kühlung von nahe der Kühlplatte (1) angeordneten Batteriezellen (2), wobei ein Kühlfluid in der Kühlplatte (1) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) so ausgelegt ist, dass sie bei starker mechanischer und/oder thermischer Belastung an der Stelle der mechanischen und/oder thermischen Belastung das Kühlfluid freisetzt.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) mindestens eine Sollbruchstelle (3) aufweist, die bei mechanischer und/oder thermischer Belastung öffnet.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (3) zumindest auf eine den Batteriezellen (2) zugewandte Seite der Kühlplatte (1) hin öffnet.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) und die Batteriezellen (2) in einem Batteriegehäuse (4) angeordnet sind und die Sollbruchstelle (3) im Inneren des Batteriegehäuses (4) liegt.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (3) bei mechanischer und/oder thermischer Belastung in einen Freiraum im Inneren des Batteriegehäuses (4) öffnet.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) eine Vielzahl solcher Sollbruchstellen (3) aufweist.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Freisetzung des Kühlfluids bei mechanischer und/oder thermischer Belastung der Kühlplatte (1) ausschließlich über die Kühlplatte (1) erfolgt.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) aus Kunststoff besteht.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) aus mehreren miteinander verklebten Kunststoffteilen besteht.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Kohlendioxid ist.
Batteriekühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung das Kohlendioxid in der Kühlplatte (1) verdampft.
Fahrzeug mit einer Klimatisierungseinrichtung und einem Batteriekühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid, welches in der Kühlplatte (1) verwendet wird, das Klimatisierungsfluid der Klimatisierungseinrichtung ist.