DE102014215677A1 - Battery system for a motor vehicle and method for cooling the battery system - Google Patents

Battery system for a motor vehicle and method for cooling the battery system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (14), mindestens einer Batteriezelle (12), wobei die Batteriezelle (12) innerhalb des Gehäuses (14) angeordnet ist, einem flüssigen Kühlmittel zur Aufnahme von Wärmeenergie der Batterie-zelle (12), und mindestens einem Kühlkörper (16), wobei der Kühlkörper (16) an einer Seite des Gehäuses (14) sich von einer Innenseite des Gehäuses (14) bis an einer der Innenseite gegenüber angeordneten Außenseite des Gehäuses (14) erstreckt, wobei die von dem flüssigen Kühlmittel aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkörper (16) übertragbar ist und von dem Kühlkörper (16) an eine Umgebung des Gehäuses (14) weiterleitbar ist. Dadurch kann ein vereinfachtes Batteriesystem mit guten Eigenschaften und einer guten zuverlässigen Funktion zur Verfügung gestellt werden.The invention relates to a battery system for a motor vehicle, having a housing (14), at least one battery cell (12), wherein the battery cell (12) is arranged within the housing (14), a liquid coolant for receiving thermal energy of the battery cell ( 12), and at least one heat sink (16), wherein the heat sink (16) on one side of the housing (14) extends from an inner side of the housing (14) to an outer side of the housing (14) opposite to the inner side, wherein the heat energy absorbed by the liquid coolant is transferable to the heat sink (16) and can be forwarded by the heat sink (16) to an environment of the housing (14). Thereby, a simplified battery system having good characteristics and a good reliable function can be provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zur Kühlung des Batteriesystems.The invention relates to a battery system for a motor vehicle, as well as a method for cooling the battery system.

Stand der TechnikState of the art

In elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen werden als elektrische Energiespeicher oft auf Lithiumchemie basierende Akkumulatoren eingesetzt. Von diesen Akkumulatoren wird eine Lebensdauer von 15 Jahren gefordert. Der störungsfreie Betrieb derartiger Batteriesysteme erfordert die sichere und zuverlässige Funktion der Zellen, Module und des ganzen Packs. In electrically powered vehicles are often used as electrical energy storage based on lithium chemistry accumulators. These batteries require a life of 15 years. The trouble-free operation of such battery systems requires the safe and reliable functioning of the cells, modules and the entire pack.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Batteriesystem mit guten Eigenschaften und einer guten zuverlässigen Funktion zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a simplified battery system with good properties and a good reliable function.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch das Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved by the battery system with the features of claim 1, and a method having the features of claim 10. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims, each of which individually or in combination may constitute an aspect of the invention.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, mindestens einer Batteriezelle, wobei die Batteriezelle innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einem flüssigen Kühlmittel zur Aufnahme von Wärmeenergie der Batteriezelle und mindestens einem Kühlkörper, wobei der Kühlkörper an einer Seite des Gehäuses sich von einer Innenseite des Gehäuse bis an einer der Innenseite gegenüber angeordneten Außenseite des Gehäuses erstreckt, wobei die von dem flüssigen Kühlmittel aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkörper übertragbar ist und von dem Kühlkörper an eine Umgebung des Gehäuses weiterleitbar ist. The invention relates to a battery system for a motor vehicle, comprising a housing, at least one battery cell, wherein the battery cell is disposed within the housing, a liquid coolant for receiving heat energy of the battery cell and at least one heat sink, wherein the heat sink on one side of the housing of an inner side of the housing extends to one of the inner side opposite the outside of the housing, wherein the heat energy absorbed by the liquid coolant is transferable to the heat sink and can be forwarded from the heat sink to an environment of the housing.

Durch eine derartige Anordnung kann auf eine Verwendung von externen Komponenten, wie Luftkanäle, Schlauchleitungen und/oder Radiatoren, zur Kühlung des Batteriesystems eingespart werden. Vielmehr kann das Batteriesystem durch den Kühlkörper, welcher sowohl direkten Kontakt zum Kühlmittel im Inneren des Gehäuses als auch zur äußeren Umgebung des Gehäuses hat, die Wärmeenergie direkt von dem Inneren des Gehäuses nach außen weiterleiten. Auf diese Weise kann ein höherer Wärmetransport innerhalb des Batteriesystems ermöglicht werden, da der Wärmetransport über einen Medientransport realisiert wird. Dabei können die einzelne Module und/oder das gesamte Batteriesystem derart ausgestaltet sein, dass ein ausreichender und über das Batteriesystem gleichartiger Volumenstrom gegeben ist.Such an arrangement can save on the use of external components, such as air ducts, hose lines and / or radiators, for cooling the battery system. Rather, the battery system through the heat sink, which has both direct contact with the coolant inside the housing and to the outer environment of the housing, the heat energy forward directly from the interior of the housing to the outside. In this way, a higher heat transfer within the battery system can be made possible, since the heat transfer is realized via a media transport. In this case, the individual modules and / or the entire battery system can be designed such that a sufficient volume flow and the same via the battery system is provided.

Der Begriff Kühlmittel beschreibt hierbei ein flüssiges Kühlmittel welches die Batteriezellen im inneren des Gehäuses umströmen und durchströmen kann. Das Kühlmittel kann auf Wasser basieren, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch. Vorzugsweise ist das Kühlmittel ein elektrisch nichtleitendes Kühlmittel, beispielsweise Öl, so dass beim direkten Kontakt des Kühlmittels mit den Batteriezellen kein Kurzschluss entstehen kann.The term coolant here describes a liquid coolant which can flow around and flow through the battery cells in the interior of the housing. The coolant can be based on water, for example a water-glycol mixture. Preferably, the coolant is an electrically non-conductive coolant, such as oil, so that no short circuit can occur in direct contact of the coolant with the battery cells.

Weiterhin kann durch einen derartigen Aufbau der Aufbau des Batteriesystems vereinfacht werden. Der Kühlkörper kann direkt in das Batteriesystem integriert werden. Somit ist es nicht mehr nötig, den Kühlkörper über elektrisch isolierende feste Baugruppen an die Batteriezellen anzubinden. Furthermore, by such a structure, the structure of the battery system can be simplified. The heat sink can be integrated directly into the battery system. Thus, it is no longer necessary to connect the heat sink via electrically insulating solid modules to the battery cells.

Das Prinzip des Batteriesystems kann auch auf klassische prismatische Batteriezellen, auf neue Zelltypen bei denen die Batteriezellen in zwei Gehäusehälften geteilt ist, wobei diese gleichzeitig die Zellpole darstellen, und/oder auf Rundzellen aus dem Konsumerbreich angewendet werden.The principle of the battery system can also be applied to classical prismatic battery cells, to new cell types in which the battery cells are divided into two housing halves, which at the same time represent the cell poles, and / or on round cells from the consumer area.

Somit kann durch ein Batteriesystem bei dem der Kühlkörper direkt in Kontakt mit einem Kühlmittel tritt und somit die Wärmeenergie direkt von dem Kühlmittel nach außen an die Umgebung weiterleitet ein vereinfachtes Batteriesystem mit guten Eigenschaften und einer guten zuverlässigen Funktion zur Verfügung gestellt werden.Thus, a battery system in which the heat sink directly comes in contact with a coolant and thus directs the heat energy directly from the coolant to the outside to the environment can provide a simplified battery system having good characteristics and a good reliable function.

Vorzugsweise weist der Kühlkörper an der Innenseite des Gehäuses und/oder an der Außenseite des Gehäuses Kühlrippen auf. Durch die Verwendung von Kühlrippen kann die Oberfläche des Kühlkörpers zur Wärmeaufnahme an der Innenseite des Gehäuses und zur Wärmeabgabe an der Außenseite des Gehäuses vergrößert werden. Weiterhin kann die Wärmeabgabe an der Außenseite des Gehäuses durch eine Anordnung an einer Stelle des Kraftfahrzeugs, welche gut belüftet ist, beispielsweise in der Nähe des Tanks angeordnet sein. Auf diese Weise kann durch eine Luftströmung, beispielsweise durch Fahrtwind während der Bewegung des Fahrzeugs, die Kühlrippen des Kühlkörpers durchströmen und auf diese Weise kann die Wärmeenergie von dem Kühlkörper auf die Luft in der Umgebung abgegeben werden. Weiterhin kann über Luftleitbleche oder Lüfter die Anströmung des Kühlkörpers an der Außenseite des Gehäuses verbessert werden.The cooling body preferably has cooling ribs on the inside of the housing and / or on the outside of the housing. By using cooling fins, the surface of the heat sink can be increased to absorb heat on the inside of the housing and heat dissipation on the outside of the housing. Furthermore, the heat output on the outside of the housing may be arranged by an arrangement at a location of the motor vehicle, which is well ventilated, for example in the vicinity of the tank. In this way, can flow through an air flow, for example by wind during the movement of the vehicle, the cooling fins of the heat sink and in this way, the heat energy can be discharged from the heat sink to the air in the environment. Furthermore, the flow of the heat sink on the outside of the housing can be improved via air baffles or fans.

Es ist bevorzugt, dass mindestens zwei Batteriezellen in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Batteriezellen durch Abstandshalter beabstandet zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise können bei prismatischen Batteriezellen bei dem das Gehäuse nicht mit den Batteriezellen verbunden ist oder an einem Zellpol angebundenes Batteriezellengehäuse und/oder bei Rundzellen das Material für die Abstandshalter nicht elektrisch leitend sein. Bei neuen Zelltypen bei denen die Batteriezelle in zwei Gehäusehälften geteilt ist, die gleichzeitig die Zellpole darstellen, kann das Material für die Abstandshalter elektrisch leitend sein, um darüber eine Reihenschaltung der Batteriezellen zu erlangen. Mit Hilfe der Abstandshalter kann das flüssige Kühlmittel zwischen den Batteriezellen passieren beziehungsweise zwischen den Seitenflächen der Batteriezellen zirkulieren, um auf diese Weise durch den Kontakt mit den Batteriezellen Wärmeenergie der Batteriezellen aufnehmen zu können.It is preferred that at least two battery cells are arranged in the housing, wherein the battery cells are spaced apart by spacers. Preferably in prismatic battery cells in which the housing is not connected to the battery cells or connected to a cell pole battery cell housing and / or in round cells, the material for the spacers not be electrically conductive. For new cell types in which the battery cell is divided into two housing halves, which simultaneously represent the cell poles, the material for the spacers may be electrically conductive in order to achieve a series connection of the battery cells. With the help of the spacers, the liquid coolant can pass between the battery cells or circulate between the side surfaces of the battery cells, in order to be able to absorb heat energy of the battery cells in this way by the contact with the battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlmittel über ein Schlauchsystem auf die mindestens eine Batteriezelle leitbar und/oder das gesamte Batteriesystem ist mit Kühlmittel gefüllt. Mit Hilfe eines Schlauchsystems kann das Kühlmittel durch die einzelnen Batteriezellenmodule und/oder Komponenten der Batteriezellen geleitet werden, so dass die Batteriezellenmodule oder die Komponenten die Wärmeenergie direkt an das Kühlmittel übertragen können bevor das Kühlmittel über das Schlauchsystem an den Kühlkörper weitergeleitet wird. Ein Batteriesystem bei dem das gesamte Gehäuse mit Kühlmittel gefüllt ist, kann beispielsweise Strukturen, beispielsweise Umlenkbleche oder Führungen, aufweisen, die das Kühlmittel im Gehäuse durch die Batteriezelle zu dem Kühlkörper führen können. Weiterhin kann ein Batteriesystem eine Kombination des Schlauchsystems mit dem vollständig gefüllten Gehäuse aufweisen, um eine Wärmeenergietransport von der Batteriezelle zum Kühlkörper zu ermöglichen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Batteriezelle die Wärmeenergie durch den Kontakt mit dem Kühlmittel direkt an das Kühlmittel abgeben kann. In a preferred embodiment, the coolant can be conducted via a hose system to the at least one battery cell and / or the entire battery system is filled with coolant. With the aid of a hose system, the coolant can be passed through the individual battery cell modules and / or components of the battery cells, so that the battery cell modules or components can transfer the heat energy directly to the coolant before the coolant is forwarded via the hose system to the heat sink. A battery system in which the entire housing is filled with coolant, for example, structures, such as baffles or guides, have, which can lead the coolant in the housing through the battery cell to the heat sink. Furthermore, a battery system may comprise a combination of the hose system with the fully filled housing to allow thermal energy transport from the battery cell to the heat sink. This can ensure that the battery cell can deliver the heat energy through the contact with the coolant directly to the coolant.

Vorzugsweise ist zur Aufrechterhaltung eines Volumenstroms eine aktive Komponente zum Umströmen der Batteriezelle mit Kühlmittel einsetzbar. Mit Hilfe der aktiven Komponenten kann sichergestellt werden, dass das Kühlmittel im Gehäuse zirkulieren kann, so dass Kühlmittel durch die Batteriezellen zu den Kühlkörpern transportiert werden kann. Auf diese Weise kann ein Volumenstrom aufrechterhalten werden zur im Betrieb bedarfsgerechten Umströmung der Batteriezellen.Preferably, to maintain a volume flow, an active component for flowing around the battery cell can be used with coolant. With the help of the active components can be ensured that the coolant can circulate in the housing so that coolant can be transported through the battery cells to the heat sinks. In this way, a volume flow can be maintained for in-demand flow around the battery cells.

Es ist bevorzugt, dass die aktive Komponente mindestens ein Axial- und/oder mindestens eine Radialpumpe ist. Weiterhin kann auch eine Mehrzahl von Pumpen gegebenenfalls mit einem zentralen Antrieb verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Volumenstrom aufrechterhalten werden zur im Betrieb bedarfsgerechten Umströmung der Batteriezellen.It is preferred that the active component is at least one axial and / or at least one radial pump. Furthermore, a plurality of pumps may optionally be used with a central drive. In this way, a volume flow can be maintained for in-demand flow around the battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Heizelement im Gehäuse angeordnet. Mit Hilfe eines Heizelements kann bei kalten Außentemperaturen das Batteriesystem schnell auf eine Betriebstemperatur gebracht werden beziehungsweise auf einer Betriebstemperatur gehalten werden. Vorzugsweise kann das Heizelement eine Betriebstemperatur von größer oder gleich 20°C bis kleiner oder gleich 50°C, vorzugsweise eine Betriebstemperatur von größer oder gleich 25°C bis kleiner oder gleich 40°C, insbesondere eine Betriebstemperatur von größer oder gleich 30°C bis kleiner oder gleich 35°C ermöglichen. Auf diese Weise kann ein störungsfreier Betrieb des Batteriesystems und eine zuverlässige Funktion der Batteriezellen ermöglicht werden.In a preferred embodiment, at least one heating element is arranged in the housing. With the help of a heating element, the battery system can be quickly brought to an operating temperature or kept at an operating temperature in cold outside temperatures. Preferably, the heating element may have an operating temperature of greater than or equal to 20 ° C to less than or equal to 50 ° C, preferably an operating temperature of greater than or equal to 25 ° C to less than or equal to 40 ° C, in particular an operating temperature of greater than or equal to 30 ° C allow less than or equal to 35 ° C. In this way, a trouble-free operation of the battery system and a reliable function of the battery cells can be made possible.

Vorzugsweise ist im Gehäuse mindestens eine Umschaltung angeordnet zur Hinderung des Kontakts des Kühlkörpers mit dem Kühlmittel. Die Umschaltung kann eine Umlenkung in Form einer Klappe sein. Durch die Umschaltung kann das Kühlmittel bedarfsgerecht an der Umströmung des Kühlkörpers gehindert werden. Dies kann beispielsweise bei Verwendung des Heizelements zum Aufwärmen der Batteriezellen oder bei kalten Außentemperaturen nötig sein, um zu verhindern, dass Wärmeenergie aus dem inneren des Gehäuses nach außen über die Kühlkörper abgegeben wird. Bei einem Batteriesystem ohne ein Heizelement kann mit Hilfe der Umschaltung ein Volumenstrom aufrechterhalten werden um eine gleichmäßige Temperatur für die Batteriezellen zu ermöglichen. Durch die Umschaltung kann somit die Temperatur im inneren des Gehäuses bedarfsgerecht eingestellt werden.Preferably, at least one switching is arranged in the housing to prevent the contact of the heat sink with the coolant. The switching can be a deflection in the form of a flap. By switching the coolant can be prevented as needed to the flow around the heat sink. This may be necessary, for example, when using the heating element to warm up the battery cells or when the outside temperature is cold, to prevent heat energy from being released from the interior of the housing to the outside via the heat sinks. In a battery system without a heating element, a volume flow can be maintained by means of the switching over in order to enable a uniform temperature for the battery cells. By switching the temperature in the interior of the housing can thus be adjusted as needed.

Bevorzugt ist das Batteriesystem mit einem Wärmetauscher oder Verdampfer verbunden, wobei der Wärmetauscher oder Verdampfer über eine Schnittstelle zu einem Kältemittelsystem, insbesondere einer Klimaanlage verbunden ist. Auf diese Weise kann auf einfache Weise die Wärmeenergie von dem Kühlkörper an ein Kältemittelsystem übertragen werden.Preferably, the battery system is connected to a heat exchanger or evaporator, wherein the heat exchanger or evaporator is connected via an interface to a refrigerant system, in particular an air conditioner. In this way, the heat energy can be transferred from the heat sink to a refrigerant system in a simple manner.

Es ist bevorzugt, dass der Kühlkörper an der Außenseite des Gehäuses über ein Benetzungssystem kühlbar ist. Insbesondere wenn das Batteriesystem nicht an einem Kältemittelsystem angebunden ist kann mit Hilfe des Benetzungssystems der Kühlkörper die Wärmeenergie schneller abgeben. Dabei kann das Benetzungssystem durch Aufsprühen beziehungsweise Benetzen oder Beträufeln der Kühlkörperaußenseite mit Wasser und die darauf folgende Verdunstung des Wassers eine zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Kühlkörper ermöglichen, wodurch eine bessere Batteriekühlung ermöglicht werden kann. Das Benetzungssystem kann einen Vorratsbehälter für Wasser, eine elektrisch durch Batteriemanagementsystem anzusteuernde Pumpe und/oder Ventil umfassen. Der Begriff Batteriemanagementsystem beschreibt eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung und Regelung einer nachladbaren Batterie-, also eines Akkumulatorsystems dient. Die Notwendigkeit eines Batteriemanagementsystems ergibt sich bei der Zusammenschaltung mehrerer Akkuzellen zu einer Batterie. Das Batteriemanagementsystem soll dabei die unvermeidbaren fertigungsbedingten Streuungen verschiedener Parameter der Akkuzellen, etwa Kapazität und Leckströme, erkennen, überwachen und ausregeln. Wenn der Vorratsbehälter des Benetzungssystems weit genug oberhalb des Kühlkörpers angeordnet ist, kann auf eine Pumpe verzichtet werden. Weiterhin kann der Kühlkörper Kanäle aufweisen, in die das Wasser hineinfließt, so dass der Kühlkörper nicht nur an der Oberfläche sondern auch im Inneren durch das Wasser gekühlt werden kann. Desweiteren können die Kanäle innerhalb des Kühlkörpers zur Verteilung des zu verdunstenden Wassers im Kühlkörper verwendet werden. Mit Hilfe eines Benetzungssystems kann der Kühlkörper die Wärmeenergie schneller abgeben.It is preferred that the heat sink on the outside of the housing via a wetting system is coolable. In particular, when the battery system is not connected to a refrigerant system can use the wetting system, the heat sink give off the heat energy faster. In this case, the wetting system by spraying or wetting or trickling the heat sink outside with water and the subsequent evaporation of the water allow additional heat dissipation from the heat sink, whereby a better battery cooling can be made possible. The wetting system may include a reservoir for water, an electric pump to be controlled by battery management system, and / or or valve. The term battery management system describes an electronic circuit which is used for monitoring and regulating a rechargeable battery, so a battery system. The need for a battery management system results in the interconnection of multiple battery cells to a battery. The battery management system is intended to detect, monitor and compensate the unavoidable production-related variations of various parameters of the battery cells, such as capacity and leakage currents. If the reservoir of the wetting system is located far enough above the heat sink, can be dispensed with a pump. Furthermore, the heat sink may have channels into which the water flows, so that the heat sink can be cooled not only on the surface but also in the interior by the water. Furthermore, the channels can be used within the heat sink to distribute the water to be evaporated in the heat sink. With the help of a wetting system, the heat sink can release the heat energy faster.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kühlung eines Batteriesystems, insbesondere eines oben beschriebenen Batteriesystems, umfassend mindestens folgende Schritte:

  • – Abführen von Wärmeenergie mindestens einer Batteriezelle innerhalb eines Gehäuses des Batteriesystems durch ein flüssiges Kühlmittel,
  • – Leiten des mit Wärmeenergie erwärmten Kühlmittels an einen Kühlkörper,
  • – Abführen von Wärmeenergie des erwärmten Kühlmittels an den Kühlkörper, und
  • – Abführen von Wärmeenergie von dem erwärmten Kühlkörpers an die Umgebung.
The invention further relates to a method for cooling a battery system, in particular a battery system described above, comprising at least the following steps:
  • Dissipating heat energy of at least one battery cell within a housing of the battery system by a liquid coolant,
  • Passing the heat energy heated coolant to a heat sink,
  • - Dissipating heat energy of the heated coolant to the heat sink, and
  • - Dissipating heat energy from the heated heat sink to the environment.

Mit Hilfe des Verfahrens bei dem der Kühlkörper direkt in Kontakt mit einem Kühlmittel tritt und dadurch die Wärmeenergie direkt von dem Kühlmittel nach außen an die Umgebung weiterleitet kann ein vereinfachtes Batteriesystem mit guten Eigenschaften und einer guten zuverlässigen Funktion zur Verfügung gestellt werden.With the aid of the method in which the heat sink directly comes into contact with a coolant and thereby passes the heat energy directly from the coolant to the outside to the environment, a simplified battery system with good properties and a good reliable function can be provided.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments, wherein the features shown below, both individually and in combination may represent an aspect of the invention. Show it:

1 einen Ausschnitt einer Seitenschnittansicht eines Batteriesystems, 1 a detail of a side sectional view of a battery system,

2 einen Ausschnitt einer weiteren Seitenschnittansicht des Batteriesystems aus 1, 2 a section of another side sectional view of the battery system 1 .

3 einen Ausschnitt einer Seitenschnittansicht von einer weiteren Ausführungsform eines Batteriesystems, 3 a section of a side sectional view of another embodiment of a battery system,

4 eine isometrische Schnittansicht des Batteriesystems der 3, und 4 an isometric sectional view of the battery system of 3 , and

5 eine schematische Darstellung eines Benetzungssystems für einen Kühlkörper. 5 a schematic representation of a wetting system for a heat sink.

1 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenschnittansicht eines Batteriesystems 10. Das Batteriesystem 10 umfasst mehrere Batteriezellen 12, wobei in der Schnittansicht zwei Batteriezellen 12 sichtbar sind, und ein Gehäuse 14. An der Seite des Gehäuses 14 ist ein Kühlkörper 16 angeordnet. Der Kühlkörper ist derart angeordnet, dass der Kühlkörper sich von einer Innenseite des Gehäuses 14 bis zu einer der Innenseite gegenüber angeordneten Außenseite des Gehäuses 14 erstreckt. Weiterhin weist der Kühlkörper 16 an der Außenseite Kühlrippen 18 auf. Das Gehäuse 14 ist mit einem Kühlmittel gefüllt. In diesem Ausführungsbeispiels ist das Kühlmittel ein flüssiges nicht elektrisch leitendes Öl. Das Kühlmittel zirkuliert in dem Gehäuse 14 derart, dass es die Batteriezellen 12 umströmt, um die Wärmeenergie aufzunehmen und dann die aufgenommene Wärmeenergie an dem Kühlkörper 16 abgibt, damit der Kühlkörper die Wärmeenergie von der Innenseite des Gehäuses 14 an die Außenseite des Gehäuses 14 weiterleitet. Die Zirkulation des Kühlmittels ist mit dem Pfeil 20 dargestellt. Weiterhin sind am Boden des Gehäuses 14 Strukturen 22 zum Leiten und Verteilen des Kühlmittels angeordnet. Das Gehäuse umfasst weiterhin ein Heizelement 24 und eine Umschaltung 26 mit einer Klappe 28. 1 shows a section of a side sectional view of a battery system 10 , The battery system 10 includes several battery cells 12 , wherein in the sectional view two battery cells 12 are visible, and a housing 14 , At the side of the case 14 is a heat sink 16 arranged. The heat sink is arranged such that the heat sink is from an inside of the housing 14 up to one of the inside opposite to the outside of the housing 14 extends. Furthermore, the heat sink 16 on the outside cooling fins 18 on. The housing 14 is filled with a coolant. In this embodiment, the coolant is a liquid non-electrically conductive oil. The coolant circulates in the housing 14 such that it's the battery cells 12 flows around to absorb the heat energy and then the absorbed heat energy to the heat sink 16 emits, so that the heat sink, the heat energy from the inside of the housing 14 to the outside of the case 14 forwards. The circulation of the coolant is indicated by the arrow 20 shown. Furthermore, at the bottom of the case 14 structures 22 arranged for conducting and distributing the coolant. The housing further comprises a heating element 24 and a switch 26 with a single flap 28 ,

2 zeigt eine weitere Darstellung des Batteriesystems 10 der 1. Alle Bauteile des Batteriesystems 10 weisen die gleichen Bezugszeichen auf, wie in dem Batteriesystem 10 der 1. Das Batteriesystem 10 zeigt einen Betriebszustand, bei dem das Heizelement 24 das Kühlmittel im Inneren des Gehäuses 14 aufheizt um die Batteriezellen 12 auf eine bestimmte Betriebstemperatur, beispielsweise auf eine Betriebstemperatur von 35°C, zu erwärmen. Damit die zugeführte Wärme des Heizelements 24 nicht über das Kühlmittel an den Kühlkörper 16 abgegeben wird, blockiert die Umschaltung 26 mit Hilfe der Klappe 28 den Zugang des Kühlmittels zum Kühlkörper 16. Die Zirkulation des Kühlmittels ist mit den Pfeilen 30 dargestellt. Es ist in 2 erkennbar, dass das Kühlmittel während des Heizvorgangs nicht mit dem Kühlkörper 16 in Kontakt kommt. 2 shows a further illustration of the battery system 10 of the 1 , All components of the battery system 10 have the same reference numerals as in the battery system 10 of the 1 , The battery system 10 shows an operating state in which the heating element 24 the coolant inside the case 14 heats up around the battery cells 12 to a certain operating temperature, for example, to an operating temperature of 35 ° C to heat. So that the supplied heat of the heating element 24 not over the coolant to the heat sink 16 is dispensed blocks the switching 26 with the help of the flap 28 the access of the coolant to the heat sink 16 , The circulation of the coolant is with the arrows 30 shown. It is in 2 recognizable that the coolant during the heating process is not with the heat sink 16 comes into contact.

3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Detailansicht einer Batteriezelle 12, welche von dem Kühlmittel umströmt wird. Die Pfeile 32 zeigen dabei auf, wie das Kühlmittel das Batteriemodul umströmt. In dem Gehäuse 14 sind Strukturen 22 angeordnet, um das Kühlmittel zu führen. Es ist erkennbar, wie das Kühlmittel entlang der Batteriezelle 12 zum Gehäuse 16 strömt und dort in Kontakt mit dem Kühlkörper 16 kommt. Weiterhin ist eine aktive Komponente 34 in Form einer Radialpumpe 36 angeordnet, um aktiv das Kühlmittel im Inneren des Gehäuses zirkulieren zu lassen. 3 shows a section of a schematic detail view of a battery cell 12 , which is flowed around by the coolant. The arrows 32 indicate how the coolant flows around the battery module. In the case 14 are structures 22 arranged to guide the coolant. It can be seen how the coolant along the battery cell 12 to the housing 16 flows and there in contact with the heat sink 16 comes. Furthermore, it is an active component 34 in the form of a radial pump 36 arranged to actively circulate the coolant inside the housing.

4 zeigt eine isometrische Ansicht des Ausschnitts der 3. Zur besseren Darstellung wird vom Gehäuse 14 nur der Boden dargestellt. Weiterhin ist erkennbar, dass mehrere Batteriezellen 12 in dem Gehäuse 14 angeordnet werden können, obwohl in der isometrischen Ansicht nur drei Batteriezellen 12 dargestellt sind. Die weiteren Batteriezellen 12 wurden für die bessere Darstellung der Pfeile 32 zur Darstellung der Zirkulation des Kühlmittels weg gelassen. 4 shows an isometric view of the section of the 3 , For a better representation of the housing 14 only the bottom is shown. Furthermore, it can be seen that several battery cells 12 in the case 14 can be arranged, although only three battery cells in the isometric view 12 are shown. The other battery cells 12 were for the better illustration of the arrows 32 to omit the circulation of the coolant.

5 zeigt einen schematischen Aufbau eines Benetzungssystems 38 des Kühlkörper 16. Zur besseren Übersicht wird das Gehäuse 14 nicht dargestellt. Das Benetzungssystem 38 umfasst einen Vorratsbehälter 40 für Wasser, eine elektrische durch ein Batteriemanagementsystem anzusteuernde Pumpe 42 und ein Ventil 44. Zur Verbesserung der Kühlung des Kühlkörpers 16 kann bei Bedarf Wasser aus dem Vorratsbehälter 40 mit Hilfe der Pumpe 42 und dem Ventil 44 an den Kühlkörper 16 geleitet werden. Der Kühlkörper 16 weist Kanäle auf, in die das Wasser hinein fließt. Das Wasser fließt durch den Kühlkörper 16 und tritt zwischen den äußeren Kühlrippen 18 aus und benetzt diese. Durch den Kontakt des Wassers mit dem Kühlkörper 16 wird das Wasser von der Wärmeenergie verdunstet und kühlt auf diese Weise den Kühlkörper 16 stärker als ein Luftstrom allein. 5 shows a schematic structure of a wetting system 38 of the heat sink 16 , For a better overview, the housing 14 not shown. The wetting system 38 includes a reservoir 40 for water, an electric pump to be controlled by a battery management system 42 and a valve 44 , To improve the cooling of the heat sink 16 can if necessary, water from the reservoir 40 with the help of the pump 42 and the valve 44 to the heat sink 16 be directed. The heat sink 16 has channels into which the water flows. The water flows through the heat sink 16 and enters between the outer cooling fins 18 and wets them. By the contact of the water with the heat sink 16 the water is evaporated by the heat energy and cools the heat sink in this way 16 stronger than a stream of air alone.

Ein Verfahren zur Kühlung eines Batteriesystems, insbesondere eines oben beschriebenen Batteriesystems erfolgt folgendermaßen: die Wärmeenergie mindestens einer Batteriezelle 12 innerhalb des Gehäuses 14 des Batteriesystems 10 wird durch ein flüssiges Kühlmittel abgeführt. Das erwärmte Kühlmittel wird an mindestens einen Kühlkörper 16 geleitet. Am Kühlkörper 16 führt das Kühlmittel die aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkörper 16 ab. Der Kühlkörper 16 führt die Wärmeenergie nach außen an die Umgebung des Batteriesystems 10 ab.A method for cooling a battery system, in particular of a battery system described above, takes place as follows: the heat energy of at least one battery cell 12 inside the case 14 of the battery system 10 is removed by a liquid coolant. The heated coolant is applied to at least one heat sink 16 directed. On the heat sink 16 The coolant leads the absorbed heat energy to the heat sink 16 from. The heat sink 16 leads the heat energy to the outside of the environment of the battery system 10 from.

Claims (10)

Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, mit – einem Gehäuse (14), – mindestens einer Batteriezelle (12), wobei die Batteriezelle (12) innerhalb des Gehäuses (14) angeordnet ist, – einem flüssigen Kühlmittel zur Aufnahme von Wärmeenergie der Batteriezelle (12), und – mindestens einem Kühlkörper (16), wobei der Kühlkörper (16) an einer Seite des Gehäuses (14) sich von einer Innenseite des Gehäuses (14) bis an einer der Innenseite gegenüber angeordneten Außenseite des Gehäuses (14) erstreckt, wobei die von dem flüssigen Kühlmittel aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkörper (16) übertragbar ist und von dem Kühlkörper (16) an eine Umgebung des Gehäuses (14) weiterleitbar ist.Battery system for a motor vehicle, comprising - a housing ( 14 ), - at least one battery cell ( 12 ), the battery cell ( 12 ) within the housing ( 14 ) is arranged, - a liquid coolant for receiving heat energy of the battery cell ( 12 ), and - at least one heat sink ( 16 ), wherein the heat sink ( 16 ) on one side of the housing ( 14 ) from an inside of the housing ( 14 ) to one of the inside opposite to the outside of the housing ( 14 ), wherein the heat energy absorbed by the liquid coolant to the heat sink ( 16 ) is transferable and from the heat sink ( 16 ) to an environment of the housing ( 14 ) is forwarded. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (16) an der Innenseite des Gehäuses (14) und/oder an der Außenseite des Gehäuses Kühlrippen (18) aufweist. Battery system according to claim 1, characterized in that the heat sink ( 16 ) on the inside of the housing ( 14 ) and / or on the outside of the housing cooling fins ( 18 ) having. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Batteriezellen (12) in dem Gehäuse (14) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (12) durch Abstandshalter beabstandet zueinander angeordnet sind.Battery system according to claim 1 or 2, characterized in that at least two battery cells ( 12 ) in the housing ( 14 ), wherein the battery cells ( 12 ) are spaced apart by spacers. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel über ein Schlauchsystem auf die mindestens eine Batteriezelle (12) leitbar ist und/oder das gesamte Batteriesystem mit Kühlmittel gefüllt ist.Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that coolant via a hose system to the at least one battery cell ( 12 ) is conductive and / or the entire battery system is filled with coolant. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung eines Volumenstroms eine aktive Komponente (34) zum Umströmen der Batteriezelle (12) mit Kühlmittel einsetzbar ist. Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that to maintain a volume flow, an active component ( 34 ) for flowing around the battery cell ( 12 ) can be used with coolant. Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Komponente (34) mindestens ein Axial- und/oder mindestens eine Radialpumpe (36) ist.Battery system according to claim 5, characterized in that the active component ( 34 ) at least one axial and / or at least one radial pump ( 36 ). Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (24) im Gehäuse (14) angeordnet ist.Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one heating element ( 24 ) in the housing ( 14 ) is arranged. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (14) mindestens eine Umschaltung (26) angeordnet ist zur Hinderung des Kontakts des Kühlkörpers (16) mit dem Kühlmittel.Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that in the housing ( 14 ) at least one switching ( 26 ) is arranged to prevent the contact of the heat sink ( 16 ) with the coolant. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (16) an der Außenseite des Gehäuses (14) über ein Benetzungssystem (38) kühlbar ist.Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 16 ) on the outside of the housing ( 14 ) via a wetting system ( 38 ) is coolable. Verfahren zur Kühlung eines Batteriesystems, insbesondere eines Batteriesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend mindestens folgende Schritte: – Abführen von Wärmeenergie mindestens einer Batteriezelle (12) innerhalb eines Gehäuses (14) des Batteriesystems durch ein flüssiges Kühlmittel, – Leiten des mit Wärmeenergie erwärmten Kühlmittels an einen Kühlkörper (16), – Abführen von Wärmeenergie des erwärmten Kühlmittels an den Kühlkörper (16), und – Abführen von Wärmeenergie von dem erwärmten Kühlkörper (16) an die Umgebung.Method for cooling a battery system, in particular a battery system according to one of claims 1 to 9, comprising at least the following steps: Dissipating heat energy of at least one battery cell ( 12 ) within a housing ( 14 ) of the battery system by a liquid coolant, - passing the heat energy heated coolant to a heat sink ( 16 ), - dissipation of heat energy of the heated coolant to the heat sink ( 16 ), and - dissipating heat energy from the heated heat sink ( 16 ) to the environment.
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DE102019108577A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft High-voltage battery with spacer and motor vehicle

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