DE102016216243A1 - Arrangement of modules of a battery with a cooling system for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Vorgestellt wird eine Anordnung von Modulen (1, 2) einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Lithium Ionen Batterie, wobei zwischen den Modulen (1, 2) Kühlrohre (4) angeordnet sind. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Querschnitt der Kühlrohre (4) eine Dickenerstreckung (5) in Richtung einer Verbindungslinie benachbarter Module (1, 2) und eine Breitenerstreckung (6) senkrecht dazu aufweist, wobei die Breitenerstreckung (6) größer ist als die Dickenerstreckung (5). Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit der geschilderten Anordnung von Modulen.Disclosed is an arrangement of modules (1, 2) of a battery for a motor vehicle, in particular a lithium ion battery, wherein between the modules (1, 2) cooling tubes (4) are arranged. The arrangement is characterized in that the cross section of the cooling tubes (4) has a thickness extension (5) in the direction of a connecting line of adjacent modules (1, 2) and a width extension (6) perpendicular thereto, wherein the width extension (6) is greater than the thickness extension (5). The invention also relates to a motor vehicle with the described arrangement of modules.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung von Modulen einer Batterie mit einer Kühlung für ein Kraftfahrzeug. The invention relates to an improved arrangement of modules of a battery with a cooling system for a motor vehicle.

Für Elektrofahrzeuge und für Hybridfahrzeuge werden Hochvoltspeicher verbaut. Dazu dienen Lithium-Ionen Batterien, die als einzelne Module vorliegen. Aufgrund ihrer Zellchemie vertragen derartige Batterien normalerweise lediglich Temperaturen bis zu 35°C. Wird diese Temperatur überschritten, beschleunigt sich der Alterungsprozess der Hochvoltspeicher. Dies senkt die Leistungsfähigkeit und verkürzt die Lebenszeit. Bei höheren Außentemperaturen und/oder beim Laden der Batterien ist daher eine Kühlung erforderlich. Dies gilt vor allem beim Laden mit hohen Leistungen, bei dem durch die elektrischen Verluste und durch die chemische Zellreaktion viel Wärme entsteht. High-voltage batteries are installed for electric vehicles and for hybrid vehicles. These are lithium-ion batteries, which are available as individual modules. Due to their cell chemistry, such batteries normally only tolerate temperatures of up to 35 ° C. If this temperature is exceeded, the aging process of the high-voltage accumulator is accelerated. This reduces the performance and shortens the lifetime. At higher outside temperatures and / or when charging the batteries cooling is therefore required. This is especially true when charging with high power, in which caused by the electrical losses and by the chemical cell reaction a lot of heat.

Zur Kühlung der Batterien werden zwischen den Modulen Kühlrohre angeordnet. Dabei werden runde Kühlrohre eingesetzt. Nachteilig daran ist, dass diese Kühlrohre Platz benötigen, der im Kraftfahrzeug stets knapp ist. To cool the batteries, cooling tubes are placed between the modules. This round cooling tubes are used. The disadvantage of this is that these cooling tubes need space, which is always scarce in the vehicle.

Aus der DE 10 2013 226 813 A1 ist eine Kühlvorrichtung für einen Hochvoltspeicher bekannt. Diese umfasst einen Kühlkörper, der von einem Kältemittel durchströmbar ist, wobei der Kühlkörper ausgebildet ist, Wärme vom Hochvoltspeicher aufzunehmen und an das durchströmende Kältemittel abzugeben. Das Kältemittel ist im Kühlkörper mit einem maximalen Druck von 250 bar führbar. Der Kühlkörper umfasst eine Mehrzahl an nebeneinanderliegenden Kanälen, durch die Kältemittel fließen kann. From the DE 10 2013 226 813 A1 a cooling device for a high-voltage storage is known. This comprises a heat sink, which can be flowed through by a refrigerant, wherein the heat sink is designed to absorb heat from the high-voltage accumulator and deliver it to the refrigerant flowing through. The refrigerant can be carried in the heat sink with a maximum pressure of 250 bar. The heat sink includes a plurality of adjacent channels through which refrigerant can flow.

Aufgabe der Erfindung ist es die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, zumindest zu reduzieren. The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art, at least reduce.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. Der Beschreibung sind weitere Einzelheiten zu entnehmen. This object is achieved by an arrangement according to claim 1. The dependent claims indicate advantageous developments. The description can be found in more detail.

Vorgeschlagen wird eine Anordnung von Modulen einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Lithium Ionen Batterie, wobei zwischen den Modulen Kühlrohre angeordnet sind. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Querschnitt der Kühlrohre eine Dickenerstreckung in Richtung einer Verbindungslinie benachbarter Module und eine Breitenerstreckung senkrecht dazu aufweist, wobei die Breitenerstreckung größer ist als die Dickenerstreckung. It is proposed an arrangement of modules of a battery for a motor vehicle, in particular a lithium ion battery, wherein between the modules cooling tubes are arranged. The arrangement is characterized in that the cross section of the cooling tubes has a thickness extension in the direction of a connecting line of adjacent modules and a width extension perpendicular thereto, wherein the width extension is greater than the thickness extension.

Damit ist die Ausdehnung in einer Richtung niedriger als bei einem runden Rohr mit demselben Querschnitt. Aufgrund der niedrigeren Ausdehnung in einer Richtung können die Module mit geringerem Abstand angeordnet werden, als bei einer Verwendung eines runden Kühlrohrs mit demselben Querschnitt. Thus, the expansion in one direction is lower than in a round tube with the same cross-section. Due to the lower expansion in one direction, the modules can be arranged at a smaller distance than when using a round cooling tube with the same cross section.

Die größere Ausdehnung in die andere Richtung ist unproblematisch. Bisher ist neben den Kühlrohren freier Platz. Dieser freie Platz kann nun genutzt werden. The larger extent in the other direction is unproblematic. So far, there is free space next to the cooling tubes. This free space can now be used.

Durch die größere Ausdehnung in die Richtung senkrecht zum Abstand der Kühlkanäle können sich auch größere Kontaktflächen zwischen Modul und Kühlkanal ergeben. Damit ist die thermische Kopplung zwischen Modulen und Kühlkanälen deutlich verbessert. Due to the greater extent in the direction perpendicular to the distance of the cooling channels and larger contact surfaces between the module and the cooling channel can result. This significantly improves the thermal coupling between modules and cooling channels.

Es ist also festzuhalten, dass mit einer Maßnahme, nämlich der Nutzung von Kühlrohren, bei denen die Breitenerstreckung größer ist als die Dickenerstreckung, zwei Vorteile erreicht werden können, nämlich ein geringerer Abstand zwischen den Modulen und eine bessere thermische Kopplung zwischen den Kühlkanälen. Es mag zwar ein Nachteil sein, dass derartige Kühlrohre im Allgemeinen weniger verbreitet sind. Damit gehen mitunter höhere Herstellungskosten einher. Da aber wie geschildert zwei Vorteile erzielt werden, ist dieser Nachteil hinzunehmen.  It should therefore be noted that a measure, namely the use of cooling tubes, in which the width extension is greater than the thickness extension, two advantages can be achieved, namely a smaller distance between the modules and a better thermal coupling between the cooling channels. Although it may be a disadvantage that such cooling tubes are generally less common. This is sometimes accompanied by higher production costs. But as described two advantages are achieved, this disadvantage is acceptable.

Auch im Vergleich zur Kühlvorrichtung nach DE 10 2013 226 813 A1 ergeben sich Vorteile. Dadurch dass ein Kühlrohr verwendet wird und nicht eine Vielzahl nebeneinander liegender Kühlkanäle steht beim selben Platzbedarf ein größerer Querschnitt für das Wärmeträgerfluid zur Verfügung. Also compared to the cooling device after DE 10 2013 226 813 A1 there are advantages. The fact that a cooling tube is used and not a plurality of adjacent cooling channels is the same space a larger cross section for the heat transfer fluid available.

In einer Ausführungsform ist die Breitenerstreckung mindestens doppelt so groß wie die Dickenerstreckung. Dies hat sich im Allgemeinen als sinnvolle untere Grenze herausgestellt, auch wenn sich gewisse Vorteile auch ergeben, falls die Breitenerstreckung nur geringfügig größer ist als die Dickenerstreckung. In one embodiment, the width extension is at least twice as large as the thickness extension. This has generally proved to be a reasonable lower limit, although certain advantages also arise if the width extension is only slightly greater than the thickness extension.

In einer Ausführungsform ist die Breitenerstreckung fünfmal bis zehnmal so groß wie die Dickenerstreckung. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Werten die Vorteile der Erfindung in vollem Umfang zum Tragen kommen und zugleich entsprechende Kühlrohre erhältlich sind. In one embodiment, the width dimension is five to ten times greater than the thickness dimension. It has been found that at these levels, the benefits of the invention fully come into play and at the same time corresponding cooling tubes are available.

In einer Ausführungsform weisen die Kühlrohre ebene Außenflächen auf, die thermisch an die Module gekoppelt sind. Die an die Kühlrohre anschließenden Flächen der Module sind im Normalfall eben. Daher eignen sich ebene Außenflächen der Kühlrohre, um eine thermische Kopplung der Kühlrohre mit den Modulen zu erreichen. In one embodiment, the cooling tubes have planar outer surfaces that are thermally coupled to the modules. The adjoining the cooling pipes surfaces of the modules are normally flat. Therefore, flat outer surfaces of the cooling tubes are suitable for achieving a thermal coupling of the cooling tubes with the modules.

An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen Kühlrohr und Modul normalerweise eine Wärmeleitpaste oder ein ähnliches Mittel vorgesehen ist. Damit können gewisse Unebenheiten oder dergleichen ausgeglichen werden. In diesem Sinne ist es natürlich auch nicht zwingend erforderlich, dass die ebene Fläche exakt eben ist. Es genügt, eine einigermaßen ebene Fläche bereit zu stellen. It should be mentioned at this point that to improve the heat conduction between the cooling tube and the module normally a thermal compound or a similar agent is provided. This can be compensated for certain bumps or the like. In this sense, it is of course not absolutely necessary that the flat surface is exactly flat. It is sufficient to provide a reasonably flat surface.

Soweit keine ebene Außenfläche vorhanden ist, etwa bei einem ovalen Kühlrohr, kann dies in gewissem Umfang auch durch die Wärmeleitpaste oder eine ähnliche Maßnahme ausgeglichen werden. Freilich bleibt eine ebene Außenfläche im Regelfall vorteilhaft. As far as no flat outer surface is present, such as an oval cooling tube, this can be compensated to some extent by the thermal paste or a similar measure. Of course, a flat outer surface remains advantageous in the rule.

In einer Ausführungsform beträgt die Dickenerstreckung der Kühlrohre 2 mm bis 3 mm und/oder die Breitenerstreckung 15 mm bis 20 mm. Bei den üblichen Modulen haben sich derartige Werte als vorteilhaft erwiesen. In one embodiment, the thickness of the cooling tubes is 2 mm to 3 mm and / or the width is 15 mm to 20 mm. In conventional modules, such values have proven to be advantageous.

In einer Ausführungsform sind die Kühlrohre aus Kupfer oder aus Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl, oder aus einer hochfesten Aluminiumlegierung oder enthalten die vorgenannten Stoffe als Hauptbestandteil. In one embodiment, the cooling tubes are made of copper or steel, in particular a high-strength steel, or of a high-strength aluminum alloy or contain the aforementioned substances as the main component.

Damit weisen die Kühlrohre eine ausreichende Stabilität auf, und können auch hohen Drücken des in den Kühlrohren geführten Wärmeträgerfluids standhalten. Somit ist eine große Bandbreite an Wärmeträgerfluiden einsetzbar. Aus der eingangs erwähnten DE 10 2013 226 813 A1 ist bekannt, dass mitunter Wärmeträgerfluid mit hohem Druck eingesetzt wird. Daher ist es wichtig Kühlrohre bereitstellen zu können, die hohen Drücken standhalten. Thus, the cooling tubes have sufficient stability, and can withstand high pressures of guided in the cooling tubes heat transfer fluid. Thus, a wide range of heat transfer fluids can be used. From the above-mentioned DE 10 2013 226 813 A1 is known that sometimes heat transfer fluid is used at high pressure. Therefore, it is important to be able to provide cooling tubes that can withstand high pressures.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer oben beschriebenen Anordnung von Modulen mit einem Kühlrohr. The invention also relates to a vehicle having an above-described arrangement of modules with a cooling tube.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings. Show it:

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Modulen mit einem runden Kühlrohr, 1 a known from the prior art arrangement of modules with a round cooling tube,

2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem flachen Kühlrohr. 2 an inventive arrangement with a flat cooling tube.

In 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Modulen dargestellt, mit einem ersten Modul 1, einem zweiten Modul 2 und dazwischen einem runden Kühlrohr 3. Wie ersichtlich ist neben dem runden Kühlrohr 3 ein nicht genutzter Bereich. Im Interesse der Übersichtlichkeit ist das Kühlrohr 3 nicht unmittelbar angrenzend an die Module 1 und 2 dargestellt. In der Realität grenzen die Kühlrohre freilich an die Module an, um eine gute Wärmeleitung zu erzielen. In 1 an arrangement of modules known from the prior art is shown with a first module 1 , a second module 2 and in between a round cooling tube 3 , As can be seen next to the round cooling tube 3 an unused area. For the sake of clarity, the cooling tube 3 not immediately adjacent to the modules 1 and 2 shown. In reality, however, the cooling pipes are adjacent to the modules in order to achieve good heat conduction.

2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung. Zwischen den Modulen 1 und 2 ist ein Kühlrohr 4 zu erkennen, mit einer Dickenerstreckung 5 und einer Breitenerstreckung 6. Die Dickenerstreckung 5 ist in Richtung einer Verbindungslinie zwischen den benachbarten Modulen und die Breitenerstreckung 6 ist senkrecht dazu längs den Modulen 1 und 2. Da die Breitenerstreckung 6 deutlich größer ist als die Dickenerstreckung 5 kann das Kühlrohr als flaches Kühlrohr bezeichnet werden. 2 shows the arrangement according to the invention. Between the modules 1 and 2 is a cooling tube 4 to recognize, with a thickness extension 5 and a latitude extension 6 , The thickness extension 5 is in the direction of a connecting line between the adjacent modules and the width extension 6 is perpendicular to it along the modules 1 and 2 , As the width extension 6 is significantly larger than the thickness extension 5 the cooling tube can be referred to as a flat cooling tube.

Längs der Breitenerstreckung ist das Kühlrohr 4 eben. Damit ergibt sich eine erste ebene Außenfläche 7 und eine zweite ebene Außenfläche 8. An den Enden sind die Außenflächen 7 und 8 durch Bögen 9 verbunden. Die erste ebene Außenfläche 7 liegt am ersten Modul 1 an und die zweite ebene Außenfläche 8 am zweiten Modul 2. Dadurch ergibt sich eine gute thermische Kopplung zwischen Kühlrohr 4 und den Modulen 1 und 2. Der in 2 zu erkennende Abstand ist der übersichtlichen Darstellung geschuldet. In der Tat wird ein niedriger Abstand angestrebt und erreicht, um die thermische Kopplung zu verbessern. Hierzu kann ergänzend eine nicht dargestellte Wärmeleitpaste verwendet werden. Along the width extension is the cooling tube 4 just. This results in a first flat outer surface 7 and a second flat outer surface 8th , At the ends are the outer surfaces 7 and 8th through arches 9 connected. The first flat outer surface 7 is on the first module 1 on and the second level outer surface 8th on the second module 2 , This results in a good thermal coupling between the cooling tube 4 and the modules 1 and 2 , The in 2 The distance to be recognized is due to the clear presentation. In fact, a small distance is sought and achieved to improve the thermal coupling. For this purpose, a non-illustrated thermal compound can be used in addition.

In 1 und 2 ist ferner ein Speichergehäuse 10 zu erkennen, welches die Anordnung von Modulen 1 und 2 umgibt. In 1 and 2 is also a storage enclosure 10 to recognize which the arrangement of modules 1 and 2 surrounds.

Eine typische Anordnung von Modulen weist eine Vielzahl von Modulen auf, zwischen denen Kühlrohre verlaufen. Die obige Darstellung mit zwei Modulen dient lediglich der Anschaulichkeit und ist nicht typisch. A typical arrangement of modules has a plurality of modules between which run cooling tubes. The above illustration with two modules is for illustrative purposes only and is not typical.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1  1
erstes Modul first module
2  2
zweites Modul second module
3  3
rundes Kühlrohr (Stand der Technik) round cooling tube (prior art)
44
Kühlrohr (gemäß Erfindung)  Cooling tube (according to the invention)
55
Dickenerstreckung des Kühlrohrs 4 Thickness extension of the cooling tube 4
66
Breitenerstreckung des Kühlrohrs 4 Width extension of the cooling tube 4
77
erste ebene Außenfläche des Kühlrohrs 4 first flat outer surface of the cooling tube 4
88th
zweite ebene Außenfläche des Kühlrohrs 4 second flat outer surface of the cooling tube 4
99
Bögen des Kühlrohrs 4 Bends of the cooling tube 4
1010
Speichergehäuse  storage Enclosures

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013226813 A1 [0004, 0012, 0020] DE 102013226813 A1 [0004, 0012, 0020]

Claims (7)

Anordnung von Modulen (1, 2) einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Lithium Ionen Batterie, wobei zwischen den Modulen (1, 2) Kühlrohre (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kühlrohre (4) eine Dickenerstreckung (5) in Richtung einer Verbindungslinie benachbarter Module (1, 2) und eine Breitenerstreckung (6) senkrecht dazu aufweist, wobei die Breitenerstreckung (6) größer ist als die Dickenerstreckung (5). Arrangement of modules ( 1 . 2 ) of a battery for a motor vehicle, in particular a lithium ion battery, wherein between the modules ( 1 . 2 ) Cooling pipes ( 4 ) are arranged, characterized in that the cross section of the cooling tubes ( 4 ) a thickness extension ( 5 ) in the direction of a connecting line of adjacent modules ( 1 . 2 ) and a width extension ( 6 ) perpendicular thereto, the width extension ( 6 ) is greater than the thickness ( 5 ). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitenerstreckung (6) mindestens doppelt so groß ist wie die Dickenerstreckung (5). Arrangement according to claim 1, characterized in that the width extension ( 6 ) is at least twice as large as the thickness ( 5 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitenerstreckung (6) fünfmal bis zehnmal so groß ist wie die Dickenerstreckung (5). Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the width extension ( 6 ) is five to ten times larger than the thickness ( 5 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (4) ebene Außenflächen (7, 8) aufweisen, die thermisch an die Module (1, 2) gekoppelt sind. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling tubes ( 4 ) flat outer surfaces ( 7 . 8th ) which are thermally connected to the modules ( 1 . 2 ) are coupled. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenerstreckung (5) der Kühlrohre (4) 2 mm bis 3 mm beträgt und/oder die Breitenerstreckung (6) 15 mm bis 20 mm. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness ( 5 ) of the cooling tubes ( 4 ) Is 2 mm to 3 mm and / or the width extension ( 6 ) 15 mm to 20 mm. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (4) aus Kupfer oder aus Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl, oder aus einer hochfesten Aluminiumlegierung sind und/oder die vorgenannten Stoffe als Hauptbestandteil enthalten. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling tubes ( 4 ) are made of copper or steel, in particular a high-strength steel, or of a high-strength aluminum alloy and / or contain the aforementioned substances as the main component. Fahrzeug umfassend eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Vehicle comprising an arrangement according to one of the preceding claims.
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