DE102017202391A1 - Method for cooling a battery, battery, vehicle with battery and charging device for charging and cooling a battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, bevorzugt in einem Fahrzeug, bereit, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur geladen zu werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich von 10 bis 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zumindest abschnittsweise der Batterie zugeführt wird. The present invention provides a method of cooling a battery, particularly a traction battery, preferably in a vehicle, wherein the battery is configured to be charged at a battery charging temperature. The method is characterized in that cooling medium having a boiling temperature which is lower than the battery charging temperature and / or in the range of 10 to 50 °, preferably in a range of 20 to 40 °, is at least partially supplied to the battery in the liquid state of aggregation ,
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, wobei die Batterie bei einer Batterieladetemperatur geladen wird. Neben der Batterie als solche betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer Batterie sowie eine Ladevorrichtung zum Kühlen und Laden der Batterie.The invention relates to a method for cooling a battery, in particular a traction battery, wherein the battery is charged at a battery charging temperature. Aside from the battery as such, the invention also relates to a vehicle having a battery and a charging device for cooling and charging the battery.
Stand der TechnikState of the art
Batterien und Ladevorrichtungen der eingangs genannten Art finden breite Anwendung im Bereich von Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen. Derartige Batterien weisen im Allgemeinen mehrere Batteriezellen auf, die elektrisch miteinander verbunden sind.Batteries and charging devices of the type mentioned are widely used in the field of electric vehicles or hybrid vehicles. Such batteries generally have a plurality of battery cells that are electrically connected together.
Im Allgemeinen können beim Laden von Batterien anhaltend hohe Stromwärmeverluste auftreten, die zu einer Überschreitung des erlaubten Betriebstemperaturbereichs der Batterie führen, was eine entsprechende Leistungsreduzierung zur Folge hat. Die herkömmlichen Kühlsysteme zum Kühlen von Traktionsbatterien reichen nicht aus, um beispielsweise bei einer Schnellladung die entstehende Wärmemenge verzögerungsfrei abführen zu können.In general, when charging batteries, high current heat losses may occur, resulting in exceeding the allowable operating temperature range of the battery, resulting in a corresponding reduction in power. The conventional cooling systems for cooling traction batteries are not sufficient, for example, to be able to dissipate the resulting amount of heat without delay in a fast charge.
Im Vordergrund steht bei Traktionsbatteriesystemen die hohe Energiedichte, um eine hohe Reichweite zu ermöglichen. Oftmals liegt ein relativ hoher Zellinnenwiderstand vor, der zu hoher Verlustwärme beim Entladen (beim Fahren) und beim Aufladen der Batterie führt. Insbesondere beim schnellen Laden kann es also zu einer Überschreitung des erlaubten Betriebstemperaturbereichs der Batterie kommen.In the forefront of traction battery systems is the high energy density to allow a long range. Often there is a relatively high internal cell resistance, which leads to high heat loss during unloading (while driving) and when charging the battery. In particular, during fast charging, it may therefore come to an exceeding of the permitted operating temperature range of the battery.
Zu diesem Problem offenbart die
Derartige Kühlmechanismen haben sich bewährt. Allerdings werden immer höhere Anforderungen an die Kühlleistung gestellt, insbesondere wenn ein schnelles Laden der Batterie gewünscht ist. Beispielsweise ist es angedacht, die Ladezeit auf weniger als 6 Minuten zu reduzieren.Such cooling mechanisms have proven themselves. However, ever higher demands are placed on the cooling performance, especially if a fast charging of the battery is desired. For example, it is intended to reduce the load time to less than 6 minutes.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfacher Konstruktion die Kühlung einer Batterie zu verbessern. Auch eine entsprechende Ladevorrichtung soll vorgesehen werden.It is therefore an object of the present invention to improve the cooling of a battery with a simple design. Also, a corresponding charging device should be provided.
Gleichzeitig sollen Änderungen, die an der Batterie dafür durchzuführen sind, möglichst gering gehalten werden, sodass die Energiedichte und die Leistungsdichte einer Batterie im Wesentlichen gleichbleiben.At the same time, changes to be made to the battery for it should be kept as low as possible, so that the energy density and the power density of a battery remain essentially the same.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Kühlen einer Batterie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Demzufolge ist ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, die insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet sein kann, vorgesehen, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur geladen zu werden. Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, wird im flüssigen Aggregatszustand zumindest abschnittsweise der Batterie zugeführt, insbesondere in die Batterie eingeführt.This object is achieved by the method for cooling a battery having the features of claim 1. Accordingly, a method for cooling a battery, in particular a traction battery, which may be arranged in particular in a vehicle, is provided, wherein the battery is arranged to be charged at a battery charging temperature. Cooling medium having a boiling temperature which is lower than the battery charging temperature and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 °, is at least partially supplied in the liquid state of aggregation of the battery, in particular introduced into the battery.
Des Weiteren ist eine Batterie, bevorzugt eine Traktionsbatterie, bevorzugt für ein Fahrzeug, gemäß Anspruch 5 vorgesehen, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur mit Hilfe einer Ladevorrichtung geladen zu werden. Die Batterie weist zumindest eine Anschlusseinheit auf, die eingerichtet ist, Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20-40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zum Kühlen der Batterie, insbesondere beim Laden der Batterie, zuzuführen, wobei die Batterie frei von einer Rückführung zum Rückführen von Kühlmedium in die Ladevorrichtung ist.Furthermore, a battery, preferably a traction battery, is preferably provided for a vehicle, according to claim 5, wherein the battery is arranged to be charged at a battery charging temperature by means of a charging device. The battery has at least one connection unit which is set up, cooling medium having a boiling temperature which is lower than the battery charging temperature and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20-40 °, in the liquid state of aggregation Cooling of the battery, in particular when charging the battery, supply, wherein the battery is free of a return for returning coolant to the charging device.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie vorgesehen.Furthermore, a vehicle with a battery according to the invention is provided according to the invention.
Darüber hinaus ist gemäß Anspruch 13 eine Ladevorrichtung angedacht, und zwar zum Aufladen und Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, wobei die Ladevorrichtung bevorzugt stationär oder mobil ist. Dabei weist die Ladevorrichtung einen vorrichtungsseitigen Stromanschluss zum Versorgen der Batterie mit Strom beim Aufladen der Batterie und einen Kühlanschluss zum Zuführen von Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zur Batterie.In addition, according to
Üblicherweise liegt die Batterieladetemperatur in einem Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°C. Bei einer geringeren Außentemperatur kann sich eine Batterieladetemperatur von 10 oder 20° einstellen, wohingegen bei heißer Umgebungsluft die Batterie beim Laden auch eine Temperatur von bei 40 oder 50°C haben kann. Innerhalb dieses Bereichs, in dem die Batterieladetemperatur liegen kann, nimmt die Batterie keinen Schaden beim Laden bzw. kann effizient geladen werden. Somit ist unter der Batterieladetemperatur insbesondere die Temperatur zu verstehen, die die Batterie beim Laden annehmen kann, ohne dass der Bereich der erlaubten Betriebstemperatur der Batterie verlassen wird. Usually, the battery charging temperature is in a range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 ° C. When the outside temperature is lower, the battery charging temperature can be set to 10 or 20 °, whereas when the outside air is hot, the battery may be at 40 or 50 ° C when charging. Within this range, where the battery charging temperature may be, the battery will not be damaged during charging or can be charged efficiently. Thus, the battery charging temperature is understood in particular to mean the temperature which the battery can accept when charging, without leaving the range of the permitted operating temperature of the battery.
Damit der Phasenübergang vom flüssigen Aggregatszustand zum gasförmigen Zustand beim Kühlen der Batterie ausgenutzt werden kann, kann die Siedetemperatur des Kühlmediums unterhalb der Temperatur liegen, die die Batterie beim Laden einnimmt, also unterhalb der Batterieladetemperatur.So that the phase transition from the liquid state of aggregation to the gaseous state during cooling of the battery can be exploited, the boiling temperature of the cooling medium can be below the temperature that the battery occupies when charging, ie below the battery charging temperature.
Unter der Normalsiedetemperatur eines Fluids ist die Siedetemperatur zu verstehen, die das Fluid bei Normaldruck, nämlich bei einem 1 bar, hat. Die Siedetemperatur kann also die Normalsiedetemperatur sein. Vorliegend ist es auch denkbar, dass Kühlmedium unter Druck gesetzt wird, was den Siedepunkt erhöht.The normal boiling temperature of a fluid is understood to mean the boiling point which the fluid has at normal pressure, namely at 1 bar. The boiling temperature can therefore be the normal boiling temperature. In the present case, it is also conceivable that the cooling medium is pressurized, which increases the boiling point.
Als Kühlmedium kann beispielsweise flüssiges CO2, das unter Druck gesetzt ist, dienen. Der Normalsiedepunkt von CO2 liegt bei -78,48°C und entsprechend höher bei Druckaufbau. Auch andere Kühlmedien, insbesondere Kryoflüssigkeiten, bspw. Stickstoff, sind denkbar.As a cooling medium, for example, liquid CO 2 , which is pressurized serve. The normal boiling point of CO 2 is -78.48 ° C and correspondingly higher at pressure build-up. Other cooling media, in particular cryogenic liquids, for example nitrogen, are also conceivable.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Verdampfungskühlung optimal auszunutzen, indem ein Phasenübergang des Kühlmediums stattfindet, und zwar von flüssig zu gasförmig. Für diese Änderung des Aggregatszustands des Kühlmediums muss Verdampfungswärme aufgebracht werden, die der Batterie entzogen werden muss, wodurch die Kühlung der Batterie noch effizienter gestaltet werden kann. Kühlmedium wird also im flüssigen Aggregatszustand der Batterie zugeführt und dadurch, dass die Siedetemperatur des Kühlmediums unter der Temperatur liegt, die die Batterie beim Laden einnimmt, findet ein Phasenübergang des Kühlmediums beim Laden der Batterie statt. Dadurch, dass ein Phasenübergang im Kühlmedium beim Kühlen der Batterie stattfindet, ist die Wärmemenge, die der Batterie entzogen werden kann, größer, als wenn das Kühlmedium ohne Phasenübergang zur Kühlung der Batterie eingesetzt werden würde. Darüber hinaus besteht auch kein Problem mit flüssigem Kühlmedium, das eventuell unerwünscht in der Batterie nach dem Aufladen und Kühlen verbleibt, da das Kühlmedium im Wesentlichen nicht mehr flüssig, sondern gasförmig vorliegt.The invention is based on the idea optimally exploit the evaporative cooling by a phase transition of the cooling medium takes place, from liquid to gaseous. This change in the state of aggregation of the cooling medium requires the application of heat of vaporization, which must be removed from the battery, which makes the cooling of the battery even more efficient. Cooling medium is thus supplied in the liquid state of aggregation of the battery and characterized in that the boiling temperature of the cooling medium is below the temperature that occupies the battery when charging, a phase transition of the cooling medium takes place when charging the battery. Characterized in that a phase transition takes place in the cooling medium during cooling of the battery, the amount of heat that can be withdrawn from the battery, greater than if the cooling medium would be used without phase transition for cooling the battery. In addition, there is no problem with liquid cooling medium, which may remain undesirable in the battery after charging and cooling, since the cooling medium is substantially no longer liquid, but gaseous.
Die erfindungsgemäße Batterie, zu der über eine Anschlusseinheit Kühlmedium zugeführt werden kann, ist frei von einer Rückführung zum Rückführen von Kühlmedium in die Ladevorrichtung, da Kühlmedium einen Phasenübergang beim Kühlen der Batterie durchführt, sodass, nachdem flüssiges Kühlmedium mit der Batterie in Kontakt gebracht wurde, im Wesentlichen lediglich Kühlmedium im gasförmigen Zustand vorliegt, das einfach in die Umgebungsluft entweichen kann. Eine Rückführung zum Rückführen von flüssigem Kühlmedium in die Ladevorrichtung ist deshalb nicht nötig. Es ist somit ein offener Kreislauf vorgesehen. Kühlmedium wird also von der Ladevorrichtung aus während des Ladens in flüssiger Form zugeführt und wird nach dem Kühlen aus der Batterie im gasförmigen Zustand in die Umgebungsluft entweichen. Dadurch, dass die Batterie frei von einer Rückführung zum Rückführen des Kühlmediums in die Ladevorrichtung ist, kann die Batterie einfacher ausgestaltet sein. Insbesondere ist kein Aufsammeln von Kühlmedium nötig, das bereits zur Kühlung der Batterie beigetragen hat. Es besteht daher keine Notwendigkeit, eine aufwendige Rückführung zu gestalten.The battery according to the invention, to which cooling medium can be supplied via a connection unit, is free from a return for returning cooling medium into the charging device, since cooling medium performs a phase transition during cooling of the battery, so that after liquid cooling medium has been brought into contact with the battery, essentially only cooling medium in the gaseous state is present, which can easily escape into the ambient air. A return for returning liquid cooling medium in the charging device is therefore not necessary. It is thus provided an open circuit. Cooling medium is thus supplied from the charging device during charging in liquid form and will escape after cooling from the battery in the gaseous state in the ambient air. Characterized in that the battery is free of a return for returning the cooling medium in the charging device, the battery can be made simpler. In particular, no collecting of cooling medium is necessary, which has already contributed to the cooling of the battery. There is therefore no need to design a complex return.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung muss dementsprechend einen Stromanschluss zum Versorgen der Batterie sowie einen Kühlanschluss zum Zuführen von Kühlmedium aufweisen. Dabei muss der Kühlanschluss so eingerichtet sein, dass Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, aufgenommen werden kann.The charging device according to the invention must accordingly have a power connection for supplying the battery and a cooling connection for supplying cooling medium. In this case, the cooling connection must be set up so that cooling medium having a boiling temperature which is lower than the battery charging temperature and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 °, can be added.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Particularly advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Zwar ist bevorzugt angedacht, das Verfahren zum Kühlen der Batterie beim Laden der Batterie vorzusehen, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Kühlung nach einer besonders sportlichen Fahrweise durchgeführt wird, wo der Batterie viel Leistung entzogen wurde.Although it is preferred to provide the method for cooling the battery when charging the battery, however, the present invention is not limited thereto. For example, it is also conceivable that the cooling according to the invention is carried out after a particularly sporty driving style, where the battery has been deprived of much power.
Bevorzugt wird das Kühlmedium also zumindest zeitweise während des Ladens der Batterie eingeführt. Dadurch kann die Verlustwärme, die beim Laden der Batterie in der Batterie entsteht, zumindest teilweise schneller und besser abgeführt werden. Dadurch kann beispielsweise die Batterie schneller geladen werden, was mit anhaltend hohen Stromwärmeverlusten einhergeht, wo andernfalls der Betriebstemperaturbereich der Batterie überstiegen werden würde. Beispielsweise kann dann die Batterie innerhalb von wenigen Minuten, bspw. 6 Minuten, vollständig geladen werden.Preferably, the cooling medium is thus introduced at least temporarily during the charging of the battery. As a result, the heat loss that occurs when charging the battery in the battery, at least partially faster and better dissipated. As a result, for example, the battery can be charged faster, which is associated with persistently high current heat losses, where otherwise the operating temperature range of the battery would be exceeded. For example, then the battery within a few minutes, for example 6 minutes, to be fully charged.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das Kühlmedium beim Kühlen der Batterie vom flüssigen Aggregatszustand in den gasförmigen Aggregatszustand überführt. Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand soll also insbesondere nicht bereits beim Zuführen des Kühlmediums zur Batterie hin erfolgen, sondern es soll gewährleistet sein, dass direkt beim Kontaktieren der Batterie der Phasenübergang erfolgt und damit die Verdampfungswärme der Batterie entzogen wird.In the method according to the invention, the cooling medium is preferably transferred from the liquid state of aggregation to the gaseous state of aggregate during cooling of the battery. The transition from the liquid to the gaseous state of aggregation should thus in particular not already take place when the cooling medium is supplied to the battery, but it is to be ensured that the phase transition takes place directly when the battery is in contact and thus the heat of vaporization of the battery is withdrawn.
Weiter vorzugsweise ist die Batterie derart eingerichtet, dass Kühlmedium am Ort des Phasenübergangs Wärme von der Batterie aufnimmt. Dementsprechend kann gewährleistet sein, dass die Batterie unter Ausnutzung der aufzubringenden Verdampfungswärme gekühlt wird und die Batterie nicht lediglich durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium ohne Änderung des Aggregatszustands gekühlt wird. Dies kann beispielsweise durch Auswählen eines geeigneten Kühlmediums oder durch Unterdrucksetzen des Kühlmediums erfolgen.More preferably, the battery is configured such that cooling medium receives heat from the battery at the location of the phase transition. Accordingly, it can be ensured that the battery is cooled by utilizing the heat of vaporization to be applied and the battery is not cooled only by heat exchange with the cooling medium without changing the state of aggregation. This can be done for example by selecting a suitable cooling medium or by pressurizing the cooling medium.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Batterie zumindest eine Verteileinrichtung zum Verteilen von Kühlmedium zumindest abschnittsweise entlang der Batterie auf, wobei die Verteileinrichtung direkt oder indirekt mit der Anschlusseinheit verbunden ist. So kann erreicht werden, dass Kühlmedium verschiedenen, insbesondere allen, Bereichen der Batterie zugänglich wird.The battery according to the invention preferably has at least one distribution device for distributing cooling medium at least in sections along the battery, wherein the distribution device is connected directly or indirectly to the connection unit. It can thus be achieved that cooling medium becomes accessible to different, in particular all, regions of the battery.
Weiter vorzugsweise weist die Batterie Leitungen zum Leiten von Kühlmedium von der Verteileinrichtung zu einzelnen Zellen der Batterie hin auf. Dadurch kann erreicht werden, dass Kühlmedium direkt Zellen der Batterie zugeführt werden kann, und insbesondere die Batterie „von innen“ gekühlt werden kann, und zwar direkt die Zellen der Batterie, wo die Wärme erzeugt wird.Further preferably, the battery has lines for conducting cooling medium from the distributor to individual cells of the battery. It can thereby be achieved that cooling medium can be fed directly to cells of the battery, and in particular the battery can be cooled "from the inside" directly to the cells of the battery where the heat is generated.
Grundsätzlich könnte die Verteileinrichtung an einer Außenseite eines Batteriegehäuses angeordnet sein. Vorzugsweise weist die Batterie aber Leitungen auf, die innerhalb eines Batteriegehäuses angeordnet sind, sodass Kühlmedium über die Leitungen zu einzelnen Zellen der Batterie direkt zugeführt werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist deshalb derart, dass die Batterie ein Gehäuse aufweist, das eine Öffnung aufweist, die eingerichtet ist, gasförmiges Kühlmedium an die Umgebung, bevorzugt an die Umgebungsluft, abzugeben. Bevorzugt ist die Öffnung derart eingerichtet, dass sie gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Die Öffnung kann auch derart im Gehäuse angeordnet sein, dass, wenn die Batterie im Fahrzeug angeordnet ist, die Öffnung oben an einer Seite des Gehäuses ausgebildet ist. Dadurch, dass die Batterie ein Gehäuse aufweist, das die Batterie im Wesentlichen vollständig umschließt, muss eine Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen sein, damit Kühlmedium, das nach der Wärmeaufnahme von der Batterie gasförmig vorliegt, sich nicht im Gehäuse „staut“, sondern wieder an die Umgebung entweichen kann, bevorzugt an die Umgebungsluft. Diese Öffnung ist eingerichtet, gasförmiges Kühlmedium abzugeben und insbesondere nicht eingerichtet, flüssiges Kühlmedium auszulassen. Die Öffnung kann derart eingerichtet sein, dass sie gasdurchlässig ist und flüssigkeitsundurchlässig, was beispielsweise durch eine Membran (zum Beispiel Goretex-Membran) erreicht werden kann. Wenn die Öffnung im Gehäuse derart angeordnet ist, dass, wenn die Batterie im Fahrzeug angeordnet ist, die Öffnung oben an einer Seite des Gehäuses ausgebildet ist, kann darüber hinaus besser verhindert werden, dass Flüssigkeit (z.B. Wasser) von außen in die Batterie einläuft.In principle, the distributor device could be arranged on an outer side of a battery housing. Preferably, however, the battery has lines which are arranged within a battery housing, so that cooling medium can be fed directly via the lines to individual cells of the battery. A further advantageous embodiment is therefore such that the battery has a housing which has an opening which is adapted to deliver gaseous cooling medium to the environment, preferably to the ambient air. Preferably, the opening is adapted to be gas permeable and liquid impermeable. The opening may also be arranged in the housing such that when the battery is arranged in the vehicle, the opening is formed on top of one side of the housing. Characterized in that the battery has a housing which surrounds the battery substantially completely, an opening in the housing must be provided so that cooling medium, which is gaseous after the heat absorption of the battery, does not "jam" in the housing, but again the environment can escape, preferably to the ambient air. This opening is adapted to deliver gaseous cooling medium and in particular not configured to discharge liquid cooling medium. The orifice may be configured to be gas permeable and liquid impermeable, which may be achieved, for example, by a membrane (eg, Goretex membrane). Moreover, when the opening in the housing is arranged such that when the battery is disposed in the vehicle, the opening is formed at the top of one side of the housing, it can be better prevented that liquid (e.g., water) enters the battery from the outside.
In dem Fall, dass beispielsweise CO2 als Kühlmedium verwendet wird, befindet sich nach dem Kühlen der Batterie gasförmiges CO2 in der Batterie. Da CO2 im gasförmigen Zustand schwerer als Luft ist (es weist eine relative Dichte gegenüber Luft von 1,529 auf), wird sich in der Batterie nach Beenden des Zuführens von flüssigem Kühlmedium der Zustand einstellen, dass die Batterie in dem Gehäuse im Wesentlichen mit CO2-Gas gefüllt bleibt, und zwar bis unterhalb der Öffnung. Dadurch, dass sich gasförmiges CO2 in dem Batteriegehäuse ansammelt und darin auch größtenteils nach Beenden des Lade- und Kühlvorgangs verbleibt, kann dies feuerhemmend wirken und kann so zur Sicherheit beim Laden der Batterie, insbesondere beim anfänglichen Laden, wenn noch kein flüssiges Kühlmedium zugeführt wird, aber auch beim Betrieb des Fahrzeugs, ohne dass die Batterie gekühlt wird, zur Sicherheit beitragen.For example, in the case where CO 2 is used as the cooling medium, after the battery is cooled, there is gaseous CO 2 in the battery. Since CO 2 in the gaseous state is heavier than air (it has a specific gravity to air of 1.529), after the supply of liquid cooling medium is completed, the state that the battery in the case becomes substantially CO 2 will be set in the battery Gas remains filled until just below the opening. The fact that gaseous CO 2 accumulates in the battery case and also remains largely after completion of the charging and cooling process, this can act as a fire retardant and can thus for safety when charging the battery, especially during initial charging when no liquid cooling medium is supplied , but also to the operation of the vehicle, without the battery is cooled, contribute to safety.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterie zumindest eine Düse auf, und gegebenenfalls auch mehrere Düsen. Die Düse(n) ist/sind vorzugsweise an der Verteileinrichtung angeordnet, und sie kann/können jeweils an einer Leitung angeordnet sein. Die Düse dient zum Abgeben von Kühlmedium an die Batterie bzw. an Zellen der Batterie. Durch die Düse kann flüssiges Kühlmedium in Tröpfchenform verteilt werden und so ein größerer Bereich der Batterie gekühlt werden.In a preferred embodiment, the battery has at least one nozzle, and optionally also a plurality of nozzles. The nozzle (s) is / are preferably arranged on the distributor, and they can each be arranged on a line. The nozzle serves to deliver cooling medium to the battery or cells of the battery. Through the nozzle liquid cooling medium can be distributed in droplet form and so a larger area of the battery to be cooled.
Weiter vorzugsweise ist an einer Düse ein Fächerverteiler angeordnet, der ermöglicht, dass das Kühlmedium gleichmäßig und feiner über die Batterie bzw. die Zellen verteilt wird, sodass eine entsprechend gleichmäßige Kühlung der Batterie bzw. der einzelnen Zellen möglich ist. Vorzugsweise ist ein Fächerverteiler an jeder Düse angeordnet.Further preferably, a fan distributor is arranged on a nozzle, which allows the cooling medium is uniformly and finely distributed over the battery or the cells, so that a correspondingly uniform cooling of the battery or the individual cells is possible. Preferably, a fan distributor is arranged on each nozzle.
Die Batterie kann einen batterieseitigen Stromanschluss zum Aufladen der Batterie aufweisen, wobei der batterieseitige Stromanschluss und die Zuführung zum Zuführen von Kühlmedium zumindest abschnittsweise in einem batterieseitigen Ladestecker integriert sind. Durch Integrieren von Stromanschluss und Zuführung von Kühlmedium ist eine einfache Handhabung beim Laden und Kühlen der Batterie möglich. The battery may have a battery-side power connection for charging the battery, wherein the battery-side power connection and the supply for supplying cooling medium are at least partially integrated in a battery-side charging plug. By integrating the power connector and supplying coolant, it is easy to handle when charging and cooling the battery.
In der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung können der vorrichtungsseitige Stromanschluss und der Kühlanschluss gemeinsam in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker angeordnet sein. Mit anderen Worten können der vorrichtungsseitige Stromanschluss und der Kühlanschluss in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker integriert sein. Dadurch kann eine einfache Handhabung beim Laden der Batterie durch die Ladevorrichtung gegeben sein.In the charging device according to the invention, the device-side power connection and the cooling connection can be arranged together in a device-side charging plug. In other words, the device-side power connection and the cooling connection may be integrated in a device-side charging connector. This can be given a simple handling when charging the battery by the charging device.
Weiter ist die Ladevorrichtung vorzugsweise frei von einer Abführung zum Abführen von Kühlmedium, das über den Kühlanschluss der Batterie zugeführt worden ist. Da das Kühlmedium nach dem Verdampfen beim Kühlen der Batterie gasförmig vorliegt, muss es nicht in die Ladevorrichtung zurückgeführt werden, sondern kann frei in die Umgebung entweichen. Da eine derartige Abführung nicht nötig ist, kann die Ladevorrichtung einfacher gestaltet werden.Furthermore, the charging device is preferably free of a discharge for discharging cooling medium, which has been supplied via the cooling connection of the battery. Since the cooling medium is present in gaseous form after evaporation when cooling the battery, it does not have to be returned to the charging device, but can escape freely into the environment. Since such a discharge is not necessary, the loading device can be made simpler.
Die Ladevorrichtung kann einen Tank zum Vorhalten von Kühlmedium in flüssigem Aggregatszustand aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass keine fortwährende Anbindung der Ladevorrichtung an eine Versorgung von Kühlmedium vorgesehen sein muss. Kühlmedium muss also nicht einer kontinuierlichen Versorgung entnommen werden, sondern die Ladevorrichtung kann als separates Teil ausgebildet sein, das unabhängig von einem Versorgungssystem mit Kühlmedium gestaltet ist. Dies ermöglicht, dass die Ladevorrichtung vielfältig positioniert werden kann.The charging device may include a tank for holding cooling medium in liquid state. This has the advantage that no continuous connection of the charging device to a supply of cooling medium must be provided. Cooling medium does not have to be taken from a continuous supply, but the charging device can be designed as a separate part, which is designed independently of a supply system with cooling medium. This allows the loading device to be positioned in a variety of ways.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung noch näher ersichtlich werden.Other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer ersten Ausführungsform;1 shows a battery according to the invention in a first embodiment; -
2 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer zweiten Ausführungsform;2 shows a battery according to the invention in a second embodiment; -
3 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer dritten Ausführungsform;3 shows a battery according to the invention in a third embodiment; -
4a zeigt einen batterieseitigen Ladestecker;4a shows a battery-side charging plug; -
4b zeigt eine Querschnittsansicht eines batterieseitigen Ladesteckers;4b shows a cross-sectional view of a battery-side charging plug; -
5a zeigt eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung;5a shows a loading device according to the invention; -
5b zeigt eine Querschnittsansicht eines vorrichtungsseitigen Ladesteckers einer Ladevorrichtung.5b shows a cross-sectional view of a device-side charging plug of a charging device.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
Die Batterie
Die Batterie
In
Die in
In der in
Zur besseren Verteilung kann auch ein Fächerverteiler
In der in
Beim Kühlen der Batterie
In
Alternativ kann die Ladevorrichtung
Die Ladevorrichtung
Die Ladevorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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