DE102019127405A1 - Traktionsbatterie mit einer bereichsweise Kondenswasser verhindernden Kühleinrichtung sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Traktionsbatterie mit einer bereichsweise Kondenswasser verhindernden Kühleinrichtung sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend:
- zumindest ein Batteriemodul (2) mit zumindest einem Zellverbund (3) aus Batteriezellen (4);
- eine wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung (9) zum Kühlen der Batteriezellen (4) des zumindest einen Zellverbunds (3); und
- ein Batteriegehäuse (6), in dessen Innenraum (5) das zumindest eine Batteriemodul (2) sowie die Kühleinrichtung (9) angeordnet sind, wobei die wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung (9) zumindest einen kondensationsvermeidenden Bereich (13) zum Erschweren der Kondensation einer aus einer Umgebung (8) des Kraftfahrzeugs in den Innenraum (5) des Batteriegehäuses (6) eingedrungenen Luft (L) an dem zumindest einen Bereich (13) der Kühleinrichtung (9) und damit zum Reduzieren einer Menge von Kondenswasser (18) in dem Innenraum (5) des Batteriegehäuses (6) aufweist..
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Die Traktionsbatterie umfasst zumindest ein Batteriemodul mit zumindest einem Zellverbund aus Batteriezellen, eine wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriezellen des zumindest einen Zellverbunds und ein Batteriegehäuse, in dessen Innenraum das zumindest eine Batteriemodul sowie die Kühleinrichtung angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Solche Traktionsbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriemodulen auf, welche in einem Innenraum eines Batteriegehäuses angeordnet sind. Das Batteriegehäuse ist in der Regel technisch dicht, weist aber für einen Druckausgleich mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ein Druckausgleichselement auf. Außerdem kann die Traktionsbatterie eine wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung zum Kühlen von Batteriezellen des Batteriemoduls aufweisen. Da eine „Wohlfühltemperatur“ der Batteriezellen bei etwa 30°C liegt und sich die Batteriezellen im Betrieb der Traktionsbatterie erwärmen, muss eine Temperatur der Kühleinrichtung niedriger als die Temperatur der Batteriezellen, und oftmals auch niedriger als eine Außentemperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, sein.
  • Vor allem in Regionen mit feucht-heißem Außenklima kann es vorkommen, dass sich ein Klima innerhalb des Batteriegehäuses an das Außenklima angleicht, indem Luft über das Druckausgleichselement in den Innenraum des Batteriegehäuses strömt. Wenn die Temperatur der Kühleinrichtung unterhalb eines Taupunktes der eindringenden Luft liegt, so kondensiert an der Kühleinrichtung Wasser aus der Luft und sammelt sich in dem Innenraum des Batteriegehäuses an. Ab einer gewisser Menge Kondenswasser im Innenraum kann es sein, dass die Traktionsbatterie abgeschaltet werden muss, was zum Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs führt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug besonders sicher und unanfällig für Kondenswasser bedingte Pannen zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
  • Eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist zumindest ein Batteriemodul mit zumindest einem Zellverbund aus Batteriezellen, eine wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriezellen des zumindest einen Zellverbunds und ein Batteriegehäuse, in dessen Innenraum das zumindest eine Batteriemodul sowie die Kühleinrichtung angeordnet sind, auf. Dabei weist die wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung zumindest einen kondensationsvermeidenden Bereich zum Erschweren der Kondensation einer aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs in den Innenraum des Batteriegehäuses eingedrungenen Luft an dem zumindest einen Bereich der Kühleinrichtung und damit zum Reduzieren einer Menge von Kondenswasser in dem Innenraum des Batteriegehäuses auf.
  • Die wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. der Traktionsakkumulator ist insbesondere ein Hochvoltspeicher mit einer Spannungslage von zumindest 100 V und dient zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Batteriezellen können beispielsweise Rundzellen, Pouchzellen oder prismatische Zellen sein. Im Falle von Pouchzellen oder prismatischen Zellen sind diese zu Zellverbunden in Form von Zellstapeln gestapelt. Die Batteriezellen eines Batteriemoduls sind miteinander verschaltet, wobei die Traktionsbatterie insbesondere mehrere miteinander verschaltete Batteriemodule aufweist. Die Batteriemodule sind in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet. In einer Wand des Batteriegehäuses kann zumindest ein Druckausgleichselement, beispielsweise eine atmungsaktive Membran oder ein Ventil, vorgesehen sein, über welches zum Druckausgleich Luft zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgetauscht werden kann.
  • In dem Batteriegehäuse ist außerdem die wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung angeordnet. Das Wärmetransportmittel kann beispielsweise ein Kühlmittel, z.B. ein Wasser-Glykol-Gemisch, oder ein Kältemittel sein. Die Kühleinrichtung kann mit einem das Wärmetransportmittel bereitstellenden Kühlkreis des Kraftfahrzeugs fluidisch gekoppelt werden. Dazu kann die Traktionsbatterie Kühlkreisanschlüsse aufweisen, welche durch die Wand des Batteriegehäuses hindurchgeführt sind. Vorzugsweise weist die Kühleinrichtung zumindest einen wärmetransportmittelführenden Kühlkörper, welcher an dem Zellverbund angeordnet ist, und Wärmetransportmittelrohre, welche zum Zu- und Ableiten des Wärmetransportmittels mit dem wärmetransportmittelführenden Kühlkörper gekoppelt sind, auf. Der Kühlkörper kann beispielsweise als eine mit Kühlkanälen versehene Kühlplatte ausgebildet sein, welche anliegend an einer Seite des Zellverbunds angeordnet ist. Mehrere Wärmetransportmittelrohre, welche mit den Kühlkörpern mehrerer Batteriemodule gekoppelt sind, können kabelbaumartig gebündelt werden und zu einem Sammelrohr und einem Verteilerrohr zusammengeführt werden. Das Sammelrohr und das Verteilerrohr können über die Kühlkreisanschlüsse mit dem Kühlkreis gekoppelt werden.
  • Um nun zu erschweren, insbesondere zu verhindern, dass Luft, welche beispielsweise aufgrund eines feucht-heißen Außenklimas in der Umgebung des Kraftfahrzeugs eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, an der Kühleinrichtung kondensiert, ist die Kühleinrichtung bereichsweise kondensationsvermeidend ausgebildet. Insbesondere ist die Kühleinrichtung in diesen kondensationsvermeidenden Bereichen thermisch isolierend und/oder hydrophob bzw. wasserabweisend ausgebildet. Die die Feuchtigkeit in den Innenraum transportierende Luft kann somit nicht an diesen thermisch isolierten und/oder hydrophoben Bereichen der Kühleinrichtung, welche das im Vergleich zu einer Außentemperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs kühlere Wärmetransportmittel führt, auskondensieren. Die Kühleinrichtung wird also durch die kondensationsvermeidenden Bereiche teilweise abgeschirmt. Durch das Erschweren des Auskondensierens der Luft an der Kühleinrichtung kann eine Menge an Kondenswasser in dem Innenraum des Batteriegehäuses, welches zu einer Fahrzeugpanne führen kann, zumindest reduziert werden.
  • Besonders bevorzugt sind zumindest die Bereiche der Kühleinrichtung, welche der in den Innenraum eingedrungenen Luft ausgesetzt sind und/oder aufgrund ihrer Lage bezüglich des Zellverbunds Kondenswasser in den Zellverbund einleiten, kondensationsvermeidend ausgebildet. Beispielsweise weist der Kühlkörper an einer dem Zellverbund abgewandten Seite einen kondensationsvermeidenden Bereich auf. Diese Seite des Kühlkörpers ist beispielsweise einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses zugewandt. Indem diese Seite des Kühlkörpers kondensationsvermeidend ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass die Luft dort kondensiert, als Kondenswasser in Richtung des Gehäusebodens abtropft und sich das Kondenswasser dort ansammelt. Auch kann sein, dass die Wärmetransportmittelrohre in Bereichen, welche nahe dem Zellverbund gelegen sind und beispielweise als mit dem Kühlkörper verbundene Abschnitte der Wärmetransportmittelrohre ausgebildet sind, kondensationsvermeidend ausgebildet sind. So kann verhindert werden, dass das Kondenswasser in den Zellverbund hineinläuft und dort beispielsweise einen Isolationswiderstand zwischen den Batteriezellen herabsetzt.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine kondensationsvermeidende Bereich aus einem thermisch isolierenden und/oder hydrophoben Material gebildet ist oder mit dem thermisch isolierenden und/oder hydrophoben Material beschichtet ist. Insbesondere ist das thermisch isolierende und/oder hydrophobe Material ein Kunststoff oder ein geschlossenporiger Schaum. Beispielsweise können die Wärmetransportmittelrohre und/oder der Kühlkörper zumindest bereichsweise aus Kunststoff gebildet sein. Im Falle einer Beschichtung kann diese beispielsweise eine Folie oder eine Vergussmasse sein.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung in dem zumindest einen kondensationsvermeidenden Bereich eine Ummantelung einer wärmetransportmittelführenden Komponente der Kühleinrichtung aufweist, durch welche die Kühleinrichtung in diesem Bereich doppelwandig ausgebildet ist. Insbesondere ist ein Zwischenraum zwischen der Komponente und der Ummantelung mit einem thermisch isolierenden Stoff gefüllt. Die Kühleinrichtung ist also zum Ausbilden des zumindest einen kondensationsvermeidenden Bereiches teilweise gedämmt. Insbesondere sind die Wärmetransportmittelrohre zumindest abschnittsweise mit der Ummantelung, welche beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann, versehen. In den Zwischenraum kann das thermisch isolierende Material, beispielsweise der geschlossenporige Schaum, eingefüllt werden.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Kühleinrichtung einen kondensationsfördernden Bereich zum Herbeiführen einer gezielten Kondensation der Luft an dem kondensationsfördernden Bereich der Kühleinrichtung und zum Abtropfen des Kondenswassers in einen Sammelbereich des Batteriegehäuses aufweist. Beispielsweise kann ein solcher kondensationsfördernder Bereich thermisch leitfähig sein und an dem Wärmetransportmittelrohr ausgebildet sein. Dieser Bereich kann zusätzlich eine geometrische Form aufweisen, welche das Abtropfen begünstigt. Beispielsweise kann das Wärmetransportmittelrohr in diesem Bereich U-förmig gebogen sein, sodass das Kondenswasser nach unten hin in Richtung des Scheitelpunktes des U-förmig gebogenen Bereiches läuft, von wo aus es beispielsweise in Richtung des in dem Gehäuseboden ausgebildeten Sammelbereiches abtropft.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie oder einer Ausführungsform davon. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen.
  • Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Traktionsbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Traktionsbatterie.
  • 1 zeigt eine Traktionsbatterie 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Die Traktionsbatterie 1 weist mehrere Batteriemodule 2 auf, von welchen hier ein Batteriemodul 2 gezeigt ist. Die Batteriemodule 2 weisen einen Zellverbund 3 aus Batteriezellen 4 auf, welche hier als prismatische Zellen ausgebildet sind. Das Batteriemodul 2 ist in einem Innenraum 5 eines Batteriegehäuses 6 der Traktionsbatterie 1 angeordnet. Das Batteriegehäuse 6 weist ein Druckausgleichselement 7 auf, über welches zum Druckausgleich bzw. Ausgleich klimatischer Bedingungen Luft L zwischen dem Innenraum 5 und einer Umgebung 8 des Kraftfahrzeugs ausgetauscht werden kann. In dem Innenraum 5 befindet sich außerdem eine Kühleinrichtung 9 zum Kühlen der Batteriezellen 4. Die Kühleinrichtung 9 führt ein Wärmetransportmittel 10, beispielsweise ein Kühlmittel. Die Kühleinrichtung 9 weist einen Kühlkörper 11 auf, welcher hier als eine an dem Zellverbund 3 angeordnete Kühlplatte ausgebildet ist. Der Kühlkörper 11 ist von dem Wärmetransportmittel 10 durchströmbar. Um dem Kühlkörper 11 das Wärmetransportmittel 10 zuzuführen und wieder zu entnehmen, ist er mit Wärmetransportmittelrohren 12 gekoppelt, welche über einen Kühlkreisanschluss 13 in dem Batteriegehäuse 6 mit einem hier nicht gezeigten Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs koppelbar sind.
  • Es kann sein, dass die über das Druckausgleichselement 7 in den Innenraum 5 eindringende Luft L Feuchtigkeit mit sich trägt. Im Falle, dass die wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung 9 aufgrund des Wärmetransportmittels 10 eine geringere Temperatur aufweist als die eingedrungene Luft L, so kondensiert diese an der Kühleinrichtung 9. Um dies zu verhindern, ist die Kühleinrichtung 9 hier in Bereichen 13, welche der Luft L ausgesetzt sind und insbesondere zusätzlich nahe an dem Zellverbund 3 gelegen sind, thermisch isoliert und/oder hydrophob. Beispielsweise können diese Bereiche 13 aus einem thermisch isolierenden, hydrophoben Material gebildet sein oder mit diesem beschichtet sein. Hier ist eine Unterseite 14 des Kühlkörpers 11, welche einem Gehäuseboden 15 des Batteriegehäuses 6 zugewandt ist, beispielsweise aus Kunststoff gebildet oder mit einer Kunststofffolie oder einer Vergussmasse beschichtet. Auch ein Abschnitt 16 des Wärmetransportmittelrohrs 12, welcher mit dem Kühlkörper 11 verbunden ist und deshalb nahe am Zellverbund 3 gelegen ist, ist hier mit dem thermisch isolierenden und/oder hydrophoben Material beschichtet oder von einem solchen Material ummantelt. An diesen Bereichen 13 kann das Kondensieren der Luft L vermieden werden.
  • Das Wärmetransportmittelrohr 12 weist hier außerdem einen kondensationsfördernden Bereich 17 auf. Dieser Bereich 17 ist aus einem thermisch leitfähigen Material gebildet und hier U-förmig gebogen. Dadurch kondensiert die Luft L in diesem Bereich 17 aus. Das Kondenswasser 18 läuft in Richtung des Scheitelpunktes des U-förmigen Bereiches 17 und tropft in einem Sammelbereich 19 im Gehäuseboden 15 ab.

Claims (9)

  1. Traktionsbatterie (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend: - zumindest ein Batteriemodul (2) mit zumindest einem Zellverbund (3) aus Batteriezellen (4); - eine wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung (9) zum Kühlen der Batteriezellen (4) des zumindest einen Zellverbunds (3); und - ein Batteriegehäuse (6), in dessen Innenraum (5) das zumindest eine Batteriemodul (2) sowie die Kühleinrichtung (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmetransportmittelführende Kühleinrichtung (9) zumindest einen kondensationsvermeidenden Bereich (13) zum Erschweren der Kondensation einer aus einer Umgebung (8) des Kraftfahrzeugs in den Innenraum (5) des Batteriegehäuses (6) eingedrungenen Luft (L) an dem zumindest einen Bereich (13) der Kühleinrichtung (9) und damit zum Reduzieren einer Menge von Kondenswasser (18) in dem Innenraum (5) des Batteriegehäuses (6) aufweist.
  2. Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Bereiche (13) der Kühleinrichtung (9), welche der in den Innenraum (5) eingedrungenen Luft (L) ausgesetzt sind und/oder aufgrund ihrer Lage bezüglich des zumindest einen Zellverbunds (3) Kondenswasser (18) in den zumindest einen Zellverbund (3) einleiten, kondensationsvermeidend ausgebildet sind.
  3. Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine kondensationsvermeidenden Bereich (13) aus einem thermisch isolierenden und/oder hydrophoben Material gebildet ist oder mit dem thermisch isolierenden und/oder hydrophoben Material beschichtet ist.
  4. Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierenden und/oder hydrophobe Material ein Kunststoff oder ein geschlossenporiger Schaum ist.
  5. Traktionsbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine kondensationsvermeidende Bereich (13) als eine Ummantelung einer wärmetransportmittelführenden Komponente der Kühleinrichtung (9) ausgebildet ist, durch welche die Kühleinrichtung (9) in diesem Bereich (13) doppelwandig ausgebildet ist.
  6. Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum zwischen der Komponente und der Ummantelung mit einem thermisch isolierenden Stoff gefüllt.
  7. Traktionsbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (9) zumindest einen wärmetransportmittelführenden Kühlkörper (11), welcher an dem zumindest einen Zellverbund (3) angeordnet ist, und Wärmetransportmittelrohre (12), welche zum Zu- und Ableiten des Wärmetransportmittels mit dem zumindest einen wärmetransportmittelführenden Kühlkörper (11) gekoppelt sind, aufweist
  8. Traktionsbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (9) zumindest einen kondensationsfördernden Bereich (17) zum Herbeiführen einer gezielten Kondensation der Luft (L) an dem kondensationsfördernden Bereich (17) und zum Abtropfen des Kondenswasser (18) in einen Sammelbereich (19) des Batteriegehäuses (6) aufweist.
  9. Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102011103993A1 (de) * 2011-06-10 2012-12-13 Daimler Ag Batterie mit einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen

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