DE102019130799A1 - Electrical energy storage of a motor vehicle with a cooling fluid for direct cooling and rinsing around a battery cell, as well as a method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (K), mit zumindest einer Batteriezelle (12), welche in einem Innenraum (16) eines Energiespeichergehäuses (14) des elektrischen Energiespeichers (10) angeordnet ist, und mit einer Kühleinrichtung (18), welche ein Kühlfluid (20) aufweist und zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle (12) ausgebildet ist, wobei die Kühleinrichtung (18) dazu ausgebildet, das Kühlfluid (20) direkt in den Innenraum (16) einzubringen, so dass die zumindest eine Batteriezelle (12) von dem Kühlfluid (20) zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren.The invention relates to an electrical energy store (10) of an at least partially electrically operated motor vehicle (K), with at least one battery cell (12) which is arranged in an interior (16) of an energy storage housing (14) of the electrical energy store (10), and with a cooling device (18) which has a cooling fluid (20) and is designed to cool the at least one battery cell (12), the cooling device (18) being designed to introduce the cooling fluid (20) directly into the interior (16), see above that the at least one battery cell (12) is directly contacted by the cooling fluid (20) at least in some areas and is at least in some areas around it. The invention also relates to a method.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers.The invention relates to an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating an electrical energy store.

Es ist bekannt, dass das Wärmemanagement von elektrischen Energiespeichern und anderen elektronischen Komponenten eine große Herausforderung in der Elektromobilität darstellt. Unter Elektromobilität ist vorliegend insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, anzusehen. Insbesondere eine Batteriezelltemperatur des elektrischen Energiespeichers hat einen erheblichen Einfluss auf die Reichweite, Lebensdauer oder auch eine entsprechende Motorleistung. Daher spielt die Batteriezellentemperatur eine prägnante Rolle in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Fahrerlebnis. Es gilt daher, bestimmte Temperaturbereiche im Betrieb des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise des Kraftfahrzeugs zu vermeiden. Gleichzeitig sollte stets eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des elektrischen Energiespeichers realisiert sein.It is known that the thermal management of electrical energy storage devices and other electronic components is a major challenge in electromobility. In the present case, electromobility is to be regarded in particular as an at least partially electrically operated motor vehicle, in particular a fully electrically operated motor vehicle. In particular, a battery cell temperature of the electrical energy storage device has a significant influence on the range, service life or also a corresponding engine output. The battery cell temperature therefore plays a key role in terms of safety, reliability and the driving experience. It is therefore important to avoid certain temperature ranges when the electrical energy store or the motor vehicle is in operation. At the same time, a homogeneous temperature distribution should always be implemented within the electrical energy store.

Insbesondere ist hierzu aus dem Stand der Technik bereits eine Vielzahl von Kühlkonzepten bekannt, mittels welchen der elektrische Energiespeicher gekühlt werden kann. Problematisch hierbei ist, dass der elektrische Energiespeicher aus einer Vielzahl von Batteriezellen bestehen kann und an jedem Zellmodul ein entsprechender Wärmetauscher angeordnet werden kann, der eine Bauform hat, die nur auf bestimmte Batteriezellen kompatibel ist. Sollte die Bauform der Batteriezellen geändert werden, so muss auch die Konstruktion des Wärmetauschers entsprechend angepasst werden.In particular, a large number of cooling concepts are already known from the prior art, by means of which the electrical energy store can be cooled. The problem here is that the electrical energy store can consist of a multiplicity of battery cells and a corresponding heat exchanger can be arranged on each cell module, which heat exchanger has a design that is only compatible with certain battery cells. If the design of the battery cells is changed, the design of the heat exchanger must also be adapted accordingly.

Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Kühlmittel bekannt, welche insbesondere aus einer Wasser-Glykol-Verbindung bestehen. Da in den Sicherheitshinweisen Glykol als gesundheitsschädlich eingestuft wird, werden auch die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Produktion, Transport, Verwendung und Entsorgung entsprechend eingeführt. Insbesondere ist die Wasser-Glykol-Verbindung entsprechend umweltschädlich.Furthermore, coolants are known from the prior art, which in particular consist of a water-glycol compound. Since glycol is classified as harmful in the safety instructions, the corresponding safety measures for production, transport, use and disposal are also introduced accordingly. In particular, the water-glycol compound is correspondingly harmful to the environment.

Die DE 10 2018 202 840 A1 betrifft ein Batteriesystem zum Kühlen einer Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen, das eine Batterie-Einhausung, einen Kopplungsbereich an einer Außenwand der Batterie-Einhausung zum thermischen Koppeln der Batterie-Einhausung mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Batterie, eine oder mehrere Batteriezellen, die in der Batterie-Einhausung angeordnet ist, und ein elektrisch nicht-leitendes Füllmaterial, das in die Batterie-Einhausung eingebracht ist und die eine oder mehrere Batteriezellen umgibt, wobei das Füllmaterial bei einer Temperatur, die in einem für einen Schnellladevorgnag der Batterie optimalen Temperaturbereich liegt, einen Phasenwechsel durchläuft, umfasst.The DE 10 2018 202 840 A1 relates to a battery system for cooling a battery with one or more battery cells, which has a battery housing, a coupling area on an outer wall of the battery housing for thermal coupling of the battery housing with a cooling device for cooling the battery, one or more battery cells that are in the battery housing is arranged, and an electrically non-conductive filling material which is introduced into the battery housing and which surrounds one or more battery cells, the filling material at a temperature which is in a temperature range that is optimal for rapid charging of the battery, undergoes a phase change.

Ferner betrifft die DE 10 2015 212 334 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines Fahrzeugs, wobei die mindestens eine Batteriezelle an einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen gehäuseinternen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs und mindestens einen gehäuseexternen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs umfasst, wobei der gehäuseinterne Abschnitt fluidtechnisch mit dem gehäuseexternen Abschnitt verbindbar ist, wobei der gehäuseinterne Abschnitt mit dem gehäuseexternen Abschnitt über mindestens ein Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses verbindbar ist.Furthermore, the DE 10 2015 212 334 A1 a method and a device for cooling at least one battery cell of a vehicle, wherein the at least one battery cell is arranged on a housing, wherein the device comprises at least one housing-internal section of a coolant circuit and at least one housing-external section of the coolant circuit, the housing-internal section fluidly connected to the housing-external Section is connectable, wherein the housing-internal section can be connected to the housing-external section via at least one means for blocking the fluid flow.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen verbessert eine Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers gekühlt werden kann.The object of the present invention is to create an electrical energy store and a method by means of which a battery cell of the electrical energy store can be cooled in an improved manner.

Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an electrical energy store and by a method according to the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Batteriezelle, welche in einem Innenraum eines Energiespeichergehäuses des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, und mit einer Kühleinrichtung, welche ein Kühlfluid aufweist und zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle ausgebildet ist.One aspect of the invention relates to an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one battery cell, which is arranged in an interior of an energy storage housing of the electrical energy store, and with a cooling device, which has a cooling fluid and is designed to cool the at least one battery cell .

Es ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid direkt in den Innenraum einzubringen, sodass die zumindest eine Batteriezelle von dem Kühlfluid zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült ist.It is provided that the cooling device is designed to introduce the cooling fluid directly into the interior space, so that the at least one battery cell is in direct contact with the cooling fluid at least in some areas and at least in some areas it is washed around it.

Dadurch ist es ermöglicht, dass verbessert und insbesondere direkt die Batteriezelle gekühlt werden kann.This makes it possible for the battery cell to be improved and, in particular, to be cooled directly.

Unter direkt ist insbesondere zu verstehen, dass das Kühlfluid die Batteriezelle umspült, sodass eine Außenwand der Batteriezelle direkt vom Kühlmittel und ohne über entsprechende Kühlrohre gekühlt werden kann. Das Kühlfluid ist insbesondere wenigleitend, insbesondere elektrisch nicht-leitend ausgebildet, sodass ein Kurzschluss verhindert ist.Direct is to be understood in particular as meaning that the cooling fluid washes around the battery cell, so that an outer wall of the battery cell can be cooled directly by the coolant and without corresponding cooling tubes. The cooling fluid is in particular designed to be non-conductive, in particular electrically non-conductive, so that a short circuit is prevented.

Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisen, welche dann wiederum beabstandet zueinander sind und jeweils einzeln durch das Kühlfluid umspült werden können.In particular, the electrical energy store can have a multiplicity of battery cells, which in turn are spaced apart from one another and can each be individually washed around by the cooling fluid.

Unter Batteriezelle ist im Folgenden auch ein Batteriemodul zu verstehen, welches insbesondere in Reihe geschaltete Batteriezellen aufweist.In the following, a battery cell is also to be understood as a battery module which, in particular, has battery cells connected in series.

Mit anderen Worten ist insbesondere vorgesehen, dass, um ein verbessertes Wärmemanagement der Batteriezellen zu erreichen, ins Gehäuse des elektrischen Energiespeichers das Kühlmedium mit einem Kühlfluid mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit eingebracht beziehungsweise eingetaucht ist.In other words, it is provided in particular that, in order to achieve improved thermal management of the battery cells, the cooling medium with a cooling fluid with low electrical conductivity is introduced or immersed into the housing of the electrical energy store.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Kühlfluid als Reinstwasser ausgebildet. Insbesondere weist das Reinstwasser eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere ist Reinstwasser kostengünstig. Dadurch ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise und insbesondere kostengünstig die Batteriezelle gekühlt werden kann.According to an advantageous embodiment, the cooling fluid is designed as ultrapure water. In particular, the ultrapure water has a low electrical conductivity. In particular, ultrapure water is inexpensive. This makes it possible for the battery cell to be cooled in a simple manner and in particular inexpensively.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Kühleinrichtung eine erste Filtereinrichtung zum Entionisieren des Kühlfluids aufweist. Insbesondere kann die erste Filtereinrichtung auch zum Deionisieren des Kühlfluids ausgebildet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, sollte beispielsweise das Kühlfluid einen vorgegebenen lonisationswert aufweisen, dass dann die Kühleinrichtung beziehungsweis ei die erste Filtereinrichtung das Kühlfluid entionisiert, sodass ein elektrischer Kurzschluss innerhalb des elektrischen Energiespeichers verhindert ist.It is also advantageous if the cooling device has a first filter device for deionizing the cooling fluid. In particular, the first filter device can also be designed to deionize the cooling fluid. In particular, if the cooling fluid has a predetermined ionization value, for example, it can be provided that the cooling device or the first filter device then deionizes the cooling fluid so that an electrical short circuit within the electrical energy store is prevented.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Kühleinrichtung eine zweite Filtereinrichtung zum Filtern des Kühlfluids aufweist. Insbesondere können somit beispielsweise Schwebeteilchen beziehungsweise Partikel im Kühlfluid während des Kühlungsprozesses aus dem Kühlfluid herausgefiltert werden. Dadurch kann verhindert werden, dass beispielsweise sich in einem Kühlkreislauf der Kühleinrichtung entsprechend diese Partikel festsetzen. Des Weiteren kann die Viskosität entsprechend aufrechterhalten werden, sodass das Kühlfluid zuverlässig innerhalb der Kühleinrichtung fluidisch umgewälzt werden kann.It is also advantageous if the cooling device has a second filter device for filtering the cooling fluid. In particular, suspended particles or particles in the cooling fluid can thus be filtered out of the cooling fluid during the cooling process. In this way it can be prevented, for example, that these particles get stuck in a cooling circuit of the cooling device. Furthermore, the viscosity can be maintained accordingly, so that the cooling fluid can be reliably circulated fluidically within the cooling device.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Kühleinrichtung zumindest eine Leitfähigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit des Kühlfluids aufweist und/oder zumindest eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Widerstandswerts des Kühlfluids aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass oberhalb eines vorgegebenen Leitfähigkeitswerts der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlfluids dann beispielsweise die Filtereinrichtung zum Entionisieren eingeschaltet wird, sodass die Leitfähigkeit des Kühlfluids entsprechend gering gehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann oberhalb eines vorgegebenen Widerstandsschwellwerts für den elektrischen Widerstandswert des Kühlfluids eine entsprechende Filtereinrichtung eingeschaltet werden, um den elektrischen Widerstandswert unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts zu bringen, sodass ein Kurzschluss des Kühlmediums verhindert werden kann.It is also advantageous if the cooling device has at least one conductivity detection device for detecting an electrical conductivity of the cooling fluid and / or has at least one resistance detection device for detecting an electrical resistance value of the cooling fluid. In particular, it can be provided that above a predetermined conductivity value of the electrical conductivity of the cooling fluid, for example, the filter device for deionization is then switched on so that the conductivity of the cooling fluid can be kept correspondingly low. Alternatively or additionally, a corresponding filter device can be switched on above a predetermined resistance threshold value for the electrical resistance value of the cooling fluid in order to bring the electrical resistance value below the predetermined threshold value, so that a short circuit of the cooling medium can be prevented.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Kühleinrichtung eine Gefrierschutzeinrichtung auf, welche zum Zugeben eines Gefrierschutzmittels zum Kühlfluid ausgebildet ist. Insbesondere kann somit die Batteriezelle beziehungsweise der elektrische Energiespeicher vor zu niedriger Temperatur geschützt sein. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Gefrierschutz als eine vorgegebene Substanz oder Flüssigkeit bereitgestellt wird. Mittels eines Absperrventils kann dann die Substanz beziehungsweise Flüssigkeit zum Kühlmedium hinzugebracht werden. Dadurch kann der Gefrierpunkt gesenkt werden und/oder es kann eine exotherme Reaktion ausgelöst werden. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass sowohl der Gefrierpunkt als auch eine exotherme Reaktion des Kühlmediums durchgeführt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass insbesondere bei einer niedrigen Temperatur das Kühlmedium gefriert.In a further advantageous embodiment, the cooling device has an anti-freeze device which is designed to add an anti-freeze agent to the cooling fluid. In particular, the battery cell or the electrical energy store can thus be protected from excessively low temperatures. For this purpose it can be provided, for example, that the antifreeze is provided as a predetermined substance or liquid. The substance or liquid can then be added to the cooling medium by means of a shut-off valve. This can lower the freezing point and / or trigger an exothermic reaction. It can also be provided that both the freezing point and an exothermic reaction of the cooling medium can be carried out. This can prevent the cooling medium from freezing, especially at a low temperature.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung ein Heizelement zum Beheizen des Kühlmediums aufweist. Das Beheizen des Kühlmediums kann dabei sowohl direkt, wie bereits erwähnt, als auch indirekt ausgeführt werden. Ein Indirektes Beheizen kann beispielsweise mittels einer Induktionsspule durchgeführt werden.Furthermore, it can be provided that the cooling device has a heating element for heating the cooling medium. The cooling medium can be heated either directly, as already mentioned, or indirectly. Indirect heating can be carried out, for example, by means of an induction coil.

Dadurch kann auch bei niedrigen Temperaturen das Kühlmedium entsprechend beheizt werden, sodass einem Gefrieren des Kühlmediums entgegengetreten werden kann. Dadurch ist ein verbesserter Betrieb des elektrischen Energiespeichers realisiert.As a result, the cooling medium can be correspondingly heated even at low temperatures, so that freezing of the cooling medium can be counteracted. This results in improved operation of the electrical energy store.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Kühleinrichtung als Kühlkreislauf ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Kühleinrichtung eine Umwälzpumpe aufweisen, mittels welcher das Kühlmedium umgewälzt wird. Insbesondere kann hierzu der elektrische Energiespeicher, insbesondere das Energiespeichergehäuse, einen Kreislaufeingang und einen Kreislaufausgang aufweisen. Insbesondere kann in den Kreislaufeingang dann das Kühlmedium eingebracht werden, während aus dem Kreislaufausgang das erwärmte Kühlmedium aus dem Energiespeichergehäuse herausgeführt wird. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise ermöglicht, die Kühlung des elektrischen Energiespeichers durchzuführen. Insbesondere kann außerhalb des Energiespeichergehäuses beispielsweise ein Wärmetauscher ausgebildet sein, mittels welchem dann das erwärmte Kühlmedium wieder gekühlt werden kann und zurück zum elektrischen Energiespeicher geführt werden kann.It is also advantageous if the cooling device is designed as a cooling circuit. In other words, the cooling device can have a circulation pump, by means of which the cooling medium is circulated. In particular, for this purpose the electrical energy store, in particular the energy store housing, can have a circuit inlet and a circuit outlet. In particular, the cooling medium can then be introduced into the circuit inlet, while the heated cooling medium is led out of the energy storage housing from the circuit outlet. That's how it is up simple way allows to carry out the cooling of the electrical energy store. In particular, a heat exchanger can be formed outside the energy storage housing, for example, by means of which the heated cooling medium can then be cooled again and can be fed back to the electrical energy storage.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Energiespeichergehäuse in zumindest einem Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet ist. Insbesondere weist das Energiespeichergehäuse eine Trapezprismaform auf. Mit anderen Worten ist das Energiespeichergehäuse insbesondere pyramidenstumpfartig ausgebildet. Dadurch ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise und lediglich aufgrund der Bauform eine Zerstörung des Gehäuses verhindern werden kann, falls das Kühlmedium einfrieren sollte.Furthermore, it has proven to be advantageous if the energy storage housing is designed to be trapezoidal when viewed in at least one cross section. In particular, the energy storage housing has a trapezoidal prism shape. In other words, the energy storage housing is designed in particular in the manner of a truncated pyramid. This makes it possible to prevent destruction of the housing in a simple manner and solely on the basis of the structural shape if the cooling medium should freeze.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist zumindest teilweise elektrisch betrieben, insbesondere vollelektrisch betrieben. Ferner ist das Kraftfahrzeug insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.Another aspect of the invention relates to a motor vehicle with an electrical energy store according to the preceding aspect. The motor vehicle is at least partially operated electrically, in particular operated fully electrically. Furthermore, the motor vehicle is designed in particular as a passenger vehicle.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Kühlfluids einer Kühleinrichtung des elektrischen Energiespeichers zumindest eine Batteriezelle, welche in einem Innenraum eines Energiespeichergehäuses des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, gekühlt wird.Another aspect of the invention relates to a method for operating an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, in which at least one battery cell, which is arranged in an interior of an energy storage housing of the electrical energy store, is cooled by means of a cooling fluid of a cooling device of the electrical energy store.

Es ist vorgesehen, dass das Kühlfluid direkt in den Innenraum eingebracht wird, sodass die zumindest eine Batteriezelle von dem Kühlfluid zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült wird.It is provided that the cooling fluid is introduced directly into the interior, so that the at least one battery cell is in direct contact with the cooling fluid, at least in some areas, and at least in some areas it is washed around.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers;
  • 2 ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers; und
  • 3 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers.
The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic block diagram of an embodiment of an electrical energy store;
  • 2 a further schematic block diagram of an embodiment of an electrical energy store; and
  • 3 a schematic cross-sectional view of an embodiment of an electrical energy store.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers 10. Der elektrische Energiespeicher 10 weist zumindest eine Batteriezelle 12, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Batteriezellen 12, auf. Die Batteriezellen 12 können auch als Batteriemodul bezeichnet werden. Bei einem Batteriemodul können insbesondere mehrere Batteriezellen 12 in Reihe und/oder parallel verschaltet werden. 1 shows a schematic view of a block diagram of an embodiment of an electrical energy store 10 . The electrical energy storage 10 has at least one battery cell 12th , in the present embodiment a plurality of battery cells 12th , on. The battery cells 12th can also be referred to as a battery module. In particular, several battery cells can be used in a battery module 12th can be connected in series and / or in parallel.

Der elektrische Energiespeicher 10 ist für zumindest teilweise elektrisch betriebenes, Kraftfahrzeug K ausgebildet. Der elektrische Energiespeicher 10 weist ein Energiespeichergehäuse 14 auf. Das Energiespeichergehäuse 14 weist einen Innenraum 16 auf, in welchem die zumindest eine Batteriezelle 12, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Batteriezellen 12, angeordnet sind. Ferner weist der elektrische Energiespeicher 10 eine Kühleinrichtung 18 auf, welche ein Kühlfluid 20 aufweist, wobei das Kühlfluid 20 zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle 12 ausgebildet ist.The electrical energy storage 10 is for at least partially electrically powered motor vehicles K educated. The electrical energy storage 10 has an energy storage housing 14th on. The energy storage case 14th has an interior 16 on, in which the at least one battery cell 12th , in the present embodiment the plurality of battery cells 12th , are arranged. Furthermore, the electrical energy store 10 a cooling device 18th on which a cooling fluid 20th having, wherein the cooling fluid 20th for cooling the at least one battery cell 12th is trained.

Es ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung 18 dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid 20 direkt in den Innenraum 16 einzubringen, sodass die zumindest eine Batteriezelle 12, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Batteriezellen 12, von dem Kühlfluid 20 zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere jede der Batteriezellen 12 einzeln vom Kühlfluid 20 kontaktiert und umspült. Mit anderen Worten wird jede Batteriezelle 12 einzeln gekühlt.It is provided that the cooling device 18th is designed for this purpose, the cooling fluid 20th directly into the interior 16 bring in, so that the at least one battery cell 12th , in the present embodiment the plurality of battery cells 12th , of the cooling fluid 20th is at least partially contacted directly and at least partially washed around. In the present exemplary embodiment, each of the battery cells is in particular 12th individually from the cooling fluid 20th contacted and washed around. In other words, every battery cell will 12th individually cooled.

Insbesondere ist das Kühlfluid 20 als Reinstwasser ausgebildet.In particular, the cooling fluid is 20th designed as ultrapure water.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung 18 eine erste Filtereinrichtung 22 aufweist, welche zum Entionisieren beziehungsweise zum Deionisieren des Kühlfluids 20 ausgebildet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung 18 eine zweite Filtereinrichtung 24 aufweist, welche zum Filtern des Kühlfluids 20 ausgebildet ist. Die erste Filtereinrichtung 22 kann beispielsweise ein EDI-Modul (Elektrodeionisation) sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung 18 zumindest eine Leitfähigkeitserfassungseinrichtung 26 zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit des Kühlfluids 20 aufweist und/oder zumindest eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Widerstandswerts des Kühlfluids 20 aufweist.It can also be provided that the cooling device 18th a first filter device 22nd has, which for deionizing or deionizing the cooling fluid 20th is trained. Furthermore, it can be provided that the cooling device 18th a second filter device 24 having, which for filtering the cooling fluid 20th is trained. The first filter device 22nd can for example be an EDI module (electrodeionization). It can also be provided that the cooling device 18th at least one conductivity measuring device 26th for detecting an electrical conductivity of the cooling fluid 20th and / or at least one resistance detection device for detecting an electrical resistance value of the cooling fluid 20th having.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung 20 eine Gefrierschutzeinrichtung 28 aufweist, welche zum Zugeben eines Gefrierschutzmittels 30 zum Kühlfluid 20 ausgebildet ist.It can also be provided that the cooling device 20th an anti-freeze device 28 has which for adding an anti-freeze agent 30th to the cooling fluid 20th is trained.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung 18 ein Heizelement 32 aufweist, welches zum Beheizen des Kühlmediums 20 ausgebildet ist.It can also be provided that the cooling device 18th a heating element 32 has, which for heating the cooling medium 20th is trained.

Insgesamt zeigt die 1 insbesondere, dass die Kühleinrichtung 18 als Kühlkreislauf ausgebildet ist.Overall shows the 1 in particular that the cooling device 18th is designed as a cooling circuit.

Die Erfindung betrifft auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des elektrischen Energiespeichers 10 des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs K, bei welchem mittels des Kühlfluids 20 der Kühleinrichtung 18 des elektrischen Energiespeichers 10 zumindest die eine Batteriezelle 12, welche in dem Innenraum 16 des Energiespeichergehäuses 14 des elektrischen Energiespeichers 10 angeordnet ist, gekühlt wird, wobei das Kühlfluid 20 direkt in den Innenraum 16 eingebracht wird, sodass die zumindest eine Batteriezelle 12 von dem Kühlfluid 20 zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült wird.The invention also relates to a method according to the invention for operating the electrical energy store 10 of the at least partially electrically powered motor vehicle K , in which by means of the cooling fluid 20th the cooling device 18th of electrical energy storage 10 at least one battery cell 12th which in the interior 16 of the energy storage housing 14th of electrical energy storage 10 is arranged, is cooled, wherein the cooling fluid 20th directly into the interior 16 is introduced, so that the at least one battery cell 12th of the cooling fluid 20th at least partially contacted directly and at least partially washed around.

1 zeigt somit insbesondere, dass für ein verbessertes Wärmemanagement der Batteriezellen 12 in das Gehäuse das Kühlfluid 20 eingebracht wird, welches insbesondere Reinstwasser oder eine andere Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit ist. Das Kühlfluid 20 wird insbesondere von den zwei Filtereinrichtungen 22, 24 gefiltert. Die zweite Filtereinrichtung 24 entfernt insbesondere Schwebeteilchen und die erste Filtereinrichtung 22 entfernt Ionen und ionisierbare Stoffe aus dem Reinstwasser, um den Leitfähigkeitswert des Reinstwassers niedrig zu halten, beziehungsweise um einen Kurzschluss und eine Selbstentladung der Batteriezellen 12 zu eliminieren. 1 thus shows in particular that for improved thermal management of the battery cells 12th the cooling fluid into the housing 20th is introduced, which is in particular ultrapure water or another liquid with low electrical conductivity. The cooling fluid 20th is in particular of the two filter devices 22nd , 24 filtered. The second filter device 24 in particular removes suspended particles and the first filter device 22nd removes ions and ionizable substances from the ultrapure water in order to keep the conductivity value of the ultrapure water low, or to prevent a short circuit and self-discharge of the battery cells 12th to eliminate.

Der Leitfähigkeitswert und/oder Widerstandswert des Reinstwassers werden kontinuierlich überwacht. Sollten diese vorbestimmte Werte überschreiten, dann wird insbesondere ein Fahrer des Kraftfahrzeugs K über eine elektronische Recheneinrichtung 34 darüber informiert. Das Kühlfluid 20 wird von einer Zirkulationspumpe 36 in dem Kühlkreislauf umgewälzt. Da zwischen den Batteriezellen 12 ein kleiner Abstand vorgesehen ist, wird jede Batteriezelle 12 direkt von dem Kühlfluid 20 umspült. Das Kühlfluid 20 beziehungsweise die Batteriezellen 12 werden mittels eines Wärmetauschers 38 entweder von beispielsweise einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs K oder von Außenluft 40 gekühlt und von dem Heizelement 32 in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur aufgewärmt. In der Kühleinrichtung 18 ist insbesondere noch ein Gefrierschutz vorgesehen, der, falls das Reinstwasser als Kühlmedium 20 verwendet wird, die Kühleinrichtung 18 gegen Beschädigung schützt, sollten beispielsweise die Außentemperaturen unter den Gefrierpunkt sinken. Ebenfalls möglich ist, dass ein paralleler Gefrierschutz für die Batteriezellen 12 eingebaut wird, der durch Zugabe eines chemischen Stoffes, was beispielsweise zu einer exothermen Reaktion führt, die Temperatur des Kühlfluids 20 erhöht. Das Kühlfluid 20 kann insbesondere flüssige Isolierstoffe aufweisen, die eine gute Wärmeleitung, niedrige Viskosität und sehr niedrige elektrolytische Leitfähigkeit aufweisen, wie zum Beispiel Reinstwasser oder ein Gemisch aus Reinstwasser und Zusatzstoffen.The conductivity value and / or resistance value of the ultrapure water are continuously monitored. Should these exceed predetermined values, then in particular a driver of the motor vehicle K via an electronic computing device 34 informed about it. The cooling fluid 20th is operated by a circulation pump 36 circulated in the cooling circuit. Because between the battery cells 12th a small gap is provided, each battery cell will 12th directly from the cooling fluid 20th washed around. The cooling fluid 20th or the battery cells 12th are made by means of a heat exchanger 38 either from, for example, an air conditioning system of the motor vehicle K or from outside air 40 cooled and by the heating element 32 warmed up depending on an ambient temperature. In the cooling facility 18th Antifreeze protection is also provided in particular, which, if the ultrapure water is used as the cooling medium 20th is used, the cooling device 18th protects against damage if, for example, the outside temperature drops below freezing point. It is also possible that a parallel anti-freeze protection for the battery cells 12th is installed, which by adding a chemical substance, which leads, for example, to an exothermic reaction, the temperature of the cooling fluid 20th elevated. The cooling fluid 20th can in particular have liquid insulating materials that have good heat conduction, low viscosity and very low electrolytic conductivity, such as ultrapure water or a mixture of ultrapure water and additives.

Der Wärmetauscher 38 ist insbesondere für die Kühlung oder Aufwärmung des Kühlfluids 20 ausgebildet. Das Gehäuse des Wärmetauschers 38 kann Aussparungen aufweisen, durch die Außenluft 40 strömen kann und diese Außenluft 40 kann wiederum in einen Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs K weitergeleitet werden. Der Wärmetauscher 38 kann zwei Ausführungsformen aufweisen, wobei in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein Verdampfer 42 der Klimaanlage 62 außerhalb des Wärmetauschers 38 angebracht ist und somit eine indirekte Kühlung des Kühlmediums 20 ermöglicht. In einer alternativen Ausführungsform ist der Verdampfer 42 innerhalb des Wärmetauschers 38 installiert, wodurch das Kühlmedium 20 direkt gekühlt werden kann. Ferner weist der Wärmetauscher 38 insbesondere das Heizelement 32 auf, wodurch das Kühlmedium 20 aufgewärmt werden kann.The heat exchanger 38 is especially used for cooling or heating the cooling fluid 20th educated. The housing of the heat exchanger 38 may have recesses through the outside air 40 can flow and this outside air 40 can in turn in a vehicle interior of the motor vehicle K to get redirected. The heat exchanger 38 may have two embodiments, wherein in the in 1 embodiment shown an evaporator 42 the air conditioning 62 outside the heat exchanger 38 is attached and thus an indirect cooling of the cooling medium 20th enables. In an alternative embodiment, the vaporizer is 42 inside the heat exchanger 38 installed, eliminating the cooling medium 20th can be cooled directly. Furthermore, the heat exchanger 38 especially the heating element 32 on, whereby the cooling medium 20th can be warmed up.

Die Kühleinrichtung 18 kann ferner ein Zwei-Wege-Ventil 44 aufweisen, welches insbesondere elektronisch gesteuert ist. Das Zwei-Wege-Ventil 44 leitet das Kühlfluid 20 entweder durch einen großen Kreislauf 46 oder durch einen kleinen Kreislauf 48. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die elektronische Recheneinrichtung 34 das Zwei-Wege-Ventil 44 entsprechend steuern kann.The cooling device 18th can also be a two-way valve 44 have, which is in particular electronically controlled. The two-way valve 44 directs the cooling fluid 20th either through a large cycle 46 or through a small cycle 48 . For this purpose it can be provided, for example, that the electronic computing device 34 the two-way valve 44 can control accordingly.

Das Energiespeichergehäuse 14 bildet insbesondere einen Behälter, der mit dem Kühlfluid 20 gefüllt ist und in den die Batteriezellen 12 eingetaucht sind. Das Energiespeichergehäuse 14 besitzt ein trapezförmiges Profil (3). Es wird damit realisiert, dass, falls das Kühlfluid 20, wie zum Beispiel Reinstwasser, einfrieren sollte, das Kühlfluid 20 aus dem Energiespeichergehäuse 14 von sich selbst herausgedrückt wird und somit unbeschädigt bleibt. Das Energiespeichergehäuse 14 besitzt eine Luftdruck-Ausgleichsvorrichtung 50, die das Energiespeichergehäuse 14 gegen Luftüberdruck und Luftunterdruck schützt. Die Luftdruck-Ausgleichsvorrichtung 50 weist insbesondere ein Rohr und einen Luftfilter auf. Der Luftfilter schützt das Kühlfluid 20 von Fremdpartikeln aus der Außenluft 40. Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein manuelles oder elektronisch gesteuertes Ablassventil 52 vorgesehen ist, das ermöglicht, eine Wartungsarbeit des Energiespeichergehäuses 14 durchführen zu können. Insbesondere kann dabei ein Entleeren des Energiespeichergehäuses 14 realisiert werden.The energy storage case 14th in particular forms a container with the cooling fluid 20th is filled and in which the battery cells 12th are immersed. The energy storage case 14th has a trapezoidal profile ( 3 ). It is thus realized that, if the cooling fluid 20th how to For example, ultrapure water should freeze the cooling fluid 20th from the energy storage housing 14th is pushed out by itself and thus remains undamaged. The energy storage case 14th has an air pressure equalization device 50 who have favourited the energy storage enclosure 14th protects against overpressure and underpressure. The air pressure equalization device 50 has in particular a pipe and an air filter. The air filter protects the cooling fluid 20th of foreign particles from the outside air 40 . It can also be provided that a manual or electronically controlled drain valve 52 is provided that enables a maintenance work of the energy storage housing 14th to be able to perform. In particular, the energy storage housing can be emptied 14th will be realized.

Die Gefrierschutzeinrichtung 28 weist insbesondere ein elektronisch gesteuertes Absperrventil 60 sowie einen Behälter 54 auf, in welchem das Gefrierschutzmittel 30 angeordnet ist. Der Behälter 54 ist mit dem Gefrierschutzmittel 30 gefüllt und über das Absperrventil 60 mit dem Energiespeichergehäuse 14 verbunden. Das Gefrierschutzmittel 30 wird bei Bedarf ins Energiespeichergehäuse 14 mithilfe von Luftdruck oder von einem Mechanismus hinzugefügt. Das Gefrierschutzmittel 30 wird insbesondere mit dem Kühlfluid 20 vermischt und senkt dabei entweder den Gefrierpunkt herunter und/oder löst eine exotherme Reaktion aus.The anti-freeze device 28 in particular has an electronically controlled shut-off valve 60 as well as a container 54 on what the antifreeze 30th is arranged. The container 54 is with the antifreeze 30th filled and via the shut-off valve 60 with the energy storage housing 14th connected. The antifreeze 30th is placed in the energy storage housing if required 14th added using air pressure or some mechanism. The antifreeze 30th is particularly with the cooling fluid 20th mixes and either lowers the freezing point and / or triggers an exothermic reaction.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Batteriezellen 12 zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind. Die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen 12 bleiben jedoch frei, sodass das Kühlfluid 20 in den Zwischenräumen ungehindert fließen kann. Insbesondere können stromleitende Flächen die Batteriezellen 12 beziehungsweise die Batteriemodule miteinander verbinden. Die Verbindungsbrücken zwischen den Batteriezellen 12 beziehungsweise dem Batteriemodul können dann insbesondere mit einer elektrischen Isolationsschicht überzogen sein, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Selbstentladung der Batteriezellen 12 minimiert ist.In particular, it can be provided that several battery cells 12th are combined to form a battery module. The spaces between the battery cells 12th however remain free, so that the cooling fluid 20th can flow freely in the gaps. In particular, the battery cells can be electrically conductive 12th or connect the battery modules to one another. The connecting bridges between the battery cells 12th or the battery module can then in particular be covered with an electrical insulation layer, so that the probability of self-discharge of the battery cells 12th is minimized.

2 zeigt in einer schematischen Ansicht ein weiteres Blockschaltbild eines elektrischen Energiespeichers 10. Insbesondere zeigt die 2 entsprechende Eingangsgrößen für die elektronische Recheneinrichtung 34. Als Eingangsgrößen für die elektronische Recheneinrichtung 34 kann insbesondere eine Vielzahl von Thermoelementen 56 angesehen werden. Beispielsweise kann ein Thermoelement 56 mit Anschluss an die Außenluft 40 als Eingangsgröße gelten. Ferner kann ein Thermoelement 56 mit Anschluss an die Einlassseite des Kühlkreislaufes vorgesehen sein. Ferner kann ein Thermoelement 56 mit Anschluss an der Auslassseite des Kühlkreislaufes als Eingang vorgesehen sein. Ferner kann ein Thermoelement 56 zum Fahrzeuginnenraum als Eingang vorgesehen sein. Des Weiteren kann als Eingang der Leitfähigkeitssensor beziehungsweise Widerstandssensor sowie ein Durchflusssensor 58 angesehen werden. Ferner kann als Eingangsgröße das Heizelement 32, die Zirkulationspumpe 36 sowie das Zwei-Wege-Ventil 44 vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Absperrventil 60 zwischen der Gefrierschutzeinrichtung 28 und dem Energiespeichergehäuse 14 als Eingangsgröße angesehen werden. Des Weiteren kann eine Klimaanlage 62 sowie ein Control-Panel 64 als Eingangsgröße angesehen werden. Des Weiteren kann ein entsprechender Batterieanschluss 66 als Eingangsgröße für die elektronische Recheneinrichtung 34 angesehen werden. 2 shows a schematic view of a further block diagram of an electrical energy store 10 . In particular, shows the 2 corresponding input variables for the electronic computing device 34 . As input variables for the electronic computing device 34 can in particular a variety of thermocouples 56 be considered. For example, a thermocouple 56 with connection to the outside air 40 apply as an input variable. Furthermore, a thermocouple 56 be provided with a connection to the inlet side of the cooling circuit. Furthermore, a thermocouple 56 be provided with a connection on the outlet side of the cooling circuit as an input. Furthermore, a thermocouple 56 be provided as an entrance to the vehicle interior. Furthermore, the conductivity sensor or resistance sensor and a flow sensor can be used as input 58 be considered. The heating element 32 , the circulation pump 36 as well as the two-way valve 44 be provided. In particular, a shut-off valve 60 between the anti-freeze device 28 and the energy storage case 14th can be viewed as an input variable. Furthermore, an air conditioning system can be used 62 as well as a control panel 64 can be viewed as an input variable. A corresponding battery connection can also be used 66 as an input variable for the electronic computing device 34 be considered.

Insbesondere ist somit vorgesehen, dass für die elektronische Recheneinrichtung 34 entsprechende Thermoelemente 56 vor dem Wärmetauscher 38 angeordnet sind. Die Thermoelemente 56 sind insbesondere zwischen dem Wärmetauscher 38 und der Zirkulationspumpe 36 angeordnet und können beispielsweise den Temperaturwert vom Kühlmedium beziehungsweise vom Kühlfluid 20 liefern, bevor die Batteriezellen 12 erreicht sind. Ein weiteres Thermoelement 56 ist insbesondere zwischen dem Batteriegehäuse 14 und dem Wärmetauscher 38 an der Auslassseite platziert, sodass der Temperaturwert vom Kühlfluid 20 erfasst werden kann. Die Thermoelemente 56 können ferner die Temperatur im Fahrzeuginnenraum erfassen. Weiterhin kann der Leitfähigkeitssensor 46 und/oder der Widerstandssensor von der Einlassseite des Energiespeichergehäuses 14 eingesetzt werden, sodass die Leitfähigkeit und/oder der elektrische Widerstand des Kühlfluids 20 gemessen werden kann. Der Durchflusssensor 58 überwacht dabei den Durchfluss des Kühlfluids 20, um die Funktionalität der Zirkulationspumpe 36 und die Durchflussmenge zu kontrollieren.In particular, it is thus provided that for the electronic computing device 34 corresponding thermocouples 56 in front of the heat exchanger 38 are arranged. The thermocouples 56 are particularly between the heat exchanger 38 and the circulation pump 36 arranged and can, for example, the temperature value of the cooling medium or the cooling fluid 20th deliver before the battery cells 12th are achieved. Another thermocouple 56 is in particular between the battery case 14th and the heat exchanger 38 placed on the outlet side so that the temperature value from the cooling fluid 20th can be captured. The thermocouples 56 can also record the temperature in the vehicle interior. Furthermore, the conductivity sensor 46 and / or the resistance sensor from the inlet side of the energy storage housing 14th are used, so that the conductivity and / or the electrical resistance of the cooling fluid 20th can be measured. The flow sensor 58 monitors the flow of the cooling fluid 20th to check the functionality of the circulation pump 36 and to control the flow rate.

Ferner kann an der elektronischen Recheneinrichtung 34 eine gewisse Anzahl an Aktoren angeordnet sein. Insbesondere kann hierzu das Heizelement 32 an den Wärmetauscher 38 installiert sei, sodass das Kühlfluid 20 aufgeheizt werden kann. Die Zirkulationspumpe 36 pumpt das Kühlfluid 20 in den geschlossenen Kreislauf. Das Zwei-Wege-Ventil 44 steuert nach Bedarf den kleinen oder großen Kühlmedium-Kreislauf. Das Absperrventil 60 ist mit dem Behälter 54 der Gefrierschutzeinrichtung 28 verbunden, in dem das Gefrierschutzmittel 30 oder eine Flüssigkeit sich befindet, die bei Bedarf in das Kühlfluid 20 beigemischt werden kann. Insbesondere kann das Absperrventil 60 von der Recheneinrichtung 34 angesteuert werden, falls die Temperatur des Kühlfluids 20 den vorgegebenen Wert unterschreitet und beispielsweise von einem Thermoelement 56 erfasst wird. Die Klimaanlage 62 wird von der elektronischen Recheneinrichtung 34 ebenfalls gesteuert. Ferner kann die elektronische Recheneinrichtung 34 den Autofahrer mit einem Warnsignal informieren und diesem anzeigen, sollten beispielsweise entsprechende Handlungen notwendig sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die entsprechenden genannten Teile in unterschiedlichen Reihenfolgen in den Kühlkreislauf integriert sind. Beispielsweise kann ein Leitfähigkeitssensor und/oder Widerstandssensor sowohl vor dem Einlass des Energiespeichergehäuses 14 als auch im Energiespeichergehäuse 14 angeordnet sein. Die Zirkulationspumpe 36 kann sowohl nach dem Wärmetauscher 38 als auch vor dem Wärmetauscher 38 angeordnet sein. Das Heizelement 32 kann sowohl vor dem Wärmetauscher 38 als auch beispielsweise im Energiespeichergehäuse 14 angeordnet sein. Es können ferner auch weitere Thermoelemente 56 sowie Leitfähigkeits-Sensoren oder Gefrierschutzeinrichtungen innerhalb des Kühlkreislaufes vorgesehen sein.Furthermore, on the electronic computing device 34 a certain number of actuators can be arranged. In particular, the heating element 32 to the heat exchanger 38 installed so that the cooling fluid 20th can be heated. The circulation pump 36 pumps the cooling fluid 20th in the closed circuit. The two-way valve 44 controls the small or large cooling medium circuit as required. The shut-off valve 60 is with the container 54 the anti-freeze device 28 connected in which the antifreeze 30th or a liquid is located which, when required, is added to the cooling fluid 20th can be added. In particular, the shut-off valve 60 from the computing device 34 controlled if the temperature of the cooling fluid 20th falls below the specified value and, for example, from a thermocouple 56 is captured. The air conditioner 62 is used by the electronic computing device 34 also controlled. Furthermore, the electronic Computing device 34 Inform the driver with a warning signal and indicate if, for example, appropriate actions are necessary. It can also be provided that the corresponding parts mentioned are integrated into the cooling circuit in different sequences. For example, a conductivity sensor and / or resistance sensor can be both in front of the inlet of the energy storage housing 14th as well as in the energy storage housing 14th be arranged. The circulation pump 36 can both after the heat exchanger 38 as well as in front of the heat exchanger 38 be arranged. The heating element 32 can be both in front of the heat exchanger 38 as well as, for example, in the energy storage housing 14th be arranged. Further thermocouples can also be used 56 as well as conductivity sensors or anti-freeze devices can be provided within the cooling circuit.

Insbesondere ist somit vorgesehen, dass von der elektronischen Recheneinrichtung 34 die elektrisch gesteuerte Zirkulationspumpe 36 das Kühlfluid 20 im Kreislauf pumpt. Ein Durchfluss des Kühlfluids 20 wird durch einen entsprechenden Durchflusssensor 58 erfasst und zu der elektronischen Recheneinrichtung 34 weitergeleitet. Sollte die Zirkulationspumpe 36 ausfallen, so kommt eine Warnmeldung auf dem Control-Panel 64, dass das Kühlfluid 20 nicht zirkuliert. Um die Batteriezellen 12 auf die richtige Temperatur zu bringen, wird die Temperatur des Kühlfluids 20 am Ausgang des Energiespeichergehäuses 14 von einem Thermoelement 56 erfasst, wobei ferner von einem Thermoelement 56 die Außenluft-Temperatur erfasst wird und an die elektronische Recheneinrichtung 34 gesendet wird, wobei daraus bestimmt wird, ob das Kühlfluid 20 aufgewärmt oder abgekühlt werden sollte. Beispielsweise kann hierzu dann die Klimaanlage 62 oder das Heizelement 32 ein- oder ausgeschaltet werden. Wenn die Temperatur der Außenluft 40 ausreichend sein sollte, um das Kühlfluid 20 zu kühlen oder aufzuwärmen, dann wird sie durch entsprechende Aussparungen des Wärmetauschers 38 geleitet, ohne dabei die Klimaanlage 62 oder das Heizelement 32 zu aktivieren. Die Temperatur im Fahrzeuginnenraum wird vom Thermoelement 56 bestimmt, und wenn die Temperatur der Außenluft 40 nach dem Wärmetauscher 38 vom Nutzer des Kraftfahrzeugs K dem eingestellten Wert auf dem Control-Panel 64 entspricht, dann wird die Luftströmung im Fahrzeuginnenraum weitergeleitet. Somit kann man unnötige Energieverschwendung vermeiden.In particular, it is thus provided that the electronic computing device 34 the electrically controlled circulation pump 36 the cooling fluid 20th pumps in the circuit. A flow rate of the cooling fluid 20th is controlled by a corresponding flow sensor 58 detected and to the electronic computing device 34 forwarded. Should the circulation pump 36 fail, a warning message appears on the control panel 64 that the cooling fluid 20th does not circulate. To the battery cells 12th Bringing it to the right temperature is the temperature of the cooling fluid 20th at the output of the energy storage housing 14th from a thermocouple 56 detected, furthermore by a thermocouple 56 the outside air temperature is recorded and sent to the electronic computing device 34 is sent, from which it is determined whether the cooling fluid 20th should be warmed up or cooled down. For example, the air conditioning system can then do this 62 or the heating element 32 can be switched on or off. When the temperature of the outside air 40 should be sufficient to the cooling fluid 20th to cool or warm up, then it is through appropriate recesses in the heat exchanger 38 without turning off the air conditioner 62 or the heating element 32 to activate. The temperature inside the vehicle is determined by the thermocouple 56 determined and when the temperature of the outside air 40 after the heat exchanger 38 by the user of the motor vehicle K the set value on the control panel 64 corresponds, then the air flow is passed on in the vehicle interior. This way you can avoid unnecessary waste of energy.

Das Thermoelement 56 gibt den Temperaturwert des Kühlfluids 20 nach dem Wärmetauscher 38 an die elektronische Recheneinrichtung 34 zurück beziehungsweise wird der bestimmte Temperatur-Sollwert mit dem Istwert verglichen und durch die Steuerung der Klimaanlage 62 oder das Heizelement 32 korrigiert. Von der elektronischen Recheneinrichtung 34 kann das Zwei-Wege-Ventil 44 gesteuert werden, wodurch insbesondere zwei Kreisläufe ausgebildet sind. Das Kühlfluid 20 durchläuft entweder den kleinen Kreislauf 48 oder den großen Kreislauf 46. Im Kühlfluid-Kreislauf sind mindestens zwei austauschbare Filtereinrichtungen 22, 24 integriert. Die zweite Filtereinrichtung 24 filtert die Schwebepartikel heraus. Die erste Filtereinrichtung 22 ist zum Beispiel ein EDI-Modul (Elektrodeionisation), der Ionen und ionisierbare Stoffe aus dem Kühlfluid 20 entfernt, um seinen Leitfähigkeitswert niedrig zu halten und die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses und einer Selbstentladung der Batteriezellen 12 zu eliminieren. Sollte die elektrische Leitfähigkeit des Kühlfluids 20 den vorgegebenen Wert, der vom Leitfähigkeitssensor 26 erfasst wird, überschreiten, dann leitet die elektronische Recheneinrichtung 34 das Kühlfluid 20 über das Zwei-Wege-Ventil 44 in den großen Kreislauf 46 durch die erste Filtereinrichtung 22 um. So wird die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmediums reduziert.The thermocouple 56 gives the temperature value of the cooling fluid 20th after the heat exchanger 38 to the electronic computing device 34 or the determined temperature setpoint is compared with the actual value and controlled by the air conditioning system 62 or the heating element 32 corrected. From the electronic computing device 34 can use the two-way valve 44 are controlled, whereby in particular two circuits are formed. The cooling fluid 20th either goes through the small cycle 48 or the great cycle 46 . There are at least two exchangeable filter devices in the cooling fluid circuit 22nd , 24 integrated. The second filter device 24 filters out the suspended particles. The first filter device 22nd is for example an EDI module (electrode ionization), the ions and ionizable substances from the cooling fluid 20th removed to keep its conductivity value low and the likelihood of a short circuit and self-discharge of the battery cells 12th to eliminate. Should be the electrical conductivity of the cooling fluid 20th the specified value from the conductivity sensor 26th is detected, exceed, then conducts the electronic computing device 34 the cooling fluid 20th via the two-way valve 44 in the great cycle 46 through the first filter device 22nd around. This reduces the electrical conductivity of the cooling medium.

Wenn die Temperatur des Kühlfluids 20 den maximalen Grenzwert erreicht hat und die elektrolytische Leitfähigkeit des Kühlfluids 20 seinen maximalen vorbestimmten Wert nicht überschritten hat, dann schaltet die elektronische Recheneinrichtung 34 das Zwei-Wege-Ventil 44 in den kleinen Kühlkreislauf 48 um. Somit wird größerer Kühl-Medium-Durchfluss realisiert, da die erste Filtereinrichtung 22 einen größeren Durchflusswiderstand haben kann. Hiermit wird die schnellere Kühlung der Batteriezellen 12 realisiert. Der Behälter 54 der Gefrierschutzeinrichtung 28 ist mit dem Frostschutzmittel, insbesondere mit dem Gefrierschutzmittel 30, befüllt, das, falls die Außenlufttemperatur unter den Gefrierpunkt sinken sollte, durch die Öffnung des elektronisch gesteuertes Absperrventil 60 in das Energiespeichergehäuse 14 hineingedrückt wird und sich mit dem Kühlfluid 20 vermischt. Dadurch wird die Zerstörung des gesamten Kühlsystems vermieden.When the temperature of the cooling fluid 20th has reached the maximum limit and the electrolytic conductivity of the cooling fluid 20th has not exceeded its maximum predetermined value, then the electronic computing device switches 34 the two-way valve 44 in the small cooling circuit 48 around. In this way, a greater flow of cooling medium is achieved as the first filter device 22nd can have a greater flow resistance. This enables faster cooling of the battery cells 12th realized. The container 54 the anti-freeze device 28 is with the antifreeze, especially the antifreeze 30th , which, if the outside air temperature should drop below freezing point, is filled through the opening of the electronically controlled shut-off valve 60 into the energy storage housing 14th is pushed in and with the cooling fluid 20th mixed. This avoids the destruction of the entire cooling system.

Außerdem ist es möglich, dass noch weitere Gefrierschutzvorrichtungen für den Notfall parallel eingebaut werden können, um mit einer Substanz oder Flüssigkeit zu befüllen, die durch den chemischen Kontakt mit dem Kühlfluid 20, sodass beispielsweise eine exotherme Reaktion durchgeführt wird, seine Temperatur erhöht, somit wird die Zerstörung der Batteriezellen 12 und des Energiespeichergehäuses 14 durch die niedrigen Temperaturen verhindert. Die weitere Gefrierschutzeinrichtung kann dann die gleiche Aufbauweise haben wir die Gefrierschutzeinrichtung 28. Die Menge der Substanz, insbesondere des Gefrierschutzmittels 30, wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids 20 beigemischt. Das heißt, je niedriger die Temperatur des Kühlfluids 20 ist, desto mehr Gefrierschutzmittel 30 wird beigemischt. Die Batteriezellen 12 erwärmen sich während der Aktivität und dabei entstehender Überdruck im Energiespeichergehäuse 14 entweicht beispielsweise über die Luftdruck-Ausgleichsvorrichtung 50 nach außen. Umgekehrt, wenn im Energiespeichergehäuse 14 der Unterdruck ausgebildet ist, dann kann Luft ins Energiespeichergehäuse 14 hineinströmen.In addition, it is possible that further anti-freeze devices can be installed in parallel for emergencies in order to fill with a substance or liquid, which is caused by chemical contact with the cooling fluid 20th so that, for example, an exothermic reaction is carried out, its temperature increases, thus destroying the battery cells 12th and the energy storage case 14th prevented by the low temperatures. The other anti-freeze device can then have the same structure as the anti-freeze device 28 . The amount of the substance, especially the antifreeze 30th , is a function of the temperature of the cooling fluid 20th mixed in. That is, the lower the temperature of the cooling fluid 20th there is, the more antifreeze 30th is added. The battery cells 12th warm up during the activity and thereby arising Overpressure in the energy storage housing 14th escapes, for example, via the air pressure compensation device 50 outward. Conversely, if in the energy storage housing 14th the negative pressure is formed, then air can enter the energy storage housing 14th pour in.

Ferner ist es möglich, dass anstatt eines Luftfilters ein Behälter aus dehnbarem Stoff wie zum Beispiel Gummi eingebaut ist, der auf einem Rohr zum Energiespeichergehäuse 14 hermetisch fixiert ist. Der Behälter lässt sich von herausströmender Luft aus dem Energiespeichergehäuse 14 aufblasen und dadurch ist der Kühlkreislauf von Außenluft hermetisch abgeriegelt.It is also possible that instead of an air filter, a container made of stretchable material such as rubber is installed, which is mounted on a pipe to the energy storage housing 14th is hermetically fixed. The container can be relieved of air flowing out of the energy storage housing 14th inflate and thereby the cooling circuit is hermetically sealed off from outside air.

3 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers 10. Insbesondere ist das Energiespeichergehäuse 14 gezeigt. Insbesondere ist im Energiespeichergehäuse 14 die Vielzahl von Batteriezellen 12 angeordnet. Insbesondere zeigt die 3, dass das Energiespeichergehäuse 14 zumindest in einem Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist das Energiespeichergehäuse 14 in zumindest zwei Querschnitten betrachtet trapezförmig und bildet somit einen Pyramidenstumpf. 3 shows an embodiment of an electrical energy store in a schematic perspective view 10 . In particular, the energy storage housing 14th shown. In particular, is in the energy storage housing 14th the multitude of battery cells 12th arranged. In particular, shows the 3 that the energy storage housing 14th is trapezoidal when viewed at least in a cross section. In particular, the energy storage housing 14th Trapezoidal when viewed in at least two cross-sections and thus forms a truncated pyramid.

Insgesamt zeigt die Erfindung ein verbessertes Wärmemanagement der Batteriezellen 12.Overall, the invention shows an improved thermal management of the battery cells 12th .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1212th
BatteriezelleBattery cell
1414th
EnergiespeichergehäuseEnergy storage housing
1616
Innenrauminner space
1818th
KühleinrichtungCooling device
2020th
KühlfluidCooling fluid
2222nd
erste Filtereinrichtungfirst filter device
2424
zweite Filtereinrichtungsecond filter device
2626th
LeitfähigkeitserfassungseinrichtungConductivity measuring device
2828
GefrierschutzeinrichtungAnti-freeze device
3030th
GefrierschutzmittelAntifreeze
3232
HeizelementHeating element
3434
elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
3636
ZirkulationspumpeCirculation pump
3838
WärmetauscherHeat exchanger
4040
AußenluftOutside air
4242
VerdampferEvaporator
4444
Zwei-Wege-VentilTwo-way valve
4646
großer Kühlkreislauflarge cooling circuit
4848
kleiner Kühlkreislaufsmall cooling circuit
5050
Luftdruck-AusgleichsvorrichtungAir pressure equalization device
5252
AblassventilDrain valve
5454
Behältercontainer
5656
ThermoelementThermocouple
5858
DurchflusssensorFlow sensor
6060
AbsperrventilShut-off valve
6262
Klimaanlageair conditioning
6464
Control-PanelControl panel
6666
BatterieanschlüsseBattery connections
KK
KraftfahrzeugMotor vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018202840 A1 [0005]DE 102018202840 A1 [0005]
  • DE 102015212334 A1 [0006]DE 102015212334 A1 [0006]

Claims (10)

Elektrischer Energiespeicher (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (K), mit zumindest einer Batteriezelle (12), welche in einem Innenraum (16) eines Energiespeichergehäuses (14) des elektrischen Energiespeichers (10) angeordnet ist, und mit einer Kühleinrichtung (18), welche ein Kühlfluid (20) aufweist und zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) dazu ausgebildet, das Kühlfluid (20) direkt in den Innenraum (16) einzubringen, so dass die zumindest eine Batteriezelle (12) von dem Kühlfluid (20) zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült ist.Electrical energy store (10) of an at least partially electrically operated motor vehicle (K), with at least one battery cell (12) which is arranged in an interior (16) of an energy storage housing (14) of the electrical energy store (10), and with a cooling device (18) ), which has a cooling fluid (20) and is designed to cool the at least one battery cell (12), characterized in that the cooling device (18) is designed to introduce the cooling fluid (20) directly into the interior (16) so that the at least one battery cell (12) is in direct contact with the cooling fluid (20), at least in some areas, and at least in some areas it is bathed around. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (20) als Reinstwasser ausgebildet ist.Electrical energy storage (10) according to Claim 1 , characterized in that the cooling fluid (20) is designed as ultrapure water. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) eine erste Filtereinrichtung (22) zum Entionisieren des Kühlfluids (20) aufweist.Electrical energy storage (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the cooling device (18) has a first filter device (22) for deionizing the cooling fluid (20). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) eine zweite Filtereinrichtung (24) zum Filtern des Kühlfluids (20) aufweist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (18) has a second filter device (24) for filtering the cooling fluid (20). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) zumindest eine Leitfähigkeitserfassungseinrichtung (26) zum Erfassen eines elektrischen Leitfähigkeitswerts des Kühlfluids (20) aufweist und/oder zumindest eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischer Widerstandswerts des Kühlfluids (20) aufweist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (18) has at least one conductivity detection device (26) for detecting an electrical conductivity value of the cooling fluid (20) and / or at least one resistance detection device for detecting an electrical resistance value of the cooling fluid (20). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) eine Gefrierschutzeinrichtung (28) aufweist, welche zum Zugeben eines Gefrierschutzmittels (30) zum Kühlfluid (20) ausgebildet ist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (18) has an anti-freeze device (28) which is designed to add an anti-freeze (30) to the cooling fluid (20). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) ein Heizelement (32) zum Beheizen des Kühlfluids (20) aufweist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (18) has a heating element (32) for heating the cooling fluid (20). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) als Kühlkreislauf ausgebildet ist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (18) is designed as a cooling circuit. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichergehäuse (14) in zumindest einem Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet ist.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store housing (14) is trapezoidal when viewed in at least one cross section. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (K), bei welchem mittels eines Kühlfluids (20) einer Kühleinrichtung (18) des elektrischen Energiespeichers (10) zumindest eine Batteriezelle (12), welche in einem Innenraum (16) eines Energiespeichergehäuses (14) des elektrischen Energiespeichers (10) angeordnet ist, gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (20) direkt in den Innenraum (16) eingebracht wird, so dass die zumindest eine Batteriezelle (12) von dem Kühlfluid (20) zumindest bereichsweise direkt kontaktiert und zumindest bereichsweise umspült wird.Method for operating an electrical energy store (10) of an at least partially electrically operated motor vehicle (K), in which, by means of a cooling fluid (20) of a cooling device (18) of the electrical energy store (10), at least one battery cell (12) which is located in an interior space ( 16) an energy storage housing (14) of the electrical energy storage (10) is arranged, is cooled, characterized in that the cooling fluid (20) is introduced directly into the interior (16), so that the at least one battery cell (12) from the cooling fluid (20) is at least partially contacted directly and at least partially washed around.
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