DE102020131112A1 - Cooling arrangement for battery flooding, motor vehicle and method for cooling at least one battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (12) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei die Kühlanordnung (12) eine Hochvoltbatterie (14) mit mindestens einer Batteriezelle und mindestens einem Zuführanschluss (24, 62) mit einer zugeordneten Austrittsöffnung (22, 63) aufweist, wobei die Kühlanordnung (12) als Flutungseinrichtung ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie (14) mit einem über den mindestens einen Zuführanschluss (24, 62) bereitgestellten Kühlmedium (20) zu fluten, so dass das durch die Austrittsöffnung (22, 63) austretende Kühlmedium (20) in direktem Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle bringbar ist. Weiterhin weist die Kühlanordnung (12) ein Reservoir (26, 28, 32, 34, 56, 58) auf, welches das Kühlmedium (20) umfasst, und eine Fördereinrichtung (P), die dazu ausgelegt ist, das Kühlmedium (20) im ersten Betriebsmodus aus dem Reservoir (26, 28, 32, 34, 56, 58) über den mindestens einen Zuführanschluss (24, 62) dem zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie (14) zuzuführen.The invention relates to a cooling arrangement (12) for a motor vehicle (10), the cooling arrangement (12) having a high-voltage battery (14) with at least one battery cell and at least one supply connection (24, 62) with an associated outlet opening (22, 63), wherein the cooling arrangement (12) is designed as a flooding device which, in a first operating mode, is designed to flood at least part of the high-voltage battery (14) with a cooling medium (20) provided via the at least one supply connection (24, 62), so that the cooling medium (20) emerging through the outlet opening (22, 63) can be brought into direct contact with the at least one battery cell. Furthermore, the cooling arrangement (12) has a reservoir (26, 28, 32, 34, 56, 58) which contains the cooling medium (20) and a delivery device (P) which is designed to pump the cooling medium (20) in supply the first operating mode from the reservoir (26, 28, 32, 34, 56, 58) via the at least one supply connection (24, 62) to the at least part of the high-voltage battery (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kühlanordnung eine Hochvoltbatterie mit mindestens einer Batteriezelle und mindestens einen Zuführanschluss mit einer dem Zuführanschluss zugeordneten Austrittsöffnung aufweist, wobei die Kühlanordnung als Flutungseinrichtung ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie mit einem über den mindestens einen Zuführanschluss bereitgestellten Kühlmedium zu fluten, so dass das durch die Austrittsöffnung austretende Kühlmedium in direktem Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle bringbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kühlanordnung und ein Verfahren zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a cooling arrangement for a motor vehicle, the cooling arrangement having a high-voltage battery with at least one battery cell and at least one supply connection with an outlet opening assigned to the supply connection, the cooling arrangement being designed as a flooding device which is designed to, in a first operating mode, at least a part to flood the high-voltage battery with a cooling medium provided via the at least one feed connection, so that the cooling medium emerging through the outlet opening can be brought into direct contact with the at least one battery cell. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a cooling arrangement and a method for cooling at least one battery cell of a high-voltage battery for a motor vehicle.
Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet der Hochvoltbatterien, insbesondere zum Betrieb von Kraftfahrzeugen, zum Beispiel Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen, angesiedelt. In solchen Hochvoltbatterien kann es unter Umständen, zum Beispiel im Falle eines Unfalls, zu einer sogenannten Thermal Propagation, d.h. einem thermischen Durchgehen, kommen. Ein solches thermisches Durchgehen, zum Beispiel einer Batteriezelle einer solchen Hochvoltbatterie, äußert sich dabei anfangs in einer zunehmenden Temperatur dieser Batteriezelle, die dann ohne Gegenmaßnahme in der Regel in Flammen aufgeht oder explodiert. Nach aktuellem Stand der Technik wird im Falle einer solchen Thermal Propagation einer Hochvoltbatterie mit viel Wasser das Fahrzeug gelöscht beziehungsweise gekühlt. Beispielsweise kann nach einem Fahrzeugunfall eines batterieelektrischen Fahrzeugs, insbesondere bei beschädigter und/oder brennender Hochvoltbatterie, aus Sicherheitsgründen das gesamte Fahrzeug in einen Container gestellt werden und das Fahrzeug im Container mit Wasser geflutet werden. Hierbei ist jedoch ein Container, ein Löschfahrzeug zum Befüllen des Containers mit Wasser und ein Kran zum Heben des Fahrzeugs in den mit Wasser befüllten Container erforderlich.The present invention is in the field of high-voltage batteries, in particular for operating motor vehicles, for example electric and/or hybrid vehicles. In such high-voltage batteries, so-called thermal propagation, i.e. thermal runaway, can occur under certain circumstances, for example in the event of an accident. Such a thermal runaway, for example of a battery cell of such a high-voltage battery, initially manifests itself in an increasing temperature of this battery cell, which then usually bursts into flames or explodes if no countermeasures are taken. According to the current state of the art, in the event of such thermal propagation of a high-voltage battery, the vehicle is extinguished or cooled with a large amount of water. For example, after a vehicle accident involving a battery-powered electric vehicle, in particular if the high-voltage battery is damaged and/or on fire, the entire vehicle can be placed in a container for safety reasons and the vehicle in the container can be flooded with water. However, this requires a container, a fire truck to fill the container with water and a crane to lift the vehicle into the container filled with water.
Weiterhin kann nach heutigem Stand der Technik auch das Batteriegehäuse direkt geflutet werden. Jedoch ist dies oft nur durch eine sogenannte Löschlanze durch die Feuerwehr realisierbar. Hierbei wird eine Löschlanze durch den Fahrzeugboden in die Batterie geschossen und selbiges wird geflutet. Nachteilig hierbei ist beispielsweise, dass dieser Flutungsvorgang strömungstechnisch nicht optimiert ist, wodurch auch die Kühlleistung nicht optimal ist. Ein weiterer Nachteil besteht zudem darin, dass die Feuerwehr speziell geschult sein muss und es passieren heute noch häufig Fehler, die wiederum das Risiko bergen, dass HV-Spannung auf der Karosserie anliegt. Weiterhin kann eine solche Löschlanze nicht in die Batterie geschossen werden, wenn die Türen nach einem Crash nicht zu öffnen sind, da die Löschlanze vom Passagierraum aus von oben durch den Fahrzeugboden in die Batterie geschossen wird, die in der Regel unterhalb des Fahrzeugbodens angeordnet ist. Zudem muss jede Feuerwehr dann mit einer solchen Löschlanze ausgerüstet sein, was zudem ein teures Spezialequipment darstellt.Furthermore, according to the current state of the art, the battery housing can also be flooded directly. However, this can often only be achieved with a so-called extinguishing lance by the fire brigade. Here, an extinguishing lance is shot through the vehicle floor into the battery and the same is flooded. The disadvantage here is, for example, that this flooding process is not optimized in terms of flow technology, as a result of which the cooling capacity is also not optimal. Another disadvantage is that the fire brigade has to be specially trained, and mistakes still often occur today, which in turn entail the risk of HV voltage being applied to the body. Furthermore, such an extinguishing lance cannot be shot into the battery if the doors cannot be opened after a crash, since the extinguishing lance is shot from the passenger compartment from above through the vehicle floor into the battery, which is usually arranged below the vehicle floor. In addition, every fire brigade must then be equipped with such an extinguishing lance, which also represents expensive special equipment.
Weiterhin beschreibt die
Weiterhin beschreibt die
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Grundsätzlich besteht das Problem beim Kühlen oder Löschen einer Hochvoltbatterie darin, dass aufgrund der dafür erforderlichen großen Menge an Löschmittel, welches im Rahmen der Erfindung auch als Kühlmedium bezeichnet wird, dieses über eine externe Quelle, in der Regel durch die Feuerwehr, bereitgestellt werden muss, was jedoch lange dauert und die zahlreichen weiteren oben beschriebenen Probleme nach sich zieht. Durch ein kraftfahrzeuginternes Löschmittelreservoir könnte zwar gleich bei Auftreten einer solchen Notsituation mit dem Kühlen bzw. Löschen begonnen werden, allerdings kann durch ein kraftfahrzeuginternes Löschmittelreservoir bauraumbedingt keine große Löschmittelmenge aufgenommen werden, so dass das Löschen oder Kühlen einer großen Hochvoltbatterie mit einer so geringen Menge an Löschmittel wie ein Tropfen auf den heißen Stein wäre, d.h. keinen spürbaren Effekt hat. Die kraftfahrzeuginterne Speicherung größerer Mengen Löschmittel ist bauraumbeding nicht möglich, und würde zu einem extrem hohen Zusatzgewicht des Fahrzeugs führen. Damit sind bisherige Maßnahmen zum Löschen oder Kühlen von Batteriemodulen einer Hochvoltbatterie im Falle eines Überhitzens oder eines Brandes sowohl zeitlich als auch hinsichtlich ihrer Wirkung relativ ineffizient.Basically, the problem with cooling or extinguishing a high-voltage battery is that due to the large amount of extinguishing agent required, which is also referred to as cooling medium in the context of the invention, this must be provided via an external source, usually by the fire brigade, however, this takes a long time and entails the numerous other problems described above. A vehicle-internal extinguishing agent reservoir could start cooling or extinguishing as soon as such an emergency situation occurs, but due to the space available, a vehicle-internal extinguishing agent reservoir cannot accommodate a large quantity of extinguishing agent, so that extinguishing or cooling a large high-voltage battery with such a small quantity of extinguishing agent like a drop in the bucket would be, i.e. has no noticeable effect. The internal storage of large amounts of extinguishing agent in the vehicle is not possible due to space limitations and would lead to an extremely high additional weight of the vehicle. This means that previous measures for extinguishing or cooling battery modules of a high-voltage battery in the event of overheating or a fire are relatively inefficient both in terms of time and their effect.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die ein möglichst effizientes Kühlen zumindest einer Batteriezelle einer Hochvoltbatterie, insbesondere im Falle eines thermischen Durchgehens oder eines bevorstehenden thermischen Durchgehens der Batteriezelle, ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a cooling arrangement, a motor vehicle and a method that enable at least one battery cell of a high-voltage battery to be cooled as efficiently as possible, particularly in the event of a thermal runaway or an impending thermal runaway of the battery cell.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a cooling arrangement, a motor vehicle and a method having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.
Eine erfindungsgemäße Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeug weist eine Hochvoltbatterie mit mindestens einer Batteriezelle und mindestens einem Zuführanschluss mit einer dem Zuführanschluss zugeordneten Austrittsöffnung auf, wobei die Kühlanordnung als Flutungseinrichtung ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie mit einem über den mindestens einen Zuführanschluss bereitgestellten Kühlmedium zu fluten, so dass das durch die Austrittsöffnung austretende Kühlmedium in direktem Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle bringbar ist. Dabei weist die Kühlanordnung ein Reservoir auf, welches das Kühlmedium umfasst, und eine Fördereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, das Kühlmedium im ersten Betriebsmodus aus dem Reservoir über den mindestens einen Zuführanschluss dem zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie zuzuführen.A cooling arrangement according to the invention for a motor vehicle has a high-voltage battery with at least one battery cell and at least one supply connection with an outlet opening assigned to the supply connection, the cooling arrangement being designed as a flooding device which is designed in a first operating mode to supply at least part of the high-voltage battery with a to flood the at least one supply connection provided cooling medium, so that the cooling medium exiting through the outlet opening can be brought into direct contact with the at least one battery cell. The cooling arrangement has a reservoir that contains the cooling medium and a delivery device that is designed to supply the cooling medium from the reservoir via the at least one supply connection to the at least one part of the high-voltage battery in the first operating mode.
Mit anderen Worten kann die Kühlanordnung ein kraftfahrzeuginternes Reservoir aufweisen, aus welchem dem Zuführanschluss in einem ersten Betriebsmodus, welcher insbesondere einen Notbetrieb darstellt, zum Beispiel mittels einer als Pumpe ausgestalteten Fördereinrichtung, das im Reservoir enthaltene Kühlmedium zugeführt wird. Das kraftfahrzeuginterne Reservoir ist also mit dem Zuführanschluss fluidisch gekoppelt oder zumindest im ersten Betriebsmodus koppelbar. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es nicht erforderlich ist, ein eigens zu Löschzwecken vorgesehenes Reservoir mit einem Kühlmedium im Kraftfahrzeug bereitzustellen, sondern dass vorteilhafterweise ein im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandenes Reservoir und vor allem ein ohnehin vorhandenes Kühlmedium in der Notsituation, d.h. im ersten Betriebsmodus, genutzt werden können. Durch die Verwendung eines kraftfahrzeuginternen Reservoirs und eines internen Kühlmediums kann dann vorteilhafterweise eine Flutung zumindest eines Teils der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden, ohne dass hierbei zusätzlicher Bauraum im Kraftfahrzeug erforderlich ist und vor allem noch bevor zum Beispiel die Feuerwehr am Unfallort eintrifft. Hierdurch können wertvolle Rettungsminuten gewonnen werden. Eine weitere Erkenntnis der Erfindung besteht zudem darin, dass es vielzählige Kraftfahrzeugeinrichtungen gibt, deren Medien zugeordnet sind, insbesondere hauptsächlich Wasser, und die sich als Kühlmedium eignen, so dass sich hierdurch insgesamt eine große Menge an Kühlmedium bereitstellen lässt, welche im ersten Betriebsmodus zu Kühl- und/oder Löschzwecken genutzt werden kann. Darüber hinaus liegt der Erfindung zudem die weitere Erkenntnis zugrunde, dass sich die Kühl- und Löscheffizienz auch mit wenig Kühlmedium dennoch sehr effizient gestalten lässt, wenn das Kühlmedium in direkten Kontakt zur mindestens einen Batteriezelle gebracht werden kann. Der Zuführanschluss mit der Austrittsöffnung kann also derart ausgestaltet sein, dass das Kühlmedium über die Austrittsöffnungen in ein Inneres eines Batteriegehäuses der Hochvoltbatterie führbar ist, sodass das Kühlmedium in direktem Kontakt mit zumindest der mindestens einen Batteriezelle bringbar ist. Die Hochvoltbatterie umfasst vorzugsweise mehrere Batteriemodule. Jedes dieser Batteriemodule kann wiederum mehrere Batteriezellen aufweisen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen. Diese umfassen in der Regel einen Zellwickel, der in einem Zellgehäuse angeordnet ist, an welchem weiterhin zwei Batteriepole angeordnet sind, über welche nach außen eine Zellspannung abgreifbar ist. Die einzelnen Batteriezellen werden typischerweise zu einem Zellpack zusammengefasst und können beispielsweise in einem Modulgehäuse zur Bildung eines Batteriemoduls untergebracht sein. Die einzelnen Batteriemodule sind wiederum in einem Batteriegehäuse angeordnet. Ursprünglich wurde davon ausgegangen, dass eine Kühlung oder Löschung einer Hochvoltbatterie im Falle eines thermischen Events so ausgeführt sein soll, dass das Löschmittel, zum Beispiel Wasser, aufgrund der Hochspannung nicht in direkten Kontakt zu den Batteriezellen treten soll. Entsprechend wurden bislang Modulgehäuse oder Batteriegehäuse entsprechend dicht ausgeführt, sodass bei einer Flutung der Batterie das Kühlmittel oder Kühlmedium allerhöchstens in Kontakt mit einem Modulgehäuse kommt, nicht jedoch in direkten Kontakt mit den Batteriezellen, insbesondere deren Zellpole und Verschaltung, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass gerade im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle die effektivste Art, diese thermische Propagation aufzuhalten und einen Brand oder eine Explosion zu verhindern, gerade darin besteht, ein Löschmittel wie das Kühlmedium im Rahmen der vorliegenden Erfindung in direkten Kontakt mit einer solchen Batteriezelle, das heißt auch in Kontakt mit deren Pole, zu bringen. Daher ist es also bevorzugt, dass die Zuführung des Kühlmediums durch die mindestens eine Austrittsöffnung zu den Batteriemodulen bzw. zur mindestens einen Batteriezelle derart erfolgt, dass das Kühlmedium letztendlich in direkten Kontakt mit dieser mindestens einen Batteriezelle bzw. bei einem Batteriemodul mit den betreffenden vom Batteriemodul umfassten Batteriezellen gebracht wird. Weist ein Batteriemodul beispielsweise ein Modulgehäuse auf, welches die Batteriezellen umschließt, so ist es entsprechend also bevorzugt, dass die mindestens eine Austrittsöffnung auch in das betreffende Modulgehäuse mündet, sodass das Kühlmedium nicht nur in das Innere des Batteriegehäuses, sondern eben auch in das Innere eines Modulgehäuses einführbar ist. Hierdurch lässt sich also vorteilhafterweise eine thermische Propagation eines Batteriemoduls bzw. mindestens einer Batteriezelle am effizientesten unterbinden, selbst wenn nur eine geringe Menge an Kühlmedium zur Verfügung steht.In other words, the cooling arrangement can have an internal reservoir in the motor vehicle, from which the supply connection is supplied with the cooling medium contained in the reservoir in a first operating mode, which in particular represents emergency operation, for example by means of a delivery device designed as a pump. The vehicle-internal reservoir is therefore fluidically coupled to the supply connection or at least can be coupled in the first operating mode. The invention is based on the finding that it is not necessary to provide a reservoir with a cooling medium that is provided specifically for extinguishing purposes in the motor vehicle, but rather that a reservoir that is already present in the motor vehicle and, above all, a cooling medium that is already present in the emergency situation, ie in the first Operation mode, can be used. By using a vehicle-internal reservoir and an internal cooling medium, at least part of the high-voltage battery can then advantageously be flooded without additional installation space being required in the vehicle and, above all, before the fire department arrives at the scene of the accident, for example. Valuable rescue minutes can be gained as a result. A further finding of the invention is that there are numerous motor vehicle devices whose media are assigned, in particular mainly water, and which are suitable as a cooling medium, so that a large amount of cooling medium can be provided overall, which is used for cooling in the first operating mode - and/or can be used for deletion purposes. In addition, the invention is also based on the further finding that the cooling and extinguishing efficiency can still be designed very efficiently even with little cooling medium if the cooling medium can be brought into direct contact with at least one battery cell. The supply connection with the outlet opening can therefore be designed in such a way that the cooling medium can be guided via the outlet openings into an interior of a battery housing of the high-voltage battery, so that the cooling medium can be brought into direct contact with at least the at least one battery cell. The high-voltage battery preferably includes multiple battery modules. Each of these battery modules can in turn have a number of battery cells, for example lithium-ion cells. These generally include a cell winding, which is arranged in a cell housing, on which two battery poles are also arranged, via which a cell voltage can be tapped to the outside. The individual battery cells are typically combined into a cell pack and can be accommodated, for example, in a module housing to form a battery module. The individual battery modules are in turn arranged in a battery housing. Originally it was assumed that cooling or extinguishing of a high-voltage battery in the event of a thermal event should be carried out in such a way that the extinguishing agent, for example water, should not come into direct contact with the battery cells due to the high voltage. Accordingly, module housings or battery housings have so far been designed to be sufficiently tight, so that if the battery is flooded, the coolant or cooling medium at most comes into contact with a module housing, but not in direct contact with the battery cells, in particular their cell poles and interconnections, in order to avoid a short circuit. However, it has been found that in the event of a thermal runaway of a battery cell, the most effective way to stop this thermal propagation and prevent a fire or an explosion is to put an extinguishing agent such as the cooling medium in direct contact with the present invention to bring such a battery cell, that is also in contact with the poles. It is therefore preferred that the cooling medium is fed through the at least one outlet opening to the battery modules or to the at least one battery cell in such a way that the cooling medium ultimately comes into direct contact with this at least one battery cell or, in the case of a battery module, with the battery module in question included battery cells is brought. If a battery module has a module housing, for example, which encloses the battery cells, it is therefore preferred that the at least one outlet opening also opens into the module housing in question, so that the cooling medium not only flows into the interior of the battery housing, but also into the interior of a Module housing can be inserted. In this way, thermal propagation of a battery module or at least one battery cell can advantageously be suppressed most efficiently, even if only a small amount of cooling medium is available.
Die Verwendung eines kraftfahrzeuginternen Kühlmediums lässt sich insbesondere mit der später beschriebenen Ausführungsform, gemäß welcher mindestens eine Anschlusseinrichtung zum Anschließen eines kraftfahrzeugexternen Reservoirs vorgesehen ist, auch vorteilhaft kombinieren. Denn durch ein kraftfahrzeuginternes Reservoir, welches insbesondere mit einem Kühlmedium befüllt ist, lässt sich bereits eine Kühlung zumindest eines Batteriemoduls bereitstellen, wenn die Feuerwehr noch gar nicht vor Ort ist, wodurch wichtige zusätzliche Rettungsminuten für die Rettung von Insassen bereitgestellt werden können. Trifft die Feuerwehr dann letztendlich ein, kann diese an der Anschlusseinrichtung ein zusätzliches Kühlmedium beziehungsweise eine zusätzliche Menge an Kühlmedium, zum Beispiel Wasser, bereitstellen, um die Kühlung fortzusetzen.The use of a cooling medium inside the motor vehicle can also be advantageously combined, in particular with the embodiment described later, according to which at least one connection device is provided for connecting a reservoir outside the motor vehicle. Because a motor vehicle-internal reservoir, which is filled in particular with a cooling medium, can already provide cooling for at least one battery module when the fire brigade is not even on site, which means that important additional rescue minutes can be provided for rescuing occupants. If the fire brigade finally arrives, they can provide an additional cooling medium or an additional amount of cooling medium, for example water, at the connection device in order to continue the cooling.
Das Kühlmedium stellt vorzugsweise ein flüssiges Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen wie Frostschutzmittel und/oder Reinigungsmittel, dar. Als Kühlmedium eignet sich aber nicht nur Wasser, sondern im Allgemeinen auch andere Kühlmedien. Beispielsweise ist in dem Reservoir ein Kühlmedium aus der folgenden Gruppe aufgenommen: Kohlenstoffdioxid und/oder Stickstoff und/oder ein zum Großteil Wasser umfassendes Kühlmedium. Das Kohlenstoffdioxid und/oder der Stickstoff können dabei flüssig und/oder gasförmig, vorzugsweise unter hohem Druck, im Reservoir aufgenommen sein. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug, welches die Kühlanordnung umfasst, auch mehrere verschiedene kraftfahrzeuginterne Reservoirs aufweisen, die mit dem Zuführanschluss fluidisch gekoppelt oder koppelbar sind, und in welchen unterschiedliche Kühlmedien bereitgestellt sein können. Insbesondere können so kraftfahrzeuginterne Kühlmedien verwendet werden, die ansonsten im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs einen ganz anderen Zweck erfüllen. Solche anderen Kühlmedien können zum Beispiel Kühlwasser sein, mit welchem im normalen Betrieb eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Hochvoltbatterie durchströmt wird. Es kann alternativ oder zusätzlich auch Wischwasser sein, welches üblicherweise für die Scheibenwischeranlage im Front- und Heckbereich verwendet wird. Handelt es sich beim Kraftfahrzeug beispielsweise um ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, so kann es sich auch um Wasser aus einem Wasserbehälter für eine Wassereinspritzung gemäß der Abgasnorm EU7 handeln. Weist das Kraftfahrzeug zum Beispiel eine Brennstoffzelle auf, so umfasst das Kraftfahrzeug typischerweise auch einen Wasserauffangbehälter für die Brennstoffzelle. Auch solches in einen solchen Wasserauffangbehälter abgeschiedenes Wasser kann als Kühlmedium verwendet werden. Theoretisch stehen als weitere Kühlmedien auch Getriebeöl oder Motoröl bereit. In Summe lässt sich durch solche normalerweise anderweitig verwendete Kühlmedien insgesamt ein relativ großes Volumen an Kühlmedium bereitstellen, welches in einer Notsituation vorteilhafterweise auch zur Kühlung zumindest eines Batteriemoduls genutzt werden kann.The cooling medium is preferably a liquid cooling medium, such as water, optionally with additives such as antifreeze and/or cleaning agents. However, not only water is suitable as a cooling medium, but also other cooling media in general. For example, a cooling medium from the following group is accommodated in the reservoir: carbon dioxide and/or nitrogen and/or a cooling medium comprising mostly water. The carbon dioxide and/or the nitrogen can be contained in the reservoir in liquid and/or gaseous form, preferably under high pressure. In particular, the motor vehicle that includes the cooling arrangement can also have a number of different reservoirs inside the motor vehicle that are fluidically coupled or can be coupled to the supply connection, and in wel chen different cooling media can be provided. In particular, in-vehicle cooling media can be used that otherwise serve a completely different purpose in normal operation of the motor vehicle. Such other cooling media can be cooling water, for example, which flows through a cooling device for cooling the high-voltage battery during normal operation. Alternatively or additionally, it can also be wiper water, which is usually used for the windshield wiper system in the front and rear area. If the motor vehicle is, for example, a hybrid vehicle with an internal combustion engine, it can also be water from a water tank for water injection in accordance with the EU7 exhaust emission standard. If the motor vehicle has a fuel cell, for example, then the motor vehicle typically also includes a water collecting tank for the fuel cell. Water that has been separated into such a water collecting tank can also be used as a cooling medium. Theoretically, gear oil or engine oil are also available as additional cooling media. Overall, such cooling media that are normally used elsewhere can provide a relatively large volume of cooling medium, which can advantageously also be used to cool at least one battery module in an emergency situation.
Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Reservoir einer Kraftfahrzeugeinrichtung, insbesondere einer von der Batterie verschiedenen Einrichtung, zugeordnet ist, die in einem vom ersten verschiedenen zweiten Betriebsmodus mit dem Kühlmedium aus dem Reservoir versorgbar ist und/oder durch welche das Kühlmedium im Reservoir bereitstellbar ist. Dabei kann die Einrichtung eine der oben bereits genannten Einrichtungen darstellen. Es kann also vorgesehen sein, dass die Einrichtung eine Scheibenwischeranlage des Kraftfahrzeugs darstellt und das Reservoir einen Wischwasserbehälter darstellt und das Kühlmedium Wischwasser darstellt, und/oder einen Kühlkreislauf zur Kühlung eines Motors und/oder der Hochvoltbatterie und/oder eines Fahrzeuginnenraums des Kraftfahrzeugs darstellt, wobei das Reservoir zum Beispiel einen Kühlwasserausgleichsbehälter darstellt und das Kühlmedium Kühlmittel darstellt, und/oder eine Wassereinspritzeinrichtung zur Wassereinspritzung für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, wobei das Reservoir einen Wasserbehälter der Wassereinspritzeinrichtung und das Kühlmedium Wasser für die Wassereinspritzung darstellt, und/oder eine Brennstoffzelle darstellt und das Reservoir einen Wasserauffangbehälter zum Auffangen des von der Brennstoffzelle im Betrieb ausgeschiedenen Wassers als Reaktionsprodukt darstellt und das Kühlmedium das ausgeschiedene Wasser darstellt.It therefore represents a further advantageous embodiment of the invention if the reservoir is assigned to a motor vehicle device, in particular a device different from the battery, which can be supplied with the cooling medium from the reservoir in a second operating mode that is different from the first and/or through which the Cooling medium can be provided in the reservoir. The device can represent one of the devices already mentioned above. It can therefore be provided that the device represents a windscreen wiper system of the motor vehicle and the reservoir represents a wiper water container and the cooling medium represents wiper water and/or represents a cooling circuit for cooling an engine and/or the high-voltage battery and/or a vehicle interior of the motor vehicle, with the reservoir is, for example, a cooling water expansion tank and the cooling medium is coolant, and/or a water injection device for water injection for an internal combustion engine of the motor vehicle, the reservoir being a water tank of the water injection device and the cooling medium water for the water injection, and/or a fuel cell and that Reservoir is a water tank for collecting the excreted water from the fuel cell during operation as a reaction product and the cooling medium is the excreted water.
Unter all den oben genannten Möglichkeiten hat sich gerade die Verwendung des Kühlmittels des Kühlkreislaufs, welcher auch als Kühlmittelkreislauf bezeichnet werden kann, als besonders vorteilhaft herausgestellt. Daher ist es gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kühlanordnung einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Hochvoltbatterie in einem zweiten vom ersten Betriebsmodus auf, wobei das Reservoir eine Komponente des Kühlkreislaufs darstellt. Das Kühlmedium stellt entsprechend das Kühlmittel des Kühlkreislaufs dar. Das Reservoir kann zum Beispiel, wie oben erwähnt, einen Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel darstellen. Im Allgemeinen kann aber jeder mit dem Kühlmittel befüllbare Raum des Kühlkreislaufs als solches Reservoir aufgefasst werden. Zum Beispiel können auch mindestens ein Rohr und/oder Schlauch und/oder Leitung und/oder Kanal und/oder ein vom Ausgleichsbehälter verschiedener Kühlmittelbehälter das Reservoir bereitstellen bzw. als solches aufgefasst werden. Die großen Vorteil der Verwendung des Kühlmittels des Kühlkreislaufs zum Löschen und/oder Kühlen der zumindest einen Batteriezelle im Notbetrieb, d.h. dem ersten Betriebsmodus, bestehen vor allem darin, dass eine Hochvoltbatterie in einem Kraftfahrzeug üblicherweise an eine Kühlung angebunden ist, die Teil eines solchen Kühlkreislaufs ist. Diese bestehende räumliche Nähe kann vorteilhafterweise genutzt werden, um eine Flutung der Batterie durch interne Kühlmedien ohne großen baulichen Aufwand zu ermöglichen. Zudem ist die Menge an Kühlmittel die zur Kühlung der Batterie oder anderen Fahrzeugkomponenten verwendet wird gerade bei Fahrzeugen mit Hochvoltbatterie aufgrund des hohen Kühlungsbedarfs sehr groß, so dass hierdurch eine effiziente Kühlung der mindestens einen Batteriezelle im Notbetrieb ermöglicht wird. Insbesondere kann das Kühlmittelvolumen unter Normalbedingungen bzw. Standardbedingungen zwischen 15 Liter und 30 Liter, vorzugsweise zwischen 20 Liter und 25 Liter, betragen.Of all the possibilities mentioned above, the use of the coolant of the cooling circuit, which can also be referred to as the coolant circuit, has proven to be particularly advantageous. Therefore, according to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the cooling arrangement has a cooling circuit for cooling the high-voltage battery in a second operating mode compared to the first, with the reservoir representing a component of the cooling circuit. The cooling medium accordingly represents the coolant of the cooling circuit. The reservoir can, for example, as mentioned above, represent an expansion tank for the coolant. In general, however, any space in the cooling circuit that can be filled with the coolant can be regarded as such a reservoir. For example, at least one pipe and/or hose and/or line and/or channel and/or a coolant tank that is different from the expansion tank can also provide the reservoir or be understood as such. The major advantage of using the coolant of the cooling circuit to extinguish and/or cool the at least one battery cell in emergency operation, i.e. the first operating mode, consists primarily in the fact that a high-voltage battery in a motor vehicle is usually connected to a cooling system that is part of such a cooling circuit is. This existing spatial proximity can be used to advantage to allow the battery to be flooded by internal cooling media without major structural outlay. In addition, the amount of coolant used to cool the battery or other vehicle components is very large, especially in vehicles with a high-voltage battery due to the high cooling requirement, so that efficient cooling of the at least one battery cell in emergency operation is made possible. In particular, the coolant volume under normal conditions or standard conditions can be between 15 liters and 30 liters, preferably between 20 liters and 25 liters.
Dabei stellt es eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar, wenn der Kühlreislauf einen Kühlboden mit mindestens einem integrierten Kühlkanal aufweist, wobei die mindestens eine Batteriezelle auf einer ersten Seite des Kühlbodens angeordnet ist, wobei der mindestens eine Kühlkanal zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle im zweiten Betriebsmodus vom Kühlmedium durchströmt wird, und wobei der mindestens eine Zuführanschluss vom mindestens einen Kühlkanal zumindest bis zur ersten Seite des Kühlbodens führt. Um die Flutungseinrichtung, die im Notbetrieb den zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie flutet, bereitzustellen kann vorteilhafterweise eine bestehende Kühlarchitektur verwendet werden, die nur geringfügig baulich verändert bzw. ergänzt werden muss, insbesondere um den mindestens einen Zuführanschluss, der im Notbetrieb den mindestens einen Kühlkanal mit der ersten Seite des Kühlbodens und damit mit dem inneren des Batteriegehäuses fluidisch verbindet. Im zweiten Betriebsmodus ist der Zuführanschluss zum Beispiel verschlossen, gesperrt oder abgeriegelt. Der Kühlboden kann dabei zumindest einen Teil der Bodens eines Batteriegehäuses der Hochvoltbatterie bilden. Die Batteriezellen, insbesondere der einzelnen Batteriemodule, sind weiterhin bevorzugt über ein Wärmeleitmittel, insbesondere eine ausgehärtete Wärmeleitpaste, auch Gapfiller genannt, an den Kühlboden angebunden. Der im Kühlboden verlaufende mindestens eine Kühlkanal kann weiterhin als Aussparung in einer den Boden bereitstellen Patte ausgeformt sein oder als separate bauliche Einheit gefertigt sein, zum Beispiel als eine Art Rohr oder Schlauch oder Leitung oder Leitungssystem, welche dann ebenfalls über ein oben beschriebenes Wärmeleitmittel an eine die erste Seite bereitstellende Wand des Kühlbodens angebunden sein kann. Der Zuführanschluss führt dann vom mindestens eine Kühlkanal durch die die erste Seite bereitstellende Wand und gegebenenfalls durch den optionalen Gapfiller bzw. das Wärmeleitmittel zwischen dem mindesten seine Kühlkanal und der Wand sowie auch gegebenenfalls durch eine auf der ersten Seite der Wand befindliche Gapfillerschicht bzw. Wärmeleitmittelschicht. Die durch den mindestens einen Zuführanschluss bereitgestellte Austrittsöffnung kann dabei zum Beispiel bindig mit der auf der ersten Seite angeordneten Wärmeleitmittelschicht bzw. mit der ersten Seite selbst abschließen, oder der Zuführanschluss, der im Allgemeinen selbst als Rohr oder Schlauch oder Leitung oder Stutzen oder ähnliches bereitgestellt sein kann, kann auch in das Innere des Batteriegehäuses hineinragen und damit über die erste Seite hinausstehen. Ein bündiges Abschließen ist dabei besonders bauraumeffizient.It represents a further advantageous development of the invention when the cooling circuit has a cooling base with at least one integrated cooling channel, the at least one battery cell being arranged on a first side of the cooling base, the at least one cooling channel for cooling the at least one battery cell being located on the second Operating mode is flowed through by the cooling medium, and wherein the at least one supply connection leads from at least one cooling channel at least to the first side of the cooling base. In order to provide the flooding device, which floods the at least part of the high-voltage battery in emergency operation, an existing cooling architecture can advantageously be used, which only needs to be structurally modified or supplemented slightly, in particular by the at least one Feed connection that fluidly connects the at least one cooling channel to the first side of the cooling base and thus to the interior of the battery housing in emergency operation. In the second mode of operation, the feed port is closed, blocked or locked, for example. The cooling base can form at least part of the base of a battery housing of the high-voltage battery. The battery cells, in particular of the individual battery modules, are also preferably connected to the cooling base via a thermally conductive means, in particular a hardened thermally conductive paste, also known as a gap filler. The at least one cooling channel running in the cooling base can also be formed as a recess in a plate providing the base or be manufactured as a separate structural unit, for example as a type of pipe or hose or line or line system, which is then also connected to a heat conducting means as described above the wall of the cooling floor providing the first side can be connected. The feed connection then leads from the at least one cooling channel through the wall providing the first side and, if necessary, through the optional gap filler or the heat-conducting agent between the at least its cooling channel and the wall, and also, if necessary, through a gap-filler layer or heat-conducting agent layer located on the first side of the wall. The outlet opening provided by the at least one supply connection can, for example, end flush with the heat-conducting layer arranged on the first side or with the first side itself, or the supply connection itself, which can generally be provided as a pipe or hose or line or socket or the like can also protrude into the interior of the battery case and thus protrude beyond the first page. A flush finish is particularly space-efficient.
Die Kühlmittelkanäle, die im zweiten Betriebsmodus vom Kühlmittel durchströmbar sind, liegen dabei also außerhalb des Gehäuseinneren des Batteriegehäuses. Erst recht sind die Kühlkanäle, d.h. der mindestens eine Kühlkanal nicht durch ein Batteriemodul oder ein Modulgehäuse eines solchen Batteriemoduls geführt. Dadurch lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs das Kühlmedium, wie zum Beispiel Wasser, von der Batterie ferngehalten wird und auch außerhalb des Batteriegehäuses im kraftfahrzeuginternen Reservoir aufbewahrt wird, Entsprechend ist auch die Gefahr, dass in Falle eines Lecks des mindestens einen Kühlkanals Kühlmittel ungewollt mit der mindestens einen Batteriezelle in Kontakt kommt deutlich reduziert. Dadurch wird die Kurzschlussgefahr durch ein Leck in der Leitungsanordnung bzw. des mindestens einen Kühlkanals vermieden. Erst in einer Notsituation, in der ein Batteriemodul oder eine Batteriezelle gekühlt werden muss, kann der Zuführanschluss den Weg in das Innere des Batteriegehäuses freigeben und damit ein Strömen des Kühlmediums in die Batterie, insbesondere in die Batteriemodule ermöglichen.The coolant ducts, through which the coolant can flow in the second operating mode, are therefore located outside the housing interior of the battery housing. Even more so are the cooling channels, i.e. the at least one cooling channel, not routed through a battery module or a module housing of such a battery module. This advantageously allows the cooling medium, such as water, to be kept away from the battery during normal operation of the motor vehicle and also to be stored outside the battery housing in the motor vehicle's internal reservoir Cooling channel coolant unintentionally comes into contact with at least one battery cell is significantly reduced. This avoids the risk of a short circuit due to a leak in the line arrangement or in the at least one cooling channel. Only in an emergency situation, in which a battery module or a battery cell has to be cooled, can the supply connection open the way into the interior of the battery housing and thus allow the cooling medium to flow into the battery, in particular into the battery modules.
Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass eine solche Flutung auch modulspezifisch vorgenommen werden kann. Das bedeutet, dass bei einer solchen Flutung nicht notwendigerweise alle Batteriemodule der Hochvoltbatterie geflutet werden müssen, sondern dass zum Beispiel gezielt einzelne Batteriemodule unabhängig von den anderen geflutet werden können, zum Beispiel gerade solche, die eine starke Überhitzung zeigen und drohen, thermisch durchzugehen.Furthermore, it can also be provided that such flooding can also be carried out in a module-specific manner. This means that with such a flooding, not all battery modules of the high-voltage battery necessarily have to be flooded, but that, for example, individual battery modules can be flooded independently of the others, for example those that are showing severe overheating and are in danger of thermal runaway.
Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Hochvoltbatterie mindestens ein erstes Batteriemodul und mindestens ein zweites Batteriemodul mit jeweils mindestens einer Batteriezelle aufweist, und ein Batteriegehäuse mit einer ersten Gehäusekammer zur Aufnahme zumindest der mindestens einen Batteriezelle des mindestens einen ersten Batteriemoduls und mit einer zweiten von der ersten Gehäusekammer separierten zweiten Gehäusekammer zur Aufnahme zumindest der mindestens einen Batteriezelle des mindestens einen zweiten Batteriemoduls, wobei die Kühlanordnung mehrere Zuführanschlüsse umfassend den mindestens einen Zuführanschluss und mit jeweils zugeordneten Austrittsöffnungen aufweist, wobei ein erster der Zuführanschlüsse dem mindestens einen ersten Batteriemodul zugeordnet ist und mit der zugeordneten Austrittsöffnung in die erste Gehäusekammer mündet und ein zweiter der mehreren Zuführanschlüsse dem mindestens einen zweiten Batteriemodul zugeordnet ist und mit der zugeordneten Austrittsöffnung in die zweite Gehäusekammer mündet. Des Weiteren ist die Kühlanordnung bevorzugt derart ausgestaltet, dass das Kühlmedium im ersten Betriebsmodus über den ersten Zuführanschluss der ersten Gehäusekammer unabhängig von einer Zuführung des Kühlmediums zur zweiten Gehäusekammer zuführbar ist. Mit anderen Worten ist hierdurch der ersten Gehäusekammer oder der zweiten Gehäusekammer im ersten Betriebsmodus selektiv das Kühlmittel zuführbar.It is therefore a further very advantageous embodiment of the invention if the high-voltage battery has at least one first battery module and at least one second battery module, each with at least one battery cell, and a battery housing with a first housing chamber for accommodating at least the at least one battery cell of the at least one first battery module and with a second housing chamber, separated from the first housing chamber, for accommodating at least the at least one battery cell of the at least one second battery module, the cooling arrangement having a plurality of feed connections comprising the at least one feed connection and each having associated outlet openings, a first of the feed connections being associated with the at least one first Battery module is assigned and opens with the associated outlet opening in the first housing chamber and a second of the plurality of feed connections zugeor the at least one second battery module is dnet and opens into the second housing chamber with the associated outlet opening. Furthermore, the cooling arrangement is preferably designed in such a way that the cooling medium can be supplied in the first operating mode via the first supply connection to the first housing chamber independently of a supply of the cooling medium to the second housing chamber. In other words, the coolant can thereby be selectively supplied to the first housing chamber or the second housing chamber in the first operating mode.
Dies erlaubt vorteilhafterweise eine gezielte selektive Kühlung einzelner Batteriemodule. Soll beispielsweise nur das erste Batteriemodul gekühlt werden, so kann das Kühlmittel gezielt über die erste Austrittsöffnung dem ersten Batteriemodul zugeführt werden, ohne dass dabei über die zweite Austrittsöffnung ein Teil des Kühlmittels auch dem zweiten Batteriemodul zugeführt wird und umgekehrt. Sollen beide Batteriemodule gekühlt werden, so lässt sich dies durch die Zuführung von Kühlmittel über die beiden ersten und zweiten Zuführanschlüsse und deren Austrittsöffnungen ebenfalls bewerkstelligen. Der Vorteil dabei ist, dass eine gezielte Kühlung einzelner Batteriemodule deutlich effektiver ist, als beispielsweise die Flutung der gesamten Batterie. Dadurch wird nämlich viel weniger Kühlmedium benötigt, was beispielsweise auch die effiziente Verwendung kraftfahrzeuginterner Kühlmedien ermöglicht, die in der Regel nur in einem sehr begrenzten Volumen vorliegen. Eine Kühlung eines bestimmten Batteriemoduls, welches zum Beispiel überhitzt ist und für welches beispielsweise ein thermisches Durchgehen droht, kann damit besonders frühzeitig und schon vor Eintreffen der Feuerwehr erfolgen, was Insassen eines Kraftfahrzeugs wertvolle Rettungsminuten verschafft. Gerade in Kombination mit der lokalen selektiven Kühlmöglichkeit, die durch diese Ausgestaltung der Erfindung bereitgestellt wird, ist die Verwendung interner Kühlmedien wie dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs besonders vorteilhaft, da zur gezielten Kühlung einzelner oder nur eines einzigen Batteriemoduls auch nur sehr wenig an Kühlmedium erforderlich ist, sodass diese geringe Menge ohne weiteres durch die im Kraftfahrzeug üblicherweise ohnehin vorhandenen Flüssigkeiten gedeckt werden kann. So kann insgesamt eine besonders effiziente Kühlanordnung bereitgestellt werden, die ein gezieltes Kühlen und Löschen einzelner Batteriemodule einer Hochvoltbatterie erlaubt.This advantageously allows targeted, selective cooling of individual battery modules. For example, if only the first battery module is to be cooled, the coolant can be supplied to the first battery module in a targeted manner via the first outlet opening, without part of the coolant also being supplied to the second battery module via the second outlet opening and vice versa. If both battery modules are to be cooled, this can be done by supplying coolant via the first and second supply connections and their Also create outlet openings. The advantage of this is that targeted cooling of individual battery modules is significantly more effective than, for example, flooding the entire battery. As a result, much less cooling medium is required, which, for example, also enables the efficient use of cooling media inside the motor vehicle, which are usually only available in a very limited volume. Cooling of a specific battery module, which is overheated, for example, and for which a thermal runaway is imminent, for example, can thus take place particularly early and even before the fire department arrives, which gives occupants of a motor vehicle valuable rescue minutes. Especially in combination with the local selective cooling option provided by this embodiment of the invention, the use of internal cooling media such as the coolant of the cooling circuit is particularly advantageous, since only very little cooling medium is required for targeted cooling of individual or just a single battery module. so that this small amount can easily be covered by the liquids that are usually present in the motor vehicle anyway. In this way, a particularly efficient cooling arrangement can be provided overall, which allows targeted cooling and extinguishing of individual battery modules of a high-voltage battery.
Nichtsdestoweniger ist zum Beispiel dann, wenn die Feuerwehr eingetroffen ist, auch eine zumindest mittelbare Kopplung eines kraftfahrzeugexternen Reservoirs mit dem Zuführanschluss, zum Beispiel über einen Feuerwehrschlauch, möglich, so dass dann deutlich größere Mengen Kühlmedium zugeführt werden können, um noch effizienter und wirkungsvoller zu kühlen.Nevertheless, when the fire brigade has arrived, for example, it is also possible to at least indirectly couple a vehicle-external reservoir to the supply connection, for example via a fire hose, so that significantly larger quantities of cooling medium can then be supplied in order to cool even more efficiently and effectively .
Weiterhin kann eine betreffende Austrittsöffnung bzw. der zugeordnete Zuführanschluss genau einem Batteriemodul der Hochvoltbatterie zugeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich hierdurch jedes einzelne Batteriemodul gezielt und separat unabhängig von den anderen kühlen und/oder löschen lässt. Denkbar wäre es aber auch, dass ein einzelner Zuführanschluss mit der zugeordneten Austrittsöffnung einer Modulgruppe mit mehreren Batteriemodulen zugeordnet ist. Beispielsweise kann die erste Austrittsöffnung einer ersten Modulgruppe mit mehreren ersten Batteriemodulen zugeordnet sein. Der konstruktive Aufwand lässt sich hierdurch reduzieren. In einem solchen Fall ist es dennoch bevorzugt, dass eine Modulgruppe mit mehreren Batteriemodulen jedoch möglichst wenige Batteriemodule umfasst, zum Beispiel zwei oder drei, oder zumindest eine Anzahl von Modulen im einstelligen Bereich.Furthermore, an outlet opening in question or the associated feed connection can be assigned to exactly one battery module of the high-voltage battery. This is particularly advantageous since this allows each individual battery module to be cooled and/or extinguished in a targeted manner and separately, independently of the others. However, it would also be conceivable that a single feed connection with the assigned outlet opening is assigned to a module group with a plurality of battery modules. For example, the first outlet opening can be assigned to a first module group with a plurality of first battery modules. The design effort can be reduced as a result. In such a case, it is nevertheless preferred that a module group with a plurality of battery modules comprises as few battery modules as possible, for example two or three, or at least a number of modules in the single-digit range.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste Gehäusekammer gegenüber der zweiten Gehäusekammer fluidisch abgedichtet ist. Auch hier kann es wiederum vorgesehen sein, dass das Batteriegehäuse für die Hochvoltbatterie, je nach Anzahl vorhandener Batteriemodule, auch entsprechend viele Gehäusekammern aufweist, die den jeweiligen vorzugsweise einzelnen Batteriemodulen, oder aber auch Modulgruppen, zugeordnet sind. Dabei kann eine solche Gehäusekammer von einem Gesamtbatteriegehäuse bereitgestellt sein, in welche die einzelnen Batteriemodule eingesetzt werden können. Die Gehäusekammern können aber auch die Modulgehäuse der einzelnen Batteriemodule selbst darstellen, in welchen die Batteriezellen der Batteriemodule aufgenommen sind.Furthermore, it is advantageous if the first housing chamber is fluidically sealed with respect to the second housing chamber. Again, it can be provided that the battery housing for the high-voltage battery, depending on the number of battery modules present, also has a corresponding number of housing chambers, which are assigned to the respective preferably individual battery modules or else module groups. In this case, such a housing chamber can be provided by an overall battery housing, into which the individual battery modules can be inserted. However, the housing chambers can also represent the module housings of the individual battery modules themselves, in which the battery cells of the battery modules are accommodated.
Durch solche Gehäusekammern kann es vorteilhafterweise bewerkstelligt werden, dass gezielt nur ein überhitztes Modul gekühlt wird, das Kühlmedium dann aber nicht mit anderen Batteriemodulen und deren Batteriezellen in Kontakt gerät. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zum Beispiel mit einem flüssigen Kühlmedium wie beispielsweise Wasser gekühlt wird, denn dadurch können Kurzschlüsse in intakten Modulen verhindert werden. Solche Kurzschlüsse können nämlich wiederum die Wahrscheinlichkeit für ein thermisches Propagieren der anderen anfangs noch intakten Module fördern. Das Vorsehen solcher Gehäusekammern hat aber noch einen anderen gro-ßen Vorteil, denn das benötigte Volumen an Kühlmedium, welches zur Kühlung eines einzelnen Batteriemoduls benötigt wird, kann aufgrund der Unterbringung eines Batteriemoduls in einer solchen Kammer minimal gehalten werden, denn zur Kühlung dieses Batteriemoduls muss lediglich die Kammer mit dem darin befindlichen Batteriemodul mit Kühlmedium geflutet werden und nicht die gesamte Batterie. Durch eine zusätzliche fluidische Abdichtung der einzelnen Gehäusekammern kann dieser Effekt noch verstärkt werden. Beispielsweise können die einzelnen Gehäusekammern luftdicht und/oder wasserdicht ausgeführt sein. Dadurch kann zum Beispiel das eingeleitete Löschwasser nicht auf intakte Batteriemodule negativ einwirken.Such housing chambers can advantageously ensure that only an overheated module is cooled in a targeted manner, but the cooling medium then does not come into contact with other battery modules and their battery cells. This is particularly advantageous if, for example, a liquid cooling medium such as water is used for cooling, because this can prevent short circuits in intact modules. This is because such short circuits can in turn increase the probability of thermal propagation of the other initially intact modules. However, the provision of such housing chambers has another great advantage, because the required volume of cooling medium, which is required for cooling an individual battery module, can be kept to a minimum due to the accommodation of a battery module in such a chamber, because this battery module has to be cooled for cooling only the chamber containing the battery module is flooded with cooling medium and not the entire battery. This effect can be further intensified by additional fluidic sealing of the individual housing chambers. For example, the individual housing chambers can be designed to be airtight and/or watertight. As a result, for example, the discharged extinguishing water cannot have a negative effect on intact battery modules.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der mindestens eine Zuführanschluss eine Verschlusseinrichtung, insbesondere ein steuerbares Ventil, auf, mittels welchem der mindestens eine Zuführanschluss im zweiten Betriebsmodus verschlossen ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one supply connection has a closure device, in particular a controllable valve, by means of which the at least one supply connection is closed in the second operating mode.
Eine solche Verschlusseinrichtung kann beispielsweise direkt im Bereich der Austrittsöffnung oder im Bereich einer sich an den Kühlkanal anschießenden Eintrittsöffnung des Zuführanschlusses oder in jedem Bereich dazwischen angeordnet sein und diesen bei Bedarf verschließen oder öffnen. Mit anderen Worten kann die Verschlusseinrichtung zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweisen, wobei die Verschlusseinrichtung eine fluidische Verbindung unterbricht, wenn diese sich im geschlossenen Zustand befindet und freigibt, wenn diese sich im geöffneten Zustand befindet. Das Öffnen und Schließen der betreffenden Verschlusseinrichtung kann beispielsweise temperaturgesteuert erfolgen, sodass also vorteilhafterweise gezielt diejenigen Batteriemodule bzw. Batteriezellen gekühlt werden können, die überhitzt sind und für die ein thermisches Durchgehen bevorsteht oder vielleicht sogar schon stattgefunden hat.Such a closure device can be arranged, for example, directly in the area of the outlet opening or in the area of an inlet opening of the feed connection adjoining the cooling channel or in any area in between and close or open this as required. In other words, the closure device can have at least one open and one closed have a state, wherein the closure device interrupts a fluidic connection when it is in the closed state and releases it when it is in the open state. The opening and closing of the closure device in question can be temperature-controlled, for example, so that advantageously those battery modules or battery cells that are overheated and for which a thermal runaway is imminent or perhaps has already occurred can be cooled in a targeted manner.
Im Allgemeinen können die Verschlusseinrichtungen der jeweiligen Zuführanschlüsse als passive Verschlusseinrichtungen oder aktiv ansteuerbare Verschlusseinrichtungen ausgebildet sein, wobei Letzteres bevorzugt ist. Eine steuerbare Ausführung des Freigebens der betreffenden Austrittsöffnungen hat den großen Vorteil, dass sich hierdurch zum einen ein selektives Ansteuern der einzelnen Austrittsöffnungen auf besonders einfache Weise umsetzen lässt, und zudem ein Freigeben bei Überschreiten eines beliebig vorgebbaren Temperaturgrenzwerts umgesetzt werden kann, der insbesondere kleiner ist als 100 Grad Celsius. Nichtsdestoweniger kann eine solche Verschlusseinrichtung passiv öffnend ausgebildet sein, zum Beispiel als Membran, die ab einer bestimmten Grenztemperatur schmilzt und/oder ab einem bestimmten Mindestdruck reißt, oder als Überdruckventil, dass ab dem bestimmten Mindestdruck öffnet. Um eine passive druckabhängige und gleichzeitig selektive Öffnung jeweiliger Verschlusseinrichtungen bereitzustellen ist es vorteilhaft, wenn mehrere unabhängige Kühlkanäle vorgesehen sind, in denen jeweils unabhängig voneinander ein bestimmter Kühlmitteldruck eistellbar ist. Entsprechend kann auch eine weitere Vorrichtung der Kühlanordnung vorgesehen sein, mittels welcher ein bestimmter Druck in den jeweiligen Kühlkanälen einstellbar ist. Soll eine bestimmte Verschlusseinrichtung öffnen, so kann der Druck im zugeordneten Kühlkanal mittels der Einrichtung gezielt über dem bestimmten Mindestdruck erhöht werden, so dass die Verschlusseinrichtung öffnet.In general, the closure devices of the respective feed connections can be embodied as passive closure devices or actively controllable closure devices, with the latter being preferred. A controllable way of releasing the outlet openings in question has the great advantage that, on the one hand, selective activation of the individual outlet openings can be implemented in a particularly simple manner, and release can also be implemented when an arbitrarily definable temperature limit value is exceeded, which is in particular lower than 100 degrees Celsius. Nevertheless, such a closure device can be designed to open passively, for example as a membrane that melts above a certain limit temperature and/or ruptures above a certain minimum pressure, or as a pressure relief valve that opens above the certain minimum pressure. In order to provide a passive, pressure-dependent and at the same time selective opening of the respective closure devices, it is advantageous if a plurality of independent cooling channels are provided, in each of which a specific coolant pressure can be set independently of one another. Correspondingly, a further device of the cooling arrangement can also be provided, by means of which a specific pressure can be set in the respective cooling channels. If a specific closure device is to open, the pressure in the associated cooling channel can be increased in a targeted manner above the specific minimum pressure by means of the device, so that the closure device opens.
Um die Verschlusseinrichtung zu öffnen, wenn sich die zumindest eine Batteriezelle in einem kritischen Zustand befindet, ist es weiterhin vorteilhaft eine Einrichtung vorzusehen, die zur Erfassung eines solchen Zustands ausgelegt ist. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Kühlanordnung eine Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, gemäß einem vorbestimmten Kriterium einen kritischen Zustand der mindestens einen Batteriezelle zu erfassen, wobei die Kühlanordnung dazu ausgelegt ist für den Fall, dass die Erfassungseinrichtung den kritischen Zustand nur der mindestens einen Batteriezelle, die von dem mindestens einen ersten Batteriemodul umfasst ist, erfasst, die Verschlusseinrichtung nur des ersten Zuführanschlusses zu öffnen, und für den Fall, dass die Erfassungseinrichtung den kritischen Zustand nur der mindestens einen Batteriezelle, die von dem mindestens einen zweiten Batteriemodul umfasst ist, erfasst, nur die Verschlusseinrichtung des zweiten Zuführanschlusses zu öffnen. Folglich soll also nur diejenige Verschlusseinrichtung geöffnet werden, deren Zuführanschluss einem Batteriemodul zugeordnet ist, welches eine als in einem kritischen Zustand befindlich erfasste Batteriezelle aufweist. Wird beispielsweise festgestellt, dass mehrere verschiedene Batteriemodule kritische Batteriezellen umfassen, so werden folglich auch die mehreren Verschlusseinrichtungen geöffnet, deren Zuführanschlüsse in die jeweiligen Batteriemodule münden, so dass alle Module mit kritischen Batteriezellen geflutet werden, und keine Module geflutet werden, die keine kritischen Batteriezellen aufweisen.In order to open the closure device when the at least one battery cell is in a critical state, it is also advantageous to provide a device that is designed to detect such a state. It is therefore a further advantageous embodiment of the invention if the cooling arrangement has a detection device which is designed to detect a critical state of the at least one battery cell according to a predetermined criterion, the cooling arrangement being designed for the event that the detection device detects the critical condition of only the at least one battery cell that is comprised by the at least one first battery module, to open the closure device of only the first feed connection, and in the event that the detection device detects the critical condition of only the at least one battery cell that is covered by the comprises at least one second battery module, to open only the closure device of the second feed connection. Consequently, only that closure device should be opened whose feed connection is assigned to a battery module that has a battery cell that has been detected as being in a critical state. If, for example, it is determined that several different battery modules include critical battery cells, the several closure devices whose feed connections open into the respective battery modules are consequently also opened, so that all modules with critical battery cells are flooded and no modules are flooded that have no critical battery cells .
Das vorbestimmte Kriterium, gemäß welchem ein kritischer Zustand der mindestens einen Batteriezelle erfasst wird, kann zum Beispiel das Überschreiten einer vorbestimmten Temperaturschwelle, die zum Beispiel zwischen 70°Celsius und 80°Celsius liegen kann, der Zelltemperatur darstellen und/oder ein Schwellwert für einen Temperaturgradienten oder Ähnliches. Eine Zelltemperatur von über 70 Grad Celsius bis 80 Grad Celsius weist auf ein bevorstehendes thermisches Event hin, sodass hierdurch eine besonders frühzeitige Kühlung des betreffenden Batteriemoduls eingeleitet werden kann. Als Erfassungseinrichtung kann eine Sensoreinrichtung verwendet werden, die dazu ausgelegt ist, eine dem ersten Batteriemodul und/oder dessen Batteriezellen zugeordnete erste Temperatur zu erfassen und eine dem zweiten Batteriemodul und/oder dessen Batteriezellen zugeordnete zweite Temperatur zu erfassen. Hierdurch kann vorteilhafterweise gezielt ein überhitztes Modul gekühlt werden, wobei mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden kann, ob ein betreffendes Batteriemodul überhitzt ist oder nicht. Weiterhin können als Temperatursensoren bereits in der Batterie verbaute, den einzelnen Batteriemodulen zugeordnete Temperatursensoren genutzt werden. Mit solchen Temperatursensoren können beispielsweise auch die Temperaturen der einzelnen Batteriezellen der betreffenden Batteriemodule separat erfasst werden, sodass auch über solche Temperatursensoren genau ermittelt werden kann, wenn eine Batteriezelle thermisch propagiert, und welche Batteriezelle thermisch propagiert und welchem Modul diese Batteriezelle zugeordnet ist.The predetermined criterion according to which a critical state of the at least one battery cell is detected can, for example, represent the cell temperature exceeding a predetermined temperature threshold, which can be between 70° Celsius and 80° Celsius, for example, and/or a threshold value for a temperature gradient or similar. A cell temperature of over 70 degrees Celsius to 80 degrees Celsius indicates an imminent thermal event, so that cooling of the battery module in question can be initiated particularly early. A sensor device can be used as the detection device, which is designed to detect a first temperature assigned to the first battery module and/or its battery cells and to detect a second temperature assigned to the second battery module and/or its battery cells. As a result, an overheated module can advantageously be cooled in a targeted manner, it being possible by means of the sensor device to detect whether a relevant battery module is overheated or not. Furthermore, temperature sensors already installed in the battery and assigned to the individual battery modules can be used as temperature sensors. With such temperature sensors, for example, the temperatures of the individual battery cells of the battery modules in question can also be recorded separately, so that such temperature sensors can also be used to determine exactly when a battery cell is thermally propagating, and which battery cell is thermally propagating and which module this battery cell is assigned to.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlanordnung mindestens eine Anschlusseinrichtung zum Anschließen eines kraftfahrzeugexternen Reservoirs, insbesondere eines Feuerwehrschlauchs, auf, die mit dem Zuführanschluss koppelbar ist oder mit einem weiteren Zuführanschluss koppelbar ist oder gekoppelt ist oder durch den weiteren Zuführanschluss bereitgestellt ist. Dadurch kann also vorteilhafterweise zum Beispiel ein Feuerwehrschlauch mit dem Zuführanschluss oder einem weiteren Zuführanschluss gekoppelt werden, wodurch gerade dann, wenn mehrere Batteriemodule gekühlt werden müssen, eine besonders effiziente Kühlung bereitgestellt werden kann, da durch ein externes Reservoir, wie es von der Feuerwehr bereitgestellt werden kann, eine deutlich größere Menge an Kühlmedium zur Kühlung der Batteriemodule genutzt werden kann. Dabei ist es zudem besonders vorteilhaft, wenn mehrere solcher Anschlusseinrichtungen zum Anschließen eines kraftfahrzeugexternen Reservoirs, zum Beispiel an verschiedenen Positionen des Kraftfahrzeugs, welches die Kühlanordnung umfasst, vorgesehen sind. Mit anderen Worten können solche Anschlusseinrichtungen rund um das Fahrzeug vorgesehen sein, zum Beispiel auf der Fahrerseite und auf der Beifahrerseite, im Kofferraumbereich, im Frontbereich oder ähnliches. Dadurch kann gerade im Falle eines Unfalls, bei welchem manche Seiten eines Kraftfahrzeugs nur schwer zugänglich sein können, die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass zumindest eine der Anschlusseinrichtungen von der Feuerwehr einfach zum Anschließen eines Schlauchs erreicht werden kann. Diese Anschlusseinrichtungen können dann zum Beispiel an irgendeiner Stelle an den Kühlkreislauf angebunden sein und somit kann über die Anschlusseinrichtung zugeführtes Kühlmittel, wie zum Beispiel Wasser ebenfalls über den mindestens einen Zuführanschluss in die Batterie eingeführt werden. Ein solcher externere Anschluss kann aber auch über einen anderen Fluidpfad, d.h. über eine vom Kühlkreislauf verschiedene Leitung, der Batterie zuführbar sein, um zumindest einen Teil dieser mit extern zugeführtem Kühlmittel zu fluten.In a further advantageous embodiment of the invention, the cooling arrangement has at least one connection device for connecting a motor vehicle-external reservoir, in particular a fire hose, which can be coupled to the feed connection or can be coupled or is coupled to a further feed connection or is provided by the further feed port. As a result, a fire hose, for example, can advantageously be coupled to the feed connection or another feed connection, which means that particularly efficient cooling can be provided precisely when several battery modules have to be cooled, since an external reservoir, such as that provided by the fire brigade, can be used can, a significantly larger amount of cooling medium can be used to cool the battery modules. In this case, it is also particularly advantageous if several such connection devices are provided for connecting a motor vehicle-external reservoir, for example at different positions of the motor vehicle which includes the cooling arrangement. In other words, such connection devices can be provided around the vehicle, for example on the driver's side and on the passenger side, in the trunk area, in the front area or the like. As a result, especially in the event of an accident in which some sides of a motor vehicle can be difficult to access, the probability can be increased that at least one of the connection devices can be easily reached by the fire brigade to connect a hose. These connection devices can then be connected to the cooling circuit at any point, for example, and coolant supplied via the connection device, such as water for example, can also be introduced into the battery via the at least one supply connection. However, such an external connection can also be fed to the battery via another fluid path, ie via a line that is different from the cooling circuit, in order to flood at least part of the latter with coolant supplied externally.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die erste und zweite Gehäusekammer jeweils eine Abflussöffnung auf, aus welcher in die erste beziehungsweise zweite Gehäusekammer eingeführtes Kühlmedium aus der ersten beziehungsweise zweiten Gehäusekammer abführbar ist. Durch das Vorsehen einer solchen Abflussöffnung lassen sich innerhalb der Gehäusekammer definierte Strömungsbedingungen bereitstellen und zudem auch der Durchsatz an Kühlmedium erhöhen. Hierdurch kann die Kühlleistung enorm gesteigert werden. Dies ist beispielsweise besonders dann von Vorteil, wenn an dem Zuführanschluss eine externe Kühlmediumquelle angeschlossen wird, zum Beispiel durch die Feuerwehr. Durch die Feuerwehr kann entsprechend viel Kühlmedium der Kühlanordnung zugeführt werden, sodass gerade durch das Vorsehen einer Abflussöffnung in einer jeweiligen Gehäusekammer der Kühlmediumdurchsatz in der Gehäusekammer mit dem zu kühlenden Batteriemodul enorm gesteigert werden kann. Eine solche Abflussöffnung kann beispielsweise permanent offen, zum Beispiel in Form eines Lochs im Modulgehäuse und/oder Batteriegehäuse, vorzugsweise in einem oberen Drittel des Modulgehäuses vorgesehen sein, oder auch als im normalen Betrieb verschlossene Öffnung ausgestaltet sein, die zum Beispiel erst ab einem bestimmten Mindestdruck öffnet. Die Abflussöffnung kann auch dadurch bereitgestellt sein, dass das Modulgehäuse nach oben, d.h. in Richtung der Fahrzeughochachse, offen ist. Die Abflussöffnung kann auch von einem Inneren eines Batteriemoduls nach oben aus dem Gesamtgehäusedeckel geführt sein, so dass das Kühlmittel über den Spalt zwischen Batteriegehäuseoberseite und Fahrzeugunterboden abfließen kann.In a further advantageous embodiment of the invention, the first and second housing chambers each have a drain opening, from which cooling medium introduced into the first or second housing chamber can be discharged from the first or second housing chamber. By providing such an outflow opening, defined flow conditions can be provided within the housing chamber and the throughput of cooling medium can also be increased. As a result, the cooling capacity can be increased enormously. This is particularly advantageous, for example, when an external cooling medium source is connected to the feed connection, for example by the fire brigade. The fire brigade can supply a corresponding amount of cooling medium to the cooling arrangement, so that the cooling medium throughput in the housing chamber with the battery module to be cooled can be increased enormously precisely by providing a drain opening in a respective housing chamber. Such a drain opening can, for example, be permanently open, for example in the form of a hole in the module housing and/or battery housing, preferably in an upper third of the module housing, or can also be designed as an opening that is closed during normal operation, for example only above a certain minimum pressure opens. The drain opening can also be provided in that the module housing is open at the top, i.e. in the direction of the vertical axis of the vehicle. The drain opening can also be routed from the inside of a battery module upwards out of the overall housing cover, so that the coolant can drain through the gap between the top side of the battery housing and the underbody of the vehicle.
Wenn die Abflussöffnung im Normalbetrieb geschlossen ist, kann die Abflussöffnung ansteuerbar ausgestaltet sein, um diese ab einem bestimmten Druck zu öffnen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn diese mit einem passiven Verschlusselement ausgestaltet ist, zum Beispiel mit einem Überdruckventil. Dies vereinfacht die Ausgestaltung der Kühlanordnung enorm. Zudem kann es sich dadurch auch bewerkstelligen lassen, dass eine solche Abflussöffnung erst dann freigegeben wird, wenn das Kühlmedium mit entsprechendem Druck in die betreffende Gehäusekammer eingeleitet wird, zum Beispiel wenn am Zuführanschluss eine externe Kühlmediumsquelle angeschlossen wird, die ein Bereitstellen des Kühlmediums am Zuführanschluss mit entsprechend hohem Druck erlaubt, wie dies zum Beispiel im Falle eines Anschließens eines Feuerwehrschlauchs der Fall ist. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass, zum Beispiel wenn die Feuerwehr noch nicht vor Ort ist, eine Gehäusekammer mit einem überhitzten Batteriemodul zunächst mit einem fahrzeuginternen Kühlmedium befüllt wird, um das betreffende überhitzte Batteriemodul zu kühlen, wobei in diesem Fall die Abflussöffnung noch geschlossen bleibt. Erst wenn die Feuerwehr auftrifft und ein deutlich größeres Volumen an Kühlmedium dem Zuführanschluss bereitstellen kann, öffnet entsprechend die Abflussöffnung, sodass die Kühlleistung zur Kühlung des betreffenden überhitzten Batteriemoduls gesteigert werden kann.If the outflow opening is closed during normal operation, the outflow opening can be configured in a controllable manner in order to open it from a specific pressure. However, it is preferred if this is designed with a passive closure element, for example with a pressure relief valve. This simplifies the design of the cooling arrangement enormously. In addition, it can also be achieved that such a drain opening is only released when the cooling medium is introduced into the housing chamber in question at the appropriate pressure, for example when an external cooling medium source is connected to the supply connection, which involves providing the cooling medium at the supply connection correspondingly high pressure allowed, as is the case, for example, in the case of connecting a fire hose. Furthermore, it can also be provided that, for example if the fire brigade is not yet on site, a housing chamber with an overheated battery module is first filled with a vehicle-internal cooling medium in order to cool the overheated battery module in question, in which case the drain opening is still closed remains. Only when the fire brigade arrives and can provide a significantly larger volume of cooling medium to the supply connection does the discharge opening open accordingly, so that the cooling capacity for cooling the overheated battery module in question can be increased.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Damit gelten die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a cooling arrangement according to the invention or one of its configurations. The advantages mentioned for the cooling arrangement according to the invention and its configurations therefore apply in the same way to the motor vehicle according to the invention.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wie dies bereits oben beschreiben wurde, wenn das Kraftfahrzeug die Kraftfahrzeugeinrichtung aufweist, welcher das Reservoir zugeordnet ist.In addition, it is advantageous, as has already been described above, if the motor vehicle has the motor vehicle device to which the reservoir is assigned.
Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine Scheibenwischanlage des Kraftfahrzeugs darstellen, wobei das Reservoir dann einen Wischwasserbehälter darstellt und das Kühlmedium Wischwasser darstellt. Die Einrichtung kann auch eine Wassereinspritzeinrichtung zur Wassereinspritzung für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs darstellen, zum Beispiel wenn das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Dann stellt das Reservoir einen Wasserbehälter der Wassereinspritzeinrichtung und das Kühlmedium Wasser für die Wassereinspritzung dar. Weiterhin kann die Einrichtung auch eine Brennstoffzelle darstellen und das Reservoir entsprechend einen Wasserauffangbehälter zum Auffangen des von der Brennstoffzelle im Betrieb ausgeschiedenen Wassers als Reaktionsprodukt, und das Kühlmedium stellt entsprechend das ausgeschiedene Wasser dar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kraftfahrzeugeinrichtung einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Hochvoltbatterie und/oder eines Motors des Kraftfahrzeugs und/oder eines Fahrzeuginnenraums darstellt, wobei das Reservoir zum Beispiel einen Kühlwasserausgleichsbehälter darstellt und das Kühlmedium Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, darstellt.Such a device can be, for example, a windscreen wiper system of the motor vehicle, the reservoir then being a wiper water container and the cooling medium being wiper water. The device can also represent a water injection device for water injection for an internal combustion engine of the motor vehicle, for example if the motor vehicle is designed as a hybrid vehicle with such an internal combustion engine. Then the reservoir is a water tank of the water injection device and the cooling medium is water for the water injection. Furthermore, the device can also be a fuel cell and the reservoir can accordingly be a water collecting container for collecting the water separated out by the fuel cell during operation as a reaction product, and the cooling medium accordingly represents that excreted water. It is particularly advantageous if the motor vehicle device is a cooling circuit for cooling the high-voltage battery and/or an engine of the motor vehicle and/or a vehicle interior, the reservoir being a cooling water expansion tank, for example, and the cooling medium being a coolant, for example water .
Dies hat den großen Vorteil, dass sich hierdurch in Summe eine große Menge an Kühlmedium bereitstellen lässt. Zusätzlich muss kein separates Reservoir zum Speichern eines solchen Kühlmediums im Kraftfahrzeug vorgesehen werden, wodurch sowohl Bauraum als auch Gewicht eingespart werden können. Es können dadurch nämlich die ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandenen Flüssigkeiten als Kühl- und Löschmittel im Falle eines Fahrzeugbrands verwendet werden.This has the great advantage that a large amount of cooling medium can be provided overall. In addition, there is no need to provide a separate reservoir for storing such a cooling medium in the motor vehicle, which means that both installation space and weight can be saved. As a result, the liquids already present in the motor vehicle can be used as cooling and extinguishing agents in the event of a vehicle fire.
Solche kraftfahrzeuginternen Kühlmedien, die insbesondere im Normalbetrieb eine ganz andere Aufgabe erfüllen beziehungsweise anderen Kraftfahrzeugeinrichtungen zugeordnet sind, können aber nicht nur zur Kühlung der Batterie verwendet werden, sondern beispielsweise auch direkt zur Löschung eines Batteriebrands oder zur präventiven Kühlung einzelner überhitzter Batteriemodule, um einen solchen Batteriebrand erst gar nicht entstehen zu lassen. Zu diesem Zweck können solche Kühlmedien auch direkt der Batterie oder einzelnen Batteriemodulen zugeführt werden, um eine entstehende thermische Propagation zu unterbinden oder zumindest zu verlangsamen.Such internal vehicle cooling media, which perform a completely different task in normal operation in particular or are assigned to other vehicle devices, can not only be used to cool the battery, but also, for example, directly to extinguish a battery fire or for preventive cooling of individual overheated battery modules to prevent such a battery fire not to let it arise in the first place. For this purpose, such cooling media can also be fed directly to the battery or individual battery modules in order to prevent or at least slow down any thermal propagation that occurs.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Kühlen mindesten einer Batteriezelle einer Hochvoltbatterie, wobei in einem ersten Betriebsmodus zumindest ein Teil der Hochvoltbatterie mit einem über mindestens einen Zuführanschluss bereitgestellten Kühlmedium geflutet wird, so dass das Kühlmedium in direktem Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle gebracht wird. Dabei wird das Kühlmedium im ersten Betriebsmodus aus einem kraftfahrzeuginternen Reservoir mittels einer Fördereinrichtung über den mindestens einen Zuführanschluss dem zumindest einen Teil der Hochvoltbatterie zugeführt.Furthermore, the invention also relates to a method for cooling at least one battery cell of a high-voltage battery, wherein in a first operating mode at least part of the high-voltage battery is flooded with a cooling medium provided via at least one feed connection, so that the cooling medium is brought into direct contact with the at least one battery cell becomes. In the first operating mode, the cooling medium is supplied to the at least one part of the high-voltage battery from a vehicle-internal reservoir by means of a conveying device via the at least one supply connection.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the cooling arrangement according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. The invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung in Längsrichtung durch ein Kraftfahrzeug, welche eine als Flutungseinrichtung ausgebildete Kühlanordnung aufweist, die fahrzeuginterne Kühlmedien verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.; -
2 eine schematische Explosionsdarstellung einer Kühlanordnung mit einer Hochvoltbatterie und einem Kühlboden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kühlanordnung mit einer Hochvoltbatterie und einem Kühlboden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
4 eine schematische Explosionsdarstellung einer Kühlanordnung mit einer Hochvoltbatterie und einem Kühlboden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 a schematic cross-sectional illustration in the longitudinal direction through a motor vehicle, which has a cooling arrangement designed as a flooding device that uses cooling media inside the vehicle, according to an exemplary embodiment of the invention.; -
2 a schematic exploded view of a cooling arrangement with a high-voltage battery and a cooling base according to an embodiment of the invention; -
3 a schematic cross-sectional view of a cooling arrangement with a high-voltage battery and a cooling floor according to an embodiment of the invention; and -
4 a schematic exploded view of a cooling arrangement with a high-voltage battery and a cooling base according to a further embodiment of the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore should the disclosure also encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.
Diese Reservoire 26, 28 sind nun jeweils über einen Bypass 36 mit dem Zuführanschluss 24 gekoppelt. Über diese Bypässe 36, die zum Beispiel als Leitungen, Rohre, Schläuche oder ähnliches ausgestaltet sein können, kann nun im Notbetrieb das Kühlmedium 20, welches in den betreffenden Reservoiren 26, 28 gespeichert ist, der Einleitungsvorrichtung 22 zugeführt werden, über welche dieses in die Hochvoltbatterie 14 zur Kühlung und Brandlöschung eingeleitet wird. Um das Kühlmedium 20 über diese Bypässe 36 der Einleitungsvorrichtung 22 zuzuführen, können zudem jeweilige Pumpen P als Beispiel für eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, die sich zum Beispiel in den betreffenden Bypässen 36 befinden können. Es können aber auch bestehende Pumpen P, zum Beispiel im Kühlwasserkreislauf oder im Wischwasserkreislauf, als Fördereinrichtung verwendet werden.These
Insgesamt besteht hierdurch vorteilhafterweise also die Möglichkeit, flüssige Medien 20, welche sich aufgrund von Kühlungszwecken beziehungsweise Wischwasser und so weiter im Fahrzeug 10 befinden, aktiv im Falle einer Thermal Propagation in die Hochvoltbatterie 14 des Fahrzeugs 10 einzuleiten. Hierdurch kann ebenfalls Zeit gewonnen werden, bis die Feuerwehr eintrifft, um eventuell eingeklemmte Personen aus dem Fahrzeug zu retten. Neben den hier dargestellten flüssigen Medien 20 wie zum Beispiel das Kühlwasser für den Motorkühlungskreislauf und das Wischwasser kann Alternativ oder zusätzlich ebenso das Wasser aus dem Wasserbehälter für eine Wassereinspritzung gemäß der Abgasnorm EU7 verwendet werden, ein Wasserauffangbehälter bei einem Brennstoffzellenfahrzeug und so weiter.Overall, this advantageously means that
Im Falle einer Thermal Propagation der Hochvoltbatterie 14 kann entsprechend Wasser zum Beispiel aus dem Kühlkreislauf, das heißt den Komponenten 26, 32, 34 beziehungsweise aus dem Wischwasserbehälter 28 über die als Bypässe 36 bereitgestellten Zuleitungen mittels bestehender oder neu eingeführter Wasserpumpen P in die Hochvoltbatterie 14 über den Zuführanschluss 24, der einen entsprechenden Zugang bereitstellt, direkt geleitet werden.In the event of thermal propagation of the high-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich zur Hochvoltbatterie 14 auch der Luftspalt 38 zwischen Fahrzeugboden 18 und der Batterie 14 gekühlt werden.In a further specific embodiment, the air gap 38 between the
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ebenfalls ein externer Anschluss 40 vorgesehen sein, beispielsweise am Ausgleichsbehälter 26, damit eine Feuerwehr über die bestehenden Rohrstrukturen innerhalb des Kraftfahrzeugs 10 die Batterie 14 beziehungsweise den Luftspalt 38 oder Fahrzeugboden 18 kühlen kann durch externe Zufuhr eines Kühlmediums 20 wie beispielsweise Wasser. Auch kann weiterhin ein gezielter Wasserauslass 42 für das Kühlmedium 20 vorgesehen sein, über welchen das Kühlmedium aus der Hochvoltbatterie 14 wiederum ausführbar ist. Dieser Auslass 42 ist entsprechend aus dem Inneren der Hochvoltbatterie 14 aus der Batterie 14 und vorzugsweise auch aus deren optionaler zusätzlicher Umhüllung 44 nach außen geführt und mündet außerhalb des Kraftfahrzeugs 10. Dieser kann beispielsweise auch drucksensitiv ausgebildet sein oder ansteuerbar ausgebildet sein, sodass dieser erst dann öffnet, wenn mit hohem Druck über einen externen Anschluss 40 zum Beispiel Wasser von der Feuerwehr zugeführt wird.According to a further embodiment, an
An dieser Stelle soll noch einmal darauf hingewiesen werden, dass bei konventionellen Fahrzeugkonzepten die Löschsysteme so ausgelegt sind, Kühlwasser gezielt von den Zellmodulen der Hochvoltbatterie fernzuhalten. Vorliegend ist es jedoch vorgesehen, konventionelle Kühlkreisläufe oder andere Kreisläufe, wie den für das Wischwasser, gezielt mit dem Inneren des Hochvoltbatteriegehäuses 16 zu verbinden, nämlich über den Zuführanschluss 24 beziehungsweise die Einleitungsvorrichtung 22. Aus Sicherheitsgründen kann zudem im Zuführanschluss 24 auch ein Absperrventil, zum Beispiel ein Notabsperrventil, vorgesehen sein, welches erst in der Notsituation, zum Beispiel bei detektiertem Überhitzen der Batterie 14 oder einer anderen kritischen Batterieanomalie, geöffnet wird, um hierdurch die Flutung des Batteriegehäuses 18 freizugeben.At this point it should be pointed out once again that in conventional vehicle concepts the extinguishing systems are designed in such a way that cooling water is kept away from the cell modules of the high-voltage battery. In the present case, however, provision is made for conventional cooling circuits or other circuits, such as that for the wiper water, to be specifically connected to the interior of high-
Zusätzlich ist es auch möglich, das Kühlwasser 20, welches sich im Batteriekühlsystem befindet, über bestehende Wasserpumpen P ebenfalls über den Zugang 24 oder einen alternativ positionierten Zugangsanschluss, wie dieser nachfolgen näher beschrieben wird, vom konventionellen Kühlkreislauf direkt in die Hochvoltbatterie 14 eingeleitet wird. Mit anderen Worten muss dieses Kühlwasser 20 nicht erst über den Wasserausgleichsbehälter 26 laufen, sondern kann über einen weiteren in
Der Kühlboden 16c bzw. die Kühlkanalanordnung 56 ist dabei Teil eines Kühlkreislaufs des Kraftfahrzeugs 10, der weitere Komponenten, wie zu
Hierdurch wird vorteilhafterweise die Möglichkeit einer Batterieflutung durch den bestehenden Batterie-Kühlkreislauf bereitgestellt, indem ein Bypass, nämlich der mindestens eine Zuführanschluss 62 zwischen Kühlungselement, d.h. Kühlkanal 58, und Batteriezelle bzw. Batteriemodul 46 hergestellt wird. Zur Kühlung werden in erster Instanz - kurz nach Detektion einer Propagation einer Batteriezelle - das fahrzeuginterne Kühlwasser 20 zum Kühlen/Löschen verwendet. Die Kühlwirkung wird dabei zum einen durch die hohe Wärmekapazität von eindringendem Wasser 20 bereit gestellt und zum anderen durch gezielte Wasserverdunstung (=Verdunstungskühlung). Optional kann eine Feuerwehr nach dem Eintreffen am Fahrzeug 10 auch über einen externen Anschluss 40 (vgl.
Das Kühlsystem, d.h. die Kühlkanalanordnung 56 befindet sich außerhalb des Batterieinneren, d.h. außerhalb der Batterieunterschale, vorliegend als Wanne 50 bezeichnet, und ist über die beschriebene Wärmeleitpaste 48 wärmeleitend mit den Zellmodulen 46 verbunden. Über den Zugang, d.h. den Zuführanschluss 62 kann Kühlwasser 20 aus dem Kühlkreislauf des Fahrzeugs 10 in die Batteriezellen bzw. Module 46 geleitet werden. Im Normalbetrieb wird kein Wasser 20 in die Batteriezellen eingeleitet - dies geschieht im Falle einer registrierten thermischen Propagation durch das Ventil 66, welches einen Bypass zwischen Kühlkreislauf und Batteriezellen herstellt. Das Ventil 66 kann aktiv gesteuert sein oder aber auch passiv über bspw. Schmelzdichtungen, insbesondere aus Kunststoff, oder mechanisch bzw. druckgesteuert, zum Beispiel in Form eines Überdruck-ventils, eines Bimetalls, einer Feder, usw..The cooling system, i.e. the cooling
Vorzugsweise findet der Flutungsprozess lokal und instantan statt. Das heißt sofort nach Detektion einer kritischen lokalen Temperatur wird der entsprechende lokale Bypass, insbesondere das zugehörige Ventil 66 geöffnet. Dies hat den Hintergrund, dass das Volumen an Kühlwasser beschränkt ist und hierdurch zielgerichtet verwendet werden kann. Außerdem ist das Einbringen von Wasser auf intakte Batteriezellen für die Rettung von Insassen nicht förderlich.The flooding process preferably takes place locally and instantaneously. This means that the corresponding local bypass, in particular the associated
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Hochvolt-Sicherheitskonzept bereitgestellt werden, die im Falle eines Unfalls oder Batteriebrands den Insassen zusätzlich Zeit bis zur Rettung verschaffen. Insbesondere lässt sich dies durch eine temporäre Batteriekühlung mit fahrzeuginternen Medien im Falle einer Thermal Propagation der Batterie bereitstellen. Damit lässt sich so wertvolle Zeit gewinnen, bis die Feuerwehr am Batteriebrand eintrifft, bis potentiell eingeklemmte Passagiere von der Feuerwehr freigeschnitten werden können. Dies führt weiterhin auch zu einer erhöhten Sicherheit für Feuerwehr und umstehende Personen sowie umliegende Infrastruktur.Overall, the examples show how the invention provides a high-voltage safety concept that gives the occupants additional time before they can be rescued in the event of an accident or battery fire. In particular, this can be provided by temporary battery cooling with in-vehicle media in the event of thermal propagation of the battery. In this way, valuable time can be gained until the fire brigade arrives at the battery fire, until passengers who are potentially trapped can be cut free by the fire brigade. This also leads to increased safety for the fire brigade and bystanders as well as the surrounding infrastructure.
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