DE102021101215A1 - Method for operating a cooling device, cooling device and battery for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung (12) zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle (14) einer Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kühleinrichtung (12) mindestens einen von einem Kühlmittel (16) durchströmbaren Kühlkanal (18) aufweist, der eine der zumindest einen Batteriezelle (14) zugewandte Kühlseite (26) aufweist, die zumindest zum Teil flexibel ausgebildet ist, wobei die Kühleinrichtung (12) derart gesteuert wird, dass der mindestens eine Kühlkanal (18) in einem bestimmten Betriebsmodus (B) von einem Kühlmittel (16) mit einem vorgebbaren Betriebsdruck (p1) durchströmt wird. Dabei wird die Kühleinrichtung (12) in einem vom bestimmten Betriebsmodus (B) verschiedenen, zeitlich begrenzten Kalibriermodus (K) derart gesteuert, dass der mindestens eine Kühlkanal (18) von dem Kühlmittel (16) mit einem vorgebbaren Kalibrierdruck (p2) durchströmt wird, der größer ist als der Betriebsdruck (p1). The invention relates to a method for operating a cooling device (12) for cooling at least one battery cell (14) of a battery (10) for a motor vehicle, the cooling device (12) having at least one cooling channel (18) through which a coolant (16) can flow, has one of the at least one battery cell (14) facing cooling side (26), which is at least partially flexible, wherein the cooling device (12) is controlled such that the at least one cooling channel (18) in a specific operating mode (B) of a coolant (16) with a definable operating pressure (p1) flows through it. The cooling device (12) is controlled in a time-limited calibration mode (K) that differs from the specific operating mode (B) in such a way that the coolant (16) flows through the at least one cooling channel (18) at a definable calibration pressure (p2), which is greater than the operating pressure (p1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer Einrichtung, insbesondere einer Batteriezelle einer Batterie, für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kühleinrichtung mindestens einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist, der eine der zumindest einen Einrichtung zugewandte Kühlseite aufweist, die zumindest zum Teil flexibel ausgebildet ist. Dabei wird die Kühleinrichtung derart gesteuert, dass der Kühlkanal in einem bestimmten Betriebsmodus von einem Kühlmittel mit einem vorgebbaren Betriebsdruck durchströmt wird. Zur Erfindung gehören auch eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle und eine Batterie mit einer solchen Kühleinrichtung.The invention relates to a method for operating a cooling device for cooling at least one device, in particular a battery cell of a battery, for a motor vehicle, wherein the cooling device has at least one cooling channel through which a coolant can flow, which has a cooling side facing the at least one device, which has at least Part is flexible. The cooling device is controlled in such a way that, in a specific operating mode, a coolant with a definable operating pressure flows through the cooling channel. The invention also includes a cooling device for cooling at least one battery cell and a battery with such a cooling device.
Batterien, insbesondere Hochvolt-Batterien, für Elektro- oder Hybridfahrzeuge werden üblicherweise gekühlt. Dabei kommen oftmals Kühlplatten zum Einsatz, auf denen die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule angeordnet werden. Um den Wärmeübertrag von den Batteriezellen zur Kühlplatte zu optimieren, sollte sich zwischen den Batteriezellen und der Kühlplatte möglichst keine Luft befinden und die Kühlung idealerweise direkt an den Batteriezellen zur Anlage kommen. Dies ist jedoch bedingt durch Toleranzen in der Bauteillage und/oder den Bauteilen selber oftmals nicht möglich. Resultierende Spalte zwischen der Kühlplatte und den Batteriezellen werden daher oftmals mit einer Wärmeleitmasse, auch Gapfiller genannt, gefüllt, um den Wärmeübertrag zu verbessern. Ein solcher Gapfiller hat zwar eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft, nichtsdestoweniger ist dessen Wärmeleitfähigkeit dennoch deutlich geringer als zum Beispiel die von typischen Metallen. Entsprechend besteht das Bestreben, die mit einem solchen Gapfiller zu füllenden Spalte zwischen einer Kühlplatte und Batteriezellen möglichst gering zu halten. Dadurch ließen sich auch zusätzlich Kosten und Gewicht einsparen.Batteries, in particular high-voltage batteries, for electric or hybrid vehicles are usually cooled. Cooling plates are often used, on which the battery cells or battery modules are arranged. In order to optimize the heat transfer from the battery cells to the cooling plate, there should be as little air as possible between the battery cells and the cooling plate and the cooling should ideally be applied directly to the battery cells. However, due to tolerances in the component position and/or the components themselves, this is often not possible. The resulting gaps between the cooling plate and the battery cells are therefore often filled with a heat-conducting compound, also known as a gap filler, in order to improve heat transfer. Although such a gap filler has a higher thermal conductivity than air, its thermal conductivity is nevertheless significantly lower than, for example, that of typical metals. Accordingly, there is an effort to keep the gaps between a cooling plate and battery cells to be filled with such a gap filler as small as possible. This also resulted in additional cost and weight savings.
Um eine Kühlplatte besser an einem zu kühlenden Bauteil zur Anlage bringen zu können, sind aus dem Stand der Technik auch Kühleinrichtungen bekannt, die flexible Kühlseiten bereitstellen können, die durch einen entsprechenden Kühlmitteldruck aufgeblasen beziehungsweise aufgebläht werden können. Beispielsweise beschreibt die
Nichtsdestoweniger bleibt das Bestreben, die Kühleffizienz einer Kühleinrichtung für eine Kraftfahrzeugbatterie weiter zu steigern, bestehen.Nevertheless, there is still a desire to further increase the cooling efficiency of a cooling device for a motor vehicle battery.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Kühleinrichtung und eine Batterie bereitzustellen, die eine möglichst effiziente Kühlung zumindest einer Einrichtung, insbesondere einer Batteriezelle einer Batterie, für ein Kraftfahrzeug auf möglichst einfache und kostengünstige Weise erlauben.It is therefore an object of the present invention to provide a method, a cooling device and a battery that allow at least one device, in particular a battery cell of a battery, for a motor vehicle to be cooled as efficiently as possible in the simplest and most cost-effective manner possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Kühleinrichtung und eine Batterie 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 method, a cooling device and a battery 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.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer Einrichtung, insbesondere einer Batteriezelle einer Batterie, für ein Kraftfahrzeug weist die Kühleinrichtung mindestens einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal auf, der eine der zumindest einen Einrichtung zugewandte Kühlseite aufweist, die zumindest zum Teil flexibel ausgebildet ist. Dabei wird die Kühleinrichtung derart gesteuert, dass der mindestens eine Kühlkanal in einem bestimmten Betriebsmodus von einem Kühlmittel mit einem vorgebbaren Betriebsdruck durchströmt wird. Des Weiteren wird die Kühleinrichtung in einem vom bestimmten Betriebsmodus verschiedenen, zeitlich begrenzten Kalibriermodus derart gesteuert, dass der mindestens eine Kühlkanal von dem Kühlmittel mit einem vorgebbaren Kalibrierdruck durchströmt wird, der größer ist als der Betriebsdruck.In a method according to the invention for operating a cooling device for cooling at least one device, in particular a battery cell of a battery, for a motor vehicle, the cooling device has at least one cooling channel through which a coolant can flow, which has a cooling side facing the at least one device, which is at least partially flexible is trained. In this case, the cooling device is controlled in such a way that the at least one cooling channel is flowed through by a coolant with a definable operating pressure in a specific operating mode. Furthermore, the cooling device is controlled in a time-limited calibration mode that differs from the specific operating mode in such a way that the coolant flows through the at least one cooling channel at a definable calibration pressure that is greater than the operating pressure.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass gerade dann, wenn für die Kühlseite ein Material verwendet wird, das zwar flexibel, jedoch nur wenig oder nicht elastisch ist, es im Laufe der Zeit dazu kommen kann, dass die Kühlseite, welche ursprünglich, zum Beispiel in einem bestimmten Anlagebereich der Kühlseite, mit einer Seite der Batteriezelle zur Anlage gebracht war, nicht mehr vollständig zur Anlage kommt. Zudem sind Kühlseiten, die zumindest teilweise flexibel ausgebildet sein sollen, üblicherweise sehr dünnwandig ausgestaltet, sodass beispielsweise bereits ein Abschalten der Kühlfunktion und eine damit einhergehende Druckverringerung des Betriebsdrucks ausreichend sein kann, um die Oberflächengeometrie der Kühlseite zu verändern, wodurch diese dann ebenfalls nicht mehr vollständig wie vorgesehen mit der Batteriezelle zur Anlage kommt. Auch bei der initialen Kalibrierung der Kühleinrichtung zum Beispiel bei der Produktion der Batterie kann es sein, dass der normale Betriebsdruck nicht ausreichend ist, um die Kühlseite optimal an der mindestens einen Batteriezelle zur Anlage zu bringen. Eine Erhöhung des Betriebsdrucks hätte jedoch enorme energetische Nachteile eines hohen Pumpendrucks zur Folge, würde teilweise auch eine aufwendigere Ausbildung der Kühlmittelpumpe erfordern und eine insgesamt gegenüber einem erhöhten Druck robustere Auslegung des gesamten Kühlmittelkreislaufs. Durch den zeitlich begrenzten Kalibriermodus dagegen lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, den Kühlmitteldruck auf den vorgebbaren Kalibrierdruck temporär zu erhöhen, um die Kühlseite mit der mindestens einen Batteriezelle zur Anlage zu bringen und dabei eventuell vorhandene Deformationen der Kühlseite auszugleichen beziehungsweise auszubügeln. Vorstellen kann man sich dies zum Beispiel ähnlich wie das abrupte Aufblasen einer zerknautschten oder eingedellten, metallischen Getränkedose. Nach diesem Aufblasen kann der Druck wieder auf den normalen Betriebsdruck reduziert werden, während jedoch die Kühlseite zumindest im Wesentlichen ihre geometrische Form, die sie durch das Aufblähen erreicht hat, zumindest eine gewisse Zeit beibehält. Durch das temporäre, beispielsweise auch zyklisch durchführbare, Überhöhen des Kühlmitteldrucks, wie dies durch den Kalibriermodus bereitgestellt wird, ist es also vorteilhafterweise möglich, sowohl in der Produktion als auch im Kundendienstfall oder auch während des Fahrbetriebs eine thermische Kalibrierung der Kühleinrichtung durchzuführen. Da der Kalibriermodus dabei zeitlich begrenzt ist, werden vorteilhafterweise auch energetische Nachteile eines grundsätzlich höheren Pumpendrucks vermieden. Auch ist keine entsprechend aufwendige Ausbildung des gesamten Kühlmittelkreislaufs erforderlich, wie dies der Fall wäre, wenn der Kühlmittelkreislauf insgesamt permanent einem so hohen Kühlmitteldruck standhalten müsste. Eine solche Kalibrierung oder Neukalibrierung kann dabei zudem in sehr großen Zeitintervallen durchgeführt werden, zum Beispiel ein- oder zweimal im Jahr, was also sehr selten ist und daher das Kühlmittelsystem mechanisch nicht sonderlich beansprucht. Nichtsdestoweniger ist dies bereits ausreichend, um die Effizienz der thermischen Anbindung der Kühleinrichtung an die mindestens eine Batteriezelle zu optimieren. Durch das Aufblasen des zumindest einen Kühlkanals mit dem vorgebbaren Kalibrierdruck ist es auch möglich, dass bei der Produktion weniger oder gar kein Gapfiller verwendet werden muss, da hierdurch die Spaltbreite zwischen dem mindestens einen Kühlkanal und der mindestens einen Batteriezelle zusätzlich reduziert werden kann. Hierdurch kann zudem auch grundsätzlich eine bessere Kühlung erzielt werden.The invention is based on the finding that precisely when a material is used for the cooling side that is flexible but only slightly or not elastic, it can happen over time that the cooling side, which originally, for Example in a specific plant area of the cooling side, with one side of the Bat tery cell was brought to the plant, no longer comes completely to the plant. In addition, cooling sides, which should be at least partially flexible, are usually very thin-walled, so that, for example, switching off the cooling function and an associated reduction in the operating pressure can be sufficient to change the surface geometry of the cooling side, which means that it is no longer complete comes into contact with the battery cell as intended. Even during the initial calibration of the cooling device, for example during production of the battery, it may be that the normal operating pressure is not sufficient to optimally bring the cooling side into contact with the at least one battery cell. However, an increase in the operating pressure would result in enormous energetic disadvantages of a high pump pressure, would also require a more complex design of the coolant pump in some cases and an overall more robust design of the entire coolant circuit in relation to an increased pressure. The time-limited calibration mode, on the other hand, can advantageously be used to temporarily increase the coolant pressure to the predeterminable calibration pressure in order to bring the cooling side into contact with the at least one battery cell and thereby compensate or iron out any deformations of the cooling side. You can imagine this, for example, similar to the abrupt inflation of a crumpled or dented metallic beverage can. After this inflation, the pressure can be reduced again to the normal operating pressure, while the cooling side, however, at least essentially retains its geometric shape, which it has achieved through inflation, at least for a certain time. By temporarily increasing the coolant pressure, which can also be carried out cyclically, as provided by the calibration mode, it is advantageously possible to carry out a thermal calibration of the cooling device both in production and in customer service or even while driving. Since the calibration mode is limited in time, energy disadvantages of a fundamentally higher pump pressure are advantageously avoided. A correspondingly complex design of the entire coolant circuit is also not required, as would be the case if the coolant circuit as a whole had to permanently withstand such a high coolant pressure. Such a calibration or recalibration can also be carried out at very long time intervals, for example once or twice a year, which is therefore very rare and therefore does not particularly stress the coolant system mechanically. Nevertheless, this is already sufficient to optimize the efficiency of the thermal connection of the cooling device to the at least one battery cell. By inflating the at least one cooling channel with the definable calibration pressure, it is also possible that fewer or no gap fillers have to be used during production, since the gap width between the at least one cooling channel and the at least one battery cell can be additionally reduced as a result. In this way, better cooling can also be achieved in principle.
Wenngleich das beschriebene Verfahren und die nachfolgend noch näher erläuterte Kühleinrichtung besonders vorteilhaft zur Kühlung einer oder mehrerer Batteriezellen einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, eines Kraftfahrzeugs sind, so kann einerseits durch die Erfindung und ihre Ausführungsformen nicht nur eine Kühlfunktion sondern zusätzlich oder alternativ analog auch eine Heizfunktion bereitgestellt werden und andererseits kann die mindestens eine Einrichtung auch eine von einer Batterie und/oder einer Batteriezelle verschiedene Einrichtung, insbesondere elektrische oder elektronische Einrichtung, darstellen. Folglich kann es sich bei dem zu kühlenden oder auch zu beheizenden Bauteil auch um ein anderes als eine Batteriezelle handeln, bspw. eine Leistungselektronik oder ein Steuergerät oder Steuergeräte. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind also nichtsdestoweniger auch zur Temperierung anderer Einrichtungen, insbesondere auch außerhalb des Kraftfahrzeugsektors geeignet. Wenngleich sich somit die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele hauptsächlich auf die Kühlung mindestens einer Batteriezelle beziehen, so sind die beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen ohne Einschränkung auch für andere Einrichtungen als Batteriezellen analog verwendbar.Although the method described and the cooling device explained in more detail below are particularly advantageous for cooling one or more battery cells of a battery, in particular a high-voltage battery, of a motor vehicle, the invention and its embodiments can not only provide a cooling function but also a heating function in addition or as an alternative and on the other hand, the at least one device can also represent a device that is different from a battery and/or a battery cell, in particular an electrical or electronic device. Consequently, the component to be cooled or also to be heated can also be something other than a battery cell, for example power electronics or a control unit or control units. The invention and its embodiments are therefore also suitable for temperature control of other devices, in particular outside of the motor vehicle sector. Although the embodiments and examples described in more detail below relate mainly to the cooling of at least one battery cell, the examples and embodiments described can also be used analogously without restriction for devices other than battery cells.
Die mindestens eine Einrichtung ist, wie erwähnt, vorzugsweise als Batteriezelle einer Batterie ausgebildet. Die Batteriezelle der Batterie kann dabei zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Weiterhin ist die Batterie des Kraftfahrzeugs vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet und umfasst mehrere Batteriezellen. Insbesondere kann die Batterie dabei mehrere Batteriemodule umfassen, die wiederum mehrere Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen können dabei zum Beispiel als prismatische Batteriezellen, Rundzellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Weiterhin kann die Kühleinrichtung zum Beispiel mit einer Kühlplatte oder einem Kühlboden ausgebildet sein, der den mindestens einen Kühlkanal aufweist. Eine solche Kühlplatte kann entsprechend auch mehrere Kühlkanäle umfassen. Zum Beispiel kann eine solche Kühlplatte als Rollbond-Kühlplatte ausgebildet sein, die zwei mittels eines Rollbond-Verfahrens zusammengefügte dünne Bleche umfasst, zwischen denen die Kühlkanäle ausgebildet sind. Durch entsprechende Ausbildung dieser Bleche ist die flexible Ausbildung des zumindest einen Teils der Kühlseite bereitgestellt. Der Kalibrierdruck kann dabei so bemessen sein, dass dieser die plastische Materialgrenze der Kühlseite übersteigt. Die Kühleinrichtung muss aber nicht notwendigerweise eine Kühlplatte aufweisen, sondern kann zum Beispiel auch als Kühlkissen oder ähnliches ausgebildet sein. Der mindestens eine Kühlkanal kann weiterhin an einer Unterseite der mindestens einen Batteriezelle bezogen auf eine bestimmungsgemäße Einbaulage der Batterie im Kraftfahrzeug angeordnet sein oder auch zwischen zwei Batteriezellen oder Batteriemodulen. Dazu kann der mindestens eine Kühlkanal horizontal oder auch vertikal verlaufen. Grundsätzlich sind dabei den Ausbildungsmöglichkeiten des mindestens einen Kühlkanals beziehungsweise der Kühleinrichtung im Allgemeinen keine Grenzen gesetzt.As mentioned, the at least one device is preferably designed as a battery cell of a battery. The battery cell of the battery can be designed as a lithium-ion cell, for example. Furthermore, the battery of the motor vehicle is preferably designed as a high-voltage battery and includes a number of battery cells. In particular, the battery can include multiple battery modules, which in turn have multiple battery cells. The battery cells can be designed as prismatic battery cells, round cells or pouch cells, for example. Furthermore, the cooling device can be designed, for example, with a cooling plate or a cooling floor, which has the at least one cooling channel. Such a cooling plate can accordingly also comprise a number of cooling channels. For example, such a cooling plate can be designed as a roll-bond cooling plate, which comprises two thin metal sheets joined together by means of a roll-bonding process, between which the cooling channels are formed. The flexible design of at least part of the cooling side is provided by appropriate design of these metal sheets puts. The calibration pressure can be measured in such a way that it exceeds the plastic material limit of the cooling side. However, the cooling device does not necessarily have to have a cooling plate, but can, for example, also be designed as a cooling pad or the like. The at least one cooling channel can also be arranged on an underside of the at least one battery cell in relation to an intended installation position of the battery in the motor vehicle or between two battery cells or battery modules. For this purpose, the at least one cooling channel can run horizontally or also vertically. In principle, there are generally no limits to the design options for the at least one cooling channel or the cooling device.
Weiterhin stellt der bestimmte Betriebsmodus einen normalen Kühlmodus zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle der Batterie dar, so wie dieser zum Beispiel beim Laden der Batterie oder während der Fahrt des Kraftfahrzeugs aktiviert ist. Der Kalibriermodus dagegen kommt, wie oben bereits beschrieben, nur sehr selten, im Abstand von mehreren Wochen, Monaten oder sogar Jahren zum Einsatz.Furthermore, the specific operating mode represents a normal cooling mode for cooling the at least one battery cell of the battery, such as is activated, for example, when the battery is being charged or while the motor vehicle is being driven. The calibration mode, on the other hand, as already described above, is only used very rarely, at intervals of several weeks, months or even years.
Das Kühlmittel kann im Allgemeinen ein flüssiges und/oder gasförmiges Kühlmittel darstellen. Vorzugsweise umfasst das Kühlmittel Wasser, insbesondere zum Großteil. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung der Kühleinrichtung.The coolant can generally be a liquid and/or gaseous coolant. The coolant preferably comprises water, in particular for the most part. This enables a particularly simple and cost-effective design of the cooling device.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Kühlkanal im Kalibriermodus derart von dem Kühlmittel mit dem vorgebbaren Kalibrierdruck durchströmt, dass für den Fall, dass die Kühlseite in einem bestimmten Anlagebereich der Kühlseite nicht an der mindestens einen Einrichtung, insbesondere der Batteriezelle, anliegt, durch den Kalibrierdruck zur Anlage an der mindestens einen Einrichtung, insbesondere der Batteriezelle, im Anlagebereich gebracht wird, insbesondere wobei im Betriebsmodus der Kühlkanal von dem Kühlmittel mit einem Betriebsdruck von weniger als 1,5 bar durchströmt wird, und im Kalibriermodus mit einem Kalibrierdruck im Bereich zwischen einschließlich 2,0 bar und 4,0 bar, vorzugsweise zwischen 2,5 bar und 3,5 bar. Der Kalibrierdruck liegt damit zirka ein bis drei bar über dem normalen Betriebsdruck allerdings geringer als der Prüfdruck der Kühlplatte bzw. des Kühlsystems. Dies hat den großen Vorteil, dass sich solche Kalibrierdrücke besonders gut dazu eignen, um eine sehr dünnwandige Kühlseite aufzupumpen beziehungsweise aufzublasen, ohne diese zu beschädigen. Durch den Kalibrierdruck ist es also vorteilhafterweise möglich, dass ein bestimmter Anlagebereich, der idealerweise an der Batteriezelle zur Anlage kommen sollte, auch zur Anlage gebracht wird, sollte dieser dies nicht tun oder nicht mehr tun. So lässt sich auf einfache Weise die Kühlleistung optimieren.In a further very advantageous embodiment of the invention, the at least one cooling channel in the calibration mode is flowed through by the coolant at the predeterminable calibration pressure such that in the event that the cooling side is not in contact with the at least one device, in particular the battery cell, in a specific contact area of the cooling side is applied, is brought into contact with the at least one device, in particular the battery cell, in the contact area by the calibration pressure, in particular with the coolant flowing through the cooling channel at an operating pressure of less than 1.5 bar in the operating mode, and with a calibration pressure in the calibration mode in the range between 2.0 bar and 4.0 bar inclusive, preferably between 2.5 bar and 3.5 bar. The calibration pressure is therefore about one to three bar above the normal operating pressure, but lower than the test pressure of the cooling plate or the cooling system. This has the great advantage that such calibration pressures are particularly well suited to inflating or inflating a very thin-walled cooling side without damaging it. The calibration pressure therefore advantageously makes it possible for a specific contact area, which should ideally come into contact with the battery cell, to also be brought into contact if it does not or no longer does so. This is a simple way of optimizing the cooling performance.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Kalibriermodus für eine vorgegebene begrenzte Zeitdauer ausgeführt, die kleiner ist als zehn Minuten, insbesondere kleiner als fünf Minuten. Insbesondere ist bereits ein relativ kurzer Druckpuls ausreichend, um ein effizientes Aufblasen bzw. Aufpumpen des mindestens einen Kühlkanals zu ermöglichen. Ein solcher Druckpuls kann auch nur im Sekundenbereich oder niedrigen einstelligen Minutenbereich liegen. Vorzugsweise ist die vorgegebene Zeitdauer noch deutlich kürzer als fünf Minuten bemessen, zum Beispiel kann die Zeitdauer auch zwischen einschließlich fünf Sekunden und 120 Sekunden liegen, oder auch nur zwischen einschließlich fünf Sekunden und 60 Sekunden liegen. Eine derart kurze Ausführung des Kalibriermodus ist besonders energieeffizient und bauteilschonend.In a further advantageous refinement of the invention, the calibration mode is carried out for a predefined, limited period of time which is less than ten minutes, in particular less than five minutes. In particular, a relatively short pressure pulse is already sufficient to enable efficient inflation or pumping of the at least one cooling channel. Such a pressure pulse can also only be in the range of seconds or in the low single-digit range of minutes. Preferably, the predetermined period of time is measured to be significantly shorter than five minutes, for example the period of time can also be between five seconds and 120 seconds inclusive, or only between five seconds and 60 seconds inclusive. Such a short execution of the calibration mode is particularly energy-efficient and gentle on components.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine thermische Kalibrierung gemäß dem Kalibriermodus während einer Produktion der mindestens einen Einrichtung, insbesondere der Batterie, und/oder bei einem Kundendienst oder im Fahrzeugbetrieb des Kraftfahrzeugs, in welchem die Kühleinrichtung Anwendung findet, durchgeführt. Während der Produktion der Batterie kann eine solche thermische Kalibrierung genutzt werden, um initial die Spaltbreite zwischen einer den mindestens einen Kühlkanal bereitstellenden Kühlplatte und der mindestens einen Batteriezelle zu minimieren, sodass entweder gar keine Wärmeleitmasse oder nur sehr wenig Wärmeleitmasse zur Füllung eines solchen Spalts verwendet wird. Der thermische Widerstand zwischen der mindestens einen Batteriezelle und dem mindestens einen Kühlkanal kann dadurch minimiert werden. Zudem können durch die Einsparung der Wärmeleitmasse weiterhin Kosten und Gewicht eingespart werden. Sollte sich die Kühlseite im Laufe der Zeit deformieren und dadurch zum Beispiel im bestimmten Anlagebereich nicht mehr vollständig bestimmungsgemäß mit der Batteriezelle zur Anlage kommen, so kann dies durch eine Neukalibrierung, zum Beispiel im Kundendienstfall, oder auch während des normalen Fahrbetriebs, erfolgen. Im Kundendienstfall oder Reparaturfall besteht zudem die Möglichkeit, zum Beispiel ein Batteriemodul auszutauschen gegen ein neues Batteriemodul und anschließend durch Ausführung des Kalibriermodus den mindestens einen Kühlkanal beziehungsweise dessen Kühlseite optimal an die Geometrie dieses neuen Batteriemoduls anzupassen. Dies erlaubt es also vorteilhafterweise, den Luftspalt zwischen den Zellen und dem zumindest einen Kühlkanal neu zu kalibrieren. Somit muss bei einem Reparaturfall nicht immer auch die Kühlplatte mit getauscht werden. Die Kühlplatte kann durch den Kalibriermodus einfach mit dem neuen Modul kontaktiert und thermisch kalibriert werden. Denkbar ist es auch, dass der Kalibriermodus zum Beispiel in Abhängigkeit vorbestimmter Ereignisse oder in festgelegten Zeitintervallen auch im normalen Fahrzeugbetrieb durchgeführt wird. Ein vorbestimmtes Ereignis kann zum Beispiel eine längere Standzeit des Fahrzeugs, insbesondere bei sehr tiefen Außentemperaturen, sein. Auch ein Aufsetzen und Setzeffekte durch Biegung oder Torsion innerhalb der Batterie können dazu führen, dass der oben genannte bestimmte Anlagebereich der Kühlseite nicht mehr bestimmungsgemäß an der mindestens einen Batteriezelle anliegt. Auch dies kann durch eine wiederholte, zum Beispiel regelmäßige Durchführung des Kalibriermodus im Fahrzeugbetrieb behoben werden. Damit sind also vorteilhafterweise vielzählige Anwendungsmöglichkeiten bereitgestellt, um den Kalibriermodus vorteilhaft zu nutzen und damit die Effizienz der Kühleinrichtung zu maximieren.In a further very advantageous embodiment of the invention, thermal calibration is carried out according to the calibration mode during production of the at least one device, in particular the battery, and/or during customer service or during operation of the motor vehicle in which the cooling device is used. During the production of the battery, such a thermal calibration can be used to initially minimize the gap width between a cooling plate providing the at least one cooling channel and the at least one battery cell, so that either no thermal compound at all or only very little thermal compound is used to fill such a gap . The thermal resistance between the at least one battery cell and the at least one cooling channel can be minimized as a result. In addition, costs and weight can be further saved by saving the heat-conducting compound. If the cooling side deforms over time and, for example, no longer comes into contact with the battery cell as intended in a certain area, this can be done by recalibrating, for example in the event of customer service, or during normal driving. In the case of customer service or repairs, there is also the possibility, for example, of exchanging a battery module for a new battery module and then optimally adapting the at least one cooling channel or its cooling side to the geometry of this new battery module by executing the calibration mode. This advantageously allows the air gap between the cells and the at least one cooling channel to be recalibrated. This means that the cooling plate does not always have to be replaced in the event of a repair. The cooling plate can be easily contacted with the new module and thermally calibrated using the calibration mode. It is also conceivable that the calibration mode is also carried out during normal vehicle operation, for example as a function of predetermined events or at fixed time intervals. A predetermined event can be, for example, a longer standstill time of the vehicle, in particular when the outside temperatures are very low. Touching down and settling effects due to bending or torsion within the battery can also result in the above-mentioned specific contact area of the cooling side no longer being in proper contact with the at least one battery cell. This can also be remedied by repeated, for example regular, execution of the calibration mode during vehicle operation. This means that numerous application options are advantageously provided in order to use the calibration mode advantageously and thus maximize the efficiency of the cooling device.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Kühleinrichtung zur Ausführung des Kalibriermodus mit einer kraftfahrzeugexternen Druckbeaufschlagungseinrichtung gekoppelt, die während des Kalibriermodus den Kalibrierdruck erzeugt, und/oder die Kühleinrichtung erzeugt während des Kalibriermodus den Kalibrierdruck.In a further advantageous embodiment of the invention, the cooling device for executing the calibration mode is coupled to a vehicle-external pressurization device that generates the calibration pressure during the calibration mode, and/or the cooling device generates the calibration pressure during the calibration mode.
Mit anderen Worten muss die Kühleinrichtung nicht selbst dazu ausgebildet sein, den erhöhten Kalibrierdruck bereitzustellen, sondern dies kann optional auch durch Anschließen einer fahrzeugexternen Pumpe oder einer anderen fahrzeugexternen Druckbeaufschlagungseinrichtung erfolgen. Diese Variante eignet sich besonders vorteilhaft für die Durchführung des Kalibriermodus während der Produktion oder im Kundendienstfall. Dies erfordert somit auch keine besondere Ausbildung der Pumpe des Kühlmittelkreislaufs des Kraftfahrzeugs. Es kann in diesem Fall also beispielsweise an einer externen Anschlusseinrichtung zum Koppeln mit der Kühleinrichtung, insbesondere mit dem Kühlmittelkreislauf der Kühleinrichtung, insbesondere mit dem Kühlmittelkreislauf der Kühleinrichtung, die externe Druckbeaufschlagungseinrichtung angeschlossen werden und durch diese ein erhöhter Kühlmitteldruck zur Durchführung des Kalibriermodus erzeugt werden. Nachdem der Kalibriermodus beendet wurde, kann die externe Druckbeaufschlagungseinrichtung wiederum von der Kühleinrichtung entkoppelt werden. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Kühleinrichtung selbst dazu ausgelegt ist, zum Beispiel durch eine Kühlmittelpumpe des Kraftfahrzeugs, einen erhöhten Kalibrierdruck zu erzeugen. Dies hat den großen Vorteil, dass dann der Kalibriermodus jederzeit, zum Beispiel auch während des normalen Fahrbetriebs, durchgeführt werden kann und das Kraftfahrzeug sich hierfür nicht notwendigerweise in eine Werkstatt oder zum Kundendienst begeben muss.In other words, the cooling device itself does not have to be designed to provide the increased calibration pressure, but this can optionally also be done by connecting a vehicle-external pump or another vehicle-external pressurization device. This variant is particularly advantageous for carrying out the calibration mode during production or in the event of customer service. This therefore also requires no special training of the pump of the coolant circuit of the motor vehicle. In this case, for example, the external pressurization device can be connected to an external connection device for coupling to the cooling device, in particular to the coolant circuit of the cooling device, in particular to the coolant circuit of the cooling device, and this can generate an increased coolant pressure for carrying out the calibration mode. After the calibration mode has ended, the external pressurization device can again be decoupled from the cooling device. Alternatively, however, it is also conceivable that the cooling device itself is designed to generate an increased calibration pressure, for example using a coolant pump of the motor vehicle. This has the great advantage that the calibration mode can then be carried out at any time, for example even during normal driving operation, and the motor vehicle does not necessarily have to go to a workshop or customer service for this.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Kalibriermodus ein Lecktest durchgeführt, gemäß welchem überprüft wird, ob sich ein Leck im Kühlkanal befindet. Hierdurch lassen sich vor allem Mikroleckagen detektieren, die unter normalen Betriebsbedingungen gar nicht feststellbar wären, aber auch größere Lecke. Lecke im Kühlsystem können im Allgemeinen auch dadurch detektiert werden, indem der Kühlwasserstand überwacht wird, und falls dieser sinkt, weist dies auf ein Leck hin. Bei Mikroleckagen sinkt der Kühlwasserstand dabei jedoch so geringfügig, dass dies in der Regel nicht feststellbar ist. Die Durchführung eines Lecktests während des Kalibriermodus hat dabei gleichzeitig mehrere Vorteile: Zum einen kann durch den überhöhten Druck, nämlich den Kalibrierdruck, Kühlmittel auch aus sehr kleinen Mikrorissen im Kühlsystem hinausgedrückt werden, was unter Umständen dann dennoch durch ein Sinken des Kühlwasserstands registriert werden könnte. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, solche Mikrorisse anhand des beim Ausdringen von Kühlmittel entstehenden reduzierten Kühlmitteldrucks zu detektieren. So können auch Mikrorisse im Kühlsystem frühzeitig erkannt und behoben werden und/oder auch temporär andere Maßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Kühlwasserreservoir bei zu starkem Absinken des Pegels durch eine andere im Kraftfahrzeug vorhandene Flüssigkeit, insbesondere ebenfalls zum Großteil Wasser, aus einem anderen Reservoir aufgefüllt bzw. nachgefüllt wird. Dies kann zum Beispiel 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 Kühlmittel verwendet werden. So kann vorteilhafterweise auch im Falle eines Lecks eine temporäre Notkühlung bereitgestellt werden, zum Beispiel bis das Fahrzeug die nächstgelegene Werkstatt erreicht hat.In a further advantageous embodiment of the invention, a leak test is carried out in the calibration mode, according to which it is checked whether there is a leak in the cooling channel. This makes it possible to detect micro-leaks in particular, which would not be detectable under normal operating conditions, but also larger leaks. Leaks in the cooling system can also generally be detected by monitoring the cooling water level and if this drops this indicates a leak. In the event of micro-leakage, however, the cooling water level drops so slightly that this is usually not detectable. Carrying out a leak test during the calibration mode has several advantages at the same time: On the one hand, the excessive pressure, namely the calibration pressure, can force coolant out of very small microcracks in the cooling system, which could then still be registered by a drop in the cooling water level. Alternatively, there is also the possibility of detecting such microcracks based on the reduced coolant pressure that occurs when coolant leaks out. In this way, microcracks in the cooling system can also be detected and repaired at an early stage and/or other measures can also be taken temporarily. For example, it can be provided that the cooling water reservoir is filled or topped up with another liquid present in the motor vehicle, in particular also mostly water, from another reservoir if the level drops too much. This can be, for example, 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 container for the fuel cell. Water that has been separated into such a water collecting tank can also be used as a coolant. In this way, temporary emergency cooling can advantageously also be provided in the event of a leak, for example until the vehicle has reached the nearest workshop.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Kühlen zumindest einer Batteriezelle einer Batterie des Kraftfahrzeugs, wobei die Kühleinrichtung mindestens einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist, der eine Kühlseite zum Kühlen der zumindest einen Batteriezelle aufweist, wobei die Kühlseite zumindest zum Teil flexibel ausgebildet ist, und wobei die Kühleinrichtung derart eingerichtet ist, dass der mindestens eine Kühlkanal in einem bestimmten Betriebsmodus von einem Kühlmittel mit einem vorgebbaren Betriebsdruck durchströmt wird. Dabei ist die Kühleinrichtung derart eingerichtet, dass der mindestens eine Kühlkanal in einem vom bestimmten Betriebsmodus verschiedenen, zeitlich begrenzten Kalibriermodus von dem Kühlmittel mit einem vorgebbaren Kalibrierdruck durchströmbar ist, der größer ist als der Betriebsdruck.Furthermore, the invention also relates to a cooling device for a motor vehicle for cooling at least one battery cell of a battery of the motor vehicle, wherein the cooling device has at least one cell through which a coolant can flow Has a cooling channel, which has a cooling side for cooling the at least one battery cell, wherein the cooling side is at least partially flexible, and wherein the cooling device is set up in such a way that the at least one cooling channel is flowed through by a coolant with a specifiable operating pressure in a specific operating mode . The cooling device is set up in such a way that the coolant can flow through the at least one cooling channel at a definable calibration pressure that is greater than the operating pressure in a time-limited calibration mode that differs from the specific operating mode.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Kalibriereinrichtung.The advantages mentioned for the method according to the invention and its configurations apply in the same way to the calibration device according to the invention.
Auch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung und ihre Ausführungsformen wird zwar vorzugweise zur Kühlung zumindest einer Batteriezelle einer Batterie verwendet, ist nichtsdestoweniger aber auch zum Kühlen oder Beheizen einer anderen Einrichtung geeignet und verwendbar, wie oben bereits beschreiben.Although the cooling device according to the invention and its embodiments are preferably used for cooling at least one battery cell of a battery, it is nevertheless also suitable and usable for cooling or heating another device, as already described above.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben. Umgekehrt ermöglichen auch die im Folgenden noch näher erläuterten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondierende Verfahrensschritte.The invention also includes developments of the cooling device according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the cooling device according to the invention are not described again here. Conversely, the further developments of the cooling device according to the invention, explained in more detail below, also enable the further development of the method according to the invention through further corresponding method steps.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist die Kühlseite aus einem Metall oder einer Legierung gebildet. Grundsätzlich kann die Kühlseite auch aus einem Kunststoff oder Kunststoffverbund gebildet sein. Ein Metall oder eine Legierung hat jedoch den großen Vorteil, dass hierdurch eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit der Kühlseite bereitgestellt werden kann. Wenngleich die Kühlseite eine Dicke aufweist, die, wie nachfolgend näher erläutert, deutlich geringer als ein Millimeter ist, so würde durch die Verwendung einer Kunststofffolie mit einer solchen Dicke als Kühlseite bereits ein deutlich erhöhter thermischer Widerstand im Vergleich zu einer Kühlseite aus einem Metall oder einer Legierung bereitgestellt werden. Entsprechend lässt sich durch eine Kühlseite aus einem Metall oder einer Legierung eine deutlich höhere Effizienz der Wärmeabfuhr bereitstellen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kühlseite derart ausgebildet ist, dass sie bei einem Wechsel vom Kalibriermodus in den bestimmten Betriebsmodus ihre geometrische Form, zumindest im Wesentlichen, und zumindest für eine bestimmte Zeitdauer beibehält. Mit anderen Worten wird die Kühlseite beim Wechsel vom Betriebsmodus in den Kalibriermodus aufgebläht, während die Kühlseite auch beim Wechsel vom Kalibriermodus in den Betriebsmodus aufgebläht bleibt, das heißt beim Wechsel vom Kalibriermodus in den Betriebsmodus wird das Volumen des mindestens einen Kühlkanals zumindest nicht merklich reduziert. Dies lässt sich zudem auf besonders einfache Weise durch eine metallisch ausgebildete Kühlseite realisieren, da eine Kühlseite aus Metall oder einer Legierung eine hohe Formstabilität auch bei sehr dünnwandiger Ausbildung und geringem Betriebsdruck aufweisen kann.In an advantageous embodiment of the cooling device according to the invention, the cooling side is made of a metal or an alloy. In principle, the cooling side can also be formed from a plastic or plastic composite. However, a metal or an alloy has the great advantage that a significantly higher thermal conductivity of the cooling side can be provided as a result. Although the cooling side has a thickness that, as explained in more detail below, is significantly less than one millimeter, the use of a plastic film with such a thickness as the cooling side would already result in a significantly increased thermal resistance compared to a cooling side made of metal or a Alloy are provided. Accordingly, a significantly higher efficiency of heat dissipation can be provided by a cooling side made of a metal or an alloy. Furthermore, it is preferred that the cooling side is designed in such a way that when changing from the calibration mode to the specific operating mode, it retains its geometric shape, at least essentially, and at least for a specific period of time. In other words, the cooling side is inflated when changing from operating mode to calibration mode, while the cooling side remains inflated when changing from calibration mode to operating mode, i.e. when changing from calibration mode to operating mode, the volume of the at least one cooling channel is at least not noticeably reduced. This can also be implemented in a particularly simple manner by means of a metal cooling side, since a cooling side made of metal or an alloy can have high dimensional stability even with a very thin-walled design and low operating pressure.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlseite eine Wandstärke im Bereich zwischen einschließlich 0,2 Millimetern und 0,5 Millimetern auf. Eine derart dünne Wandstärke eignet sich besonders gut, um eine ausreichende Flexibilität zum Aufblähen der Kühlseite bereitzustellen. Zudem ist eine Kühlseite mit einer solchen Wandstärke ausreichend robust, um auch einem Kalibrierdruck im Bereich zwischen zwei und vier bar standzuhalten.In a further very advantageous embodiment of the invention, the cooling side has a wall thickness in the range between 0.2 millimeters and 0.5 millimeters inclusive. Such a thin wall thickness is particularly suitable for providing sufficient flexibility to inflate the cooling side. In addition, a cooling side with such a wall thickness is sufficiently robust to withstand a calibration pressure in the range between two and four bar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühleinrichtung eine Kühlplatte auf, die als Rollbond-Kühlplatte ausgebildet ist, und die den Kühlkanal bereitstellt. Insbesondere kann die Kühlplatte dabei auch mehrere Kühlkanäle oder einen sich windenden Kühlkanal bereitstellen. In a further advantageous embodiment of the invention, the cooling device has a cooling plate which is designed as a roll-bond cooling plate and which provides the cooling channel. In particular, the cooling plate can also provide several cooling channels or a winding cooling channel.
Die Ausbildung der Kühlplatte als Rollbond-Kühlplatte ist besonders vorteilhaft, um auf einfache und kostengünstige Weise eine ausreichend dünnwandige metallische Kühlplatte bereitzustellen.The design of the cooling plate as a roll-bond cooling plate is particularly advantageous in order to provide a sufficiently thin-walled metal cooling plate in a simple and cost-effective manner.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie.Furthermore, the invention also relates to a battery with a cooling device according to the invention or one of its configurations. Here, too, the advantages mentioned in connection with the cooling device according to the invention and the method according to the invention apply in the same way to the battery according to the invention.
Die Batterie ist weiterhin vorzugsweise als Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfasst insbesondere mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen.The battery is also preferably embodied as a high-voltage battery of a motor vehicle and in particular comprises a number of battery modules, each with a number of battery cells.
Darüber hinaus soll auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.In addition, a motor vehicle with such a battery should also be regarded as belonging to the invention. The motor vehicle according to the invention is preferred as a motor vehicle, in particular designed as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
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. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batterie mit einer Kühleinrichtung vor einer thermischen Kalibrierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung der Batterie mit der Kühleinrichtung aus1 während einer thermischen Kalibrierung; und -
3 eine schematische Querschnittsdarstellung der Batterie mit der Kühleinrichtung aus1 und2 nach der Durchführung der thermischen Kalibrierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 a schematic cross-sectional view of a battery with a cooling device before a thermal calibration according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of the battery with the cooling device1 during a thermal calibration; and -
3 a schematic cross-sectional view of the battery with the cooling device1 and2 after performing the thermal calibration according to an 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 also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to 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.
Um die Kühlwirkung zu maximieren, ist es vorteilhaft, wenn sich zwischen der Kühlplatte 20 und den Batteriezellen 14, insbesondere deren Unterseiten 14a, möglichst keine Spalte befinden, insbesondere keine Luftspalte. Zur Verbesserung der thermischen Anbindungen kann optional zwischen den Unterseiten 14a der jeweiligen Batteriezellen 14 und der Kühlplatte 20 noch eine Wärmeleitmasse, auch häufig als Gapfiller bezeichnet, vorgesehen sein. Durch die flexible Ausbildung der Kühlseite 26 lässt es sich vorteilhafterweise auch ohne eine solche Wärmeleitmasse oder mit einer äußerst geringen Menge an Wärmeleitmasse bewerkstelligen, diese Kühlseite 26 mit den Unterseiten 14a der Batteriezellen 14 in Anlage zu bringen. Insbesondere lässt sich dies allein durch den Kühlmitteldruck des Kühlmittels 16 bewerkstelligen. Normalerweise ist hierfür der normale Betriebsdruck p1 ausreichend. Es kann jedoch dennoch verschiedene Gründe haben, warum unter Umständen die Kühlseite 26 trotz ihrer flexiblen Ausbildung nicht ideal an den Unterseiten 14a der Batteriezellen 14 zur Anlage kommt, wie dies schematisch in
Dabei zeigt
Die beschriebene Kalibrierung kann dabei in verschiedenen Situationen durchgeführt werden und vorteilhaft sein. Zum einen kann eine solche Kalibrierung während der Produktion der Batterie, das heißt beim erstmaligen Zusammenbau der Batterie 10, durchgeführt werden. Wird die Kühlplatte 20 in diesem Fall mit Wasserdruck aufgeblasen, so wird weniger Gapfiller verwendet und eine bessere Kühlung kann erzielt werden. Auch kann eine solche Kalibrierung im Kundendienstfall durchgeführt werden, zum Beispiel auch bei einer Reparatur mit Batterieöffnung. Beispielsweise lässt sich so auch ein Batteriemodul austauschen und anschließend kann durch das Durchführen einer solchen thermischen Kalibrierung die Kühlplatte 20 an die Geometrie des neuen Batteriemoduls einfach angepasst werden. Eine solche Kalibrierung kann aber auch im laufenden Fahrzeugbetrieb durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft kann damit einhergehend zum Beispiel auch ein Lecktest durchgeführt werden. Insgesamt können über die Laufzeit der Batterie 10 hinweg zyklische Bewegungen durch die Kühleinrichtung 12 beziehungsweise die Kühlplatte 20 erzeugt werden, um die Anformung der Kühlseite 26 an die Batteriezellen 14 zu optimieren und über Lebensdauer zu verbessern.The calibration described can be carried out in different situations and can be advantageous. On the one hand, such a calibration can be carried out during the production of the battery, ie when the
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Kalibrierfunktion für eine Kühlplatte bereitgestellt werden kann, die die Kühleffizienz auf einfache Weise durch zyklisches Aufpumpen der Kühlplatte in der Produktion, im Fahrzeugbetrieb und/oder im Kundendienstfall zum Kalibrieren der Kühlanlageflächen steigert. Hierdurch kann auf besonders bauteilschonende und energiesparende Weise eine ideale Anlage an die zu kühlende Fläche geschaffen werden und die thermische Anbindung dadurch optimiert werden.Overall, the examples show how the invention can provide a calibration function for a cooling plate that increases the cooling efficiency in a simple way by cyclically pumping up the cooling plate in production, in vehicle operation and/or in customer service to calibrate the cooling system surfaces. In this way, an ideal contact with the surface to be cooled can be created in a particularly component-friendly and energy-saving manner and the thermal connection can be optimized as a result.
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- 2021-01-21 DE DE102021101215.5A patent/DE102021101215A1/en active Pending
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