DE102021120074A1 - Cooling arrangement, battery and method for tempering battery cells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (14) zum Kühlen von Batteriezellen (12) einer Batterie (10), wobei die Kühlanordnung (14) ein Gehäuse (16) mit mehreren Aufnahmebereichen (30) zur Aufnahme jeweils einer der Batteriezellen (12) aufweist, wobei das Gehäuse (16) mindestens ein Trennelement (18) aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche (30) der mehreren Aufnahmebereiche (30) voneinander räumlich separiert. Weiterhin umfasst die Kühlanordnung (14) eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung (38) mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal (36) aufweist, mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss (40) zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlkanalanordnung (38), und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss (42) zum Abführen des Kühlmittels aus der Kühlkanalanordnung (38). Dabei ist zumindest ein erster Teil (38a) der Kühlkanalanordnung (38) in das mindestens eine Trennelement (18) integriert.The invention relates to a cooling arrangement (14) for cooling battery cells (12) of a battery (10), the cooling arrangement (14) having a housing (16) with a plurality of receiving areas (30) for receiving one of the battery cells (12) in each case, wherein the housing (16) has at least one separating element (18) which spatially separates two adjacently arranged receiving areas (30) of the plurality of receiving areas (30) from one another. Furthermore, the cooling arrangement (14) comprises a cooling device which has a cooling channel arrangement (38) with at least one cooling channel (36) through which a coolant can flow, at least one coolant supply connection (40) for supplying a coolant into the cooling channel arrangement (38), and at least one coolant discharge connection (42) for discharging the coolant from the cooling channel arrangement (38). At least a first part (38a) of the cooling channel arrangement (38) is integrated into the at least one separating element (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen von Batteriezellen einer Batterie, wobei die Kühlanordnung ein Gehäuse mit mehreren Aufnahmebereichen zur Aufnahme jeweils einer der Batteriezellen aufweist, wobei das Gehäuse mindestens ein Trennelement aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche der mehreren Aufnahmebereiche voneinander räumlich separiert, und eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist, sowie mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlkanalanordnung, und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss zum Abführen des Kühlmittels aus der Kühlkanalanordnung. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einer solchen Kühlanordnung und ein Verfahren zum Temperieren von Batteriezellen.The invention relates to a cooling arrangement for cooling the battery cells of a battery, the cooling arrangement having a housing with a plurality of accommodation areas for accommodating one of the battery cells in each case, the housing having at least one separating element which spatially separates two adjacently arranged accommodation areas of the plurality of accommodation areas from one another, and one Cooling device, which has a cooling channel arrangement with at least one cooling channel through which a coolant can flow, as well as at least one coolant supply connection for supplying a coolant into the cooling channel arrangement, and at least one coolant discharge connection for discharging the coolant from the cooling channel arrangement. Furthermore, the invention also relates to a battery with such a cooling arrangement and a method for tempering battery cells.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um Batteriezellen, insbesondere von Kraftfahrzeugbatterien, wie zum Beispiel Hochvolt-Batterien, zu kühlen. Beispielsweise beschreibt die WO 2010/060856 A1 ein Batteriemodul mit einem Gehäuse und wenigstens einer in dem Gehäuse angeordneten Batterie, sowie ein Mittel zum Kühlen oder Erwärmen der wenigstens einen Batterie, wobei das Mittel zumindest ein Wärmerohr zum Temperieren der wenigstens einen Batterie umfasst. Zudem kann zwischen zwei Batterien eine Finne aus einem wärmeleitenden Material, zum Beispiel Metall, angeordnet sein, die wiederum wärmeleitend mit dem Wärmerohr verbunden ist.Various options are known from the prior art for cooling battery cells, in particular of motor vehicle batteries, such as high-voltage batteries. For example, describes the WO 2010/060856 A1 a battery module with a housing and at least one battery arranged in the housing, and a means for cooling or heating the at least one battery, the means comprising at least one heat pipe for tempering the at least one battery. In addition, a fin made of a thermally conductive material, for example metal, can be arranged between two batteries, which in turn is thermally conductively connected to the heat pipe.

Weiterhin beschreibt die EP 3 588 665 A1 eine Vorrichtung zum Ableiten von Wärme aus einer Anordnung aus wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern. Diese Vorrichtung umfasst eine Heatpipe und ein Wärmeeinkoppelelement. Die Vorrichtung kann dabei als ein Wärmeableiteinleger ausgebildet sein, der im Nachbarschaftszwischenraum zwischen zwei oder mehr Akkus eines Akkupacks angeordnet ist.Furthermore describes the EP 3 588 665 A1 a device for dissipating heat from an array of rechargeable electrochemical energy storage devices. This device includes a heat pipe and a heat coupling element. The device can be designed as a heat dissipation insert that is arranged in the adjacent space between two or more batteries of a battery pack.

Die oben beschriebenen Kühlmechanismen eignen sich dabei vor allem für als Rundzellen ausgebildete Batteriezellen. Prismatische Batteriezellen werden dagegen typischerweise in Form eines Zellstapels bereitgestellt, der über eine Bodenplatte gekühlt wird. In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 2 854 211 A1 eine Heiz- und Kühlvorrichtung für eine Batterie mit einer Bodenplatte, in welcher wenigstens ein Fluidpfad zum Durchströmen mit einem Kühlmittel oder Kältemittel vorgesehen ist, mit einer Isolierplatte und wenigstens einem Trägerteil, in welchem jeweils wenigstens ein thermisch mit der Bodenplatte gekoppeltes elektrisches Heizelement aufgenommen ist. Weiterhin umfasst die Kühlvorrichtung auch eine Abdeckplatte. Die Bodenplatte, die Isolierplatte, das wenigstens eine Trägerteil und die Abdeckplatte sind dabei benachbart zueinander angeordnet. Die Einleitung des Kühlmittels oder Kältemittels erfolgt mit Hilfe einer Fluidzuführleitung, die eine Einlassöffnung bereitstellt und an der Bodenplatte angeordnet ist. Auch kann auf der Bodenplatte eine gemeinsame Fluidabführungsleitung mit einer Auslassöffnung vorgesehen sein.The cooling mechanisms described above are particularly suitable for battery cells designed as round cells. In contrast, prismatic battery cells are typically provided in the form of a cell stack that is cooled via a base plate. In this context, describes the EP 2 854 211 A1 a heating and cooling device for a battery with a base plate, in which at least one fluid path for a coolant or refrigerant to flow is provided, with an insulating plate and at least one support part, in which at least one electrical heating element thermally coupled to the base plate is accommodated. Furthermore, the cooling device also includes a cover plate. The base plate, the insulating plate, the at least one carrier part and the cover plate are arranged adjacent to one another. The coolant or refrigerant is introduced with the aid of a fluid supply line, which provides an inlet opening and is arranged on the base plate. A common fluid discharge line with an outlet opening can also be provided on the base plate.

Gerade im Hinblick auf Hochvolt-Batterien, die typischerweise vielzählige Batteriezellen umfassen, ist eine effiziente Temperierung, insbesondere eine effiziente Kühlung dieser Batteriezellen besonders wichtig, um diese auf ihre optimale Betriebstemperatur, zum Beispiel von 40 Grad Celsius, zu regulieren. Aufgrund der dabei erforderlichen hohen Kühlleistung ist es wünschenswert, eine solche Kühleinrichtung energetisch so effizient wie möglich ausgestalten zu können.Especially with regard to high-voltage batteries, which typically include numerous battery cells, efficient temperature control, in particular efficient cooling of these battery cells, is particularly important in order to regulate them to their optimum operating temperature, for example 40 degrees Celsius. Due to the high cooling capacity required in this case, it is desirable to be able to design such a cooling device as efficiently as possible in terms of energy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung, eine Batterie und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst effiziente Kühlung von Batteriezellen einer Batterie erlauben.It is therefore the object of the present invention to provide a cooling arrangement, a battery and a method which allow battery cells of a battery to be cooled as efficiently as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung, eine Batterie 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 battery 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 zum Kühlen von Batteriezellen einer Batterie weist dabei ein Gehäuse mit mehreren Aufnahmebereichen zur Aufnahme jeweils einer der Batteriezellen auf, wobei das Gehäuse mindestens ein Trennelement aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche der mehreren Aufnahmebereiche voneinander räumlich separiert. Weiterhin umfasst die Kühlanordnung eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist, mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlkanalanordnung, und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss zum Abführen des Kühlmittels aus der Kühlkanalanordnung. Dabei ist zumindest ein erster Teil der Kühlkanalanordnung in das mindestens eine Trennelement integriert.A cooling arrangement according to the invention for cooling battery cells of a battery has a housing with a plurality of accommodation areas for accommodating one of the battery cells, the housing having at least one separating element which spatially separates two adjacently arranged accommodation areas of the plurality of accommodation areas from one another. Furthermore, the cooling arrangement comprises a cooling device, which has a cooling channel arrangement with at least one cooling channel through which a coolant can flow, at least one coolant supply connection for supplying a coolant into the cooling channel arrangement, and at least one coolant discharge connection for discharging the coolant from the cooling channel arrangement. At least a first part of the cooling channel arrangement is integrated into the at least one separating element.

Dadurch lässt sich vorteilhafterweise eine Kühlung auch zwischen den einzelnen Batteriezellen bereitstellen, und zwar eine aktive Kühlung, indem ein Teil einer Kühlkanalanordnung mit mindestens einem Kühlkanal in das Trennelement zwischen zwei Aufnahmebereiche des Gehäuses zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle integriert ist. Mit anderen Worten können so Kühlkanäle in das Trennelement zwischen zwei Zellen, die in einem jeweiligen Aufnahmebereich angeordnet sind, eingefügt werden. Im Gegensatz zu einer nur bodenseitigen Kühlung eines Batteriemoduls, bei welcher sich die Batteriezellen üblicherweise weit entfernt von den Kühlkanälen befinden, können nunmehr die den mindestens einen Kühlkanal zumindest teilweise umfassenden Trennelemente direkt an den Zellen angeordnet werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Kühlung der Zellen mit deutlich weniger Verlustleistung. Die beschriebene Kühlanordnung sowie auch die nachfolgend noch näher erläuterten Ausführungsbeispiele eignen sich darüber hinaus nicht nur zum Kühlen von Batteriezellen, sondern korrespondierend auch zum Beheizen von Batteriezellen. Ob durch die Kühlanordnung eine Kühlung oder Beheizung der Batteriezellen bereitgestellt werden soll, hängt dabei lediglich von der eingestellten bzw. einstellbaren Temperatur des Kühlmittels ab, welches der Kühlanordnung zugeführt wird. Daher wird das Kühlmittel nachfolgend auch zum Teil als Temperiermittel bezeichnet. Beim Kühl- bzw. Temperiermittel handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser. Mit anderen Worten kann der gleiche Aufbau der Kühlanordnung auch zum Beheizen von Batteriezellen verwendet werden. Durch eine schnellere Erwärmung der Zellen, die ebenso durch die Erfindung ermöglicht wird, kann zum Beispiel auch die Peakleistung der Batterie viel früher als bei aktuellen Heizkonzepten erreicht werden. Durch die durch die Erfindung bereitgestellte Möglichkeit des Einbringens von Kühlmittel direkt neben den Zellen können die Zellen mit höheren Kühlmitteltemperaturen als bei aktuellen Kühlkonzepten gekühlt werden. Mit anderen Worten muss zur Erreichung der gleichen Kühleffizienz das Kühlmittel nicht so stark wie üblich heruntergekühlt werden. Daher ist es auch möglich, auf die zusätzliche Unterstützung eines Chillers im Kühlmittelkreislauf zu verzichten. Hierdurch können zusätzlich weitere Komponenten im Kühlkreislauf eingespart werden. Eine Verringerung der zur Regulierung der Zelltemperatur erforderlichen Energie führt gleichzeitig auch zu einer Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs, in welchem die Kühlanordnung sowie die von dieser gekühlten Batterie Anwendung findet. Eine Verringerung der Systemkomplexität kann damit auch die Systemkosten senken.As a result, cooling can advantageously also be provided between the individual battery cells, namely active cooling, by part of a cooling channel arrangement having at least one cooling channel in the separating element between two receiving areas of the housing for receiving a battery cell is integrated. In other words, cooling channels can thus be inserted into the separating element between two cells that are arranged in a respective receiving area. In contrast to cooling a battery module only on the bottom side, in which the battery cells are usually located far away from the cooling ducts, the separating elements at least partially enclosing the at least one cooling duct can now be arranged directly on the cells. This enables particularly efficient cooling of the cells with significantly less power loss. The cooling arrangement described and also the exemplary embodiments explained in more detail below are also suitable not only for cooling battery cells, but correspondingly also for heating battery cells. Whether cooling or heating of the battery cells is to be provided by the cooling arrangement depends only on the set or adjustable temperature of the coolant that is supplied to the cooling arrangement. For this reason, the coolant is sometimes also referred to below as a temperature control medium. The coolant or temperature control medium is preferably a liquid, such as water. In other words, the same design of the cooling arrangement can also be used to heat battery cells. Faster heating of the cells, which is also made possible by the invention, means that the peak performance of the battery can also be reached much earlier than with current heating concepts. Due to the possibility provided by the invention of introducing coolant directly next to the cells, the cells can be cooled with coolant temperatures that are higher than with current cooling concepts. In other words, in order to achieve the same cooling efficiency, the coolant does not have to be cooled down as much as usual. It is therefore also possible to dispense with the additional support of a chiller in the coolant circuit. As a result, additional components in the cooling circuit can be saved. A reduction in the energy required to regulate the cell temperature also leads at the same time to an increase in the range of the motor vehicle in which the cooling arrangement and the battery cooled by it are used. A reduction in the system complexity can thus also reduce the system costs.

Das von der Kühlanordnung umfasste Gehäuse kann beispielsweise ein Modulgehäuse darstellen. Eine Batterie, wie beispielsweise eine Hochvolt-Batterie, kann dabei im Allgemeinen mehrere Batteriezellen umfassen, die zu Batteriemodulen zusammengefasst sein können. Mit anderen Worten kann eine Hochvolt-Batterie mehrere Batteriemodule aufweisen, die wiederum jeweils mehrere Batteriezellen umfassen. Einem jeweiligen Batteriemodul kann dabei auch ein eigenes Modulgehäuse zugeordnet sein. Das von der Kühlanordnung umfasste Gehäuse kann folglich ein solches Modulgehäuse darstellen. Das Gehäuse kann aber auch ein Gesamtbatteriegehäuse darstellen. Mit anderen Worten müssen die von einer Hochvolt-Batterie umfassten Batteriezellen nicht notwendigerweise in Module zusammengefasst sein, sondern können auch ohne separates Modulgehäuse in einem Gesamtbatteriegehäuse angeordnet sein. In diesem Fall kann das von der Kühlanordnung bereitgestellte Gehäuse zu diesem Gesamtbatteriegehäuse korrespondieren. Das von der Kühlanordnung bereitgestellte Gehäuse kann aber auch ein separates Gehäuse darstellen. Mit anderen Worten kann zum Beispiel zusätzlich ein Modulgehäuse bereitgestellt sein, in welchem das Gehäuse der Kühlanordnung aufgenommen ist. Dadurch, dass das Gehäuse der Kühlanordnung gleichzeitig ein Modulgehäuse oder Gesamtbatteriegehäuse bereitstellen kann, hat den großen Vorteil, dass hier wiederum zusätzlich Komponenten eingespart werden können. Auch weist ein herkömmliches Modulgehäuse typischerweise Trennelemente zwischen den einzelnen Aufnahmebereichen zur Aufnahme einzelner Batteriezellen auf. In diese Trennelemente können nun einfach ebenfalls Kühlkanäle integriert werden, um so auf möglichst effiziente Weise eine Kühlung zwischen den Batteriezellen bereitzustellen, die insbesondere direkt an die Batteriezellen angebunden ist, da sich die Trennelemente zwischen den Aufnahmebereichen der jeweiligen Batteriezellen befinden. Die Trennelemente können beispielsweise auch die einzige Elemente darstellen, die zwischen zwei in benachbarten Aufnahmebereichen angeordneten Batteriezellen angeordnet sind. Dadurch wird durch ein einzelnes Trennelement dann vorteilhafterweise eine direkte Kühlung von gleichzeitig zwei direkt benachbart angeordneten Batteriezellen ermöglicht.The housing comprised by the cooling arrangement can represent a module housing, for example. A battery, such as a high-voltage battery, can generally include multiple battery cells that can be combined into battery modules. In other words, a high-voltage battery can have multiple battery modules, which in turn each include multiple battery cells. A respective battery module can also be assigned its own module housing. The housing encompassed by the cooling arrangement can consequently represent such a module housing. However, the housing can also represent an overall battery housing. In other words, the battery cells included in a high-voltage battery do not necessarily have to be combined in modules, but can also be arranged in an overall battery housing without a separate module housing. In this case, the housing provided by the cooling arrangement can correspond to this overall battery housing. However, the housing provided by the cooling arrangement can also be a separate housing. In other words, for example, a module housing can also be provided, in which the housing of the cooling arrangement is accommodated. The fact that the housing of the cooling arrangement can simultaneously provide a module housing or overall battery housing has the great advantage that additional components can again be saved here. A conventional module housing also typically has separating elements between the individual accommodation areas for accommodating individual battery cells. Cooling channels can now also be easily integrated into these separating elements in order to provide cooling between the battery cells in the most efficient manner possible, which is in particular directly connected to the battery cells, since the separating elements are located between the receiving areas of the respective battery cells. The separating elements can, for example, also represent the only elements that are arranged between two battery cells arranged in adjacent receiving areas. As a result, direct cooling of two battery cells arranged directly adjacent to one another is then advantageously made possible by a single separating element.

Das Gehäuse kann dabei im Allgemeinen als eine Art Kasten mit Fächern ausgebildet sein, in welchem die Batteriezellen aufnehmbar sind, oder beispielsweise auch lediglich als eine Art Rahmenstruktur, das heißt zum Beispiel ohne eigenen Boden. Zudem kann das Gehäuse und seine Komponenten grundsätzlich aus jedem beliebigen Material gefertigt sein, zum Beispiel einem Metall, einer Legierung, einem Kunststoff, einem faserverstärkten Kunststoff, oder ähnlichem. Ein Metall oder eine Legierung, wie beispielsweise Aluminium, ist dabei hinsichtlich der guten Wärmeleiteigenschaften besonders vorteilhaft.The housing can generally be designed as a type of box with compartments in which the battery cells can be accommodated, or, for example, simply as a type of frame structure, that is, for example, without a floor of its own. In addition, the housing and its components can basically be made of any desired material, for example a metal, an alloy, a plastic, a fiber-reinforced plastic, or the like. A metal or an alloy, such as aluminum, is particularly advantageous with regard to the good thermal conductivity properties.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein jeweiliger Aufnahmebereich zur Aufnahme einer prismatischen Batteriezelle ausgebildet, und weist insbesondere eine quaderförmige Geometrie auf. Mit anderen Worten findet die Kühlanordnung bevorzugt bei prismatischen Batteriezellen Anwendung. Gerade bei prismatischen Batteriezellen lässt sich somit auf besonders baumraumeffiziente und vorteilhafte Weise nunmehr auch eine Kühlung zwischen den einzelnen Zellen bereitstellen, indem Kühlkanäle in die Trennelemente zwischen den Zellen integriert werden. Die Trennelemente selbst müssen dabei nicht notwendigerweise in Stapelrichtung dicker als üblich ausgebildet werden, sondern können auch weiterhin sehr dünn, zum Beispiel mit einer Dicke im einstelligen Millimeterbereich, zum Beispiel 1 bis 2 Millimetern, ausgebildet sein. Dadurch vergrößert sich die Ausdehnung des Zellstapels aus mehreren in Stapelrichtung nebeneinander in den Aufnahmebereichen angeordneter Batteriezellen nicht merklich. Dies wird zudem dadurch noch begünstigt, indem beispielsweise bereits bestehende Komponenten eines Modulgehäuses genutzt werden können, um in diese entsprechende Kühlkanäle zu integrieren, wie zum Beispiel die beschriebenen Trennelemente. Die Trennelemente weisen vorzugsweise beidseitig, das heißt in Richtung der angrenzenden Aufnahmebereiche, eine vorzugsweise möglichst flache Oberfläche auf. Damit kann der Kontaktbereich zu einer in den jeweiligen Aufnahmebereichen angeordneten Batteriezelle maximiert werden. Dadurch wird auch die Temperiereffizienz maximiert. Unter einem Temperieren wird im Allgemeinen ein Heizen und/oder Kühlen verstanden.In a further advantageous embodiment of the invention, a respective receiving area is designed to receive a prismatic battery cell and, in particular, has a cuboid geometry. In other words, find the Cooling arrangement preferred for use with prismatic battery cells. In the case of prismatic battery cells in particular, cooling between the individual cells can now also be provided in a particularly space-efficient and advantageous manner by integrating cooling ducts in the separating elements between the cells. The separating elements themselves do not necessarily have to be made thicker than usual in the stacking direction, but can also continue to be made very thin, for example with a thickness in the single-digit millimeter range, for example 1 to 2 millimeters. As a result, the extent of the cell stack made up of a plurality of battery cells arranged next to one another in the stacking direction in the receiving areas does not increase noticeably. This is further promoted by the fact that, for example, already existing components of a module housing can be used in order to integrate corresponding cooling channels into them, such as the separating elements described, for example. The separating elements preferably have a surface that is as flat as possible on both sides, that is to say in the direction of the adjoining receiving areas. The contact area with a battery cell arranged in the respective receiving areas can thus be maximized. This also maximizes temperature control efficiency. Tempering is generally understood to mean heating and/or cooling.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Aufnahmebereiche in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet, wobei je zwei in der ersten Richtung benachbarte Aufnahmebereiche der mehreren Aufnahmebereiche durch ein jeweiliges Trennelement voneinander separiert sind, in welchen zumindest ein erster Teil der Kühlkanalanordnung integriert ist. Diese jeweiligen Trennelemente können dabei wie zum mindestens einen Trennelement bereits beschrieben ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann eine Kühlung nicht nur in ein einzelnes Trennelement, sondern grundsätzlich in entsprechender Weise in allen Trennelementen integriert sein, die durch das Gehäuse bereitgestellt werden, und die je zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche des Gehäuses separieren. Somit kann nun eine effiziente Kühlung vielzähliger in den jeweiligen Aufnahmebereichen angeordneter Batteriezellen in gleicher Weise bereitgestellt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the receiving areas are arranged next to one another in a first direction, with each two receiving areas of the plurality of receiving areas that are adjacent in the first direction being separated from one another by a respective separating element, in which at least a first part of the cooling channel arrangement is integrated. These respective separating elements can be designed as already described for at least one separating element. In other words, cooling can be integrated not only in a single separating element, but basically in a corresponding manner in all separating elements that are provided by the housing and that separate two adjacently arranged receiving areas of the housing. Efficient cooling of numerous battery cells arranged in the respective receiving areas can now be provided in the same way.

Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Gehäuse eine Vorderseitenwand und eine Rückseitenwand aufweist, die die Anordnung der Aufnahmebereiche bezüglich der ersten Richtung beidseitig begrenzen, wobei in die Vorderseitenwand und/oder in die Rückseitenwand zumindest ein zweiter Teil der Kühlkanalanordnung integriert ist.It is therefore a further advantageous embodiment of the invention if the housing has a front wall and a rear wall that delimit the arrangement of the receiving areas on both sides with respect to the first direction, with at least a second part of the cooling channel arrangement being integrated in the front wall and/or in the rear wall is.

Somit kann auch für Batteriezellen, die in bezüglich der ersten Richtung ersten und letzten Aufnahmebereich des Gehäuses angeordnet sind, eine beidseitige Kühlung, einerseits durch ein Trennelement, andererseits durch die Vorderseitenwand beziehungsweise Rückseitenwand, bereitgestellt werden.Thus, even for battery cells that are arranged in the first and last receiving area of the housing with respect to the first direction, cooling on both sides can be provided, on the one hand by a separating element and on the other hand by the front wall or rear wall.

Grundsätzlich ist es dabei denkbar, dass jedes Trennelement, und insbesondere auch die Vorderseitenwand und die Rückseitenwand seinen eigenen Kühlmittelzuführanschluss und Kühlmittelabführanschluss aufweist. Bevorzugt ist es jedoch, dass die jeweiligen Trennelemente, genauer gesagt die in den Trennelementen integrierten Teile der Kühlkanalanordnung, und/oder die Teile der Kühlkanalanordnung in der Vorderseitenwand und der Rückseitenwand, fluidisch miteinander verbunden sind. Eine solche fluidische Verbindung kann wiederum durch andere Bauteile des Gehäuses bereitgestellt werden.In principle, it is conceivable that each separating element, and in particular also the front side wall and the rear side wall, has its own coolant supply connection and coolant discharge connection. However, it is preferred that the respective separating elements, more precisely the parts of the cooling channel arrangement integrated in the separating elements and/or the parts of the cooling channel arrangement in the front wall and the rear wall, are fluidly connected to one another. Such a fluidic connection can in turn be provided by other components of the housing.

Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Gehäuse eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand aufweist, die die Anordnung der Aufnahmebereiche bezüglich einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, beidseitig begrenzen, wobei in die erste Seitenwand und/oder in die zweite Seitenwand zumindest ein dritter Teil der Kühlkanalanordnung integriert ist. Somit kann eine Kühlung der Zellen auch über die betreffenden Seitenwände des Gehäuses bereitgestellt werden. Zudem ist es bevorzugt, dass die jeweiligen Trennwände, die senkrecht zu dieser ersten und zweiten Seitenwand verlaufen, insbesondere zwischen diesen beiden Seitenwänden verlaufen, auch direkt an die erste und zweite Seitenwand angrenzen. Die Teile der Kühlkanalanordnung der ersten und zweiten Seitenwand, sowie die der Trennelemente und der Vorderseitenwand sowie der Rückseitenwand, können dabei auch fluidisch miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Durchströmung der Kühlkanalanordnung und es können Kühlmittelzuführanschlüsse und Kühlmittelabführanschlüsse eingespart werden. Insbesondere ist es denkbar, dass die Kühlkanalanordnung nur einen Kühlmittelzuführanschluss und nur einen Kühlmittelabführanschluss aufweist. Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn zumindest die ersten, zweiten und dritten Teile der Kühlkanalanordnung fluidisch miteinander verbunden sind. Das heißt also dass die Trennwände, in die Vorder- und Rückseitenwand und in die erste und zweite Seitenwand des Gehäuses integrierten Teile der Kühlkanalanordnung fluidisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann das Kühlmittel der ersten Seitenwand zugeführt werden, durchströmt dann durch die fluidische Verbindung die Trennwände, sowie parallel auch die Vorder- und Rückseitenwand, mündet dann anschließend in die zweite Seitenwand, aus welcher das Kühlmittel durch den Kühlmittelabführanschluss herausgeführt werden kann.It is therefore a further advantageous embodiment of the invention if the housing has a first side wall and a second side wall, which delimit the arrangement of the receiving areas on both sides with respect to a second direction, which is perpendicular to the first direction, with the first side wall and/or or at least a third part of the cooling channel arrangement is integrated into the second side wall. Thus, cooling of the cells can also be provided via the relevant side walls of the housing. In addition, it is preferred that the respective partitions, which run perpendicularly to these first and second side walls, in particular between these two side walls, also directly adjoin the first and second side walls. The parts of the cooling channel arrangement of the first and second side wall, as well as those of the separating elements and the front side wall as well as the rear side wall, can also be fluidly connected to one another. This enables a particularly efficient flow through the cooling channel arrangement, and coolant supply connections and coolant discharge connections can be saved. In particular, it is conceivable that the cooling channel arrangement has only one coolant supply connection and only one coolant discharge connection. Accordingly, it represents a further very advantageous embodiment of the invention when at least the first, second and third parts of the cooling channel arrangement are fluidly connected to one another. This therefore means that the partition walls, parts of the cooling channel arrangement integrated into the front and rear side walls and into the first and second side walls of the housing are fluidly connected to one another. For example, the coolant can be supplied to the first side wall, then flows through the fluidic connection through the partition walls and, in parallel, also through the front and Rear wall, then then opens into the second side wall, from which the coolant can be discharged through the coolant discharge port.

Denkbar wäre es jedoch auch, dass die entsprechenden Teile der Kühlkanalanordnung, die in die jeweiligen Trennelemente, Vorder- und Rückseitenwand, sowie in die erste und zweite Seitenwand des Gehäuses integriert sind, fluidisch nicht miteinander gekoppelt sind. Dann ist jedes dieser Elemente mit einem separaten Zu- und Abführanschluss zu versehen. However, it would also be conceivable for the corresponding parts of the cooling channel arrangement, which are integrated in the respective separating elements, front and rear side wall, and in the first and second side wall of the housing, not to be fluidically coupled to one another. Then each of these elements must be provided with a separate inlet and outlet connection.

Optional kann das Gehäuse auch einen Gehäuseboden aufweisen. Beispielsweise kann dieser die Anordnung der Aufnahmebereiche bezüglich einer dritten Richtung begrenzen, die senkrecht zur ersten und insbesondere auch der zweiten Richtung ist, wobei in den Gehäuseboden zumindest ein vierter Teil der Kühlkanalanordnung integriert ist. Auch dieser vierte Teil der Kühlkanalanordnung kann optional mit den übrigen beschriebenen Teilen fluidisch verbunden sein. Somit kann auf besonders einfache und effiziente Weise eine fast allseitige Kühlung jeder einzelnen Batteriezelle bereitgestellt werden. Die Batteriezellen werden dabei bestimmungsgemäß derart in Gehäuse angeordnet, dass ihre jeweilige Zellpole, die an einer betreffenden ersten Seite einer jeweiligen Batteriezelle angeordnet sind, dem Gehäuseboden abgewandt sind. Das Gehäuse kann dabei auf der dem Gehäuseboden abgewandten Seite noch einen Gehäusedeckel aufweisen. Dieser muss nicht notwendigerweise mit Kühlkanälen versehen sein. Nichts desto weniger wäre dies jedoch ebenso denkbar.Optionally, the housing can also have a housing base. For example, this can limit the arrangement of the receiving areas with respect to a third direction, which is perpendicular to the first and in particular also the second direction, with at least a fourth part of the cooling channel arrangement being integrated into the housing base. This fourth part of the cooling channel arrangement can optionally also be fluidically connected to the other parts described. Thus, almost all-round cooling of each individual battery cell can be provided in a particularly simple and efficient manner. The battery cells are intended to be arranged in the housing in such a way that their respective cell poles, which are arranged on a relevant first side of a respective battery cell, face away from the housing base. The housing can also have a housing cover on the side facing away from the housing base. This does not necessarily have to be provided with cooling channels. Nevertheless, this would be just as conceivable.

Die Vorderseitenwand, die Rückseitenwand, die erste und zweite Seitenwand, sowie auch die Trennelemente sind dabei vorzugsweise fest miteinander verbunden, zum Beispiel miteinander verschweißt, verschraubt, verklebt, oder bereits als einteiliges Bauteil gefertigt. Die Batteriezellen können zum Beispiel einfach oberseitig in die jeweiligen Aufnahmebereiche eingesteckt werden und dann oberseitig miteinander verschaltet werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise auch einen besonders einfachen Zusammenbau eines Batteriemoduls.The front side wall, the rear side wall, the first and second side wall, and also the separating elements are preferably firmly connected to one another, for example welded, screwed, glued to one another, or already manufactured as a one-piece component. The battery cells can, for example, simply be plugged into the respective receiving areas at the top and then connected to one another at the top. This advantageously also enables a particularly simple assembly of a battery module.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Kühlmittelzuführanschluss an der ersten Seitenwand des Gehäuses angeordnet und der mindestens eine Kühlmittelabführanschluss an der zweiten Seitenwand des Gehäuses angeordnet. Dies ermöglicht die oben bereits beschriebene vorteilhafte Durchströmung des gesamten Gehäuses von der ersten Seitenwand durch die Trennelemente zur zweiten Seitenwand.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one coolant supply connection is arranged on the first side wall of the housing and the at least one coolant discharge connection is arranged on the second side wall of the housing. This enables the advantageous flow through the entire housing, already described above, from the first side wall through the separating elements to the second side wall.

Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse kann die Kühleinrichtung zudem eine am Gehäuse angeordnete Entlüftungsrichtung aufweisen. Diese kann mit der Kühlkanalanordnung ebenfalls fluidisch gekoppelt sein beziehungsweise einen mit der Kühlkanalanordnung fluidisch gekoppelten Entlüftungskanal bereitstellen, der in Bezug auf die dritte Richtung an einer Oberseite eines Gehäusebauteils des Gehäuses angeordnet ist. Der Begriff Oberseite bezieht sich hierbei auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Kühlanordnung in einem Kraftfahrzeug. Da Luft aus dem Kühlmittel nach oben entweicht, ist es vorteilhaft, einen solchen Entlüftungskanal oberseitig an einem Gehäusebauteil des Gehäuses, vorzugsweise an der ersten und/oder zweiten Seitenwand, anzuordnen. Dadurch lassen sich die Strömungsverhältnisse in den Kühlkanälen optimieren.In order to improve the flow conditions, the cooling device can also have a venting device arranged on the housing. This can likewise be fluidically coupled to the cooling duct arrangement or provide a venting duct which is fluidically coupled to the cooling duct arrangement and which is arranged on an upper side of a housing component of the housing in relation to the third direction. The term top here refers to the intended installation position of the cooling arrangement in a motor vehicle. Since air escapes from the coolant upwards, it is advantageous to arrange such a venting channel on the top side of a housing component of the housing, preferably on the first and/or second side wall. This allows the flow conditions in the cooling channels to be optimized.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a battery for a motor vehicle with a cooling arrangement according to the invention or one of its configurations.

Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie.The advantages mentioned for the cooling arrangement according to the invention and its configurations apply in the same way to the battery according to the invention.

Die Batterie umfasst dabei vorzugsweise mehrere Batteriezellen, die in den jeweiligen Aufnahmebereichen des beschriebenen Gehäuses angeordnet sind. Die Batteriezellen können dabei als prismatische Zellen, und insbesondere als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Die Batterie kann dabei auch mehrere Batteriemodule aufweisen, wobei ein jeweiliges Batteriemodul eine erfindungsgemäße Kühlanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen aufweist, sowie jeweils mehrere im Gehäuse der betreffenden Kühlanordnung angeordnete Batteriezellen. Die Batterie kann beispielsweise als eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein.In this case, the battery preferably comprises a plurality of battery cells which are arranged in the respective receiving areas of the housing described. The battery cells can be designed as prismatic cells, and in particular as lithium-ion cells. The battery can also have a number of battery modules, with each battery module having a cooling arrangement according to the invention or one of its configurations, as well as a number of battery cells arranged in the housing of the relevant cooling arrangement. The battery can be designed, for example, as a high-voltage battery for a motor vehicle.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a battery according to the invention or one of its configurations.

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 Temperieren von Batteriezellen einer Batterie mittels einer Kühlanordnung, die ein Gehäuse mit mehreren Aufnahmebereichen zur Aufnahme jeweils einer der Batteriezellen aufweist, wobei das Gehäuse mindestens ein Trennelement aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche der mehreren Aufnahmebereiche voneinander räumlich separiert, sowie eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung mit mindestens einem von einem Temperiermittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist, mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss zum Zuführen eines Temperiermittels in die Kühlkanalanordnung, und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss zum Abführen des Temperiermittels aus der Kühlkanalanordnung. Dabei wird zum Temperieren der Batteriezellen ein Temperiermittel zumindest einem in das mindestens eine Trennelement integrierten Teil der Kühlkanalanordnung zugeführt.Furthermore, the invention also relates to a method for tempering battery cells of a battery by means of a cooling arrangement which has a housing with a plurality of receiving areas for receiving one of the battery cells in each case, the housing having at least one separating element which has two adjacently arranged openings receiving areas of the multiple receiving areas are spatially separated from one another, and a cooling device which has a cooling channel arrangement with at least one cooling channel through which a temperature control medium can flow, at least one coolant supply connection for supplying a temperature control medium into the cooling channel arrangement, and at least one coolant discharge connection for discharging the temperature control medium from the cooling channel arrangement. To control the temperature of the battery cells, a temperature control medium is supplied to at least one part of the cooling channel arrangement that is integrated into the at least one separating element.

Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung und ihre Ausgestaltung beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.Here, too, the advantages described for the cooling arrangement according to the invention and its configuration apply in the same way to the method according to the invention.

Ein jeweiliger Aufnahmebereich ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser zur Aufnahme nur einer der Batteriezellen ausgebildet ist. Dass die Aufnahmebereiche jeweils zur Aufnahme nur einer der Batteriezellen ausgebildet sind, kann dabei so verstanden werden, dass ein solcher Aufnahmebereich geometrisch so ausgeführt ist, dass in diesem maximal eine Batteriezelle aufgenommen werden kann. Vorzugsweise ist ein solcher Aufnahmebereiche geometrisch an die Abmessungen einer aufzunehmenden Batteriezelle, insbesondere prismatischen Batteriezelle, angepasst. Eine in einem jeweiligen Aufnahmebereiche angeordnete Batteriezelle kontaktiert dabei auf einer Seite mindestens ein Trennelement und auf der anderen Seite entweder ein weiteres Trennelement oder die Vorder- oder Rückseitenwand, insbesondere möglichst großflächig. Auch ein Kontakt, insbesondere möglichst großflächiger Kontakt, zu der ersten und zweiten Seitenwand ist wünschenswert, um die Kühleffizienz zu steigern, und kann ebenso umgesetzt sein.A respective receiving area is preferably designed in such a way that it is designed to receive only one of the battery cells. The fact that the receiving areas are each designed to receive only one of the battery cells can be understood in such a way that such a receiving area is designed geometrically such that a maximum of one battery cell can be received in it. Such a receiving area is preferably geometrically adapted to the dimensions of a battery cell to be received, in particular a prismatic battery cell. A battery cell arranged in a respective receiving area contacts at least one separating element on one side and either another separating element or the front or rear wall on the other side, in particular as large an area as possible. Contact, in particular contact over as large an area as possible, with the first and second side wall is also desirable in order to increase the cooling efficiency, and can also be implemented.

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:

  • 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Batterie mit einer Kühlanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Kühlanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are described below. For this shows:
  • 1 a schematic exploded view of a battery with a cooling arrangement according to an embodiment of the invention; and
  • 2 a schematic and perspective view of a cooling arrangement 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, 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.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 10 für eine Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 10 ist dabei in einer Explosionsdarstellung dargestellt, um die einzelnen Komponenten besser veranschaulichen zu können. Das Batteriemodul 10 umfasst dabei zum einen mehrere prismatische Batteriezellen 12, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batteriezellen 12 sind dabei in Form eines Zellstapels in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet, die hier zur dargestellten y-Richtung korrespondiert. Zudem weist die Batterie 10 beziehungsweise das Batteriemodul 10 eine Kühlanordnung 14 zum Kühlen der Batteriezellen 12 auf. Die Kühlanordnung umfasst dabei zum einen ein Gehäuse 16, das sich wiederum in einzelne Gehäusekomponenten gliedert. Im vorliegenden Beispiel ist dieses Gehäuse 16 in Form einer Rahmenstruktur mit Trennelementen 18 ausgebildet. Neben diesen Trennelementen 18 des Gehäuses 16, die die einzelnen Batteriezellen 12 voneinander räumlich in y-Richtung voneinander separieren, umfasst das Gehäuse 16 zudem noch eine erste Seitenwand 20, eine zweite Seitenwand 22, eine Vorderseitenwand 24 und eine Rückseitenwand 26. Die erste und zweite Seitenwand 20, 22 sind dabei einander gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet, ebenso wie die Vorderseitenwand 24 und die Rückseitenwand 26. Die Vorder- und Rückseitenwand 24, 26 sowie die erste und zweite Seitenwand 20, 22 bilden dabei einen Rahmen um die Zellanordnung 28 in Form des beschriebenen Zellstapels. Die Vorder- und Rückseitenwand 24, 26 begrenzen damit den Zellstapel 28 in y-Richtung, und die erste und zweite Seitenwand 20, 22 in x-Richtung. Die Trennelemente 18 verlaufen dabei zwischen je zwei benachbart angeordneten Batteriezellen 12 und grenzen zudem vorzugsweise direkt an die erste und zweite Seitenwand 20, 22 an und stehen auf diesen beiden Seitenwänden 22, 20 senkrecht. Dadurch untergliedern diese Trennelemente 18 einen durch das Gehäuse 18 bereitgestellten Gesamtaufnahmebereich in jeweilige einzelne Aufnahmebereiche 30 für je eine Batteriezelle 12. Optional kann das Gehäuse 18 auch einen hier nicht dargestellten Gehäuseboden aufweisen. Weiterhin umfasst das Batteriemodul 10 noch weitere Komponenten, zum Beispiel einen Verschaltungsaufsatz 32 zur elektrischen Verschaltung der oberseitig an den Zellen 12 angeordneten Zellpolen, und einen Gehäusedeckel 34, der das Modul 10 nach oben, das heißt in z-Richtung, abschließt. 1 shows a schematic representation of a battery module 10 for a high-voltage battery of a motor vehicle according to an embodiment of the invention. The battery module 10 is shown in an exploded view in order to better illustrate the individual components. The battery module 10 includes, on the one hand, a plurality of prismatic battery cells 12, only some of which are provided with a reference number for reasons of clarity. The battery cells 12 are arranged next to one another in the form of a cell stack in a first direction, which corresponds here to the y-direction shown. In addition, the battery 10 or the battery module 10 has a cooling arrangement 14 for cooling the battery cells 12 . The cooling arrangement comprises, on the one hand, a housing 16, which in turn is divided into individual housing components. In the present example, this housing 16 is designed in the form of a frame structure with separating elements 18 . In addition to these separating elements 18 of the housing 16, which spatially separate the individual battery cells 12 from one another in the y-direction, the housing 16 also includes a first side wall 20, a second side wall 22, a front side wall 24 and a rear side wall 26. The first and second Side walls 20, 22 are arranged opposite one another and parallel to one another, as are the front wall 24 and the rear wall 26. The front and rear walls 24, 26 and the first and The second side wall 20, 22 form a frame around the cell arrangement 28 in the form of the cell stack described. The front and rear side walls 24, 26 thus delimit the cell stack 28 in the y-direction, and the first and second side walls 20, 22 in the x-direction. The separating elements 18 run between two adjacently arranged battery cells 12 and also preferably directly adjoin the first and second side walls 20, 22 and are perpendicular to these two side walls 22, 20. As a result, these separating elements 18 subdivide an overall receiving area provided by the housing 18 into respective individual receiving areas 30 for one battery cell 12 each. The housing 18 can optionally also have a housing base, not shown here. The battery module 10 also includes other components, for example a wiring attachment 32 for the electrical wiring of the cell poles arranged on the top side of the cells 12, and a housing cover 34 which closes the module 10 at the top, ie in the z-direction.

Vorteilhafterweise sind nun in diese Trennelemente 18 Kühlkanäle 36 als Teil einer Kühlkanalanordnung 38 integriert. Vorzugsweise verlaufen dabei solche Kühlkanäle 36 oder im Allgemeinen mindestens ein Teil eines Kühlkanals 36 in jedem der Trennelemente 18. Auch in den weiteren Gehäusekomponenten können Teile einer solcher Kühlkanalanordnung 38 angeordnet sein, insbesondere wiederum in Form jeweiliger Kühlkanäle 36, die in die entsprechenden Wände integriert sein können. Im vorliegenden Beispiel ist also auch in der ersten und zweiten Seitenwand 20, 22, sowie in der Vorder- und Rückseitenwand 24, 26 ein Teil einer solchen Kühlkanalanordnung 38 mit mindestens einem Kühlkanal 36 angeordnet. Die an den Kühlkanälen 36 dargestellten Pfeile veranschaulichen dabei die Strömungsrichtung eines die Kühlkanäle 36 durchströmenden Kühlmittels, wie beispielsweise Wasser, ggf. mit Zusätzen, oder eine andere Flüssigkeit. Im vorliegenden Beispiel umfassen also die jeweiligen Trennelemente 18 jeweils einen ersten Teil 38a einer solchen Kühlkanalanordnung 38, die Vorder- und Rückseitenwand 24, 26 jeweils einen zweiten Teil 38b der Kühlkanalanordnung 38, und die erste und zweite Seitenwand 20, 22 jeweils einen dritten Teil 38c der Kühlkanalanordnung 38. Zudem kann die Kühleinrichtung auch noch einen Kühlmittelzuführanschluss 40, sowie einen Kühlmittelabführanschluss 42 aufweisen, die in 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Der Kühlmittelzuführanschluss 40 kann zum Beispiel an der ersten Seitenwand 20 bereitgestellt sein, und der Kühlmittelabführanschluss 42 an der zweiten Seitenwand 22, oder umgekehrt. Dadurch wird zum Beispiel eine sehr vorteilhafte Strömung des dem Zuführanschluss 40 zugeführten Kühlmittels bereitgestellt, welches dann von der ersten Seitenwand 20 über die Trennelemente 18 sowie parallel dazu über die Vorder- und Rückseitenwand 24, 26 zur zweiten Seitenwand 22 strömt und aus dieser über den Abführanschluss 42 abgeführt wird. Entsprechend ist es also sehr vorteilhaft, wenn zum Beispiel die jeweiligen Teile 38a, 38b, 38c der Kühlkanalanordnung 38 fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch ist beispielsweise ein einzelner Kühlmittelzuführanschluss 40 und Kühlmittelabführanschluss 42 pro Batteriemodul 10 ausreichend.Cooling channels 36 are now advantageously integrated into these separating elements 18 as part of a cooling channel arrangement 38 . Such cooling ducts 36 or generally at least part of a cooling duct 36 preferably run in each of the separating elements 18. Parts of such a cooling duct arrangement 38 can also be arranged in the other housing components, in particular again in the form of respective cooling ducts 36, which are integrated into the corresponding walls can. In the present example, a part of such a cooling channel arrangement 38 with at least one cooling channel 36 is also arranged in the first and second side wall 20, 22, as well as in the front and rear side wall 24, 26. The arrows shown on the cooling channels 36 illustrate the flow direction of a coolant flowing through the cooling channels 36, such as water, possibly with additives, or another liquid. In the present example, the respective separating elements 18 each have a first part 38a of such a cooling channel arrangement 38, the front and rear side walls 24, 26 each have a second part 38b of the cooling channel arrangement 38, and the first and second side walls 20, 22 each have a third part 38c of the cooling channel arrangement 38. In addition, the cooling device can also have a coolant supply connection 40 and a coolant discharge connection 42, which in 1 are shown only schematically. For example, the coolant supply port 40 may be provided on the first side wall 20 and the coolant discharge port 42 on the second side wall 22, or vice versa. This provides, for example, a very advantageous flow of the coolant supplied to the supply connection 40, which then flows from the first side wall 20 via the separating elements 18 and parallel thereto via the front and rear side walls 24, 26 to the second side wall 22 and from there via the discharge connection 42 is discharged. Accordingly, it is therefore very advantageous if, for example, the respective parts 38a, 38b, 38c of the cooling channel arrangement 38 are fluidly connected to one another. As a result, for example, a single coolant supply connection 40 and coolant discharge connection 42 per battery module 10 is sufficient.

Eine Batterie, wie zum Beispiel eine Hochvolt-Batterie, kann mehrere solche Batteriemodule 10 umfassen. Diese können beispielsweise in einem Gesamtbatteriegehäuse aufgenommen sein. Ein solches Gesamtbatteriegehäuse kann zum Beispiel auch einen gemeinsamen Boden, insbesondere einen Kühlboden, für diese Batteriemodule 10 bereitstellen.A battery, such as a high-voltage battery, can include several such battery modules 10 . These can be accommodated in an overall battery housing, for example. Such an overall battery housing can, for example, also provide a common floor, in particular a cooling floor, for these battery modules 10 .

2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Kühlanordnung 14, hier ohne darin aufgenommene Batteriezellen 12. Nichts desto weniger kann die Kühlanordnung 14 wie bereits zu 1 beschrieben ausgebildet sein. Entsprechend sind auch hier wiederum korrespondierende Bauteile mit korrespondierenden Bezugszeichen versehen. Besser zu erkennen in 2 sind hierbei vor allem die durch das Gehäuse 16 bereitgestellten jeweiligen Aufnahmebereiche 30, die dabei jeweils zur Aufnahme einer Batteriezelle 12, insbesondere genau einer Batteriezelle 12, ausgebildet sind. Auch sind hier der Kühlmittelzuführanschluss 40 sowie der Kühlmittelabführanschluss 42 besser zu erkennen. Der Kühlmittelzuführanschluss 40 kann auch als Kühlmitteleintritt 40 bezeichnet werden und der Kühlmittelabführanschluss 42 als Kühlmittelaustritt. Die erste Seitenwand fungiert zudem als Kühlmittelverteiler und die zweite Seitenwand in diesem Beispiel ebenfalls als Kühlm ittelsamm ler. 2 shows a schematic and perspective representation of a further example of a cooling arrangement 14, here without battery cells 12 accommodated therein 1 be designed described. Correspondingly, corresponding components are again provided with corresponding reference symbols. Better recognizable in 2 are in this case, in particular, the respective receiving regions 30 provided by the housing 16, which are each designed to receive a battery cell 12, in particular exactly one battery cell 12. The coolant supply connection 40 and the coolant discharge connection 42 can also be seen better here. The coolant supply connection 40 can also be referred to as the coolant inlet 40 and the coolant discharge connection 42 as the coolant outlet. The first side wall also acts as a coolant distributor and the second side wall in this example also acts as a coolant collector.

Zudem kann die Kühlanordnung 14 noch eine Entlüftungseinrichtung 44 aufweisen. In diesem Beispiel ist diese durch einen Entlüftungskanal 46 bereitgestellt, der fluidisch mit der Kühlkanalanordnung 38 der ersten Seitenwand 20 fluidisch verbunden ist. Dieser Entlüftungskanal 46 beziehungsweise ein diesen umgebender Anschlussstutzen 44 ist dabei oberseitig an der ersten Seitenwand 20 angeordnet. Dadurch kann Luft aus dem Kühlkanalsystem 38 entweichen, was die Kühleffizienz steigert. Diese Kühlkanalanordnung 14 kann damit also gleichzeitig vorteilhafterweise als Gehäuse für die Batteriezellen 12 fungieren, in das die Batteriezellen 12 einfach eingesteckt werden können. Optional kann eine solche Kühlkanalanordnung 14 mit darin aufgenommenen Batteriezellen 12 in einem zusätzlichen Modulgehäuse oder Gesamtbatteriegehäuse untergebracht werden.In addition, the cooling arrangement 14 can also have a venting device 44 . In this example, this is provided by a ventilation channel 46 which is fluidically connected to the cooling channel arrangement 38 of the first side wall 20 . This venting channel 46 or a connecting piece 44 surrounding it is arranged on the top side on the first side wall 20 . This allows air to escape from the cooling duct system 38, which increases the cooling efficiency. This cooling channel arrangement 14 can thus advantageously function as a housing for the battery cells 12 at the same time, into which the battery cells 12 can be simply plugged. Optionally, such a cooling channel arrangement 14 with battery cells 12 accommodated therein can be accommodated in an additional module housing or overall battery housing.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine HV-Batterie mit Kühlung auf Modulzellenebene bereitgestellt wird, insbesondere eine wassergekühlte Hochvolt-Batterie für den Transportsektor, insbesondere für batterieelektrische Fahrzeuge und Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeuge. Hierbei werden die Kühlkanäle in das Batteriemodul zwischen die Zellen eingefügt. Dadurch kann ein optimales Heizen und Kühlen der Zellen erreicht werden.Overall, the examples show how the invention provides an HV battery with cooling at module cell level, in particular a water-cooled high-voltage battery for the transport sector, in particular for battery electric vehicles and plug-in hybrid electric vehicles. Here, the cooling channels are inserted in the battery module between the cells. This allows optimal heating and cooling of the cells to be achieved.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • EP 2854211 A1 [0004]EP 2854211 A1 [0004]

Claims (10)

Kühlanordnung (14) zum Kühlen von Batteriezellen (12) einer Batterie (10), wobei die Kühlanordnung (14) aufweist: - ein Gehäuse (16) mit mehreren Aufnahmebereichen (30) zur Aufnahme jeweils einer der Batteriezellen (12), wobei das Gehäuse (16) mindestens ein Trennelement (18) aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche (30) der mehreren Aufnahmebereiche (30) voneinander räumlich separiert; - eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung (38) mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal (36) aufweist, mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss (40) zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlkanalanordnung (38), und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss (42) zum Abführen des Kühlmittels aus der Kühlkanalanordnung (38); dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Teil (38a) der Kühlkanalanordnung (38) in das mindestens eine Trennelement (18) integriert ist.Cooling arrangement (14) for cooling battery cells (12) of a battery (10), the cooling arrangement (14) having: - a housing (16) with a plurality of receiving areas (30) for receiving one of the battery cells (12), the housing (16) has at least one separating element (18) which spatially separates two adjacently arranged receiving areas (30) of the plurality of receiving areas (30); - a cooling device, which has a cooling channel arrangement (38) with at least one cooling channel (36) through which a coolant can flow, at least one coolant supply connection (40) for supplying a coolant into the cooling channel arrangement (38), and at least one coolant discharge connection (42) for discharging the coolant from the cooling channel arrangement (38); characterized in that at least a first part (38a) of the cooling channel arrangement (38) is integrated into the at least one separating element (18). Kühlanordnung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Aufnahmebereich (30) zur Aufnahme einer prismatischen Batteriezelle (12) ausgebildet ist, und insbesondere eine quaderförmige Geometrie aufweist.Cooling arrangement (14) after claim 1 , characterized in that a respective receiving area (30) for receiving a prismatic battery cell (12) is formed, and in particular has a cuboid geometry. Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (30) in einer ersten Richtung (y) nebeneinander angeordnet sind, wobei je zwei in der ersten Richtung (y) benachbarte Aufnahmebereiche (30) der mehreren Aufnahmebereiche (30) durch ein jeweiliges Trennelement (18) voneinander separiert sind, in welchem jeweils zumindest ein erster Teil (38a) der Kühlkanalanordnung (38) integriert ist.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving areas (30) are arranged next to one another in a first direction (y), with each two receiving areas (30) adjacent in the first direction (y) of the plurality of receiving areas (30 ) are separated from one another by a respective separating element (18), in which at least a first part (38a) of the cooling channel arrangement (38) is integrated. Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) eine Vorderseitenwand (24) und eine Rückseitenwand (26) aufweist, die die Anordnung der Aufnahmebereiche (30) bezüglich der ersten Richtung (y) beidseitig begrenzen, wobei in die Vorderseitenwand (24) und/oder in die Rückseitenwand (26) zumindest ein zweiter Teil (38b) der Kühlkanalanordnung (38) integriert ist.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (16) has a front wall (24) and a rear wall (26) which delimit the arrangement of the receiving areas (30) on both sides with respect to the first direction (y), at least a second part (38b) of the cooling channel arrangement (38) being integrated into the front side wall (24) and/or into the rear side wall (26). Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) eine erste Seitenwand (20) und eine zweite Seitenwand (22) aufweist, die die Anordnung der Aufnahmebereiche (30) bezüglich einer zweiten Richtung (x), die senkrecht zur ersten Richtung (y) ist, beidseitig begrenzen, wobei in die erste Seitenwand (20) und/oder in die zweite Seitenwand (22) zumindest ein dritter Teil (38c) der Kühlkanalanordnung (38) integriert ist.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (16) has a first side wall (20) and a second side wall (22) which the arrangement of the receiving areas (30) with respect to a second direction (x), which is perpendicular to the first direction (y), at least a third part (38c) of the cooling channel arrangement (38) being integrated into the first side wall (20) and/or into the second side wall (22). Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) einen Gehäuseboden aufweist, der die Anordnung der Aufnahmebereiche (30) bezüglich einer dritten Richtung (z) begrenzt, die senkrecht zur ersten und insbesondere auch zur zweiten Richtung (y, x) ist, wobei in den Gehäuseboden zumindest ein vierter Teil der Kühlkanalanordnung (38) integriert ist.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (16) has a housing base which delimits the arrangement of the receiving areas (30) with respect to a third direction (z) which is perpendicular to the first and in particular also to the second direction (y, x), at least a fourth part of the cooling channel arrangement (38) being integrated into the housing floor. Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die ersten, zweiten und dritten Teile (38a, 38b, 38c) der Kühlkanalanordnung (38) fluidisch miteinander verbunden sind.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first, second and third parts (38a, 38b, 38c) of the cooling channel arrangement (38) are fluidly connected to one another. Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelzuführanschluss (40) an der ersten Seitenwand (20) des Gehäuses (16) angeordnet ist und der mindestens eine Kühlmittelabführanschluss (42) an der zweiten Seitenwand (22) des Gehäuses (16) angeordnet ist, insbesondere wobei die Kühleinrichtung eine am Gehäuse (16) angeordnete Entlüftungseinrichtung (44) aufweist, die einen mit der Kühlkanalanordnung (38) fluidisch gekoppelten Entlüftungskanal (46) bereitstellt, der in Bezug auf die dritte Richtung (z) an einer Oberseite eines Gehäusebauteils (20) des Gehäuses (16) angeordnet ist.Cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coolant supply connection (40) is arranged on the first side wall (20) of the housing (16) and the at least one coolant discharge connection (42) on the second side wall (22) of the housing (16), in particular wherein the cooling device has a ventilation device (44) which is arranged on the housing (16) and provides a ventilation channel (46) which is fluidically coupled to the cooling channel arrangement (38) and which, in relation to the third direction (e.g ) is arranged on an upper side of a housing component (20) of the housing (16). Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Kühlanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery (10) for a motor vehicle with a cooling arrangement (14) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Temperieren von Batteriezellen (12) einer Batterie (10) mittels einer Kühlanordnung (14), die aufweist: - ein Gehäuse (16) mit mehreren Aufnahmebereichen (30) zur Aufnahme jeweils nur einer der Batteriezellen (12), wobei das Gehäuse (16) mindestens ein Trennelement (18) aufweist, welches zwei benachbart angeordnete Aufnahmebereiche (30) der mehreren Aufnahmebereiche (30) voneinander räumlich separiert; und - eine Kühleinrichtung, welche eine Kühlkanalanordnung (38) mit mindestens einem von einem Temperiermittel durchströmbaren Kühlkanal (36) aufweist, mindestens einen Kühlmittelzuführanschluss (40) zum Zuführen eines Temperiermittel in die Kühlkanalanordnung (38), und mindestens einen Kühlmittelabführanschluss (42) zum Abführen des Temperiermittel aus der Kühlkanalanordnung (38); dadurch gekennzeichnet, dass zum Temperieren der Batteriezellen (12) ein Temperiermittel zumindest einem in das mindestens eine Trennelement (18) integrierten Teil der Kühlkanalanordnung (38) zugeführt wird.Method for tempering battery cells (12) of a battery (10) by means of a cooling arrangement (14), which has: - a housing (16) with a plurality of receiving areas (30) for receiving only one of the battery cells (12), the housing ( 16) has at least one separating element (18) which spatially separates two adjacently arranged receiving areas (30) of the plurality of receiving areas (30); and - a cooling device which has a cooling channel arrangement (38) with at least one cooling channel (36) through which a temperature control medium can flow, at least one coolant supply connection (40) for supplying a temperature control medium into the cooling channel arrangement (38), and at least one coolant discharge connection (42) for discharging the temperature control medium from the cooling channel arrangement (38); characterized in that for temperature control of the battery cells (12) a temperature control means at least one in the at least one separating element (18) integrated part of the cooling channel arrangement (38) is supplied.
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