DE102021204382A1 - Battery with a cooling device and motor vehicle with a battery - Google Patents

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Abstract

Um eine Batterie mit einer Kühlvorrichtung bereitzustellen, welche eine große Kühlleistung aufweist und mit der eine Temperaturdifferenz in der Batterie begrenzt werden kann, wird eine Batterie (100) mit einer Kühlvorrichtung (10), wobei die Kühlvorrichtung (10) mindestens eine Luftkühlungsvorrichtung (11) und eine Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12) umfasst, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) einen geschlossenen Kreislauf (13) aufweist, wobei in dem geschlossenen Kreislauf (13) der Luftkühlungsvorrichtung (11) Kühlluft (14) geführt oder führbar ist, vorgeschlagen, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Luftkühlungsvorrichtung (11) eine Konditionierungseinrichtung (20) für die Kühlluft (14) aufweist.In order to provide a battery with a cooling device, which has a high cooling capacity and with which a temperature difference in the battery can be limited, a battery (100) with a cooling device (10), the cooling device (10) having at least one air cooling device (11) and a liquid cooling device (12), wherein the air cooling device (11) has a closed circuit (13), wherein cooling air (14) is or can be guided in the closed circuit (13) of the air cooling device (11). that the air cooling device (11) has a conditioning device (20) for the cooling air (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung mindestens eine Luftkühlungsvorrichtung und eine Flüssigkeitskühlungsvorrichtung umfasst, wobei die Luftkühlungsvorrichtung einen geschlossenen Kreislauf aufweist, wobei in dem geschlossenen Kreislauf der Luftkühlungsvorrichtung Kühlluft geführt oder führbar ist.The present invention relates to a battery with a cooling device, the cooling device comprising at least one air cooling device and one liquid cooling device, the air cooling device having a closed circuit, cooling air being guided or guidable in the closed circuit of the air cooling device.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, ein batterieelektrisches Fahrzeug oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug, mit einer Batterie.Furthermore, the present invention relates to a motor vehicle, in particular an electric vehicle, a battery electric vehicle or a hybrid electric vehicle, with a battery.

Batterien von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Elektrofahrzeugen oder batterieelektrischen Fahrzeugen oder Hybridelektrokraftfahrzeugen, müssen gekühlt werden. Mit höheren Ladeleistungen steigen dabei die von der Batterie abgegebenen Wärmemengen. Zum Kühlen von Batterien für Kraftfahrzeuge sind Luftkühlungen bekannt. Derartige Luftkühlungen wurden insbesondere in der ersten Generation von Hybridkraftfahrzeugen eingesetzt und sehen für die Kühlung der Batterie eine Kühlung mit der Innenraumluft des Kraftfahrzeuges vor. Eine Kühlung mittels der Innenraumluft weist jedoch nur eine geringe Kühlleistung auf, sodass derartige Luftkühlungen in ihrem Einsatzbereich beschränkt sind. Ferner sind sogenannte Bodenkühlungen für Batterien von Kraftfahrzeugen bekannt. Auch die bekannten Bodenkühlungen sind in ihrer Kühlleistung begrenzt. So wird insbesondere bei einer hohen Kühlleistung die Temperaturdifferenz in der Batterie zu groß, sodass die Kühlleistung der Bodenkühlung aus diesem Grund begrenzt werden muss.Batteries of motor vehicles, in particular of electric vehicles or battery electric vehicles or hybrid electric vehicles, have to be cooled. With higher charging power, the amount of heat given off by the battery increases. Air cooling systems are known for cooling batteries for motor vehicles. Such air cooling systems were used in particular in the first generation of hybrid motor vehicles and provide cooling with the interior air of the motor vehicle for cooling the battery. However, cooling by means of the interior air only has a low cooling capacity, so that such air cooling systems are limited in their area of application. So-called floor cooling systems for motor vehicle batteries are also known. The known floor cooling systems are also limited in their cooling capacity. The temperature difference in the battery becomes too great, especially with a high cooling capacity, so that the cooling capacity of the floor cooling has to be limited for this reason.

Aus der DE 10 2012 103 131 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie, insbesondere zum Starten eines Verbrennungsmotors, bekannt. Die Fahrzeugbatterie kann durch ein der Fahrzeugbatterie zugeordnetes Peltier-Element, durch zumindest eine Klimatisierungseinrichtung mit einem Verdampfer und einer Wärmeübertragereinrichtung, zumindest einem Lüfter, der direkt oder indirekt über eine Klimaanlage des Kraftfahrzeuges der Fahrzeugbatterie Kühlluft zuführt, oder durch zumindest ein Luftleitelement, welches der Fahrzeugbatterie kühlende Fahrtluft zuführt, gekühlt werden.From the DE 10 2012 103 131 A1 a motor vehicle with a vehicle battery, in particular for starting an internal combustion engine, is known. The vehicle battery can be replaced by a Peltier element assigned to the vehicle battery, by at least one air conditioning device with an evaporator and a heat exchanger device, at least one fan which supplies cooling air to the vehicle battery directly or indirectly via an air conditioning system of the motor vehicle, or by at least one air guiding element which supplies the vehicle battery supplying cooling air to be cooled.

Aus der DE 10 2011 000 353 A1 ist eine Batterie mit einem Gehäuse bekannt, in welchem Batteriezellen angeordnet sind, die mit Hilfe einer Flüssigkeitstemperierung/Flüssigkeitskühlung oder einer Gastemperierung/Gaskühlung temperiert/gekühlt werden. Die Gastemperierung/Gaskühlung umfasst dabei mindestens einen geschlossenen Kreislauf im Gehäuse.From the DE 10 2011 000 353 A1 a battery is known with a housing in which battery cells are arranged, which are temperature-controlled/cooled with the aid of liquid temperature control/liquid cooling or gas temperature control/gas cooling. The gas temperature control/gas cooling comprises at least one closed circuit in the housing.

Aus der US 2010/0136406 A1 ist ein Batteriepack mit Batteriezellen bekannt, wobei das Batteriepack ein Gehäuse zur Unterbringung der Batteriezellen und eine Kühlvorrichtung aufweist. Die Kühlvorrichtung ist zur Kühlung eines Luftstroms durch das Gehäuse ausgebildet.From the U.S. 2010/0136406 A1 a battery pack with battery cells is known, the battery pack having a housing for accommodating the battery cells and a cooling device. The cooling device is designed to cool an air flow through the housing.

Die DE 10 2007 061 562 A1 offenbart eine Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine aufladbare Speicherzelle und einen mit der Speicherzelle in thermischem Kontakt stehenden Kühlkörper, wobei der Kühlkörper zum Wärmeaustausch von einem Fluid durchströmbar ist, wobei ein Gebläse zur Luftbeströmung zumindest eines Teils der Vorrichtung vorgesehen ist.the DE 10 2007 061 562 A1 discloses a device for storing electrical energy, in particular for a motor vehicle, comprising at least one chargeable storage cell and a heat sink which is in thermal contact with the storage cell, a fluid being able to flow through the heat sink for heat exchange, a fan being provided for air flow through at least part of the device is.

Aus der DE 10 2008 057 305 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche einen mit der Wärmequelle in thermischem Kontakt stehenden Kühlkörper aufweist, wobei der Kühlkörper von einem ersten Fluidstrom zur Abfuhr von Wärme beströmbar ist, wobei der Kühlkörper selektierbar von mindestens einem zweiten Fluidstrom zur Abfuhr von Wärme beströmbar ist.From the DE 10 2008 057 305 A1 a device for cooling a heat source of a motor vehicle is known, which has a heat sink that is in thermal contact with the heat source, wherein a first fluid stream can flow through the heat sink to dissipate heat, and the heat sink can be selected for at least one second fluid stream to dissipate heat is flowable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit einer Kühlvorrichtung bereitzustellen, welche eine große Kühlleistung aufweist, und mit der eine Temperaturdifferenz in der Batterie begrenzt werden kann.The invention is based on the object of providing a battery with a cooling device which has a high cooling capacity and with which a temperature difference in the battery can be limited.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Batterie mit einer Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung mindestens eine Luftkühlungsvorrichtung und eine Flüssigkeitskühlungsvorrichtung umfasst, wobei die Luftkühlungsvorrichtung einen geschlossenen Kreislauf aufweist, wobei in dem geschlossenen Kreislauf der Luftführungsvorrichtung Kühlluft geführt oder führbar ist, vorgeschlagen, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Luftkühlungsvorrichtung eine Konditionierungseinrichtung für die Kühlluft aufweist. In order to achieve the object on which the invention is based, a battery with a cooling device is proposed, the cooling device comprising at least one air cooling device and one liquid cooling device, the air cooling device having a closed circuit, cooling air being guided or guidable in the closed circuit of the air guiding device, wherein furthermore it is provided that the air cooling device has a conditioning device for the cooling air.

Die von der Erfindung vorgesehene Kühlvorrichtung ist somit als eine Kombination einer Luftkühlungsvorrichtung und einer Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ausgebildet. Aufgrund der Kombination von Luftkühlungsvorrichtung und Flüssigkeitskühlungsvorrichtung kann eine Steigerung der Kühlleistung erzielt werden. Ein weiterer Vorteil der Kombination von Luftkühlungsvorrichtung und Flüssigkeitskühlungsvorrichtung besteht darin, dass abhängig von der Geometrie der Batterie beziehungsweise von Teilbereichen der Batterie verschiedene Kühlverfahren genutzt werden können. So ist bei komplexen Geometrien, die auch hochvoltführend sein können, eine Luftkühlung optimal. Derartige Geometrien sind mit einer reinen Flüssigkeitskühlung in der Regel nicht kühlbar. Gleichzeitig kann durch die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung eine hohe Kühlleistung erzielt werden.The cooling device provided by the invention is thus designed as a combination of an air cooling device and a liquid cooling device. Due to the combination of air cooling device and liquid cooling device, an increase in the cooling capacity can be achieved. A further advantage of the combination of air cooling device and liquid cooling device is that different cooling methods can be used depending on the geometry of the battery or partial areas of the battery. Air cooling is ideal for complex geometries that can also carry high voltage. Such geometries are normal with pure liquid cooling not coolable. At the same time, the liquid cooling device can achieve a high cooling capacity.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines geschlossenen Kreislaufes für die Luftkühlungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass ein Schmutzeintrag in das System der Luftkühlungsvorrichtung vermieden werden kann.The inventive use of a closed circuit for the air cooling device offers the advantage that dirt can be avoided in the system of the air cooling device.

Bevorzugt wird daher in der Luftkühlungsvorrichtung keine Umgebungsluft als Kühlluft verwendet.Ambient air is therefore preferably not used as cooling air in the air cooling device.

Die Luftkühlungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Batterie weist eine Konditionierungseinrichtung für die Kühlluft auf. Mittels der Konditionierungseinrichtung kann die Kühlluft gekühlt und/oder erwärmt werden. Durch eine Konditionierung der Kühlluft kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung weiter erhöht werden. So ist es ein Problem bekannter, für die Bodenkühlung eingesetzter Flüssigkeitskühlungsvorrichtungen, dass die Kühlleistung begrenzt werden muss, da die Temperaturdifferenz über die Batterie beziehungsweise über die Zellen der Batterie zu groß werden kann. Aufgrund der Möglichkeit, konditionierte Kühlluft in der Luftkühlungsvorrichtung zu verwenden, ist es möglich, die Temperaturdifferenz bzw. ein Temperaturgefälle über die Batterie zu verringern, sodass die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung mit einer hohen Leistung betrieben werden kann.The air cooling device of the battery according to the invention has a conditioning device for the cooling air. The cooling air can be cooled and/or heated by means of the conditioning device. The cooling capacity of the cooling device can be further increased by conditioning the cooling air. It is a problem with known liquid cooling devices used for floor cooling that the cooling capacity has to be limited since the temperature difference across the battery or across the cells of the battery can become too large. Due to the possibility of using conditioned cooling air in the air cooling device, it is possible to reduce the temperature difference or a temperature gradient across the battery, so that the liquid cooling device can be operated with a high performance.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Luftkühlungsvorrichtung an einer ersten Seite der Batterie angeordnet ist, und dass die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung an einer zweiten Seite der Batterie angeordnet ist.It is advantageously provided that the air cooling device is arranged on a first side of the battery and that the liquid cooling device is arranged on a second side of the battery.

Dadurch, dass die Luftkühlungsvorrichtung und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung an verschiedenen Seiten der Batterie angeordnet sind, kann eine Temperaturdifferenz bzw. ein Temperaturgefälle zwischen diesen beiden Seiten der Batterie verringert werden.Because the air cooling device and the liquid cooling device are arranged on different sides of the battery, a temperature difference or a temperature gradient between these two sides of the battery can be reduced.

Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass die erste Seite eine Oberseite der Batterie ist, und/oder dass die zweite Seite eine Unterseite der Batterie ist.Provision is also advantageously made for the first side to be an upper side of the battery and/or for the second side to be an underside of the battery.

Die Oberseite der Batterie ist dabei bevorzugt jene Seite der Batterie, welche im im Kraftfahrzeug angeordneten Zustand in Vertikalrichtung oben angeordnet ist. Entsprechend ist die Unterseite der Batterie jene Seite der Batterie, welche im im Kraftfahrzeug angeordneten Zustand unten angeordnet ist. Die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ist daher bevorzugt für die Bodenkühlung ausgebildet. Im Betrieb entstehen bei der Verwendung einer Bodenkühlung größere Temperaturgefälle beziehungsweise größere Temperaturdifferenzen zwischen der Unterseite und der Oberseite der Batterie. Dadurch, dass die Luftkühlungsvorrichtung an der Oberseite der Batterie angeordnet ist, kann durch den Betrieb der Luftkühlungsvorrichtung die durch die Kühlung der Unterseite mittels der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung hervorgerufene Temperaturdifferenz verringert oder begrenzt werden, sodass die Kühlvorrichtung insgesamt mit einer größeren Kühlleistung betrieben werden kann.The upper side of the battery is preferably that side of the battery which is arranged at the top in the vertical direction when it is arranged in the motor vehicle. Correspondingly, the underside of the battery is that side of the battery which is arranged at the bottom when it is arranged in the motor vehicle. The liquid cooling device is therefore preferably designed for bottom cooling. During operation, greater temperature gradients or greater temperature differences arise between the bottom and the top of the battery when using bottom cooling. Because the air cooling device is arranged on the top of the battery, the temperature difference caused by the cooling of the underside by means of the liquid cooling device can be reduced or limited by the operation of the air cooling device, so that the cooling device can be operated overall with a greater cooling capacity.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Konditionierungseinrichtung einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager oder einen Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, aufweist.Provision can preferably be made for the conditioning device to have a heat exchanger, in particular an air/refrigerant heat exchanger or an air/coolant heat exchanger.

Mit anderen Worten ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlluft in dem geschlossenen Kreislauf der Luftkühlungsvorrichtung durch den Wärmeübertrager, insbesondere durch den Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager oder durch den Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, geleitet werden kann. Dabei kann die Kühlluft gekühlt und zur Kühlung der Batterie verwendet werden.In other words, it is preferably provided that the cooling air in the closed circuit of the air cooling device can be conducted through the heat exchanger, in particular through the air-refrigerant heat exchanger or through the air-refrigerant heat exchanger. The cooling air can be cooled and used to cool the battery.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Luftkühlungsvorrichtung und/oder die Konditionierungseinrichtung ein Gebläse aufweist. Das Gebläse ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Kühlluft an der Batterie, insbesondere an der ersten Seite, weiter insbesondere an der Oberseite der Batterie, vorbeizuführen. Ferner kann das Gebläse ausgebildet sein, die Kühlluft zur Konditionierung durch die Konditionierungseinrichtung beziehungsweise durch den Wärmeübertrager der Konditionierungseinrichtung zu leiten.Furthermore, it can preferably be provided that the air cooling device and/or the conditioning device has a fan. The blower is preferably designed to guide the cooling air past the battery, in particular on the first side, more particularly on the top side of the battery. Furthermore, the fan can be designed to direct the cooling air for conditioning through the conditioning device or through the heat exchanger of the conditioning device.

Durch die Konditionierung der Kühlluft kann diese beispielsweise auf bis zu oder unter 2 °C abgekühlt werden. Dem gegenüber werden mit aus dem Stand der Technik bekannten Luftkühlungsvorrichtungen, welche Innenraumluft zur Kühlung der Batterie verwenden, lediglich Kühllufttemperaturen von ca. 22 °C erreicht.By conditioning the cooling air, it can be cooled down to, for example, up to or below 2 °C. In contrast, with air cooling devices known from the prior art, which use interior air to cool the battery, cooling air temperatures of only approx. 22° C. are achieved.

Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass die Batterie eine Vielzahl von Zellen oder Speicherzellen umfasst, wobei die Zellen oder Speicherzellen bevorzugt Rundzellen oder prismatische Zellen sind. Die Rundzellen oder prismatischen Zellen können in einem Gehäuse der Batterie angeordnet sein. Ist ein Gehäuse vorgesehen, so kann der von der Luftkühlungsvorrichtung erzeugte Luftstrom der Kühlluft über eine Außenseite des Gehäuses oder innerhalb des Gehäuses geführt sein. Entsprechend kann die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung an einer Außenseite des Gehäuses oder innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Insbesondere können die Luftkühlungsvorrichtung und/oder die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung unmittelbar an den Zellen bzw. den Speicherzellen angeordnet sein.With a further advantage, it is provided that the battery comprises a multiplicity of cells or storage cells, the cells or storage cells preferably being round cells or prismatic cells. The round cells or prismatic cells can be arranged in a housing of the battery. If a housing is provided, the airflow of the cooling air generated by the air cooling device can be guided over an outside of the housing or within the housing. Correspondingly, the liquid cooling device can be arranged on an outside of the housing or inside the housing. In particular, the air cooling device and / or the liquid cooling device can be arranged directly on the cells or the storage cells.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass Pole der Batterie an der ersten Seite der Batterie angeordnet sind.Furthermore, it is preferably provided that poles of the battery are arranged on the first side of the battery.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Luftkühlungsvorrichtung ausgebildet ist, einen Luftstrom der Kühlluft über die erste Seite der Batterie zu leiten. Da die Pole der Batterie eine komplexe Geometrie aufweisen und insbesondere hochvoltführend sein können, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Pole mittels der Luftkühlungsvorrichtung gekühlt werden. Es ist daher von besonderem Vorteil, wenn die Pole der Batterie an der ersten Seite, insbesondere an der Oberseite, der Batterie angeordnet sind.This is particularly advantageous when the air cooling device is designed to direct an airflow of the cooling air over the first side of the battery. Since the poles of the battery have a complex geometry and can in particular carry high voltages, it is of particular advantage if the poles are cooled by means of the air cooling device. It is therefore of particular advantage if the poles of the battery are arranged on the first side, in particular on the top, of the battery.

Mit weiterem Vorteil kann die Luftkühlungsvorrichtung ausgebildet sein, die Kühlluft entlang einer Kurzseite der Batterie zu führen, und/oder die Kühlluft in Richtung der geringsten Ausdehnung der ersten Seite über die erste Seite zu führen.With a further advantage, the air cooling device can be designed to guide the cooling air along a short side of the battery and/or to guide the cooling air over the first side in the direction of the smallest extension of the first side.

Unter einer Kurzseite wird im Rahmen der Erfindung jene Ausdehnungsrichtung der Batterie verstanden, welche die geringsten Ausmaße aufweist.Within the scope of the invention, a short side is understood to be that direction of expansion of the battery which has the smallest dimensions.

Weist zum Beispiel die erste Seite, insbesondere die Oberseite, der Batterie eine im Wesentlichen rechteckige Gestaltung mit einer Länge und einer Breite auf, wobei die Breite kürzer als die Länge ist, so entspricht die Kurzseite der Breite der Batterie. Dadurch, dass die Kühlluft über die Kurzseite der Batterie geführt wird, wird über die Kurzseite gesehen eine im Wesentlichen gleichmäßige Kühlleistung erreicht. Insbesondere wird eine Temperaturspreizung über die Kurzseite, das heißt eine Temperaturdifferenz zwischen Anfang und Ende der Kurzseite, verringert.For example, if the first side, in particular the top, of the battery has an essentially rectangular configuration with a length and a width, the width being shorter than the length, then the short side corresponds to the width of the battery. Because the cooling air is routed over the short side of the battery, an essentially uniform cooling capacity is achieved over the short side. In particular, a temperature spread over the short side, ie a temperature difference between the beginning and end of the short side, is reduced.

Zu diesem Zweck kann ferner vorgesehen sein, dass die Luftkühlungsvorrichtung definierte Zu- und Abluftkanäle aufweist, welche ausgebildet sind, die Luft über die Kurzseite der Batterie zu führen.For this purpose, it can also be provided that the air cooling device has defined supply and exhaust air ducts, which are designed to guide the air over the short side of the battery.

Mit weiterem Vorteil kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, welche ausgebildet ist, die Luftkühlungsvorrichtung und/oder die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung, bevorzugt in Abhängigkeit vorbestimmter Parameter, einzeln oder gemeinsam zu betreiben.With further advantage, a control device can be provided which is designed to operate the air cooling device and/or the liquid cooling device individually or jointly, preferably as a function of predetermined parameters.

Somit kann jeweils jene der beiden Kühlungsvorrichtungen, das heißt der Luftkühlungsvorrichtung und/oder der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung, oder eine Kombination der Kühlungsvorrichtungen betrieben werden, welche für die vorherrschenden Betriebsbedingungen eine optimale Kühlleistung bereitstellt.Thus, in each case that of the two cooling devices, that is to say the air cooling device and/or the liquid cooling device, or a combination of the cooling devices can be operated which provides optimum cooling capacity for the prevailing operating conditions.

Insbesondere können die Luftkühlungsvorrichtung und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung auch gemeinsam betrieben werden.In particular, the air cooling device and the liquid cooling device can also be operated together.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, die Luftkühlungsvorrichtung und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung zu betreiben, wenn eine tatsächliche oder eine prognostizierte Temperaturdifferenz über die Batterie, bevorzugt zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite, weiter bevorzugt zwischen der Oberseite und der Unterseite, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.Furthermore, it is preferably provided that the control device is designed to operate the air cooling device and the liquid cooling device when an actual or a predicted temperature difference across the battery, preferably between the first side and the second side, more preferably between the top and the bottom, a exceeds a predetermined limit.

Eine prognostizierte Temperaturdifferenz kann beispielsweise mittels der Steuervorrichtung oder einer separaten Datenverarbeitungseinheit ermittelt werden. Beispielsweise kann bei einem Ladevorgang der Batterie aufgrund der aufgenommenen Leistung von der Steuervorrichtung beziehungsweise von der Datenverarbeitungseinheit geschätzt werden, wie groß eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite beziehungsweise zwischen der Oberseite und der Unterseite der Batterie zu erwarten ist.A predicted temperature difference can be determined, for example, by means of the control device or a separate data processing unit. For example, when the battery is being charged, based on the power consumed, the control device or the data processing unit can estimate how great a temperature difference is to be expected between the first and second sides or between the top and bottom of the battery.

Auch im Fahrbetrieb kann entsprechend eine Temperaturdifferenz der Batterie prognostiziert werden.A temperature difference of the battery can also be predicted accordingly when driving.

Jedoch ist es auch möglich, dass eine tatsächlich gemessene Temperaturdifferenz von der Steuervorrichtung verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Luftkühlungsvorrichtung und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung gemeinsam betrieben werden sollen.However, it is also possible that an actually measured temperature difference is used by the control device to determine whether the air cooling device and the liquid cooling device should be operated together.

Bei ausreichend kleinen Temperaturdifferenzen ist es ausreichend, wenn die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung allein betrieben wird.With sufficiently small temperature differences, it is sufficient if the liquid cooling device is operated alone.

Mit weiterem Vorteil ist die Steuervorrichtung ausgebildet, nur die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung zu betreiben, wenn eine Außentemperatur geringer als ein vorbestimmter, bevorzugt von einer Batterietemperatur abhängiger, Grenzwert ist.With a further advantage, the control device is designed to only operate the liquid cooling device when an outside temperature is lower than a predetermined limit value, which is preferably dependent on a battery temperature.

Wenn eine Außentemperatur geringer als ein vorbestimmter, bevorzugt von einer Batterietemperatur abhängiger, Grenzwert ist, kann die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung mit einer hohen Effektivität betrieben werden. Mit anderen Worten kann bei ausreichend niedrigen Außentemperaturen die Batterie mit sehr geringem energetischem Aufwand gekühlt werden. Es kann dann eine einseitige Kühlung mittels der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ausreichend sein.If an outside temperature is lower than a predetermined limit value, which is preferably dependent on a battery temperature, the liquid cooling device can be operated with a high degree of effectiveness. In other words, when the outside temperatures are sufficiently low, the battery can be cooled with very little energy expenditure. It can then use a one-sided cooling be sufficient means of the liquid cooling device.

Die einseitige Kühlung mittels der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ein Kühlmittel umfasst.One-sided cooling by means of the liquid cooling device is particularly advantageous when the liquid cooling device includes a coolant.

Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs der Batterie die Temperatur der Kühlluft anzuheben oder abzusenken.With a further advantage, it can be provided that the control device is designed to raise or lower the temperature of the cooling air depending on a cooling requirement of the battery.

Wenn die Temperatur der Kühlluft angehoben wird, kann die Energieeffizienz gesteigert werden.If the temperature of the cooling air is raised, the energy efficiency can be increased.

Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Elektrofahrzeuges, eines batterieelektrischen Fahrzeuges oder eines Hybridelektrokraftfahrzeuges, mit einer vorbeschriebenen Batterie.A further solution to the problem on which the invention is based consists in providing a motor vehicle, in particular an electric vehicle, a battery electric vehicle or a hybrid electric motor vehicle, with a battery as described above.

Sämtliche im Zusammenhang mit der vorstehend erläuterten Batterie beschriebenen Merkmale, Funktionen und Ausgestaltungen können in entsprechender Weise auf das Kraftfahrzeug beziehungsweise auf die Batterie des Kraftfahrzeuges übertragen werden.All of the features, functions and configurations described in connection with the battery explained above can be transferred in a corresponding manner to the motor vehicle or to the battery of the motor vehicle.

Die Erfindung wird näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einer Kühlvorrichtung, und
  • 2 ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it
  • 1 a schematic representation of a battery with a cooling device, and
  • 2 a motor vehicle with a battery.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 100 für ein in 2 dargestelltes Kraftfahrzeug 200. Die Batterie 100 weist eine Kühlvorrichtung 10 auf, welche eine Luftkühlungsvorrichtung 11 und eine Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 umfasst. Die Luftkühlungsvorrichtung 11 weist einen geschlossenen Kreislauf 13 auf, in dem Kühlluft 14 geführt wird. Die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 ist zur Kühlung der Batterie 100 mittels eines nicht näher dargestellten Kühlmittels ausgebildet. Die Batterie 100 weist eine erste Seite 15 auf, welche im gezeigten Fall die Oberseite 16 der Batterie 100 ist. Die Batterie 100 weist ferner eine zweite Seite 17 auf, welche im gezeigten Fall als Unterseite 18 der Batterie 100 ausgebildet ist. 1 shows a schematic representation of a battery 100 for an in 2 illustrated motor vehicle 200. The battery 100 has a cooling device 10 which includes an air cooling device 11 and a liquid cooling device 12 . The air cooling device 11 has a closed circuit 13 in which cooling air 14 is guided. The liquid cooling device 12 is designed to cool the battery 100 by means of a coolant that is not shown in detail. The battery 100 has a first side 15, which is the top 16 of the battery 100 in the case shown. The battery 100 also has a second side 17 which is designed as the underside 18 of the battery 100 in the case shown.

Die Luftkühlungsvorrichtung 11 ist dabei an der Oberseite 16 der Batterie 100 angeordnet. Die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 ist an der Unterseite 18 der Batterie 100 angeordnet. Die erste Seite 15, beziehungsweise die Oberseite 16 der Batterie 100 weist Pole 19 der Batterie 100 auf. Die Pole 19 weisen eine komplexe Geometrie auf, weshalb die Kühlung der Batterie 100 von der Oberseite 16 mittels der Luftkühlungsvorrichtung 11 vorteilhaft ist. Die Luftkühlungsvorrichtung 11 umfasst ferner eine Konditionierungseinrichtung 20 umfassend einen Wärmeübertrager 21, insbesondere einen Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 22. Der Wärmeübertrager 21 ist im geschlossenen Kreislauf 13 angeordnet. Mittels eines Gebläses 23 der Konditionierungseinrichtung 20 kann die Kühlluft 14 durch den Wärmeübertrager 20 geleitet werden. Mittels der Konditionierungseinrichtung 20 kann die im geschlossenen Kreislauf 13 zirkulierende Kühlluft 14 auf beispielsweise 2 °C oder niedriger gekühlt werden. Durch die von der Konditionierungseinrichtung 20 bewirkte Erhöhung der Kühlleistung der Luftkühlungsvorrichtung 11 kann die Kühlleistung der an der Unterseite 18 der Batterie 100 angeordneten Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 unterstützt werden. Insbesondere kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Unterseite 18 und der Oberseite 16, welche in einem alleinigen Betrieb der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 entstehen könnte, begrenzt werden. Die Begrenzung der Temperaturdifferenz gestattet den Betrieb der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 mit einer höheren Kühlleistung.The air cooling device 11 is arranged on the top 16 of the battery 100 . The liquid cooling device 12 is arranged on the underside 18 of the battery 100 . The first side 15 or the top 16 of the battery 100 has poles 19 of the battery 100 . The poles 19 have a complex geometry, which is why the cooling of the battery 100 from the top 16 by means of the air cooling device 11 is advantageous. The air cooling device 11 also includes a conditioning device 20 comprising a heat exchanger 21, in particular an air-refrigerant heat exchanger 22. The heat exchanger 21 is arranged in the closed circuit 13. The cooling air 14 can be conducted through the heat exchanger 20 by means of a blower 23 of the conditioning device 20 . The cooling air 14 circulating in the closed circuit 13 can be cooled to, for example, 2° C. or lower by means of the conditioning device 20 . The cooling capacity of the liquid cooling device 12 arranged on the underside 18 of the battery 100 can be supported by the increase in the cooling capacity of the air cooling device 11 brought about by the conditioning device 20 . In particular, a temperature difference between the underside 18 and the upper side 16, which could arise when the liquid cooling device 12 is operated alone, can be limited. The limitation of the temperature difference allows the operation of the liquid cooling device 12 with a higher cooling capacity.

Die Kühlluft 14 wird von der Luftkühlungsvorrichtung 11 entlang der Oberseite 16 der Batterie 100 geführt. Die Oberseite 16 weist dabei eine Kurzseite 24 und eine Langseite 25 auf. Die Kühlluft 14 wird entlang der Kurzseite 24 über die Oberseite 16 der Batterie 100 geführt. Diese Führung der Kühlluft 14 bewirkt, dass die Temperaturspreizung zwischen dem Beginn und dem Ende der Kurzseite 24 begrenzt wird.The cooling air 14 is guided along the upper side 16 of the battery 100 by the air cooling device 11 . The top 16 has a short side 24 and a long side 25 . The cooling air 14 is guided along the short side 24 over the top 16 of the battery 100 . This guidance of the cooling air 14 has the effect that the temperature spread between the beginning and the end of the short side 24 is limited.

Die Luftkühlungsvorrichtung 11 und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 können gleichzeitig oder unabhängig und getrennt voneinander betrieben werden. Überschreitet eine tatsächliche oder eine prognostizierte Temperaturdifferenz zwischen der Oberseite 16 und der Unterseite 18 einen vorbestimmten Grenzwert, so können die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 und die Luftkühlungsvorrichtung 11 gemeinsam betrieben werden. Ist hingegen eine Außentemperatur gering, kann es ausreichend sein, nur die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 zu betreiben. Zur Steuerung der Luftkühlungsvorrichtung 11 und der Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 kann eine Steuervorrichtung 26 vorgesehen sein (2).The air cooling device 11 and the liquid cooling device 12 can be operated simultaneously or independently and separately from one another. If an actual or a predicted temperature difference between the upper side 16 and the lower side 18 exceeds a predetermined limit value, the liquid cooling device 12 and the air cooling device 11 can be operated together. On the other hand, if the outside temperature is low, it may be sufficient to only operate the liquid cooling device 12 . A control device 26 can be provided to control the air cooling device 11 and the liquid cooling device 12 ( 2 ).

2 zeigt ein Kraftfahrzeug 200 umfassend eine Batterie 100 mit einer Kühlvorrichtung 10. Die Batterie 100 ist dabei derart in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 an der Unterseite 17 der Batterie 100 und dass die Luftkühlungsvorrichtung 11 an der Oberseite 16 der Batterie 100 angeordnet ist. Hierdurch wird die beste Kühlleistung und energetische Effizienz erzielt. Die Kühlvorrichtung 10, d.h. die Luftkühlungsvorrichtung 11 und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung 12 werden mittels einer Steuervorrichtung 26 gesteuert. 2 shows a motor vehicle 200 comprising a battery 100 with a cooling device 10. The battery 100 is arranged in the motor vehicle in such a way that the liquid cooling device 12 is arranged on the underside 17 of the battery 100 and that the air cooling device 11 is arranged on the upper side 16 of the battery 100. This ensures the best cooling performance and energetic efficiency ciency achieved. The cooling device 10 , ie the air cooling device 11 and the liquid cooling device 12 , are controlled by a control device 26 .

Bezugszeichenlistereference list

100100
Batteriebattery
200200
Kraftfahrzeugmotor vehicle
1010
Kühlvorrichtungcooler
1111
Luftkühlungsvorrichtungair cooling device
1212
Flüssigkeitskühlungsvorrichtungliquid cooling device
1313
Kreislaufcycle
1414
Kühlluftcooling air
1515
Erste SeiteFirst page
1616
Oberseitetop
1717
Zweite SeiteSecond page
1818
Unterseitebottom
1919
Polpole
2020
Konditionierungseinrichtungconditioning device
2121
Wärmeübertragerheat exchanger
2222
Luft-Kältemittel-WärmeübertragerAir to refrigerant heat exchanger
2323
Gebläsefan
2424
Kurzseiteshortside
2525
Langseitelong side
2626
Steuervorrichtungcontrol device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (10)

Batterie (100) mit einer Kühlvorrichtung (10), wobei die Kühlvorrichtung (10) mindestens eine Luftkühlungsvorrichtung (11) und eine Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12) umfasst, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) einen geschlossenen Kreislauf (13) aufweist, wobei in dem geschlossenen Kreislauf (13) der Luftkühlungsvorrichtung (11) Kühlluft (14) geführt oder führbar ist, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) eine Konditionierungseinrichtung (20) für die Kühlluft (14) aufweist.Battery (100) with a cooling device (10), wherein the cooling device (10) comprises at least one air cooling device (11) and one liquid cooling device (12), the air cooling device (11) having a closed circuit (13), wherein in the closed circuit (13) cooling air (14) is or can be guided in the air cooling device (11), the air cooling device (11) having a conditioning device (20) for the cooling air (14). Batterie (100) nach Anspruch 1, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) an einer ersten Seite (15) der Batterie (100) angeordnet ist, und wobei die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12) an einer zweiten Seite (17) der Batterie (100) angeordnet ist, wobei bevorzugt die erste Seite (15) eine Oberseite (16) der Batterie (100) ist, und/oder wobei die zweite Seite (17) eine Unterseite (18) der Batterie (100) ist.battery (100) after claim 1 , wherein the air cooling device (11) is arranged on a first side (15) of the battery (100), and wherein the liquid cooling device (12) is arranged on a second side (17) of the battery (100), wherein preferably the first side ( 15) is a top (16) of the battery (100), and/or wherein the second side (17) is a bottom (18) of the battery (100). Batterie (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konditionierungseinrichtung (20) einen Wärmeübertrager (21), insbesondere einen Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager (22) oder einen Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, aufweist.battery (100) after claim 1 or 2 , wherein the conditioning device (20) has a heat exchanger (21), in particular an air-refrigerant heat exchanger (22) or an air-refrigerant heat exchanger. Batterie (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) und/oder die Konditionierungseinrichtung (20) ein Gebläse (23) aufweist.Battery (100) according to one of the preceding claims, wherein the air cooling device (11) and/or the conditioning device (20) has a fan (23). Batterie (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei Pole (19) der Batterie (100) an der ersten Seite (15) der Batterie (100) angeordnet sind.Battery (100) after one of claims 2 until 4 , wherein poles (19) of the battery (100) on the first side (15) of the battery (100) are arranged. Batterie (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Luftkühlungsvorrichtung (11) ausgebildet ist, die Kühlluft (14) entlang einer Kurzseite (24) der Batterie (100) zu führen, und/oder die Kühlluft (14) in Richtung der geringsten Ausdehnung der ersten Seite (15) über die erste Seite (15) zu führen.Battery (100) according to one of the preceding claims, wherein the air cooling device (11) is designed to guide the cooling air (14) along a short side (24) of the battery (100) and / or the cooling air (14) in the direction of the smallest To guide expansion of the first page (15) over the first page (15). Batterie (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Steuervorrichtung (26) vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, die Luftkühlungsvorrichtung (11) und/oder die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12), bevorzugt in Abhängigkeit vorbestimmter Parameter, einzeln oder gemeinsam zu betreiben.Battery (100) according to one of the preceding claims, wherein a control device (26) is provided which is designed to operate the air cooling device (11) and/or the liquid cooling device (12), preferably depending on predetermined parameters, individually or together. Batterie (100) nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung (26) ausgebildet ist, die Luftkühlungsvorrichtung (11) und die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12) zu betreiben, wenn eine tatsächliche oder eine prognostizierte Temperaturdifferenz über die Batterie (100), bevorzugt zwischen der ersten Seite (15) und der zweiten Seite (17), weiter bevorzugt zwischen der Oberseite (16) und der Unterseite (18), einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.battery (100) after claim 7 , wherein the control device (26) is designed to operate the air cooling device (11) and the liquid cooling device (12) when an actual or a predicted temperature difference across the battery (100), preferably between the first side (15) and the second side (17), more preferably between the top (16) and the bottom (18), exceeds a predetermined limit value. Batterie (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuervorrichtung (26) ausgebildet ist, nur die Flüssigkeitskühlungsvorrichtung (12) zu betreiben, wenn eine Außentemperatur geringer als ein vorbestimmter, bevorzugt von einer Batterietemperatur abhängiger, Grenzwert ist, und/oder wobei die Steuervorrichtung (20) ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs der Batterie die Temperatur der Kühlluft (14) anzuheben oder abzusenken.battery (100) after claim 7 or 8th , wherein the control device (26) is designed to only operate the liquid cooling device (12) when an outside temperature is lower than a predetermined limit value, preferably dependent on a battery temperature, and/or wherein the control device (20) is designed to be dependent to raise or lower the temperature of the cooling air (14) when the battery needs cooling. Kraftfahrzeug (200), insbesondere Elektrofahrzeug, batterieelektrisches Fahrzeug oder Hybridelektrokraftfahrzeug, mit einer Batterie (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche.Motor vehicle (200), in particular electric vehicle, battery electric vehicle or hybrid electric motor vehicle, with a battery (100) according to one of the preceding claims.
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