DE102022123885A1 - Liquid-cooled container for a starter battery in the engine compartment - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Behälter (11) für eine Batterie (14) eines Fahrzeugs (19) mit Verbrennungsmotor (18), wobei der oben nicht geschlossene Behälter (11) eine rechteckige Umwandung aus vier Seitenwänden und einer Bodenplatte aufweist, wobei die Umwandung als Hohlkörper aus einem thermisch leitenden Material gebildet ist und von Kühlmittel durchströmbar ist, wobei der Behälter (11) mindestens einen Kühlmitteleingangsanschluss (12) und mindestens einen Kühlmittelausgangsanschluss (13) aufweist, wobei ein von dem Behälter (11) umschlossener Innenraum entsprechend der formschlüssig aufzunehmenden Batterie (14) geformt ist, wobei der flüssigkeitsgekühlte Behälter (11) in einem Motorraum anzuordnen ist und dazu ausgestaltet ist, bei Betrieb des Fahrzeuges (19) eine durch den Verbrennungsmotor (18) und seine Komponenten erzeugte Abwärme mittels des in seiner Umwandung fließenden Kühlmittels abzuführen und unmittelbar nach Betriebsende Abwärme im Motorraum durch das in der Umwandung stehende Kühlmittel aufzunehmen.The present invention relates to a liquid-cooled container (11) for a battery (14) of a vehicle (19) with an internal combustion engine (18), wherein the container (11), which is not closed at the top, has a rectangular wall consisting of four side walls and a base plate, the wall is formed as a hollow body made of a thermally conductive material and through which coolant can flow, the container (11) having at least one coolant inlet connection (12) and at least one coolant outlet connection (13), an interior space enclosed by the container (11) corresponding to the one to be received in a form-fitting manner Battery (14) is shaped, wherein the liquid-cooled container (11) is to be arranged in an engine compartment and is designed to, when the vehicle (19) is in operation, waste heat generated by the internal combustion engine (18) and its components by means of the coolant flowing in its wall dissipate and absorb waste heat in the engine compartment immediately after the end of operation through the coolant in the wall.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Behälter, welcher zur Aufnahme einer vor Motorwärme zu schützenden Batterie verwendet wird.The present invention relates to a liquid-cooled container which is used to hold a battery to be protected from engine heat.

Als Starterbatterien für einen Verbrennungsmotor werden traditionell Blei-Säure-Batterien eingesetzt, die insbesondere eine gewisse Masse aufweisen. Hilfreich zur Gewichtsreduktion bei der Fahrzeugoptimierung ist eine Lithium-Ionen-Starterbatterie, welche auf Grund ihrer geringeren Masse bereits schon länger im Rennsport eingesetzt wird oder eher dem Premiumbereich vorbehalten blieb. Neuerdings sind Lithium-Ionen-Batterien nun auch für Serienfahrzeuge als Nachrüstpaket auf dem Markt.Lead-acid batteries, which in particular have a certain mass, are traditionally used as starter batteries for an internal combustion engine. A lithium-ion starter battery, which has long been used in racing due to its lower mass or has been reserved for the premium sector, is helpful for reducing weight when optimizing the vehicle. Lithium-ion batteries have recently also become available on the market as a retrofit package for series vehicles.

Lithium-Ionen-Batterien weisen gegenüber Bleibatterien bzw. Bleiakkumulatoren jedoch den Nachteil auf, dass sie thermisch einen geringeren Arbeitsbereich abdecken und sich chemisch schnell zersetzen, wenn sie zu starker Wärme ausgesetzt sind. Dadurch wird auch massiv ihre Lebensdauer reduziert. Da Starterbatterien gewöhnlicher Weise in Motornähe angeordnet sind, ist bei einem Verbrennungsmotor von einer Beeinträchtigung durch Abwärme im Motorraum auszugehen.However, compared to lead batteries or lead accumulators, lithium-ion batteries have the disadvantage that they thermally cover a smaller working range and chemically decompose quickly if they are exposed to excessive heat. This also massively reduces their lifespan. Since starter batteries are usually located close to the engine, an internal combustion engine can be expected to be affected by waste heat in the engine compartment.

In der US-amerikanischen Druckschrift US 7,427,156 B2 wird eine Traktionsbatterie von einem oben offenen Aluminiumgehäuse beherbergt. Das an den Seiten nur aus einem Blech geformte Aluminiumgehäuse weist im Boden einen Flüssigkeitskanal auf, welcher an ein Wärmeaustauschsystem angeschlossen ist und für die Batterie ein Temperaturmanagement ermöglichen soll.In the US publication US 7,427,156 B2 A traction battery is housed in an aluminum housing that is open at the top. The aluminum housing, which is only made of sheet metal on the sides, has a liquid channel in the bottom, which is connected to a heat exchange system and is intended to enable temperature management for the battery.

Die Druckschrift DE 10 2017 128 876 A1 offenbart ein Gehäuse für einen Elektromotor oder eine Batterie, welches aus Aluminium hergestellt ist und zumindest einen Kühlmittelkanal aufweist. Der Kühlmittelkanal ist an ein Kühlsystem zur Klimatisierung des Fahrgastraums angeschlossen.The publication DE 10 2017 128 876 A1 discloses a housing for an electric motor or a battery, which is made of aluminum and has at least one coolant channel. The coolant channel is connected to a cooling system for air conditioning of the passenger compartment.

Die chinesische Druckschrift CN 113352943A beschreibt ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei ein einziger, mit einem Kühlmittel durchströmter Wärmetauscher zur Kühlung einer Batterie und zur Kühlung einer Kühlluft, welche einen Fahrgastraum kühlen soll, genutzt wird.The Chinese printed text CN 113352943A describes a heat management system for an electric vehicle, wherein a single heat exchanger through which a coolant flows is used to cool a battery and to cool a cooling air which is intended to cool a passenger compartment.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine thermische Beeinträchtigung einer in Nähe zu einem Verbrennungsmotor angeordneten Batterie abwendet. Insbesondere nach Fahrtende, wenn die Fahrzeugsysteme/Kühlsysteme ausgeschaltet sind, der Motor aber beim Abkühlen weiterhin Abwärme produziert, soll die Batterie keinen Schaden nehmen. Ferner soll eine Verwendung der Vorrichtung beansprucht werden.Against this background, it is an object of the present invention to provide a device which prevents thermal impairment of a battery arranged in proximity to an internal combustion engine. The battery should not be damaged, especially after the end of the journey, when the vehicle systems/cooling systems are switched off but the engine continues to produce waste heat as it cools down. Furthermore, a use of the device should be claimed.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein flüssigkeitsgekühlter Behälter für eine Batterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor vorgeschlagen, wobei der oben nicht geschlossene Behälter eine rechteckige Umwandung aus vier Seitenwänden und einer Bodenplatte aufweist. Die Umwandung ist als Hohlkörper aus einem thermisch leitenden Material gebildet und von Kühlmittel durchströmbar. Der Behälter weist mindestens einen Kühlmitteleingangsanschluss und mindestens einen Kühlmittelausgangsanschluss auf. Ein von dem Behälter umschlossener Innenraum ist entsprechend der formschlüssig aufzunehmenden Batterie geformt. Der flüssigkeitsgekühlte Behälter ist in einem Motorraum angeordnet bzw. anzuordnen und dazu ausgestaltet,

  • • bei Betrieb des Fahrzeuges eine durch den Verbrennungsmotor und seine Komponenten erzeugte Abwärme mittels des in seiner Umwandung fließenden Kühlmittels abzuführen, und
  • • unmittelbar nach Betriebsende Abwärme im Motorraum durch das in der Umwandung stehende Kühlmittel aufzunehmen.
To solve the above-mentioned problem, a liquid-cooled container for a battery of a vehicle with an internal combustion engine is proposed, wherein the container, which is not closed at the top, has a rectangular wall made up of four side walls and a base plate. The wall is formed as a hollow body made of a thermally conductive material and coolant can flow through it. The container has at least one coolant inlet connection and at least one coolant outlet connection. An interior space enclosed by the container is shaped according to the battery to be accommodated in a form-fitting manner. The liquid-cooled container is arranged or to be arranged in an engine compartment and is designed to
  • • When operating the vehicle, to dissipate waste heat generated by the internal combustion engine and its components by means of the coolant flowing in its wall, and
  • • Immediately after the end of operation, waste heat in the engine compartment is absorbed by the coolant in the wall.

Der formschlüssig zur eingesetzten bzw. einzusetzenden Batterie gestaltete Innenraum ermöglicht vorteilhaft einen thermischen Kontakt zu der Batterie. Damit kann die von Kühlmittel durchspülte Umwandung Wärme, die bspw. durch Wärmestrahlung aus dem Motorraum auf einen oberen, nicht vom erfindungsgemäßen Behälter abgedeckten Bereich auf die Batterie übergegangen ist, oder durch ihre Nutzung selbst entstanden ist, von der Batterie abführen.The interior, which is designed to be positively connected to the battery inserted or to be inserted, advantageously enables thermal contact with the battery. This means that the wall flushed through by coolant can remove heat from the battery, which has been transferred to the battery, for example due to heat radiation from the engine compartment to an upper area not covered by the container according to the invention, or which has arisen through its use.

Der erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Behälter bewahrt auch vorteilhaft die in ihm angeordnete Batterie vor Überhitzung, wenn das Fahrzeug nach einer Fahrt abgestellt ist, der Verbrennungsmotor und seine Komponenten aber noch erhitzt sind und nachträglich zur Abwärme im Motorraum beitragen. Der Behälter und insbesondere das in seiner Umwandung vorhandene Kühlmittel nehmen die durch Wärmestrahlung übertragene Abwärme auf und schützen so die Batterie. Dies erhöht weiter vorteilhaft eine Lebensdauer der Batterie.The liquid-cooled container according to the invention also advantageously protects the battery arranged in it from overheating when the vehicle is parked after a trip but the internal combustion engine and its components are still heated and subsequently contribute to waste heat in the engine compartment. The container and in particular the coolant present in its wall absorb the waste heat transferred by thermal radiation and thus protect the battery. This further advantageously increases the lifespan of the battery.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters ist Aluminium als das thermisch leitende Material gewählt. Das während des Fahrbetriebes durch die Kühlflüssigkeit gekühlte Aluminium trägt nach Betriebsende zusätzlich dazu bei, Wärme aus dem Motorraum aufzunehmen und die Batterie zu schützen.In one embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, aluminum is selected as the thermally conductive material. The aluminum, which is cooled by the coolant while driving, contributes additional weight after the end of operation This helps to absorb heat from the engine compartment and protect the battery.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters weist eine jeweilige Außenseite des Behälters eine glatt polierte, strahlungsreflektierende Oberfläche auf.In a further embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, a respective outside of the container has a smoothly polished, radiation-reflecting surface.

In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters ist die aufzunehmende Batterie eine Lithium-Ionen-Starterbatterie.In a still further embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, the battery to be accommodated is a lithium-ion starter battery.

In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters durchläuft ein Leitungssystem zur Kühlmittelführung die gesamte Umwandung des Behälters.In a further further embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, a line system for guiding coolant runs through the entire wall of the container.

In einer noch weiter fortgesetzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters ist das die Umwandung durchströmende Kühlmittel Teil einer Klimaanlage des Fahrzeuges. Das Kühlmittel ist damit mit einem Klimakompressor verbunden und wird bei Fahrbetrieb von diesem gekühlt.In an even further embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, the coolant flowing through the wall is part of an air conditioning system of the vehicle. The coolant is connected to an air conditioning compressor and is cooled by it when driving.

In einer fortgesetzt noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters weist das die Umwandung durchströmende Kühlmittel eine hohe spezifische Wärmekapazität auf.In a further embodiment of the liquid-cooled container according to the invention, the coolant flowing through the wall has a high specific heat capacity.

Ferner wird eine Verwendung eines erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters zur Aufnahme einer Lithium-Ionen-Starterbatterie in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor beansprucht.Furthermore, a use of a liquid-cooled container according to the invention for holding a lithium-ion starter battery in a vehicle with an internal combustion engine is claimed.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.

  • 1 zeigt schematisch eine Anordnung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters in einem Fahrzeug.
  • 2 zeigt in perspektivischer Darstellung die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters.
The figures are described coherently and comprehensively; the same components are assigned the same reference numbers.
  • 1 shows schematically an arrangement of an embodiment of the liquid-cooled container according to the invention in a vehicle.
  • 2 shows a perspective view of the design of the liquid-cooled container according to the invention.

In 1 wird schematisch eine Anordnung 10 einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters 11 in einem Fahrzeug 19 in Nähe zu dessen Verbrennungsmotor 18 und seinen Komponenten gezeigt. In den flüssigkeitsgekühlten Behälter 11 ist eine Batterie 14 eingesetzt. Die Batterie 14 dient bspw. dazu, den Verbrennungsmotor 18 zu starten. Der flüssigkeitsgekühlte Behälter 11 ist mit einem Kühlmitteleingangsanschluss 12 und mit einem Kühlmittelausgangsanschluss 13 an eine Klimaanlage des Fahrzeugs 19 angeschlossen. Die Durchströmung bzw. Durchspülung der Umwandung mit Kühlmittel ist derart gestaltet, dass sich an keiner Stelle ein Wärmestau bilden kann, welcher die Batterie schädigen würde.In 1 an arrangement 10 of an embodiment of the liquid-cooled container 11 according to the invention is shown schematically in a vehicle 19 in proximity to its internal combustion engine 18 and its components. A battery 14 is inserted into the liquid-cooled container 11. The battery 14 is used, for example, to start the internal combustion engine 18. The liquid-cooled container 11 is connected to an air conditioning system of the vehicle 19 with a coolant inlet connection 12 and with a coolant outlet connection 13. The flow or flushing of coolant through the wall is designed in such a way that no heat build-up can form at any point, which would damage the battery.

In 2 wird in perspektivischer Darstellung 20 die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Behälters 11 gezeigt. Eine Umwandung des Behälters 11 ist mit geeigneter Dicke gewählt, um ausreichend gekühlte (Aluminium-)Masse und im Leitungssystem der Umwandung vorhandenes Kühlmittel aufzuweisen, durch welches Abwärme bzw. Restwärme des Verbrennungsmotors (Bezugszeichen 18 in 1) und seinen Komponenten nach beendeter Fahrt aufgenommen und eine Aufheizung der Batterie 14 abgewendet wird bzw. werden kann.In 2 The design of the liquid-cooled container 11 according to the invention is shown in a perspective view 20. A wall of the container 11 is selected with a suitable thickness in order to have sufficient cooled (aluminum) mass and coolant present in the pipe system of the wall, through which waste heat or residual heat from the internal combustion engine (reference number 18 in 1 ) and its components are recorded after the journey has ended and heating of the battery 14 is or can be prevented.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
AnordnungsschemaArrangement scheme
1111
Flüssigkeitsgekühlter BehälterLiquid cooled container
1212
KühlmitteleingangsanschlussCoolant inlet connection
1313
KühlmittelausgangsanschlussCoolant outlet connection
1414
Batteriebattery
1818
Verbrennungsmotor und seine KomponentenInternal combustion engine and its components
1919
Fahrzeugvehicle
2020
Kühlbehälter mit BatterieCooling container with battery

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7427156 B2 [0004]US 7427156 B2 [0004]
  • DE 102017128876 A1 [0005]DE 102017128876 A1 [0005]
  • CN 113352943 A [0006]CN 113352943 A [0006]

Claims (8)

Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) für eine Batterie (14) eines Fahrzeugs (19) mit Verbrennungsmotor (18), wobei der oben nicht geschlossene Behälter (11) eine rechteckige Umwandung aus vier Seitenwänden und einer Bodenplatte aufweist, wobei die Umwandung als Hohlkörper aus einem thermisch leitenden Material gebildet ist und von Kühlmittel durchströmbar ist, wobei der Behälter (11) mindestens einen Kühlmitteleingangsanschluss (12) und mindestens einen Kühlmittelausgangsanschluss (13) aufweist, wobei ein von dem Behälter (11) umschlossener Innenraum entsprechend der formschlüssig aufzunehmenden Batterie (14) geformt ist, wobei der flüssigkeitsgekühlte Behälter (11) in einem Motorraum anzuordnen ist und dazu ausgestaltet ist, • bei Betrieb des Fahrzeuges (19) eine durch den Verbrennungsmotor (18) und seine Komponenten erzeugte Abwärme mittels des in seiner Umwandung fließenden Kühlmittels abzuführen, und • unmittelbar nach Betriebsende Abwärme im Motorraum durch das in der Umwandung stehende Kühlmittel aufzunehmen.Liquid-cooled container (11) for a battery (14) of a vehicle (19) with an internal combustion engine (18), the container (11) which is not closed at the top having a rectangular wall made of four side walls and a base plate, the wall being a hollow body made of a thermal conductive material is formed and coolant can flow through it, the container (11) having at least one coolant inlet connection (12) and at least one coolant outlet connection (13), an interior enclosed by the container (11) being shaped in accordance with the battery (14) to be received in a form-fitting manner is, wherein the liquid-cooled container (11) is to be arranged in an engine compartment and is designed to • When operating the vehicle (19), waste heat generated by the internal combustion engine (18) and its components is dissipated by means of the coolant flowing in its wall, and • Immediately after the end of operation, waste heat in the engine compartment is absorbed by the coolant in the wall. Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach Anspruch 1, wobei Aluminium als thermisch leitendes Material gewählt ist.Liquid-cooled container (11). Claim 1 , with aluminum being chosen as the thermally conductive material. Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Außenseite des Behälters (11) eine glatt polierte, strahlungsreflektierende Oberfläche aufweist.Liquid-cooled container (11) according to one of the preceding claims, wherein a respective outside of the container (11) has a smoothly polished, radiation-reflecting surface. Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die aufzunehmende Batterie (14) eine Lithium-Ionen-Starterbatterie ist.Liquid-cooled container (11) according to one of the preceding claims, wherein the battery (14) to be accommodated is a lithium-ion starter battery. Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Leitungssystem zur Kühlmittelführung die gesamte Umwandung durchläuft.Liquid-cooled container (11) according to one of the preceding claims, wherein a line system for guiding coolant runs through the entire wall. Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das die Umwandung durchströmende Kühlmittel Teil einer Klimaanlage des Fahrzeuges (19) ist.Liquid-cooled container (11) according to one of the preceding claims, wherein the coolant flowing through the wall is part of an air conditioning system of the vehicle (19). Flüssigkeitsgekühlter Behälter (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das die Umwandung durchströmende Kühlmittel eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist.Liquid-cooled container (11) according to one of the preceding claims, wherein the coolant flowing through the wall has a high specific heat capacity. Verwendung eines Behälters (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Aufnahme einer Lithium-Ionen-Starterbatterie in einem Fahrzeug (19) mit Verbrennungsmotor (18).Use of a container (11) according to one of the Claims 1 until 7 for accommodating a lithium-ion starter battery in a vehicle (19) with an internal combustion engine (18).
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