WO2011000826A1 - Method for cooling battery packs and battery pack divided into modules - Google Patents

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WO2011000826A1
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battery pack
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Norbert Huber
Kerstin HÄSE
Wolfgang Weydanz
Karl-Josef Kuhn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling battery packs, wherein at least one battery pack is divided into a plurality of modules, and a battery pack, which is subdivided into modules.
  • Batteries are used in the art in many fields.
  • the aim is a power-independent operation of electrical equipment, such. Bulbs, machinery or vehicles.
  • Vehicles require high current densities to drive electric motors over long periods of time. This places high demands on the batteries used and can lead to rapid aging.
  • the battery of an electric vehicle is the crucial one
  • a single battery block also referred to below as a module, ideally uses a contiguous space which is only available for vehicles specially designed for this purpose.
  • a module is made up of a large number of individual battery cells, hereinafter referred to as cells.
  • Another problem is that with a large, generally cooled module, which may comprise 50 or up to several thousand cells, the temperature variation of the cells with each other can be very large. However, the required deviation of modules in vehicles is max. 5 K. Equipping each cell with a temperature sensor in order to be able to control or regulate optimal cooling is very expensive. Modern modules are constructed, for example, from lithium-ion batteries.
  • each larger lithium-ion battery must be equipped with a temperature monitor. On the one hand, it should ensure that no extreme temperatures are reached during operation. This primarily ensures safe, but also life-time optimized operation. On the other hand, it should be ensured by an approximation of the cell temperatures that the cells are all operated similarly in terms of temperature. This avoids a different aging, which leads to a deterioration of the performance of the battery. Ideally, the cell temperatures are kept essentially the same, with a temperature deviation between cells of 2 to 5 K. In order to avoid shutdown of the entire battery at too high a temperature, cooling must continue to be provided. This, if properly designed, also helps balance the temperature across the battery pack.
  • the typical cooling arrangement in the prior art provides a single cooling circuit, which takes into account the temperature of a single cell in the case of a temperature control.
  • a coherent battery pack consisting of 6831 pieces of 18650 lithium-ion "high energy" cells, which have a diameter of 18mm and a length of 65mm, housed in a steel container.
  • the cells are actively cooled with a water-glycol mixture.
  • the vehicle is a two-seater and was designed in such a way that the construction package is available for the battery pack. Battery pack and vehicle design must be consistently coordinated with each other in this solution.
  • the Tesla costs about 10 000 € and thus offers no cheap solution for the mass market.
  • the test vehicle Mini E Cooper from BMW was for the
  • the battery pack In the GM Volt, a plug-in hybrid, the battery pack is designed to be very long, so that it fits in the cardan tunnel.
  • the modules will thus consist of 8-12 cells in series, with corresponding voltages below 60V, and one or a few cells connected in parallel.
  • the Mitsubishi “i MiEV”, the first series electric vehicle with lithium-ion cells uses eg LEV50 cells from GS Yuasa with 50 Ah capacity. Each 4 cells are connected in series to form a module. Out of 24 of these modules, all connected in series, the battery pack is built with 330V voltage.
  • problems of heat development of the cells in operation ie both charging and discharging, increase and active cooling becomes imperative.
  • problems such as different aging of the cells are intensified by different thermal conditions.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for improved cooling of battery packs, which counteracts a rapid aging of battery packs and thus leads to better durability and cost savings.
  • the possibility of a better spatial distribution of modules of the battery pack is to be created and savings in cooling by reducing the cost of equipment are made possible.
  • the invention comprises a battery pack, which is divided into modules, and an improved cooling, with the aforementioned advantages allowed.
  • the inventive method for cooling battery packs comprises the division of at least one battery pack into a plurality of modules, each module being cooled independently.
  • a cooling system corresponding to the module can be carried out by the independent cooling of each module. This prevents a different aging of the modules and the battery pack receives its overall performance over a prolonged period of time.
  • the cooling of each module can be controlled or controlled depending on the temperature of the respective module. As a result, a module-specific temperature control or cooling is possible.
  • a sensor may measure the temperature at each module and a controller or controller, in particular an electronic controller or controller, may adjust the temperature according to the measured temperature for the particular module by controlling or controlling a refrigerator. So all modules can be kept at the same temperature.
  • the cooling of a module can take place independently of the temperature and / or the cooling of other modules of the at least one battery pack.
  • a cooling device such. a cooling circuit or a fan may be provided. This is regulated or controlled as a function of the temperature of the respective module and independently of the temperature of other modules, in particular depending on the location of the respective module and its ambient temperature.
  • the cooling of a module can also be done depending on the temperature of the module, which has the highest temperature value. This allows a simplified construction, with e.g. only one cooling circuit, the cooling fluid of which is set at a temperature necessary to cool the warmest module. Air or liquids such as oils, water or liquid carbon dioxide can serve as cooling fluids.
  • the cooling of the at least one battery pack can be done in a vehicle. Then, the cooling of at least one module or all modules can be carried out depending on the respective position in the vehicle and / or the ambient temperature of the respective module in the vehicle.
  • a cooling of the modules of the at least one battery pack can be done so that over the entire battery pack uniform or nearly uniform temperature exists or arises. This allows the same or similar aging of all modules of the battery pack and improves the overall performance of the battery pack, in particular its long-term performance.
  • the battery pack according to the invention is divided into modules and each module has in each case at least one cooling device.
  • the modular cooling concept allows the total battery to be divided into many individual sub-modules, with each module or a group of modules being equipped with autonomous cooling.
  • the battery pack or the battery pack is subdivided into many submodules, with preferably 8-12 cells, which are each equipped individually or in smaller subunits with autonomous cooling, which are regulated or controlled as a function of the locally present temperature or power load of the module can. Since the temperature deviation in a small module is significantly smaller than in a large one, there are overall smaller deviations between the modules in the temperature.
  • the subdivision of the battery pack into modules enables a distribution of the modules in the room.
  • the assignment of at least one cooling device per module allows individually controlled or regulated cooling of each module. This can be done both depending on the location or a possible design of the environment and ambient temperature, as well as specific performance requirements of each module.
  • each module may have a temperature control device and / or temperature control device.
  • all cooling devices can also be controlled or controlled individually by a central regulating or control device.
  • the at least one cooling device of a module can each be independent of a cooling device of another module and / or of the cooling devices of all other modules.
  • a sensor can measure the temperature and a control or regulation of each cooling device can be done individually depending on the respective measured temperature.
  • a cooling circuit can include the cooling devices, in particular all the cooling devices of the modules. This means that all cooling devices are connected and result in a cooling circuit. It can be provided valves, in particular control valves, for controlling or regulating a respective cooling device. Thus, e.g. divided by the control valves a central cooling fluid flow individually matched to the temperature of each module and adjusted by a valve, a partial fluid flow, which cools the respective module.
  • Each module can be made up of cells. Cells are e.g. single lithium-ion batteries.
  • At least one fan in particular per module, may be provided as an alternative to a cooling circuit, which is designed to supply the cells of the module with cooling air.
  • the battery pack may be arranged in a vehicle. Then, the modular design of the battery pack can allow a division of the battery pack to different modules or spatial areas of the vehicle. In the places different temperatures can prevail. For example, a different temperature may be present in the passenger compartment than close to a drive unit such as an electric motor.
  • the individual cooling by individual cooling devices then allows to cool according to the ambient temperature of a module, for example, the same for all modules of a battery pack Temperature to be able to adjust. This prevents rapid aging of the battery pack.
  • FIG. 1 a schematic representation of a battery pack
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a battery pack 10 according to the invention, subdivided into modules 11, each having a temperature sensor 41 for regulating 40 a cooling device 30, 31, 32, 33, and
  • Fig. 3 shows a battery pack 10, as shown in Fig. 2, but with control valves 42 to other modules
  • Fig. 4 shows a battery pack 10, as shown in Fig. 2, but with completely separate, independent cooling devices 31, 30, 32, 33 per module 11, and
  • FIG. 5 shows a module 11, which is cooled by a fan 33 independently of other modules.
  • a battery pack 10 is shown with cooling device 30, 31, 32, 33 according to the prior art.
  • the battery Pack 10 includes n battery cells 20, where n is a natural number.
  • n is a natural number.
  • a battery pack in a motor vehicle may consist of around 20,000 cells. These can then be accommodated in a kind of battery pack at a location in the vehicle, for example in the trunk.
  • the typical prior art cooling arrangement provides a single cooling circuit 30 which, in the case of temperature control, accounts for the temperature of a single cell.
  • the cooling device or cooling arrangement comprises a coolant connection 31 to the battery pack 10, which may be e.g. can be realized by a heat exchanger or a cooling plate.
  • a cooling circuit 30 connects the coolant connection 31 to an active or passive recooling unit 32. This may be e.g. comprise a heat exchanger or a cooling plate, which can give off heat to the ambient air.
  • a coolant circulation 33 can be realized in the form of a pump or a blower in the cooling circuit 30, and ensures transport of the coolant in the cooling circuit 30 from the coolant connection 31 to the cooling unit 32 and back again.
  • Coolant or cooling fluid may be air, oils, water or other fluid, as well as gases having a high thermal coefficient, e.g. liquid carbon dioxide or air.
  • Fig. 2 shows a battery pack 10 according to the invention, in which the battery cells 20 are located at different locations, e.g. in a vehicle, distributed in modules 11 are distributed.
  • Each module 11 has its own coolant connection 31 and its own temperature sensor 41. The single ones
  • Coolant connections 31 of the modules 11 are connected to each other via a common cooling circuit 30, in particular thermally via a cooling fluid, which in the cooling circuit 30 flows. Via the coolant connection 31, the cooling fluid absorbs heat quantity of the modules 11 and thus leads to a cooling of the modules 11. The cooling fluid flows through the cooling circuit
  • a coolant circulation 33 e.g. a pump or a fan, keeps the cooling fluid or coolant in the cooling circuit 30 in motion, so that the cooling fluid can flow from the re-cooling unit 32 again to the coolant connections 31 of the modules 11.
  • the temperature of the modules 11 or the flow rate of the cooling fluid and / or the amount of heat removed at the recooling unit 32 can be regulated by a temperature controller 40.
  • the control may depend on the temperature sensor 41 having the highest measured temperature value. This ensures that the cooling fluid can absorb enough heat to cool or keep all modules 11 below a critical temperature value.
  • the temperature controller 40 can regulate the flow rate and thus the cooling capacity of the refrigeration cycle 30 by controlling the performance of the refrigerant circulation (e.g., pump, blower) in accordance with the temperatures measured by the temperature sensors 41.
  • the amount of heat released at the recooling unit 32 can also be regulated by the temperature controller 40.
  • FIG. 3 an alternative embodiment of the cooling circuit 30 is shown according to the invention.
  • modules 11 are not fluidly connected in series as in FIG. 2 in the cooling circuit 30, but are fluidly connected to one another in parallel in the cooling circuit 30.
  • the modules 11 can again be distributed at different locations in a vehicle and supplied with cooling fluid by a branched cooling circuit 30.
  • a regulation of the coolant flows in each case to a module 11 takes place, for example, via a control valve 42 respectively assigned to the module 11.
  • Each module 11 has at least one a temperature sensor 41, which measures the individual temperature of the module 11, for example, about the temperature of a cell 20 or averaged by cells 20.
  • a temperature controller 40 controls the control valve 42 for the coolant connection 31 of the respective associated module 11 depending on the measured temperature.
  • the proportion of cooling liquid of the cooling circuit 30 is thereby regulated or determined, which is fed to the coolant connection 31 of the associated module 11 and thus to the dissipated Amount of heat on the module 11.
  • FIG. 4 shows a battery pack 10 according to the invention, in which each module comprises a separate cooling device separate from the other cooling circuits 30.
  • the battery pack 10 is divided into modules 11 as in the previously described embodiments of the invention and the modules 11 are each distributed at different locations, for example in a vehicle.
  • Each module 11 has its own, separate from the other cooling circuit 30, and is supplied via this with cooling fluid.
  • the cooling circuit in turn has in each case a recooling unit 32 and a coolant circulation 33, which are fluidically connected via the cooling circuit 30 to the coolant connection 31 of a module 11.
  • a recooling unit 32 and a coolant circulation 33 which are fluidically connected via the cooling circuit 30 to the coolant connection 31 of a module 11.
  • Each cooling circuit 30 is regulated by a temperature sensor 41 assigned to the respective module 11 and the associated temperature regulator 40.
  • a central rule be provided for all modules 11 eg in the form of a computer.
  • a fan or fan 33 can also serve for cooling, which is fastened directly to the module 11 and cools the latter, depending on the temperature measured at the module by the respective temperature sensor 41 and regulated by the respective controller 40.
  • Cooling with air is particularly favorable in this case, because each unit or each module 11 equipped with a fan allows a simple construction.
  • a module 11, comprising 3 cells 20 is supplied with fresh air via a fan as coolant circulation 33.
  • the fresh air serves as a coolant.
  • the individual control reduces the mechanical complexity of the cooling to a minimum and increases the uniformity of the cell temperatures.
  • the exemplary embodiments described above indicate, by way of example only, individual possibilities of constructing the battery pack 10 according to the invention and carrying out the method according to the invention. Combinations of the exemplary embodiments described above, in particular in the figures, are also possible.
  • the division of the battery pack 10 in modules 11 with its own cooling allows flexible adaptation of the battery pack 10 to the respective space situation and a distribution in suitable spaces.
  • the autonomous cooling together with the local temperature control per module 11 is important in order to guarantee a uniform lifetime of all cells 20 and modules 11 within eg a vehicle, in particular a motor vehicle such as automobile.
  • a uniform service life can only be achieved via an almost constant temperature of all modules 11.
  • the cooling capacity for various battery modules 11 within, for example, a vehicle can depend on the installation location and the respective environment. Setting temperature can be set differently. Thus, despite different ambient temperatures (eg location in the vehicle or heating by ambient conditions), a more uniform lifetime of all cells can be achieved and possibly save energy.
  • the representation of the battery or the battery pack 10 in individual blocks or modules 11 an optimized weight distribution on the axles / wheels, for example. Easier to reach in a vehicle.
  • the once designed battery modules 11 can be used for various vehicles
  • the packaging in the vehicle can be cheaper

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Abstract

The invention relates to a method for cooling battery packs (1), wherein at least one battery pack (10) is divided into a plurality of modules (11) and each module (11) is cooled separately. The invention further relates to a battery pack (10), which is divided into modules (11), and wherein each module comprises at least one cooling device (30, 31, 32, 33).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks und in Module unterteiltes Batteriepack Method of cooling battery packs and battery pack divided into modules
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks, wobei wenigstens ein Batteriepack in mehrere Module aufgeteilt wird, sowie ein Batteriepack, welches in Module unterteilt ist. The invention relates to a method for cooling battery packs, wherein at least one battery pack is divided into a plurality of modules, and a battery pack, which is subdivided into modules.
Batterien werden in der Technik auf vielen Gebieten eingesetzt. Ziel ist ein stromnetzunabhängiger Betrieb von elektrischen Einrichtungen, wie z.B. Leuchtmitteln, Maschinen oder Fahrzeugen. Im Bereich von Fahrzeugen werden hohe Stromdich- ten zum Antreiben elektrischer Motoren benötigt, über lange Zeiträume hinweg. Dies stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Batterien und kann zu einer schnellen Alterung führen . Die Batterie eines Elektrofahrzeugs ist die entscheidendeBatteries are used in the art in many fields. The aim is a power-independent operation of electrical equipment, such. Bulbs, machinery or vehicles. Vehicles require high current densities to drive electric motors over long periods of time. This places high demands on the batteries used and can lead to rapid aging. The battery of an electric vehicle is the crucial one
Komponente für die Reichweite des Fahrzeuges. Begrenzt wird die Batteriekapazität durch die Faktoren Batteriepreis, Batteriegewicht und zur Verfügung stehender Bauraum. Ein einzelner Batterieblock, im Weiteren auch als Modul bezeichnet, be- nutzt idealerweise einen zusammenhängenden Bauraum, der nur für eigens dafür konzipiert Fahrzeuge zur Verfügung steht. Ein Modul ist aus einer großen Zahl einzelner Batterie- Zellen, im Weiteren nur Zellen genannt, aufgebaut. Ein weiteres Problem ist, dass bei einem großen, insgesamt gekühlten Modul, welches 50 oder bis zu mehrere Tausend Zellen umfassen kann, die Temperaturabweichung der Zellen untereinander sehr groß sein kann. Die geforderte Abweichung an Module in Fahrzeugen beträgt jedoch max . 5 K. Jede Zelle mit einem Temperatursensor auszustatten, um eine optimale Kühlung steuern oder regeln zu können, ist sehr aufwendig. Moderne Module sind z.B. aus Lithium-Ionen Batterien aufgebaut. Im Stand der Technik muss jede größere Lithium-Ionen Batterie mit einer Temperaturüberwachung ausgerüstet sein. Sie soll zum Einen sicherstellen, dass im Betrieb keine ex- tremen Temperaturen erreicht werden. Dadurch wird primär ein sicherer, aber auch lebensdaueroptimierter Betrieb gewährleistet. Zum Anderen soll durch eine Angleichung der Zelltemperaturen sicherstellt werden, dass die Zellen alle temperaturmäßig ähnlich betrieben werden. Dadurch wird eine unter- schiedliche Alterung vermieden, welche zu einer Verschlechterung der Performance der Batterie führt. Idealerweise werden die Zelltemperaturen im Wesentlichen gleich gehalten, bei einer Temperaturabweichung zwischen Zellen von 2 bis 5 K. Um eine Abschaltung der gesamten Batterie bei zu hoher Temperatur zu vermeiden, muss weiterhin eine Kühlung vorgesehen werden. Diese unterstützt ebenso, wenn sie richtig ausgelegt ist, den Ausgleich der Temperatur über das Batteriepack. Die typische Kühlanordnung im Stand der Technik sieht einen ein- zigen Kühlkreislauf vor, der im Falle einer Temperaturregelung die Temperatur einer einzelnen Zelle berücksichtigt. Component for the range of the vehicle. The battery capacity is limited by the factors battery price, battery weight and available space. A single battery block, also referred to below as a module, ideally uses a contiguous space which is only available for vehicles specially designed for this purpose. A module is made up of a large number of individual battery cells, hereinafter referred to as cells. Another problem is that with a large, generally cooled module, which may comprise 50 or up to several thousand cells, the temperature variation of the cells with each other can be very large. However, the required deviation of modules in vehicles is max. 5 K. Equipping each cell with a temperature sensor in order to be able to control or regulate optimal cooling is very expensive. Modern modules are constructed, for example, from lithium-ion batteries. In the prior art, each larger lithium-ion battery must be equipped with a temperature monitor. On the one hand, it should ensure that no extreme temperatures are reached during operation. This primarily ensures safe, but also life-time optimized operation. On the other hand, it should be ensured by an approximation of the cell temperatures that the cells are all operated similarly in terms of temperature. This avoids a different aging, which leads to a deterioration of the performance of the battery. Ideally, the cell temperatures are kept essentially the same, with a temperature deviation between cells of 2 to 5 K. In order to avoid shutdown of the entire battery at too high a temperature, cooling must continue to be provided. This, if properly designed, also helps balance the temperature across the battery pack. The typical cooling arrangement in the prior art provides a single cooling circuit, which takes into account the temperature of a single cell in the case of a temperature control.
So ist z.B. bei dem Kleinserienfahrzeug Tesla Roadster ein zusammenhängendes Batteriepack bestehend aus 6831 Stück 18650 Lithium-Ionen "high energy" Zellen, welche einen Durchmesser von 18mm und eine Länge von 65mm aufweisen, in einem Stahlcontainer untergebracht. Die Zellen werden mit einem Wasser- Glykol-Gemisch aktiv gekühlt. Das Fahrzeug ist ein Zweisitzer und wurde so konstruiert, dass für das Batteriepack der Bau- räum vorhanden ist. Batteriepack und Fahrzeugkonstruktion müssen bei dieser Lösung konsequent aufeinander abgestimmt werden. Der Tesla kostet ca. lOOT€ und bietet damit keine preiswerte Lösung für den Massenmarkt. Beim Versuchsfahrzeug Mini E Cooper von BMW wurde für dasFor example, e.g. in the small series Tesla Roadster a coherent battery pack consisting of 6831 pieces of 18650 lithium-ion "high energy" cells, which have a diameter of 18mm and a length of 65mm, housed in a steel container. The cells are actively cooled with a water-glycol mixture. The vehicle is a two-seater and was designed in such a way that the construction package is available for the battery pack. Battery pack and vehicle design must be consistently coordinated with each other in this solution. The Tesla costs about 10 000 € and thus offers no cheap solution for the mass market. The test vehicle Mini E Cooper from BMW was for the
Batteriepack die Rückbank ausgebaut, um genug Batteriekapazität einbauen zu können. Die Kühlung erfolgt über ein Luftgebläse. Es werden hier 5088 Medium Power 18650 Zellen in einer Gesamtbatterie verbaut. Durch diese Einbaulösung ist das Platzangebot im Fahrzeuginnenraum stark eingeschränkt. Battery pack, the rear bench removed to install enough battery capacity. The cooling takes place via an air blower. There are 5088 medium power 18650 cells in one Total battery installed. Due to this installation solution, the space available in the vehicle interior is severely limited.
Beim Versuchsfahrzeug Ruf Greenster ist die Batterie, beste- hend aus 180 Zellen in 18 Modulen, in mehrere verschieden große Untereinheiten aufgeteilt, diese sind derzeit nicht gekühlt. In the test vehicle, Ruf Greenster, the battery, consisting of 180 cells in 18 modules, is divided into several subunits of different sizes; these are currently not cooled.
Im GM Volt, einem Plug-in Hybrid ist der Batterieblock sehr lang gestreckt konstruiert, so dass er im Kardantunnel Platz findet . In the GM Volt, a plug-in hybrid, the battery pack is designed to be very long, so that it fits in the cardan tunnel.
Der Trend bei Elektrofahrzeugen geht heute eindeutig zu Zellen mit größerer Kapazität. Damit ist eine geringere Zellen- zahl in der Batterie notwendig. Es ist geplant, die in größerer Serie zu bauenden Elektrofahrzeuge mit Lithium-Ionen Zellen der Größe von ca. 10-60Ah zu betreiben. Damit verringert sich die Zellenzahl pro Fahrzeug auf eine Größenordnung von 100-500 Zellen. The trend in electric vehicles today clearly goes to cells with larger capacity. This requires a smaller number of cells in the battery. It is planned to operate the electric vehicles to be built in a larger series with lithium-ion cells of about 10-60Ah size. This reduces the number of cells per vehicle to an order of 100-500 cells.
Die Module werden somit aus 8-12 Zellen in Serie, mit entsprechenden Spannungen unter 60V, und einer oder wenigen Zellen parallel geschaltet bestehen. Der Mitsubishi "i MiEV", das erste Serienelektrofahrzeug mit Lithium-Ionen Zellen, verwendet z.B. LEV50 Zellen von GS Yuasa mit 50Ah Kapazität. Jeweils 4 Zellen werden in Serie zu einem Modul zusammengeschaltet. Aus 24 dieser Module, ebenso alle in Serie verschaltet, wird das Batteriepack mit 330V Spannung aufgebaut. Bei dem zuvor beschriebenen Trend zu Zellen mit hoher Leistungsdichte nehmen Probleme durch Wärmeentwicklung der Zellen im Betrieb, d.h. sowohl beim Laden als auch beim Entladen, zu und eine aktive Kühlung wird zwingend notwendig. Mit zunehmender Wärmeentwicklung, welche räumlich und zeitlich unter- schiedlich an Zellen der Module auftreten kann, werden Probleme wie unterschiedliche Alterung der Zellen durch unterschiedliche thermische Bedingungen verstärkt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur verbesserten Kühlung von Batteriepacks anzugeben, welches einer schnellen Alterung von Batteriepacks entgegenwirkt und so zu einer besseren Haltbarkeit und Kosteneinspa- rungen führt. Die Möglichkeit einer besseren räumlichen Verteilung von Modulen des Batteriepacks soll geschaffen werden und Einsparungen beim Kühlen durch Reduzierung des apparativen Aufwands ermöglicht werden. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Batteriepack, welches in Module unterteilt ist, und eine verbesserte Kühlung, mit den zuvor genannten Vorteilen erlaubt . The modules will thus consist of 8-12 cells in series, with corresponding voltages below 60V, and one or a few cells connected in parallel. The Mitsubishi "i MiEV", the first series electric vehicle with lithium-ion cells, uses eg LEV50 cells from GS Yuasa with 50 Ah capacity. Each 4 cells are connected in series to form a module. Out of 24 of these modules, all connected in series, the battery pack is built with 330V voltage. In the above-described trend toward cells with high power density, problems of heat development of the cells in operation, ie both charging and discharging, increase and active cooling becomes imperative. With increasing heat development, which can occur differently in cells of the modules, spatially and temporally, problems such as different aging of the cells are intensified by different thermal conditions. The object of the present invention is therefore to provide a method for improved cooling of battery packs, which counteracts a rapid aging of battery packs and thus leads to better durability and cost savings. The possibility of a better spatial distribution of modules of the battery pack is to be created and savings in cooling by reducing the cost of equipment are made possible. Furthermore, the invention comprises a battery pack, which is divided into modules, and an improved cooling, with the aforementioned advantages allowed.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Kühlung von Batteriepacks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Batteriepacks mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst . The stated object is achieved with respect to the method for cooling battery packs with the features of claim 1 and with respect to the battery pack with the features of claim 8.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zur Kühlung von Batteriepacks und bezüglich des Batteriepacks gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks umfasst die Aufteilung wenigstens eines Batteriepacks in mehrere Module, wobei jedes Modul eigenständig gekühlt wird. Advantageous embodiments of the method for cooling battery packs and with respect to the battery pack will be apparent from the respective associated dependent claims. The features of the main claims may be combined with each other and with features of the subclaims and features of the subclaims. The inventive method for cooling battery packs comprises the division of at least one battery pack into a plurality of modules, each module being cooled independently.
Dies ermöglicht eine Aufteilung des Batteriepacks und eine Anordnung an unterschiedlichen Orten. Auch bei unterschiedlichen Beanspruchungen und/oder Temperaturen der einzelnen Module kann eine dem Modul entsprechende Kühlung durch die eigenständige Kühlung jedes Moduls erfolgen. Dadurch wird eine unterschiedliche Alterung der Module verhindert und das Bat- teriepack erhält seine Gesamtleistung über einen verlängerten Zeitraum. Die Kühlung jedes Moduls kann abhängig von der Temperatur des jeweiligen Moduls geregelt oder gesteuert erfolgen. Dadurch wird eine modulspezifische Temperierung bzw. Kühlung möglich. Ein Sensor kann an jedem Modul die Temperatur messen und eine Regelung oder Steuerung, insbesondere eine elektronische Regelung oder Steuerung kann entsprechend der gemessenen Temperatur für das jeweilige Modul durch Regelung oder Steuerung einer Kühleinrichtung die Temperatur einstellen. So können alle Module auf einer gleichen Temperatur gehalten werden. This allows a division of the battery pack and an arrangement in different places. Even with different stresses and / or temperatures of the individual modules, a cooling system corresponding to the module can be carried out by the independent cooling of each module. This prevents a different aging of the modules and the battery pack receives its overall performance over a prolonged period of time. The cooling of each module can be controlled or controlled depending on the temperature of the respective module. As a result, a module-specific temperature control or cooling is possible. A sensor may measure the temperature at each module and a controller or controller, in particular an electronic controller or controller, may adjust the temperature according to the measured temperature for the particular module by controlling or controlling a refrigerator. So all modules can be kept at the same temperature.
Die Kühlung eines Moduls kann unabhängig von der Temperatur und/oder der Kühlung anderer Module des wenigstens einen Batteriepacks erfolgen. Dafür kann jeweils für ein Modul eine Kühleinrichtung, wie z.B. ein Kühlkreislauf oder ein Lüfter vorgesehen sein. Diese wird abhängig von der Temperatur des jeweiligen Moduls und unabhängig von der Temperatur anderer Module geregelt oder gesteuert, insbesondere abhängig von dem Ort des jeweiligen Moduls und seiner Umgebungstemperatur. Die Kühlung eines Moduls kann aber auch abhängig von der Temperatur des Moduls erfolgen, welches den höchsten Temperaturwert aufweist. Dadurch wird ein vereinfachter Aufbau möglich, mit z.B. nur einem Kühlkreislauf, dessen Kühlfluid auf einer Temperatur eingestellt wird, die zur Kühlung des wärmsten Mo- duls notwendig ist. Als Kühlfluide können dabei Luft oder Flüssigkeiten wie Öle, Wasser oder flüssiges Kohlendioxid dienen. Alternativ zum Kühlkreislauf kann auch ein zentraler Lüfter entsprechend der Temperatur des Wärmsten Moduls gesteuert oder geregelt werden. The cooling of a module can take place independently of the temperature and / or the cooling of other modules of the at least one battery pack. For each of a module, a cooling device, such. a cooling circuit or a fan may be provided. This is regulated or controlled as a function of the temperature of the respective module and independently of the temperature of other modules, in particular depending on the location of the respective module and its ambient temperature. The cooling of a module can also be done depending on the temperature of the module, which has the highest temperature value. This allows a simplified construction, with e.g. only one cooling circuit, the cooling fluid of which is set at a temperature necessary to cool the warmest module. Air or liquids such as oils, water or liquid carbon dioxide can serve as cooling fluids. As an alternative to the cooling circuit, it is also possible to control or regulate a central fan in accordance with the temperature of the warmest module.
Die Kühlung des wenigstens einen Batteriepacks kann in einem Fahrzeug erfolgen. Dann kann die Kühlung wenigstens eines Moduls oder aller Module abhängig von der jeweiligen Lage in dem Fahrzeug und/oder der Umgebungstemperatur des jeweiligen Moduls im Fahrzeug erfolgen. The cooling of the at least one battery pack can be done in a vehicle. Then, the cooling of at least one module or all modules can be carried out depending on the respective position in the vehicle and / or the ambient temperature of the respective module in the vehicle.
Eine Kühlung der Module des wenigstens einen Batteriepacks kann so erfolgen, dass über das gesamte Batteriepack eine einheitliche oder nahezu einheitliche Temperatur besteht oder entsteht. Dadurch wird eine gleiche bzw. ähnliche Alterung aller Module des Batteriepacks ermöglicht und die Gesamtperformance des Batteriepacks verbessert, insbesondere seine Langzeitperformance. A cooling of the modules of the at least one battery pack can be done so that over the entire battery pack uniform or nearly uniform temperature exists or arises. This allows the same or similar aging of all modules of the battery pack and improves the overall performance of the battery pack, in particular its long-term performance.
Das erfindungsgemäße Batteriepack ist in Module unterteilt und jedes Modul weist jeweils wenigstens eine Kühleinrichtung auf. Das modulare Kühlkonzept ermöglicht eine Aufteilung der Gesamtbatterie in viele einzelne Submodule, wobei jedes Modul oder eine Gruppen von Modulen mit einer autarken Kühlung ausgerüstet wird. The battery pack according to the invention is divided into modules and each module has in each case at least one cooling device. The modular cooling concept allows the total battery to be divided into many individual sub-modules, with each module or a group of modules being equipped with autonomous cooling.
Der Batterieblock bzw. das Batteriepack ist in viele Submodu- Ie unterteilt, mit vorzugsweise 8-12 Zellen, die jeweils einzeln oder in kleineren Untereinheiten mit einer autarken Kühlung ausgestattet werden, welche abhängig der lokal vorliegenden Temperatur bzw. Leistungsbeanspruchung des Moduls geregelt oder gesteuert sein kann. Da die Temperaturabweichung in einem kleinem Modul deutlich kleiner ausfällt als in einem großen, kommt es insgesamt zu kleineren Abweichungen zwischen den Modulen in der Temperatur. The battery pack or the battery pack is subdivided into many submodules, with preferably 8-12 cells, which are each equipped individually or in smaller subunits with autonomous cooling, which are regulated or controlled as a function of the locally present temperature or power load of the module can. Since the temperature deviation in a small module is significantly smaller than in a large one, there are overall smaller deviations between the modules in the temperature.
Die Unterteilung des Batteriepacks in Module ermöglicht eine Verteilung der Module im Raum. Die Zuordnung jeweils wenigstens einer Kühleinrichtung je Modul ermöglicht eine individuell gesteuerte oder geregelte Kühlung eines jeden Moduls. Dies kann sowohl abhängig vom Ort bzw. einer eventuellen Bauform der Umgebung und Umgebungstemperatur erfolgen, als auch von spezifischen Leistungsanforderungen an ein jedes Modul. The subdivision of the battery pack into modules enables a distribution of the modules in the room. The assignment of at least one cooling device per module allows individually controlled or regulated cooling of each module. This can be done both depending on the location or a possible design of the environment and ambient temperature, as well as specific performance requirements of each module.
Um dies zu ermöglichen, kann jedes Modul eine Temperaturregelungseinrichtung und/oder Temperatursteuerungseinrichtung aufweisen. Alternativ können alle Kühleinrichtungen auch in- dividuell durch eine zentrale Regel- oder Steuereinrichtung geregelt bzw. gesteuert werden. Die wenigstens eine Kühleinrichtung eines Moduls kann jeweils unabhängig von einer Kühleinrichtung eines anderen Moduls und/oder von den Kühleinrichtungen aller anderen Module sein. So kann an jedem Modul ein Sensor die Temperatur messen und eine Steuerung oder Regelung jeder Kühleinrichtung kann individuell abhängig der jeweiligen gemessenen Temperatur erfolgen . To make this possible, each module may have a temperature control device and / or temperature control device. Alternatively, all cooling devices can also be controlled or controlled individually by a central regulating or control device. The at least one cooling device of a module can each be independent of a cooling device of another module and / or of the cooling devices of all other modules. Thus, on each module, a sensor can measure the temperature and a control or regulation of each cooling device can be done individually depending on the respective measured temperature.
Alternativ kann ein Kühlkreislauf die Kühleinrichtungen um- fassen, insbesondere alle Kühleinrichtungen der Module. Dies bedeutet, alle Kühleinrichtungen sind zusammenhängend aufgebaut und ergeben einen Kühlkreislauf. Es können Ventile vorgesehen sein, insbesondere Stellventile, zur Steuerung oder Regelung einer jeweiligen Kühleinrichtung. So kann z.B. über die Stellventile ein zentraler Kühlfluidstrom individuell auf die Temperatur jeweils eines Moduls abgestimmt aufgeteilt und durch ein Ventil ein Teilfluidstrom eingestellt werden, welcher das jeweilige Modul kühlt. Ein Modul kann jeweils aus Zellen aufgebaut sein. Zellen sind z.B. einzelne Lithium-Ionen-Batterien. Alternatively, a cooling circuit can include the cooling devices, in particular all the cooling devices of the modules. This means that all cooling devices are connected and result in a cooling circuit. It can be provided valves, in particular control valves, for controlling or regulating a respective cooling device. Thus, e.g. divided by the control valves a central cooling fluid flow individually matched to the temperature of each module and adjusted by a valve, a partial fluid flow, which cools the respective module. Each module can be made up of cells. Cells are e.g. single lithium-ion batteries.
Es kann wenigstens ein Lüfter, insbesondere je Modul, als alternative für einen Kühlkreislauf vorgesehen sein, welcher ausgebildet ist die Zellen des Moduls mit Kühlluft zu versorgen . At least one fan, in particular per module, may be provided as an alternative to a cooling circuit, which is designed to supply the cells of the module with cooling air.
Das Batteriepack kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Dann kann der modulare Aufbau des Batteriepacks eine Aufteilung des Batteriepacks auf verschiedene Baugruppen bzw. räumliche Bereiche des Fahrzeugs ermöglichen. An den Orten können unterschiedliche Temperaturen vorherrschen. So kann z.B. in der Fahrgastzelle eine andere Temperatur vorliegen als nahe einer Antriebseinheit wie z.B. einem Elektromotor. Die individuelle Kühlung durch einzelne Kühleinrichtungen ermöglicht dann entsprechend der Umgebungstemperatur eines Moduls dieses zu kühlen, um für alle Module eines Batteriepacks z.B. die gleiche Temperatur einstellen zu können. So wird eine schnelle Alterung des Batteriepacks verhindert. The battery pack may be arranged in a vehicle. Then, the modular design of the battery pack can allow a division of the battery pack to different modules or spatial areas of the vehicle. In the places different temperatures can prevail. For example, a different temperature may be present in the passenger compartment than close to a drive unit such as an electric motor. The individual cooling by individual cooling devices then allows to cool according to the ambient temperature of a module, for example, the same for all modules of a battery pack Temperature to be able to adjust. This prevents rapid aging of the battery pack.
Die mit dem Batteriepack verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf das Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks beschrieben wurden und umgekehrt. The advantages associated with the battery pack are analogous to the advantages previously described with respect to the method for cooling battery packs and vice versa.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the figures, but without being limited thereto.
Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Batteriepacks The figures show: FIG. 1 a schematic representation of a battery pack
10 nach dem Stand der Technik, mit Kühleinrichtung 30, 31, 32, 33 ohne Unterteilung in Module, und  10 according to the prior art, with cooling device 30, 31, 32, 33 without dividing into modules, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä- ßen Batteriepacks 10, unterteilt in Module 11 mit jeweils einem Temperatursensor 41 zur Regelung 40 einer Kühleinrichtung 30, 31, 32, 33, und 2 shows a schematic representation of a battery pack 10 according to the invention, subdivided into modules 11, each having a temperature sensor 41 for regulating 40 a cooling device 30, 31, 32, 33, and
Fig. 3 ein Batteriepack 10, wie in Fig. 2 dargestellt ist, aber mit Stellventilen 42 zur von anderen ModulenFig. 3 shows a battery pack 10, as shown in Fig. 2, but with control valves 42 to other modules
11 unabhängigen Kühlung jeweils eines Moduls 11, und 11 independent cooling of each module 11, and
Fig. 4 ein Batteriepack 10, wie in Fig. 2 dargestellt ist, aber mit komplett voneinander getrennten, unabhängigen Kühleinrichtungen 31, 30, 32, 33 je Modul 11, und Fig. 4 shows a battery pack 10, as shown in Fig. 2, but with completely separate, independent cooling devices 31, 30, 32, 33 per module 11, and
Fig. 5 ein Modul 11, welches über ein Gebläse 33 unabhän- gig von anderen Modulen gekühlt wird. 5 shows a module 11, which is cooled by a fan 33 independently of other modules.
In Fig. 1 ist ein Batteriepack 10 mit Kühleinrichtung 30, 31, 32, 33 nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Batterie- pack 10 umfasst n Batteriezellen 20, wobei n eine natürliche Zahl ist. So kann z.B. ein Batteriepack in einem Kraftfahrzeug aus um die 20000 Zellen bestehen. Diese können dann in einer Art Batterieblock an einem Ort im Fahrzeug, z.B. im Kofferraum untergebracht sein. In Fig. 1, a battery pack 10 is shown with cooling device 30, 31, 32, 33 according to the prior art. The battery Pack 10 includes n battery cells 20, where n is a natural number. For example, a battery pack in a motor vehicle may consist of around 20,000 cells. These can then be accommodated in a kind of battery pack at a location in the vehicle, for example in the trunk.
Um eine Abschaltung der gesamten Batterie bei zu hoher Temperatur zu vermeiden, muss weiterhin eine Kühlung vorgesehen werden. Diese unterstützt ebenso, wenn sie richtig ausgelegt ist, den Ausgleich der Temperatur über das Batteriepack 10. Die typische Kühlanordnung im Stand der Technik sieht einen einzigen Kühlkreislauf 30 vor, der im Falle einer Temperaturregelung die Temperatur einer einzelnen Zelle berücksichtigt. Die Kühleinrichtung oder Kühlanordnung umfasst eine Kühlmit- telanbindung 31 an das Batteriepack 10, welche z.B. durch einen Wärmetauscher oder ein Kühlblech realisiert sein kann. Ein Kühlkreislauf 30 verbindet die Kühlmittelanbindung 31 mit einer aktiven oder passiven Rückkühleinheit 32. Diese kann z.B. einen Wärmetauscher oder ein Kühlblech umfassen, welche an die Umgebungsluft wärme abgeben können. Eine Kühlmittelumwälzung 33 kann in Form einer Pumpe oder eines Gebläses im Kühlkreislauf 30 realisiert sein, und sorgt für einen Transport des Kühlmittels im Kühlkreislauf 30 von der Kühlmittel- anbindung 31 zur Rückkühleinheit 32 und wieder zurück. AlsIn order to avoid a shutdown of the entire battery at too high a temperature, cooling must continue to be provided. This also, if properly designed, assists in balancing the temperature across the battery pack 10. The typical prior art cooling arrangement provides a single cooling circuit 30 which, in the case of temperature control, accounts for the temperature of a single cell. The cooling device or cooling arrangement comprises a coolant connection 31 to the battery pack 10, which may be e.g. can be realized by a heat exchanger or a cooling plate. A cooling circuit 30 connects the coolant connection 31 to an active or passive recooling unit 32. This may be e.g. comprise a heat exchanger or a cooling plate, which can give off heat to the ambient air. A coolant circulation 33 can be realized in the form of a pump or a blower in the cooling circuit 30, and ensures transport of the coolant in the cooling circuit 30 from the coolant connection 31 to the cooling unit 32 and back again. When
Kühlmittel bzw. Kühlfluid können Luft, Öle, Wasser oder andere Flüssigkeit sowie Gase verwendet werden, welche einen hohen Wärmekoeffizienten aufweisen, wie z.B. flüssiges Kohlendioxid oder Luft. Coolant or cooling fluid may be air, oils, water or other fluid, as well as gases having a high thermal coefficient, e.g. liquid carbon dioxide or air.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Batteriepack 10 gezeigt, bei dem die Batteriezellen 20 an unterschiedlichen Orten z.B. in einem Fahrzeug, in Modulen 11 zusammengefasst verteilt sind. Jedes Modul 11 weist eine eigene Kühlmittelanbindung 31 und einen eigenen Temperatursensor 41 auf. Die einzelnenFig. 2 shows a battery pack 10 according to the invention, in which the battery cells 20 are located at different locations, e.g. in a vehicle, distributed in modules 11 are distributed. Each module 11 has its own coolant connection 31 and its own temperature sensor 41. The single ones
Kühlmittelanbindungen 31 der Module 11 sind über einen gemeinsamen Kühlkreislauf 30 miteinander verbunden, insbesondere thermisch über ein Kühlfluid, welches in dem Kühlkreislauf 30 strömt. Über die Kühlmittelanbindung 31 nimmt das Kühlflu- id Wärmemenge der Module 11 auf und führt so zu einer Kühlung der Module 11. Das Kühlfluid strömt durch den KühlkreislaufCoolant connections 31 of the modules 11 are connected to each other via a common cooling circuit 30, in particular thermally via a cooling fluid, which in the cooling circuit 30 flows. Via the coolant connection 31, the cooling fluid absorbs heat quantity of the modules 11 and thus leads to a cooling of the modules 11. The cooling fluid flows through the cooling circuit
30 zu wenigstens einer Rückkühleinheit 32. An der Rückkühl- einheit 32 gibt das Kühlmittel die aufgenommene Wärmemenge wieder teilweise oder vollständig an die Umwelt ab, z.B. an die Umgebungsluft. Eine Kühlmittelumwälzung 33, z.B. eine Pumpe oder ein Gebläse, hält das Kühlfluid bzw. Kühlmittel im Kühlkreislauf 30 in Bewegung, so dass das Kühlfluid von der Rückkühleinheit 32 wieder zu den Kühlmittelanbindungen 31 der Module 11 strömen kann. 30 to at least one recooling unit 32. At the recooling unit 32, the coolant again partially or completely releases the absorbed heat to the environment, e.g. to the ambient air. A coolant circulation 33, e.g. a pump or a fan, keeps the cooling fluid or coolant in the cooling circuit 30 in motion, so that the cooling fluid can flow from the re-cooling unit 32 again to the coolant connections 31 of the modules 11.
Die Temperatur der Module 11 bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids und/oder die an der Rückkühleinheit 32 abgeführte Wärmemenge können von einem Temperaturregler 40 geregelt werden. Die Regelung kann sich nach dem Temperatursensor 41 mit dem höchsten gemessenen Temperaturwert richten. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kühlfluid genug Wärmemenge aufnehmen kann, um alle Module 11 unter einen kriti- sehen Temperaturwert zu kühlen bzw. zu halten. Der Temperaturregler 40 kann unter anderem die Strömungsgeschwindigkeit und somit die Kühlleistung des Kühlkreislaufes 30 regeln, indem die Leistung der Kühlmittelumwälzung (z.B. Pumpe, Gebläse) abhängig der mit den Temperatursensoren 41 gemessenen Temperaturen geregelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch die an der Rückkühleinheit 32 abgegebene Wärmemenge geregelt werden von dem Temperaturregler 40. The temperature of the modules 11 or the flow rate of the cooling fluid and / or the amount of heat removed at the recooling unit 32 can be regulated by a temperature controller 40. The control may depend on the temperature sensor 41 having the highest measured temperature value. This ensures that the cooling fluid can absorb enough heat to cool or keep all modules 11 below a critical temperature value. Among other things, the temperature controller 40 can regulate the flow rate and thus the cooling capacity of the refrigeration cycle 30 by controlling the performance of the refrigerant circulation (e.g., pump, blower) in accordance with the temperatures measured by the temperature sensors 41. Alternatively or additionally, the amount of heat released at the recooling unit 32 can also be regulated by the temperature controller 40.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführung des Kühlkreislaufs 30 nach der Erfindung dargestellt. Die KühlmittelanbindungenIn Fig. 3, an alternative embodiment of the cooling circuit 30 is shown according to the invention. The coolant connections
31 der Module 11 sind nicht wie in Fig. 2 im Kühlkreislauf 30 fluidisch in Reihe geschaltet, sondern parallel im Kühlkreislauf 30 fluidisch miteinander verbunden. Die Module 11 können wieder an unterschiedlichen Orten in einem Fahrzeug verteilt sein und von einem verzweigten Kühlkreislauf 30 mit Kühlfluid versorgt werden. Eine Regelung der Kühlmittelströme jeweils zu einem Modul 11 erfolgt z.B. über ein dem Modul 11 jeweils zugeordneten Stellventil 42. Jedes Modul 11 weist wenigstens einen Temperatursensor 41 auf, der die individuelle Temperatur des Moduls 11 z.B. über die Temperatur einer Zelle 20 oder gemittelt von Zellen 20 misst. Ein Temperaturregler 40 regelt abhängig von der gemessenen Temperatur das Stellventil 42 für die Kühlmittelanbindung 31 des jeweils zugeordneten Moduls 11. Dadurch wird der Anteil an Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs 30 geregelt bzw. bestimmt, welcher der Kühlmittelanbindung 31 des zugeordneten Moduls 11 zugeführt wird und somit die abzuführende Wärmemenge an dem Modul 11. 31 of the modules 11 are not fluidly connected in series as in FIG. 2 in the cooling circuit 30, but are fluidly connected to one another in parallel in the cooling circuit 30. The modules 11 can again be distributed at different locations in a vehicle and supplied with cooling fluid by a branched cooling circuit 30. A regulation of the coolant flows in each case to a module 11 takes place, for example, via a control valve 42 respectively assigned to the module 11. Each module 11 has at least one a temperature sensor 41, which measures the individual temperature of the module 11, for example, about the temperature of a cell 20 or averaged by cells 20. A temperature controller 40 controls the control valve 42 for the coolant connection 31 of the respective associated module 11 depending on the measured temperature. The proportion of cooling liquid of the cooling circuit 30 is thereby regulated or determined, which is fed to the coolant connection 31 of the associated module 11 and thus to the dissipated Amount of heat on the module 11.
Alternativ kann statt Temperaturreglern 40, welche jeweils einem Modul 11 zugeordnet sind, ein zentraler Regler z.B. mit einem Rechner vorgesehen sein, welcher die jeweiligen Stellventile 42 steuert abhängig der an den Modulen 11 mit den Temperatursensoren 41 jeweils gemessenen Temperaturen. Durch den zuvor beschriebenen Aufbau kann der mechanische Aufwand der Kühlung reduziert werden und die Gleichmäßigkeit der Zeil-Temperaturen erhöht werden. In Figur 4 ist ein erfindungsgemäßes Batteriepack 10 dargestellt, bei welchem jedes Modul über eine separate, von den anderen Kühlkreisläufen 30 getrennte Kühleinrichtung umfasst. Das Batteriepack 10 ist wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung in Module 11 unterteilt und die Module 11 sind jeweils an unterschiedlichen Orten z.B. in einem Fahrzeug verteilt. Jedes Modul 11 weist einen eigenen, von den anderen getrennten Kühlkreislauf 30 auf, und wird über diesen mit Kühlfluid versorgt. Der Kühlkreislauf wiederum weist jeweils eine Rückkühleinheit 32 und eine Kühlmittel- Umwälzung 33 auf, welche fluidisch über den Kühlkreislauf 30 mit der Kühlmittelanbindung 31 eines Moduls 11 verbunden sind. Dadurch wird nicht nur eine räumliche Verteilung der Module 11, sondern auch der dazugehörigen Kühlmittelkreisläufe 30 oder kompletten Kühleinrichtungen möglich. Jeder Kühl- kreislauf 30 wird durch eine dem jeweiligen Modul 11 zugeordneten Temperatursensor 41 und den zugeordneten Temperaturregler 40 geregelt. Alternativ kann auch eine zentrale Regelein- heit für alle Module 11 z.B. in Form eines Rechners vorgesehen sein. Alternatively, instead of temperature controllers 40, which are each associated with a module 11, a central controller may be provided, for example, with a computer which controls the respective control valves 42 depending on the temperatures measured on the modules 11 with the temperature sensors 41, respectively. By the construction described above, the mechanical complexity of the cooling can be reduced and the uniformity of the cell temperatures can be increased. FIG. 4 shows a battery pack 10 according to the invention, in which each module comprises a separate cooling device separate from the other cooling circuits 30. The battery pack 10 is divided into modules 11 as in the previously described embodiments of the invention and the modules 11 are each distributed at different locations, for example in a vehicle. Each module 11 has its own, separate from the other cooling circuit 30, and is supplied via this with cooling fluid. The cooling circuit in turn has in each case a recooling unit 32 and a coolant circulation 33, which are fluidically connected via the cooling circuit 30 to the coolant connection 31 of a module 11. This not only a spatial distribution of the modules 11, but also the associated coolant circuits 30 or complete cooling devices is possible. Each cooling circuit 30 is regulated by a temperature sensor 41 assigned to the respective module 11 and the associated temperature regulator 40. Alternatively, a central rule be provided for all modules 11 eg in the form of a computer.
Alternativ zu einem Fluidkreislauf 30 kann zur Kühlung auch ein Lüfter oder Ventilator 33 dienen, welcher jeweils direkt an dem Modul 11 befestigt ist und dieses kühlt, abhängig von der an dem Modul durch den jeweiligen Temperatursensor 41 gemessenen Temperatur und geregelt von dem jeweiligen Regler 40. Dies ist beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Besonders günstig ist in diesem Fall die Kühlung mit Luft, weil dabei jede Einheit bzw. jedes Modul 11 mit einem Ventilator bestückt, einen einfachen Aufbau ermöglicht. In dem in Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Modul 11, umfassend 3 Zellen 20, über einen Lüfter als Kühlmittelumwälzung 33 mit Frischluft versorgt. Die Frischluft dient dabei als Kühlmittel. Durch die individuelle Regelung wird der mechanische Aufwand der Kühlung auf ein Minimum reduziert und die Gleichmäßigkeit der Zelltemperaturen erhöht. Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geben nur beispielhaft einzelne Möglichkeiten des Aufbaus des erfindungsgemäßen Batteriepacks 10 und der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Kombinationen der zuvor beschriebenen, insbesondere in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispie- Ie sind ebenfalls möglich. As an alternative to a fluid circuit 30, a fan or fan 33 can also serve for cooling, which is fastened directly to the module 11 and cools the latter, depending on the temperature measured at the module by the respective temperature sensor 41 and regulated by the respective controller 40. This is exemplified in Fig. 5. Cooling with air is particularly favorable in this case, because each unit or each module 11 equipped with a fan allows a simple construction. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, a module 11, comprising 3 cells 20, is supplied with fresh air via a fan as coolant circulation 33. The fresh air serves as a coolant. The individual control reduces the mechanical complexity of the cooling to a minimum and increases the uniformity of the cell temperatures. The exemplary embodiments described above indicate, by way of example only, individual possibilities of constructing the battery pack 10 according to the invention and carrying out the method according to the invention. Combinations of the exemplary embodiments described above, in particular in the figures, are also possible.
Die Aufteilung des Batteriepacks 10 in Module 11 mit eigener Kühlung ermöglicht eine flexible Anpassung des Batteriepacks 10 an die jeweilige Bauraumsituation und eine Verteilung in geeignete Bauräume. Dabei ist die autarke Kühlung zusammen mit der lokalen Temperaturregelung pro Modul 11 wichtig, um eine einheitliche Lebensdauer aller Zellen 20 und Module 11 innerhalb z.B. eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie z.B. Automobil zu garantieren. Eine einheitli- che Lebensdauer ist nur über eine nahezu konstante Temperatur aller Module 11 zu erreichen. Gleichzeitig kann die Kühlleistung für verschiedene Batteriemodule 11 innerhalb z.B. eines Fahrzeuges abhängig vom Einbauort und der jeweiligen Umge- bungstemperatur unterschiedlich eingestellt werden. Damit lässt sich trotz unterschiedlicher Umgebungstemperaturen (z. B. Ort im Fahrzeug oder Aufheizung durch Umgebungsbedingungen) eine einheitlichere Lebensdauer aller Zellen erreichen und unter Umständen Energie sparen. The division of the battery pack 10 in modules 11 with its own cooling allows flexible adaptation of the battery pack 10 to the respective space situation and a distribution in suitable spaces. In this case, the autonomous cooling together with the local temperature control per module 11 is important in order to guarantee a uniform lifetime of all cells 20 and modules 11 within eg a vehicle, in particular a motor vehicle such as automobile. A uniform service life can only be achieved via an almost constant temperature of all modules 11. At the same time, the cooling capacity for various battery modules 11 within, for example, a vehicle can depend on the installation location and the respective environment. Setting temperature can be set differently. Thus, despite different ambient temperatures (eg location in the vehicle or heating by ambient conditions), a more uniform lifetime of all cells can be achieved and possibly save energy.
Darüber hinaus ist durch die Darstellung der Batterie bzw. des Batteriepacks 10 in einzelnen Blöcken bzw. Modulen 11 eine optimierte Gewichtsverteilung auf die Achsen / Räder z.B. in einem Fahrzeug leichter erreichbar. In addition, the representation of the battery or the battery pack 10 in individual blocks or modules 11 an optimized weight distribution on the axles / wheels, for example. Easier to reach in a vehicle.
Weitere Vorteile der Erfindung für z.B. ein Fahrzeug sind: Further advantages of the invention for e.g. a vehicle are:
- die einmal ausgelegten Batteriemodule 11 können für ver- schiedene Fahrzeuge eingesetzt werden - The once designed battery modules 11 can be used for various vehicles
- das Packaging im Fahrzeug lässt sich günstiger gestalten - The packaging in the vehicle can be cheaper
- da im Falle eines Aufpralles oder eines „Thermal Runaway" nur kleine Einheiten betroffen wären, steigt die Sicherheit- In case of an impact or a "thermal runaway" only small units would be affected, the safety increases
- die Antriebsleistung der Kühlung sinkt, da räumlich und zeitlich begrenzt die Kühlung aktiviert werden kann - The drive power of the cooling decreases, since spatially and temporally limited the cooling can be activated
- geringerer Entwicklungsaufwand der Batterie  - Lower development costs of the battery
- es ist eine "Plug and Play" Lösung mit den Einzelmodulen denkbar, da diese alle autarke Einheiten sind. Es ist im Idealfalle lediglich ein Anschluss des Hauptstrompfades durch alle Module sowie eine Steuerleitung zum Master- BMS nötig.  - It is a "plug and play" solution with the single modules conceivable, since these are all self-sufficient units. Ideally, it is only necessary to connect the main current path through all modules and a control line to the master BMS.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks (10), wobei wenigstens ein Batteriepack (10) in mehrere Module (11) aufge- teilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (11) eigenständig gekühlt wird. 1. A method for cooling battery packs (10), wherein at least one battery pack (10) is divided into a plurality of modules (11), characterized in that each module (11) is cooled independently.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung jedes Moduls (11) abhängig von der Temperatur des jeweiligen Moduls (11) geregelt oder gesteuert erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling of each module (11) is controlled or controlled depending on the temperature of the respective module (11).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung eines Moduls (11) unabhängig von der Temperatur und/oder Kühlung anderer Module (11) des wenigstens einen Batteriepacks (10) erfolgt. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling of a module (11) regardless of the temperature and / or cooling of other modules (11) of the at least one battery pack (10).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung eines Moduls (11) abhängig von der Temperatur des Moduls (11) erfolgt, welches den höchsten Temperatur- wert aufweist. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling of a module (11) depends on the temperature of the module (11), which has the highest temperature value.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des wenigstens einen Batteriepacks (10) in einem Fahrzeug erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the at least one battery pack (10) takes place in a vehicle.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung wenigstens eines Moduls (11) oder aller Module6. The method according to claim 5, characterized in that the cooling of at least one module (11) or all modules
(11) abhängig von der jeweiligen Lage in dem Fahrzeug (11) depending on the respective situation in the vehicle
und/oder der Umgebungstemperatur des jeweiligen Moduls (11) erfolgt. and / or the ambient temperature of the respective module (11).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der Module (11) des wenigstens einen Batteriepacks (10) so erfolgt, dass über das ge- samte Batteriepack (10) eine einheitliche oder nahezu einheitliche Temperatur besteht oder entsteht. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that cooling of the modules (11) of the at least one battery pack (10) takes place so that over the entire battery pack (10) is a uniform or nearly uniform temperature or arises.
8. Batteriepack (10), welches in Module (11) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (11) jeweils wenigstens eine Kühleinrichtung (30, 31, 32, 33) aufweist. 8. battery pack (10) which is divided into modules (11), characterized in that each module (11) each having at least one cooling device (30, 31, 32, 33).
9. Batteriepack (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (11) eine Temperaturregelungseinrichtung (40) und/oder Temperatursteuerungseinrichtung (40) aufweist. 9. battery pack (10) according to claim 8, characterized in that each module (11) has a temperature control device (40) and / or temperature control means (40).
10. Batteriepack (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung eines Moduls (11) jeweils unabhängig von einer Kühleinrichtung eines anderen Moduls (11) und/oder von den Kühleinrichtungen aller anderen Module (11) ist. 10. battery pack (10) according to claim 8 or 9, characterized in that the at least one cooling device of a module (11) each independently of a cooling device of another module (11) and / or of the cooling devices of all other modules (11) is.
11. Batteriepack (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf (30) die Kühleinrichtungen umfasst, insbesondere alle Kühleinrichtungen der Module (11), und Ventile (42) vorgesehen sind, insbesondere Stellventile (42), zur Steuerung oder Regelung einer jeweiligen Kühlein- richtung. 11. Battery pack (10) according to claim 8 or 9, characterized in that a cooling circuit (30) comprises the cooling means, in particular all the cooling means of the modules (11), and valves (42) are provided, in particular control valves (42), for control or regulation of a respective cooling device.
12. Batteriepack (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (11) jeweils aus Zellen12. battery pack (10) according to any one of claims 8 to 10, characterized in that a module (11) each of cells
(20) aufgebaut ist. (20) is constructed.
13. Batteriepack (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lüfter (33) insbesondere je Modul13. Battery pack (10) according to claim 12, characterized in that at least one fan (33) in particular per module
(11) vorgesehen ist, welcher ausgebildet ist die Zellen (20) des Moduls (11) mit Kühlluft zu versorgen. (11) is provided, which is designed to supply the cells (20) of the module (11) with cooling air.
14. Batteriepack (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriepack (10) in einem Fahrzeug angeordnet ist. 14. Battery pack (10) according to any one of claims 8 to 13, characterized in that the battery pack (10) is arranged in a vehicle.
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