WO2018036764A1 - Kühlvorrichtung für eine batteriebaugruppe sowie einheit aus einer batteriebaugruppe und einer kühlvorrichtung - Google Patents

Kühlvorrichtung für eine batteriebaugruppe sowie einheit aus einer batteriebaugruppe und einer kühlvorrichtung Download PDF

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Michael Huber
Sebastian SIERING
Jan Mysliwietz
Andreas Ring
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Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a battery assembly, in particular a high-voltage accumulator, an electrically driven vehicle, with a plurality of cooling lines, in which a cooling medium is guided, wherein the cooling device is adapted to transfer heat from the battery assembly to the cooling medium. Furthermore, the invention relates to a unit of a battery assembly and such a cooling device.
  • the battery assembly which is in particular a high-voltage storage, designed as a refrigerant or coolant cooling device to limit the maximum temperature of the battery assembly. Furthermore, it is crucial that a temperature spread between the individual cells or cell modules of the battery assembly is kept as low as possible.
  • a cooling device of the type mentioned that the cooling device has at least two separately formed, a battery opposite individual cooling elements, which are each supplied via a separate, the respective individual cooling element associated valve with cooling medium.
  • a battery opposite individual cooling elements which are each supplied via a separate, the respective individual cooling element associated valve with cooling medium.
  • a total of more parallel paths can be realized within the cooling device, which enables a more homogeneous cooling medium distribution and thus a more homogeneous temperature distribution within the battery assembly.
  • the embodiment of the invention is comparatively simple and inexpensive to implement.
  • battery is to be understood in this context in particular a battery module or a group of battery modules.
  • each individual cooling element is virtually a separate cooling device, which is independent of the other individual cooling elements.
  • the cooling medium flow through the individual cooling elements can preferably be regulated independently of one another. As a result, in particular temperature differences can be reliably compensated by external influences, for example by heat input from the exhaust system of a hybrid vehicle.
  • the individual cooling elements may each have one or more cooling plates. In the case of several belonging to a single cooling element cooling plates these are fluidly connected to each other, so that the cooling medium flow is regulated by all cooling plates by the individual cooling element associated valve.
  • the cooling medium is a refrigerant, which is present in particular as a two-phase mixture having a liquid and a gaseous phase. So there is a direct refrigerant cooling, in which the refrigerant flows through the individual cooling elements itself.
  • the valves are preferably self-regulating or regulated expansion valves.
  • An example of a self-regulating expansion valve is a so-called thermostatic expansion valve (TXV); controlled expansion valves include, for example, electro-thermostatic expansion valves (eTXV), electronic expansion valves (EXV), throttle valves (DMV) or shape memory alloy valves (SXV Shape Memory Valve).
  • eTXV electro-thermostatic expansion valves
  • EXV electronic expansion valves
  • DMV throttle valves
  • SXV Shape Memory Valve shape memory alloy valves
  • a unit comprising a battery assembly and a cooling device according to the invention, the battery assembly having a plurality of battery modules, each of which comprises a plurality of battery cells.
  • each individual cooling element is assigned to a battery module.
  • each individual cooling element is associated with exactly one battery module.
  • a single cooling element is assigned to a plurality of battery modules, in particular up to six battery modules. As has been shown in experiments, this ensures adequate cooling of, for example, a high-voltage accumulator, wherein the cooling device can be produced comparatively inexpensively.
  • the individual cooling elements each have a plurality of cooling plates, wherein each cooling plate is assigned to a battery module and arranged opposite to it.
  • each cooling plate is associated with exactly one battery module, whereby a particularly reliable and uniform cooling of the battery assembly is achieved.
  • the cooling plates abut in particular on an outer housing of the battery modules.
  • the battery modules are at least partially arranged vertically one above the other in relation to the installation position in the vehicle.
  • the battery assembly is a multi-level high-voltage storage.
  • the individual cooling elements or their individual cooling plates are preferably arranged vertically one above the other, in each case in planar contact with the associated battery module.
  • a particularly compact design can be achieved if a common housing is provided, in which the battery modules of the battery assembly and the cooling device are arranged.
  • Figure 1 is a schematic representation of a unit of a battery assembly and a cooling device according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a perspective view of a cooling device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a unit according to the invention, in which the cooling device of Figure 2 is used.
  • FIG. 1 shows a unit 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the unit 10 has a battery assembly 12, which is in particular a high-voltage storage of an electrically driven vehicle, and comprises a plurality of (here two) battery modules 14, which in turn each composed of a plurality of battery cells 16.
  • the unit 10 furthermore has a cooling device 20, which comprises a plurality of (here also two) separately formed individual cooling elements 22 which are each supplied with a cooling medium, in this case a refrigerant, via a separate valve 24 assigned to the respective individual cooling element 22.
  • each individual cooling element 22 has a cooling medium inlet 26, in which the valve 24, which is an expansion valve, is arranged.
  • the expansion valve can be made self-regulating or regulated.
  • the refrigerant used as the cooling medium is present at the cooling medium inlet 26 as a supercooled liquid and after expansion or after the expansion valve 24 in particular as a two-phase mixture of a liquid phase and a gaseous phase.
  • the cooling medium in the form of the refrigerant can be supplied to a plurality of cooling lines 28, which together form a cooling plate 30, which lies flat against a battery module 14 and against this. After the cooling medium has received heat from its associated battery module 14 via the cooling lines 28 arranged in parallel and has thereby cooled it, it can be discharged again via a cooling medium output 32 to a cooling medium circuit of the vehicle.
  • each individual cooling element 22 is associated with exactly one battery module 14, wherein no flow connection with the cooling lines 28 of the cooling line 28 of a single cooling element 22 other cooling element 22 consists. It is therefore not possible to replace the cooling medium between the two individual cooling elements 22.
  • the cooling medium flow through the individual cooling elements 22 by means of the valves 24 can be controlled independently of each other.
  • FIG. 2 shows a cooling device 20 according to a second embodiment of the invention, wherein like components bear like reference numerals and will be discussed below only the differences from the previously described embodiment.
  • the cooling device 20 according to FIG. 2 likewise has two individual cooling elements 22, which are supplied with cooling medium in the form of refrigerant via a respective associated valve 24, again a regulated or self-regulating expansion valve.
  • each individual cooling element 22 has a plurality of, namely three cooling plates 30, which are in flow connection with one another via connecting lines 34.
  • the two individual cooling elements 22 are not connected to each other in terms of flow, so that no exchange of the cooling medium or refrigerant takes place between them.
  • each of the cooling plates 30 is assigned to a battery module of a battery module designed as a high-voltage storage and is arranged opposite this battery module.
  • Each individual cooling element 22 thus cools three battery modules, the representation of which has been omitted in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the battery modules are arranged vertically in relation to the mounting position in the vehicle with the associated battery assembly, wherein the cooling plates 30 are each in surface contact with its associated battery module.
  • FIG. 3 shows a unit 10 according to the invention, in which the cooling device 20 according to FIG. 2 is installed.
  • the associated battery assembly is a multi-storey high-voltage storage, in each case two battery modules in both halves of the unit 10 are arranged one above the other.
  • a common housing 36 is provided, in which both the battery modules of the battery assembly and the cooling device 20 are arranged with the existing of three cooling plates 30 single cooling elements 22.
  • temperature differences can be better compensated by external influences, since the individual individual cooling elements are independently controlled by the associated valves.
  • a total of more parallel paths can be realized, which allow a more homogeneous distribution of refrigerants and thus a homogeneous temperature distribution within the battery assembly.

Abstract

Eine Kühlvorrichtung (20) für eine Batteriebaugruppe (12), insbesondere einen Hochvoltspeicher, eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, hat mehrere Kühlleitungen (28), in denen ein Kühlmedium geführt ist, wobei die Kühlvorrichtung (20) ausgebildet ist, Wärme von der Batteriebaugruppe (12) auf das Kühlmedium zu übertragen. Die Kühlvorrichtung (20) weist wenigstens zwei separat ausgebildete, einer Batterie gegenüberliegende Einzelkühlelemente (22) auf, die jeweils über ein eigenes, dem jeweiligen Einzelkühlelement (22) zugeordnetes Ventil (24) mit Kühlmedium versorgt werden. Zudem wird eine Einheit (10) aus einer Batteriebaugruppe (12) und einer Kühlvorrichtung (20) beschrieben.

Description

Kühlvorrichtung für eine Batteriebaugruppe sowie Einheit aus einer Batteriebaugruppe und einer Kühlvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Batteriebaugruppe, insbesondere einen Hochvoltspeicher, eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit mehreren Kühlleitungen, in denen ein Kühlmedium geführt ist, wobei die Kühlvorrichtung ausgebildet ist, Wärme von der Batteriebaugruppe auf das Kühlmedium zu übertragen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einheit aus einer Batteriebaugruppe und einer solchen Kühlvorrichtung.
Zur Sicherung der Reichweite, Lebensdauer und abrufbaren Leistung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (wie etwa Hybridfahrzeugen, Plug-in-Hybridfahrzeugen sowie rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen) ist ein definiertes Thermomanagement der Batterien bzw. Batteriezellen bzw. Batteriemodule erforderlich. Dabei muss insbesondere gewährleistet werden, dass sich die als Akkumulatoren ausgebildeten Batterien während des Lade- und Entladevorgangs zu jeder Zeit in einem definierten Temperaturbereich befinden, da es sonst zu einer verstärkten Degradierung der Zelleigenschaften kommt, was eine vorzeitige Alterung der Akkumulatoren begünstigt, wodurch deren Lebensdauer sinkt.
Aus diesem Grund ist es nötig, im Inneren der Batteriebaugruppe, bei der es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher handelt, eine als Kältemittel- oder Kühlmittelkühlung ausgebildete Kühlvorrichtung zu installieren, um die maximale Temperatur der Batteriebaugruppe zu beschränken. Weiterhin ist entscheidend, dass zwischen den einzelnen Zellen bzw. Zellmodulen der Batteriebaugruppe eine Temperaturspreizung so gering wie möglich gehalten wird.
Aktuelle Bauraumvorgaben, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, erfordern zum Teil eine mehrstöckige Anordnung der Batteriezellen bzw. Batteriemodule; darüber hinaus befinden sich die Einbauräume bei Hybridfahrzeugen oftmals in der Nähe der Abgasanlage. Dies bedingt einen zumindest teilweise asymmetrischen Wärmeeintrag in die Batteriebaugruppe und somit eine asymmetrische Aufheizung einzelner Bereiche der Batteriebaugruppe, in denen Zellen bzw. Zellmodule untergebracht sind. Da derartige Temperaturspreizungen innerhalb der Batteriebaugruppe oftmals zeitlich begrenzt sind, kann die Kühlvorrichtung für die Batteriebaugruppe nicht permanent auf die Asymmetrie ausgelegt werden. Zusätzlich ergibt sich aufgrund des mehrstöckigen Aufbaus und der Größe der Batteriebaugruppe eine hohe Anzahl an Parallelpfaden, auf die das Kühlmedium homogen aufgeteilt werden müsste, was physikalisch schwierig ist. Dies gilt insbesondere im Fall eines Kältemittels, welches nur einen sehr geringen Anteil an einer flüssigen Phase aufweist. Bei einer rein seriellen Anordnung der Kühlleitungen ist naturgemäß deren Gesamtlänge begrenzt, wodurch sich diese ebenfalls nicht für die Kühlung einer großen Batteriebaugruppe eignet. Auch eine Regelung der Kühlmedienverteilung beispielsweise über aktive Verteilaktuatoren entfällt aus Kostengründen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung eine homogene Temperaturverteilung innerhalb einer Batteriebaugruppe ermöglicht und somit eine sichere und zuverlässige Kühlung der Batteriebaugruppe gewährleistet.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist hierzu bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung wenigstens zwei separat ausgebildete, einer Batterie gegenüberliegende Einzelkühlelemente aufweist, die jeweils über ein eigenes, dem jeweiligen Einzelkühlelement zugeordnetes Ventil mit Kühlmedium versorgt werden. Durch die Verwendung mehrerer Einzelkühlelemente mit je einem eigenen Ventil lassen sich insgesamt mehr Parallelpfade innerhalb der Kühlvorrichtung realisieren, was eine homogenere Kühlmedienaufteilung und somit eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb der Batteriebaugruppe ermöglicht. Zudem ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung vergleichsweise einfach und kostengünstig realisierbar. Unter Batterie ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Batteriemodul bzw. eine Gruppe von Batteriemodulen zu verstehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht zwischen den Kühlleitungen eines Einzelkühlelementes keine Strömungsverbindung mit den Kühlleitungen des anderen Einzelkühlelementes. Es ist also zwischen den Einzelkühlelementen kein Austausch von Kühlmedium möglich, wodurch jedes Einzelkühlelement quasi eine eigene Kühlvorrichtung darstellt, die unabhängig von den weiteren Einzelkühlelementen ist.
Vorzugsweise ist der Kühlmedienfluss durch die Einzelkühlelemente unabhängig voneinander regelbar. Dadurch lassen sich insbesondere Temperaturunterschiede durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch Wärmeeintrag aus der Abgasanlage eines Hybridfahrzeugs, zuverlässig ausgleichen.
Dabei können die Einzelkühlelemente jeweils eine oder mehrere Kühlplatten aufweisen. Im Falle mehrerer zu einem Einzelkühlelement gehörender Kühlplatten sind diese strömungsmäßig miteinander verbunden, so dass der Kühlmedienfluss durch alle Kühlplatten durch das dem Einzelkühlelement zugeordnete Ventil geregelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Kühlmedium um ein Kältemittel, das insbesondere als zweiphasiges Gemisch mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase vorliegt. Es liegt also eine Direktkältemittelkühlung vor, bei der das Kältemittel selbst die Einzelkühlelemente durchströmt.
Alternativ wäre es denkbar, als Kühlmedium beispielsweise Wasser zu verwenden, das mittels eines Wärmetauschers die aufgenommene Wärme an ein Kältemittel abgibt. Auch eine reine Kühlmittelkühlung ist theoretisch möglich.
Bei den Ventilen handelt es sich bevorzugt um selbstregelnde oder geregelte Expansionsventile. Ein Beispiel für ein selbstregelndes Expansionsventil ist ein sogenanntes thermostatisches Expansionsventil (TXV); als geregelte Expansionsventile kommen beispielsweise elektro-thermostatische Expansionsventile (eTXV), elektronische Expansionsventile (EXV), Drossel-Magnetventile (DMV) oder mittels einer Formgedächtnislegierung betriebene Ventile (SXV Shape Memory Valve) infrage.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ebenso gelöst durch eine Einheit aus einer Batteriebaugruppe sowie einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, wobei die Batteriebaugruppe mehrere Batteriemodule aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen. Durch die Verwendung mehrerer (d.h. wenigstens zweier) Einzelkühlelemente lassen sich Temperaturunterschiede in der Batteriebaugruppe durch äußere Einflüsse besser ausgleichen, insbesondere wenn die einzelnen Einzelkühlelemente unabhängig voneinander regelbar sind. Zudem lassen sich mehr Parallelpfade realisieren, was eine homogenere Kühlmedienaufteilung und damit eine homogene Temperaturverteilung innerhalb der Batteriebaugruppe ermöglicht.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Einzelkühlelement einem Batteriemodul zugeordnet. Insbesondere ist jedes Einzelkühlelement genau einem Batteriemodul zugeordnet. Dadurch wird eine besonders zuverlässige und individuell regelbare Kühlung erreicht.
Alternativ, insbesondere bei einer Hochleistungsbatteriebaugruppe mit vielen Batteriemodulen, ist es möglich, dass ein Einzelkühlelement mehreren Batteriemodulen, insbesondere bis zu sechs Batteriemodulen, zugeordnet ist. Wie sich in Versuchen gezeigt hat, ist dadurch eine ausreichende Kühlung beispielsweise eines Hochvoltspeichers sichergestellt, wobei die Kühlvorrichtung vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist.
In einer Weiterbildung weisen die Einzelkühlelemente jeweils mehrere Kühlplatten auf, wobei jede Kühlplatte einem Batteriemodul zugeordnet und ihm gegenüberliegend angeordnet ist. Insbesondere ist jede Kühlplatte genau einem Batteriemodul zugeordnet, wodurch eine besonders zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der Batteriebaugruppe erreicht wird. Dabei liegen die Kühlplatten insbesondere an einem Außengehäuse der Batteriemodule an.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die sich durch einen besonders platzsparenden Aufbau auszeichnet, sind die Batteriemodule bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug zumindest teilweise vertikal übereinander angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei der Batteriebaugruppe um einen mehrstöckigen Hochvoltspeicher. Bei dieser Ausgestaltung sind auch die Einzelkühlelemente bzw. deren einzelne Kühlplatten vorzugsweise vertikal übereinander angeordnet, und zwar jeweils in flächigem Kontakt mit dem zugeordneten Batteriemodul.
Ein besonders kompakter Aufbau lässt sich erreichen, wenn ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen ist, in dem die Batteriemodule der Batteriebaugruppe sowie die Kühlvorrichtung angeordnet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Einheit aus einer Batteriebaugruppe sowie einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einheit, in der die Kühlvorrichtung aus Figur 2 zum Einsatz kommt.
Figur 1 zeigt eine Einheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Einheit 10 weist eine Batteriebaugruppe 12 auf, bei der es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs handelt, und umfasst mehrere (hier zwei) Batteriemodule 14, die sich ihrerseits aus jeweils mehreren Batteriezellen 16 zusammensetzen.
Die Einheit 10 weist weiterhin eine Kühlvorrichtung 20 auf, die mehrere (hier ebenfalls zwei) separat ausgebildete Einzelkühlelemente 22 umfasst, die jeweils über ein eigenes, dem jeweiligen Einzelkühlelement 22 zugeordnetes Ventil 24 mit einem Kühlmedium, hier einem Kältemittel, versorgt werden. Zu diesem Zweck weist jedes Einzelkühlelement 22 einen Kühlmedieneingang 26 auf, in dem das Ventil 24, bei dem es sich um ein Expansionsventil handelt, angeordnet ist. Das Expansionsventil kann dabei selbstregelnd oder geregelt ausgeführt sein. Das als Kühlmedium eingesetzte Kältemittel liegt am Kühlmedieneingang 26 als unterkühlte Flüssigkeit und nach Expansion bzw. nach dem Expansionsventil 24 insbesondere als Zweiphasengemisch aus einer flüssigen Phase und einer gasförmigen Phase vor.
Über den jeweiligen Kühlmedieneingang 26 und das Ventil 24 ist das Kühlmedium in Form des Kältemittels mehreren Kühlleitungen 28 zuführbar, die zusammen eine Kühlplatte 30 bilden, die einem Batteriemodul 14 gegenüber und an diesem flächig anliegt. Nachdem das Kühlmedium über die parallel angeordneten Kühlleitungen 28 Wärme von seinem zugeordneten Batteriemodul 14 aufgenommen und dieses dadurch gekühlt hat, ist es über einen Kühlmedienausgang 32 wieder an einen Kühlmedienkreislauf des Fahrzeugs abgebbar.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, ist jedes Einzelkühlelement 22 genau einem Batteriemodul 14 zugeordnet, wobei zwischen den Kühlleitungen 28 eines Einzelkühlelements 22 keine Strömungsverbindung mit den Kühlleitungen 28 des anderen Kühlelements 22 besteht. Es ist also kein Austausch des Kühlmediums zwischen den beiden Einzelkühlelementen 22 möglich. Darüber hinaus ist der Kühlmedienfluss durch die Einzelkühlelemente 22 mit Hilfe der Ventile 24 unabhängig voneinander regelbar.
Figur 2 zeigt eine Kühlvorrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur bisher beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird.
Die Kühlvorrichtung 20 gemäß Figur 2 weist ebenfalls zwei Einzelkühlelemente 22 auf, die über ein jeweils zugeordnetes Ventil 24, auch hier wieder ein geregeltes oder selbstregelndes Expansionsventil, mit Kühlmedium in Form von Kältemittel versorgt werden. Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß Figur 1 hat hier jedoch jedes Einzelkühlelement 22 mehrere, nämlich drei Kühlplatten 30, die über Verbindungsleitungen 34 miteinander in Strömungsverbindung stehen. Die beiden Einzelkühlelemente 22 jedoch sind untereinander strömungsmäßig nicht verbunden, so dass kein Austausch des Kühlmediums bzw. Kältemittels zwischen ihnen stattfindet.
Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 2 ist jede der Kühlplatten 30 einem Batteriemodul einer als Hochvoltspeicher ausgebildeten Batteriebaugruppe zugeordnet und diesem Batteriemodul gegenüberliegend angeordnet. Jedes Einzelkühlelement 22 kühlt somit drei Batteriemodule, auf deren Darstellung in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Wie auch je zwei der drei Kühlplatten 30 jedes Einzelkühlelements 22 in Figur 2 sind bei der zugeordneten Batteriebaugruppe die Batteriemodule bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug teilweise vertikal übereinander angeordnet, wobei sich die Kühlplatten 30 jeweils in flächigem Kontakt mit ihrem zugeordneten Batteriemodul befinden.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Einheit 10, in der die Kühlvorrichtung 20 gemäß Figur 2 verbaut ist. Bei der zugehörigen Batteriebaugruppe handelt es sich um einen mehrstöckigen Hochvoltspeicher, bei dem jeweils zwei Batteriemodule in beiden Hälften der Einheit 10 übereinander angeordnet sind. Es ist ein gemeinsames Gehäuse 36 vorgesehen, in dem sowohl die Batteriemodule der Batteriebaugruppe sowie die Kühlvorrichtung 20 mit den aus je drei Kühlplatten 30 bestehenden Einzelkühlelementen 22 angeordnet sind. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lassen sich Temperaturunterschiede durch äußere Einflüsse besser ausgleichen, da die einzelnen Einzelkühlelemente durch die zugeordneten Ventile unabhängig voneinander geregelt werden. Darüber hinaus lassen sich insgesamt mehr Parallelpfade realisieren, die eine homogenere Kältemittelaufteilung und somit eine homogene Temperaturverteilung innerhalb der Batteriebaugruppe ermöglichen.

Claims

Patentansprüche
1 . Kühlvorrichtung für eine Batteriebaugruppe (12), insbesondere einen Hochvoltspeicher, eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit mehreren Kühlleitungen (28), in denen ein Kühlmedium geführt ist, wobei die Kühlvorrichtung (20) ausgebildet ist, Wärme von der Batteriebaugruppe (12) auf das Kühlmedium zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (20) wenigstens zwei separat ausgebildete, einer Batterie gegenüberliegende Einzelkühlelemente (22) aufweist, die jeweils über ein eigenes, dem jeweiligen Einzelkühlelement (22) zugeordnetes Ventil (24) mit Kühlmedium versorgt werden.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kühlleitungen (28) der Einzelkühlelemente (22) keine Strömungsverbindung mit den Kühlleitungen (28) des anderen Einzelkühlelements (22) besteht.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmedienfluss durch die Einzelkühlelemente (22) unabhängig voneinander regelbar ist.
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkühlelemente (22) jeweils eine oder mehrere Kühlplatten (30) aufweisen.
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kühlmedium um ein Kältemittel handelt, das insbesondere als zweiphasiges Gemisch mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase vorliegt.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Ventilen (24) um selbstregelnde oder geregelte Expansionsventile handelt.
7. Einheit aus einer Batteriebaugruppe (12) und einer Kühlvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriebaugruppe (12) mehrere Batteriemodule (14) aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen (16) umfassen.
8. Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelkühlelement (22) einem Batteriemodul (14) zugeordnet ist.
9. Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelkühlelement (22) mehreren Batteriemodulen (14), insbesondere bis zu 6 Batteriemodulen (14), zugeordnet ist.
10. Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkühlelemente (22) jeweils mehrere Kühlplatten (30) aufweisen, wobei jede Kühlplatte (30) einem Batteriemodul (14) zugeordnet und ihm gegenüberliegend angeordnet ist.
1 1 . Einheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (14) bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug zumindest teilweise vertikal übereinander angeordnet sind.
12. Einheit nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Gehäuse (36) vorgesehen ist, in dem die Batteriemodule (14) der Batteriebaugruppe (12) sowie die Kühlvorrichtung (20) angeordnet sind.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205876A1 (de) * 2018-04-18 2019-10-24 Audi Ag Kühlvorrichtung für eine Batterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Kühlen einer Batterie
CN111384470A (zh) * 2020-02-21 2020-07-07 威睿电动汽车技术（苏州）有限公司 一种电池包冷却系统及车辆
DE102019213757B3 (de) * 2019-09-10 2021-02-11 Edag Engineering Gmbh Kühlkreisvorrichtung und batterieeinrichtung
DE102020209925A1 (de) 2020-08-06 2022-02-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlanordnung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Kühlung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs
EP3998669A1 (de) * 2021-02-19 2022-05-18 Lilium eAircraft GmbH Batteriemodul mit wärmeverwaltungssystem
DE102021126471A1 (de) 2021-10-13 2023-04-13 Audi Aktiengesellschaft Kühlanordnung, Kraftfahrzeugbatterie und Verfahren zum Betreiben von Kühleinheiten
CN115863838A (zh) * 2023-01-12 2023-03-28 北京集度科技有限公司 热管理系统、电池装置、车辆、充电装置以及充电热管理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010025525A1 (de) * 2009-06-30 2011-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks und in Module unterteiltes Batteriepack
DE102009035480A1 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie
EP2637248A1 (de) * 2012-03-09 2013-09-11 Hitachi Ltd. Batteriesystem und Temperatursteuerungsverfahren dafür
DE102012209306A1 (de) * 2012-06-01 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Kühlsystem für Batteriezellen
US20150082821A1 (en) * 2013-09-24 2015-03-26 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Cooling device for a battery system, in particular of a motor vehicle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110262794A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Jihyoung Yoon Battery pack and cooling system for a battery pack
KR101340365B1 (ko) 2012-11-22 2013-12-11 자동차부품연구원 배터리 온도 조절 장치
CN203071196U (zh) * 2013-02-05 2013-07-17 安徽安凯汽车股份有限公司 一种电动汽车动力电池并联式水冷装置
DE102013216513A1 (de) 2013-08-21 2015-02-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Konditionierung eines Batteriepacks
DE102013225523A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kühlelement
JP6322724B2 (ja) * 2014-12-04 2018-05-09 本田技研工業株式会社 車両用電源装置及び冷却回路
DE102015215253A1 (de) 2015-08-11 2017-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung für Energiespeicher
CN205211815U (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 北汽福田汽车股份有限公司 一种电池箱及具有其的电池包装置和电动车辆
CN205429111U (zh) * 2016-02-22 2016-08-03 迪吉亚节能科技股份有限公司 锂电池导热模块

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010025525A1 (de) * 2009-06-30 2011-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Kühlung von Batteriepacks und in Module unterteiltes Batteriepack
DE102009035480A1 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie
EP2637248A1 (de) * 2012-03-09 2013-09-11 Hitachi Ltd. Batteriesystem und Temperatursteuerungsverfahren dafür
DE102012209306A1 (de) * 2012-06-01 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Kühlsystem für Batteriezellen
US20150082821A1 (en) * 2013-09-24 2015-03-26 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Cooling device for a battery system, in particular of a motor vehicle

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