WO2018149815A1 - Verfahren zum kühlen einer batterie, batterie, fahrzeug mit batterie sowie ladevorrichtung zum aufladen und kühlen einer batterie - Google Patents

Verfahren zum kühlen einer batterie, batterie, fahrzeug mit batterie sowie ladevorrichtung zum aufladen und kühlen einer batterie Download PDF

Info

Publication number
WO2018149815A1
WO2018149815A1 PCT/EP2018/053531 EP2018053531W WO2018149815A1 WO 2018149815 A1 WO2018149815 A1 WO 2018149815A1 EP 2018053531 W EP2018053531 W EP 2018053531W WO 2018149815 A1 WO2018149815 A1 WO 2018149815A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
charging
cooling medium
cooling
aggregation
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/053531
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Goetz
Florian Traub
Fabian Rattei
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2018149815A1 publication Critical patent/WO2018149815A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/18—Cables specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a
  • Battery in particular a traction battery, wherein the battery is charged at a battery charging temperature.
  • the invention also relates to a
  • Vehicle with a battery and a charging device for cooling and charging the battery.
  • Batteries and charging devices of the type mentioned are widely used in the field of electric vehicles or hybrid vehicles. Such batteries generally have a plurality of battery cells that are electrically connected together.
  • DE 44 08 961 Cl discloses a method for cooling a traction battery during a charging process on a charging device, in which the traction battery is cooled when charging the charging device to reduce the associated with the charging of the battery heat generation in the battery. It also reveals that
  • Cooling water can be used, which is supplied to the battery from the charging device and then returned from the battery via a return line in the charging device.
  • the battery is set up at a Battery charging temperature to be charged. Cooling medium with a boiling temperature lower than that
  • Battery charging temperature is and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 °, is at least partially supplied to the battery in the liquid state of aggregation, in particular in the battery
  • a battery preferably a
  • Traction battery preferably for a vehicle, according to claim 5, wherein the battery is arranged to be charged at a battery charging temperature by means of a charging device.
  • the battery has at least one
  • Connection unit which is set up, cooling medium with a boiling temperature lower than that
  • Battery charging temperature is and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20-40 °, is in the liquid state of aggregation for cooling the battery,
  • Cooling medium in the charging device is.
  • a charging device is intended, namely for charging and cooling a battery, in particular a traction battery, wherein the
  • Loading device is preferably stationary or mobile.
  • the charging device has a device side
  • the battery charging temperature is in a range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 ° C.
  • the battery charging temperature can be set to 10 or 20 °, whereas when the outside air is hot, the battery may be at 40 or 50 ° C when charging.
  • the battery charging temperature is to be understood in particular to mean the temperature that the battery can accept when charging, without the range of the permitted operating temperature of the battery
  • the boiling temperature of the cooling medium can be below the temperature that the battery occupies when charging, ie below the battery charging temperature.
  • the boiling temperature can therefore be the normal boiling temperature.
  • the cooling medium is pressurized, which increases the boiling point.
  • cooling medium for example, liquid CO2, which is pressurized serve.
  • the normal boiling point of CO2 is -78.48 ° C and correspondingly higher at pressure build-up.
  • Other cooling media especially Kryoleykeiten, eg.
  • Nitrogen are conceivable.
  • the invention is based on the idea that
  • Phase transition of the cooling medium takes place, from liquid to gaseous.
  • heat of evaporation must be applied, which must be removed from the battery, whereby the cooling of the battery can be made even more efficient. Cooling medium is therefore in the liquid
  • Cooling medium without phase transition for cooling the battery would be used.
  • liquid cooling medium which may remain undesirable in the battery after charging and cooling, since the cooling medium is substantially no longer liquid, but gaseous.
  • Connection unit can be supplied cooling medium is free of a return for returning coolant into the charging device, since cooling medium performs a phase transition during cooling of the battery, so that after liquid cooling medium was brought into contact with the battery, substantially only cooling medium is in the gaseous state that can easily escape into the ambient air. A return for returning liquid cooling medium in the charging device is therefore not necessary. It is thus provided an open circuit. Cooling medium is thus supplied from the charging device during charging in liquid form and will escape after cooling from the battery in the gaseous state in the ambient air. Characterized in that the battery is free of a return for returning the cooling medium in the charging device, the battery can be made simpler. In particular, no collecting of cooling medium is necessary, which is already for cooling the battery contributed. There is therefore no need to design a complex return.
  • the charging device must accordingly have a power connection for supplying the battery and a cooling connection for supplying cooling medium.
  • the cooling connection must be set up so that cooling medium with a boiling temperature lower than the
  • Battery charging temperature is and / or in the range between 10 and 50 °, preferably in a range of 20 to 40 °,
  • the present invention is not limited thereto.
  • the cooling according to the invention is carried out after a particularly sporty driving style, where the battery has been deprived of much power.
  • the cooling medium is thus introduced at least temporarily during the charging of the battery.
  • the heat loss that occurs when charging the battery in the battery at least partially faster and better dissipated.
  • the battery can be charged faster, which is associated with persistently high current heat losses, where otherwise the operating temperature range of the battery would be exceeded.
  • the battery can then be fully charged within a few minutes, for example 6 minutes.
  • the battery is configured such that cooling medium receives heat from the battery at the location of the phase transition. Accordingly, it can be ensured that the battery is taking advantage of the applied
  • Changing the state of aggregation is cooled. This can be done for example by selecting a suitable cooling medium or by pressurizing the cooling medium.
  • the battery according to the invention preferably has at least one distributor device for distributing cooling medium
  • Connection unit is connected. It can thus be achieved that cooling medium becomes accessible to different, in particular all, regions of the battery.
  • the battery has lines for conducting cooling medium from the distributor to individual cells of the battery. It can thereby be achieved that cooling medium can be fed directly to cells of the battery, and in particular the battery can be cooled "from the inside" directly to the cells of the battery where the heat is generated.
  • the distributor could at a
  • the battery has lines which are arranged within a battery housing, so that cooling medium via the lines to individual cells of the Battery can be supplied directly.
  • Battery has a housing having an opening which is adapted to give gaseous cooling medium to the environment, preferably to the ambient air.
  • the opening is adapted to be gas permeable and liquid impermeable.
  • the opening may also be arranged in the housing such that when the battery is in the
  • the opening is formed on top of one side of the housing.
  • the battery has a housing, which is the battery substantially
  • an opening in the housing must be provided so that cooling medium, which is gaseous after the heat absorption of the battery, does not "jam" in the housing, but can escape back to the environment, preferably to the ambient air
  • liquid cooling medium especially not furnished, liquid cooling medium
  • the opening may be configured to be gas permeable and liquid impermeable, which may be achieved, for example, by a membrane (for example Goretex membrane).
  • a membrane for example Goretex membrane
  • Cooling process remains, this can act as a fire retardant and so for safety when charging the battery, especially during initial charging, when no liquid cooling medium is supplied, but also during operation of the vehicle without the battery is cooled, contribute to safety.
  • the battery has at least one nozzle, and optionally also a plurality of nozzles.
  • the nozzle (s) is / are preferably at the
  • the nozzle serves to deliver cooling medium to the battery or cells of the battery. Through the nozzle liquid cooling medium can be distributed in droplet form and so a larger area of the battery to be cooled.
  • a fan distributor is arranged on a nozzle, which allows the cooling medium is uniformly and finely distributed over the battery or the cells, so that a correspondingly uniform cooling of the battery or the individual cells is possible.
  • a fan distributor is arranged on each nozzle.
  • the battery may have a battery-side power connection for charging the battery, wherein the battery-side power connection and the supply for supplying cooling medium at least partially in a battery-side
  • device side power connection and the cooling connection in be integrated with a device-side charging connector.
  • the loading device is preferably free of a discharge for discharging cooling medium, which flows over the
  • Cooling connection of the battery has been supplied. Since the cooling medium is present in gaseous form after evaporation when cooling the battery, it does not have to be returned to the charging device, but can escape freely into the environment. Since such a discharge is not necessary, the loading device can be made simpler.
  • the loader may have a tank for holding
  • Cooling medium does not have to be taken from a continuous supply, but the charging device can be designed as a separate part, which is designed independently of a supply system with cooling medium.
  • the loading device allows the loading device to be positioned in a variety of ways.
  • Fig. 1 shows a battery according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a battery according to the invention in a second embodiment
  • Fig. 3 shows a battery according to the invention in a third embodiment
  • FIG. 4a shows a battery-side charging plug
  • 4b shows a cross-sectional view of a
  • Fig. 5a shows a loading device according to the invention
  • Fig. 5b shows a cross-sectional view of a
  • Fig. 1 shows a battery 1 having a plurality of cells la, lb, lc, In.
  • the cells can be together in one
  • Direction may be arranged in the battery 1. These are arranged side by side so that + and - poles are connected to each other.
  • the electrical line 9 connects the individual cells la, lb, lc, In with each other.
  • the battery 1 is preferably a traction battery disposed in a vehicle.
  • the vehicle can be any vehicle.
  • the vehicle can be any vehicle.
  • N-cell modules may be provided, for example, N-cell modules.
  • the battery 1 has a connection unit 8, the
  • cooling medium having a boiling temperature which is lower than the battery charging temperature and / or in the
  • the feeder 2 may be mounted, which from the terminal unit 8 to a battery-side
  • the battery 1 according to the invention is free of a return for returning cooling medium into the charging device.
  • the battery 1 has the housing 12, which surrounds the battery 1 substantially completely.
  • an opening 13 may be provided in the housing, wherein the opening 13 is arranged to deliver gaseous cooling medium to the environment, ie the ambient air. As shown in FIG. 1, the opening 13 is at the top of FIG.
  • Battery housing 12 is formed, in the illustrated
  • the opening 13 may be configured so that they
  • the battery has a distributor device 3, which serves to distribute cooling medium at least in sections along the battery 1.
  • a distributor device 3 serves to distribute cooling medium at least in sections along the battery 1.
  • Distributor 3 in particular for distributing
  • the distributor 3 may be a distributor plate.
  • the battery shown in Figure 1 has a plurality of nozzles 5a, 5b, 5c, 5n, along the longitudinal direction of
  • Cooling medium from the distributor 3 via the nozzle (s) are atomized.
  • a nozzle 5a may be provided for each cell la.
  • the spray 10 is from each of the
  • Nozzle 5 delivered so as to optimally with the battery 1
  • a line 4 is additionally provided, which differs from the Distributor 3 to the cells la, lb, lc, In the
  • the line 4 comprises several
  • Lines 4a, 4b, 4c, 4n for conducting cooling medium from the distributor to the individual cells.
  • the nozzles 5a, 5b, 5c, 5n can each be arranged on a line 4a, 4b, 4c, 4n.
  • Distributor 3 extend towards the nozzle 5, a diverse structure is possible. Per module cell, a nozzle 5 may be provided.
  • a fan distributor 11 may be provided on the nozzle 5, in particular a
  • Distributor 3 arranged in the other side of the battery 1, that is, the distributor 3 is located in
  • FIG. 4a shows a section of the feed 2 and the battery-side charging plug 7.
  • the cross-sectional view in FIG. 4b of the charging plug 7 shows the two battery-side current connections 6 and the feed 2 for supplying cooling medium.
  • the battery-side charging connector 7 thus has a battery-side power connector 6 for charging the Battery integrated with the supply 2 for supplying cooling medium.
  • cooling medium in the liquid state is introduced into the battery 1, preferably when charging the battery.
  • the cooling medium is first fed via the charging plug 7 via the feed 2 to the connection unit 8. Cooling medium is then on the distributor 3 and the nozzles 5 to the individual
  • the cooling medium thus absorbs heat from the battery or the module cells at the location of the phase transition.
  • FIG. 5 a shows the charging device 14 according to the invention for charging and cooling the battery 1.
  • Loading device 14 is shown in FIG. 5a
  • Embodiment arranged stationary.
  • the loading device 14 can also be mobile and be arranged, for example, in a service vehicle.
  • a service vehicle such as an emergency vehicle (not shown) may
  • the charging device may be arranged with a motor unit or with
  • Fuel cells, and a tank for holding cooling medium in the liquid state is provided.
  • the charging device 14 has a device side power connector 15 for powering the battery Charging the battery and a cooling port 16 for supplying cooling medium having a boiling temperature that is lower than the battery charging temperature and / or in the area
  • Cooling connection 16 is shown. The device side
  • the loading device 14 is free from discharge to the
  • the charging device 14 has a tank 19 for holding cooling medium in the liquid
  • the charging device 14 is connected to the power network via the connection 21.
  • the tank 19 in turn is connected to the cable 18 for the supply of cooling medium, which in turn opens into the cooling port 16.
  • the connection 20 serves to fill with cooling medium and is connected to the tank 19.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, bevorzugt in einem Fahrzeug, bereit, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur geladen zu werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich von 10 bis 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zumindest abschnittsweise der Batterie zugeführt wird.

Description

Verfahren zum Kühlen einer Batterie, Batterie, Fahrzeug mit Batterie sowie Ladevorrichtung zum Aufladen und Kühlen einer Batterie
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer
Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, wobei die Batterie bei einer Batterieladetemperatur geladen wird. Neben der Batterie als solche betrifft die Erfindung auch ein
Fahrzeug mit einer Batterie sowie eine Ladevorrichtung zum Kühlen und Laden der Batterie.
Stand der Technik
Batterien und Ladevorrichtungen der eingangs genannten Art finden breite Anwendung im Bereich von Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen. Derartige Batterien weisen im Allgemeinen mehrere Batteriezellen auf, die elektrisch miteinander verbunden sind.
Im Allgemeinen können beim Laden von Batterien anhaltend hohe Stromwärmeverluste auftreten, die zu einer Überschreitung des erlaubten Betriebstemperaturbereichs der Batterie führen, was eine entsprechende Leistungsreduzierung zur Folge hat. Die herkömmlichen Kühlsysteme zum Kühlen von Traktionsbatterien reichen nicht aus, um beispielsweise bei einer Schnellladung die entstehende Wärmemenge verzögerungsfrei abführen zu können .
Im Vordergrund steht bei Traktionsbatteriesystemen die hohe Energiedichte, um eine hohe Reichweite zu ermöglichen.
Oftmals liegt ein relativ hoher Zellinnenwiderstand vor, der zu hoher Verlustwärme beim Entladen (beim Fahren) und beim Aufladen der Batterie führt. Insbesondere beim schnellen Laden kann es also zu einer Überschreitung des erlaubten Betriebstemperaturbereichs der Batterie kommen. Zu diesem Problem offenbart die DE 44 08 961 Cl ein Verfahren zum Kühlen einer Traktionsbatterie während eines Ladevorgangs an einer Ladevorrichtung, bei dem die Traktionsbatterie beim Aufladen an der Ladevorrichtung gekühlt wird, um die mit der Aufladung der Batterie einhergehende Wärmeentwicklung in der Batterie zu reduzieren. Darin ist auch offenbart, dass
Kühlwasser verwendet werden kann, das der Batterie von der Ladevorrichtung zugeführt wird und dann aus der Batterie heraus über eine Rückflussleitung in die Ladevorrichtung zurückgeführt wird.
Derartige Kühlmechanismen haben sich bewährt. Allerdings werden immer höhere Anforderungen an die Kühlleistung
gestellt, insbesondere wenn ein schnelles Laden der Batterie gewünscht ist. Beispielsweise ist es angedacht, die Ladezeit auf weniger als 6 Minuten zu reduzieren.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei
einfacher Konstruktion die Kühlung einer Batterie zu
verbessern. Auch eine entsprechende Ladevorrichtung soll vorgesehen werden.
Gleichzeitig sollen Änderungen, die an der Batterie dafür durchzuführen sind, möglichst gering gehalten werden, sodass die Energiedichte und die Leistungsdichte einer Batterie im Wesentlichen gleichbleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Kühlen einer Batterie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Demzufolge ist ein Verfahren zum Kühlen einer
Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, die
insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet sein kann,
vorgesehen, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur geladen zu werden. Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die
Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, wird im flüssigen Aggregatszustand zumindest abschnittsweise der Batterie zugeführt, insbesondere in die Batterie
eingeführt .
Des Weiteren ist eine Batterie, bevorzugt eine
Traktionsbatterie, bevorzugt für ein Fahrzeug, gemäß Anspruch 5 vorgesehen, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur mit Hilfe einer Ladevorrichtung geladen zu werden. Die Batterie weist zumindest eine
Anschlusseinheit auf, die eingerichtet ist, Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die
Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20-40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zum Kühlen der Batterie,
insbesondere beim Laden der Batterie, zuzuführen, wobei die Batterie frei von einer Rückführung zum Rückführen von
Kühlmedium in die Ladevorrichtung ist.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie vorgesehen.
Darüber hinaus ist gemäß Anspruch 13 eine Ladevorrichtung angedacht, und zwar zum Aufladen und Kühlen einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, wobei die
Ladevorrichtung bevorzugt stationär oder mobil ist. Dabei weist die Ladevorrichtung einen vorrichtungsseitigen
Stromanschluss zum Versorgen der Batterie mit Strom beim Aufladen der Batterie und einen Kühlanschluss zum Zuführen von Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zur Batterie. Üblicherweise liegt die Batterieladetemperatur in einem Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°C. Bei einer geringeren Außentemperatur kann sich eine Batterieladetemperatur von 10 oder 20° einstellen, wohingegen bei heißer Umgebungsluft die Batterie beim Laden auch eine Temperatur von bei 40 oder 50 °C haben kann.
Innerhalb dieses Bereichs, in dem die Batterieladetemperatur liegen kann, nimmt die Batterie keinen Schaden beim Laden bzw. kann effizient geladen werden. Somit ist unter der Batterieladetemperatur insbesondere die Temperatur zu verstehen, die die Batterie beim Laden annehmen kann, ohne dass der Bereich der erlaubten Betriebstemperatur der
Batterie verlassen wird.
Damit der Phasenübergang vom flüssigen Aggregatszustand zum gasförmigen Zustand beim Kühlen der Batterie ausgenutzt werden kann, kann die Siedetemperatur des Kühlmediums unterhalb der Temperatur liegen, die die Batterie beim Laden einnimmt, also unterhalb der Batterieladetemperatur.
Unter der Normalsiedetemperatur eines Fluids ist die
Siedetemperatur zu verstehen, die das Fluid bei Normaldruck, nämlich bei einem 1 bar, hat. Die Siedetemperatur kann also die Normalsiedetemperatur sein. Vorliegend ist es auch denkbar, dass Kühlmedium unter Druck gesetzt wird, was den Siedepunkt erhöht.
Als Kühlmedium kann beispielsweise flüssiges CO2, das unter Druck gesetzt ist, dienen. Der Normalsiedepunkt von CO2 liegt bei -78,48°C und entsprechend höher bei Druckaufbau. Auch andere Kühlmedien, insbesondere Kryoflüssigkeiten, bspw.
Stickstoff, sind denkbar.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die
Verdampfungskühlung optimal auszunutzen, indem ein
Phasenübergang des Kühlmediums stattfindet, und zwar von flüssig zu gasförmig. Für diese Änderung des Aggregatszustands des Kühlmediums muss Verdampfungswärme aufgebracht werden, die der Batterie entzogen werden muss, wodurch die Kühlung der Batterie noch effizienter gestaltet werden kann. Kühlmedium wird also im flüssigen
Aggregatszustand der Batterie zugeführt und dadurch, dass di Siedetemperatur des Kühlmediums unter der Temperatur liegt, die die Batterie beim Laden einnimmt, findet ein
Phasenübergang des Kühlmediums beim Laden der Batterie statt Dadurch, dass ein Phasenübergang im Kühlmedium beim Kühlen der Batterie stattfindet, ist die Wärmemenge, die der
Batterie entzogen werden kann, größer, als wenn das
Kühlmedium ohne Phasenübergang zur Kühlung der Batterie eingesetzt werden würde. Darüber hinaus besteht auch kein Problem mit flüssigem Kühlmedium, das eventuell unerwünscht in der Batterie nach dem Aufladen und Kühlen verbleibt, da das Kühlmedium im Wesentlichen nicht mehr flüssig, sondern gasförmig vorliegt.
Die erfindungsgemäße Batterie, zu der über eine
Anschlusseinheit Kühlmedium zugeführt werden kann, ist frei von einer Rückführung zum Rückführen von Kühlmedium in die Ladevorrichtung, da Kühlmedium einen Phasenübergang beim Kühlen der Batterie durchführt, sodass, nachdem flüssiges Kühlmedium mit der Batterie in Kontakt gebracht wurde, im Wesentlichen lediglich Kühlmedium im gasförmigen Zustand vorliegt, das einfach in die Umgebungsluft entweichen kann. Eine Rückführung zum Rückführen von flüssigem Kühlmedium in die Ladevorrichtung ist deshalb nicht nötig. Es ist somit ein offener Kreislauf vorgesehen. Kühlmedium wird also von der Ladevorrichtung aus während des Ladens in flüssiger Form zugeführt und wird nach dem Kühlen aus der Batterie im gasförmigen Zustand in die Umgebungsluft entweichen. Dadurch, dass die Batterie frei von einer Rückführung zum Rückführen des Kühlmediums in die Ladevorrichtung ist, kann die Batterie einfacher ausgestaltet sein. Insbesondere ist kein Aufsammeln von Kühlmedium nötig, das bereits zur Kühlung der Batterie beigetragen hat. Es besteht daher keine Notwendigkeit, eine aufwendige Rückführung zu gestalten.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung muss dementsprechend einen Stromanschluss zum Versorgen der Batterie sowie einen Kühlanschluss zum Zuführen von Kühlmedium aufweisen. Dabei muss der Kühlanschluss so eingerichtet sein, dass Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die
Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°,
aufgenommen werden kann.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Zwar ist bevorzugt angedacht, das Verfahren zum Kühlen der Batterie beim Laden der Batterie vorzusehen, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Kühlung nach einer besonders sportlichen Fahrweise durchgeführt wird, wo der Batterie viel Leistung entzogen wurde.
Bevorzugt wird das Kühlmedium also zumindest zeitweise während des Ladens der Batterie eingeführt. Dadurch kann die Verlustwärme, die beim Laden der Batterie in der Batterie entsteht, zumindest teilweise schneller und besser abgeführt werden. Dadurch kann beispielsweise die Batterie schneller geladen werden, was mit anhaltend hohen Stromwärmeverlusten einhergeht, wo andernfalls der Betriebstemperaturbereich der Batterie überstiegen werden würde. Beispielsweise kann dann die Batterie innerhalb von wenigen Minuten, bspw. 6 Minuten, vollständig geladen werden.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das
Kühlmedium beim Kühlen der Batterie vom flüssigen
Aggregatszustand in den gasförmigen Aggregatszustand
überführt. Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand soll also insbesondere nicht bereits beim Zuführen des Kühlmediums zur Batterie hin erfolgen, sondern es soll gewährleistet sein, dass direkt beim Kontaktieren der Batterie der Phasenübergang erfolgt und damit die
Verdampfungswärme der Batterie entzogen wird.
Weiter vorzugsweise ist die Batterie derart eingerichtet, dass Kühlmedium am Ort des Phasenübergangs Wärme von der Batterie aufnimmt. Dementsprechend kann gewährleistet sein, dass die Batterie unter Ausnutzung der aufzubringenden
Verdampfungswärme gekühlt wird und die Batterie nicht
lediglich durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium ohne
Änderung des Aggregatszustands gekühlt wird. Dies kann beispielsweise durch Auswählen eines geeigneten Kühlmediums oder durch Unterdrucksetzen des Kühlmediums erfolgen.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Batterie zumindest eine Verteileinrichtung zum Verteilen von Kühlmedium
zumindest abschnittsweise entlang der Batterie auf, wobei die Verteileinrichtung direkt oder indirekt mit der
Anschlusseinheit verbunden ist. So kann erreicht werden, dass Kühlmedium verschiedenen, insbesondere allen, Bereichen der Batterie zugänglich wird.
Weiter vorzugsweise weist die Batterie Leitungen zum Leiten von Kühlmedium von der Verteileinrichtung zu einzelnen Zellen der Batterie hin auf. Dadurch kann erreicht werden, dass Kühlmedium direkt Zellen der Batterie zugeführt werden kann, und insbesondere die Batterie „von innen" gekühlt werden kann, und zwar direkt die Zellen der Batterie, wo die Wärme erzeugt wird.
Grundsätzlich könnte die Verteileinrichtung an einer
Außenseite eines Batteriegehäuses angeordnet sein.
Vorzugsweise weist die Batterie aber Leitungen auf, die innerhalb eines Batteriegehäuses angeordnet sind, sodass Kühlmedium über die Leitungen zu einzelnen Zellen der Batterie direkt zugeführt werden kann. Eine weitere
vorteilhafte Ausgestaltung ist deshalb derart, dass die
Batterie ein Gehäuse aufweist, das eine Öffnung aufweist, die eingerichtet ist, gasförmiges Kühlmedium an die Umgebung, bevorzugt an die Umgebungsluft, abzugeben. Bevorzugt ist die Öffnung derart eingerichtet, dass sie gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Die Öffnung kann auch derart im Gehäuse angeordnet sein, dass, wenn die Batterie im
Fahrzeug angeordnet ist, die Öffnung oben an einer Seite des Gehäuses ausgebildet ist. Dadurch, dass die Batterie ein Gehäuse aufweist, das die Batterie im Wesentlichen
vollständig umschließt, muss eine Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen sein, damit Kühlmedium, das nach der Wärmeaufnahme von der Batterie gasförmig vorliegt, sich nicht im Gehäuse „staut", sondern wieder an die Umgebung entweichen kann, bevorzugt an die Umgebungsluft. Diese Öffnung ist
eingerichtet, gasförmiges Kühlmedium abzugeben und
insbesondere nicht eingerichtet, flüssiges Kühlmedium
auszulassen. Die Öffnung kann derart eingerichtet sein, dass sie gasdurchlässig ist und flüssigkeitsundurchlässig, was beispielsweise durch eine Membran (zum Beispiel Goretex- Membran) erreicht werden kann. Wenn die Öffnung im Gehäuse derart angeordnet ist, dass, wenn die Batterie im Fahrzeug angeordnet ist, die Öffnung oben an einer Seite des Gehäuses ausgebildet ist, kann darüber hinaus besser verhindert werden, dass Flüssigkeit (z.B. Wasser) von außen in die
Batterie einläuft.
In dem Fall, dass beispielsweise CO 2 als Kühlmedium verwendet wird, befindet sich nach dem Kühlen der Batterie gasförmiges CO 2 in der Batterie. Da CO 2 im gasförmigen Zustand schwerer als Luft ist (es weist eine relative Dichte gegenüber Luft von 1,529 auf), wird sich in der Batterie nach Beenden des Zuführens von flüssigem Kühlmedium der Zustand einstellen, dass die Batterie in dem Gehäuse im Wesentlichen mit C02~Gas gefüllt bleibt, und zwar bis unterhalb der Öffnung. Dadurch, dass sich gasförmiges CO 2 in dem Batteriegehäuse ansammelt und darin auch größtenteils nach Beenden des Lade- und
Kühlvorgangs verbleibt, kann dies feuerhemmend wirken und kann so zur Sicherheit beim Laden der Batterie, insbesondere beim anfänglichen Laden, wenn noch kein flüssiges Kühlmedium zugeführt wird, aber auch beim Betrieb des Fahrzeugs, ohne dass die Batterie gekühlt wird, zur Sicherheit beitragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterie zumindest eine Düse auf, und gegebenenfalls auch mehrere Düsen. Die Düse (n) ist/sind vorzugsweise an der
Verteileinrichtung angeordnet, und sie kann/können jeweils an einer Leitung angeordnet sein. Die Düse dient zum Abgeben von Kühlmedium an die Batterie bzw. an Zellen der Batterie. Durch die Düse kann flüssiges Kühlmedium in Tröpfchenform verteilt werden und so ein größerer Bereich der Batterie gekühlt werden .
Weiter vorzugsweise ist an einer Düse ein Fächerverteiler angeordnet, der ermöglicht, dass das Kühlmedium gleichmäßig und feiner über die Batterie bzw. die Zellen verteilt wird, sodass eine entsprechend gleichmäßige Kühlung der Batterie bzw. der einzelnen Zellen möglich ist. Vorzugsweise ist ein Fächerverteiler an jeder Düse angeordnet.
Die Batterie kann einen batterieseitigen Stromanschluss zum Aufladen der Batterie aufweisen, wobei der batterieseitige Stromanschluss und die Zuführung zum Zuführen von Kühlmedium zumindest abschnittsweise in einem batterieseitigen
Ladestecker integriert sind. Durch Integrieren von
Stromanschluss und Zuführung von Kühlmedium ist eine einfache Handhabung beim Laden und Kühlen der Batterie möglich.
In der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung können der
vorrichtungsseitige Stromanschluss und der Kühlanschluss gemeinsam in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker
angeordnet sein. Mit anderen Worten können der
vorrichtungsseitige Stromanschluss und der Kühlanschluss in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker integriert sein.
Dadurch kann eine einfache Handhabung beim Laden der Batterie durch die Ladevorrichtung gegeben sein.
Weiter ist die Ladevorrichtung vorzugsweise frei von einer Abführung zum Abführen von Kühlmedium, das über den
Kühlanschluss der Batterie zugeführt worden ist. Da das Kühlmedium nach dem Verdampfen beim Kühlen der Batterie gasförmig vorliegt, muss es nicht in die Ladevorrichtung zurückgeführt werden, sondern kann frei in die Umgebung entweichen. Da eine derartige Abführung nicht nötig ist, kann die Ladevorrichtung einfacher gestaltet werden.
Die Ladevorrichtung kann einen Tank zum Vorhalten von
Kühlmedium in flüssigem Aggregatszustand aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass keine fortwährende Anbindung der
Ladevorrichtung an eine Versorgung von Kühlmedium vorgesehen sein muss. Kühlmedium muss also nicht einer kontinuierlichen Versorgung entnommen werden, sondern die Ladevorrichtung kann als separates Teil ausgebildet sein, das unabhängig von einem Versorgungssystem mit Kühlmedium gestaltet ist. Dies
ermöglicht, dass die Ladevorrichtung vielfältig positioniert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung noch näher
ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie in einer dritten Ausführungsform;
Fig. 4a zeigt einen batterieseitigen Ladestecker;
Fig. 4b zeigt eine Querschnittsansicht eines
batterieseitigen Ladesteckers;
Fig. 5a zeigt eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung;
Fig. 5b zeigt eine Querschnittsansicht eines
vorrichtungsseitigen Ladesteckers einer Ladevorrichtung.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Batterie 1, die mehrere Zellen la, lb, lc, In aufweist. Die Zellen können aneinander in einer
Richtung in der Batterie 1 angeordnet sein. Diese sind dabei so nebeneinander angeordnet, dass jeweils + und - -Pole miteinander verbunden werden. Die elektrische Leitung 9 verbindet die einzelnen Zellen la, lb, lc, In miteinander.
Die Batterie 1 ist vorzugsweise eine Traktionsbatterie, die in einem Fahrzeug angeordnet ist. Das Fahrzeug kann ein
Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Es kann eine beliebige Anzahl an Batteriezellen in der Batterie 1
vorgesehen sein, beispielsweise N-Zellmodule .
Die Batterie 1 weist eine Anschlusseinheit 8 auf, die
eingerichtet ist, Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im
Bereich zwischen 10 und 50°C, bevorzugt in einem Bereich von 20-40°C liegt, im flüssigen Zustand zum Kühlen der Batterie, insbesondere beim Laden der Batterie, zuzuführen. An der Anschlusseinheit 8 kann die Zuführung 2 angebracht sein, die von der Anschlusseinheit 8 zu einem batterieseitigen
Ladestecker 7 führt. Die erfindungsgemäße Batterie 1 ist frei von einer Rückführung zum Rückführen von Kühlmedium in die Ladevorrichtung. Die Batterie 1 weist das Gehäuse 12 auf, das die Batterie 1 im Wesentlichen vollständig umgibt. Des
Weiteren kann eine Öffnung 13 in dem Gehäuse vorgesehen sein, wobei die Öffnung 13 eingerichtet ist, gasförmiges Kühlmedium an die Umgebung, also die Umgebungsluft, abzugeben. Wie in Figur 1 gezeigt, ist die Öffnung 13 oben im
Batteriegehäuse 12 ausgebildet, in der dargestellten
Ausführungsformen oben an der Seite des Gehäuses 13. Die Öffnung 13 kann derart eingerichtet sein, dass sie
gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
In Figur 1 weist die Batterie eine Verteileinrichtung 3 auf, die zum Verteilen von Kühlmedium zumindest abschnittsweise entlang der Batterie 1 dient. Hier dient die
Verteileinrichtung 3 insbesondere zum Verteilen von
Kühlmedium in der Längsrichtung der Batterie 1. Die
Verteileinrichtung 3 ist direkt oder indirekt mit der
Anschlusseinrichtung 8 verbunden. Die Verteileinrichtung 3 kann eine Verteilerplatte sein.
Die in Figur 1 dargestellte Batterie weist mehrere Düsen 5a, 5b, 5c, 5n auf, die entlang der Längsrichtung der
Verteileinrichtung 3 an dieser angeordnet sind. So kann
Kühlmedium von der Verteileinrichtung 3 über die Düse (n) zerstäubt werden. Ein Düse 5a kann jeweils für eine Zelle la vorgesehen sein. Der Sprühstrahl 10 wird von jeder der
Düsen 5 abgegeben, um so die Batterie 1 optimal mit
Kühlmedium beaufschlagen zu können.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich eine Leitung 4 vorgesehen, die sich von der Verteileinrichtung 3 zu den Zellen la, lb, lc, In der
Batterie erstreckt. Die Leitung 4 umfasst mehrere
Leitungen 4a, 4b, 4c, 4n zum Leiten von Kühlmedium von der Verteileinrichtung zu den einzelnen Zellen. Die Düsen 5a, 5b, 5c, 5n können jeweils an einer Leitung 4a, 4b, 4c, 4n angeordnet sein. Dadurch, dass sich Leitungen 4 von der
Verteileinrichtung 3 zur Düse 5 hin erstrecken, ist ein vielfältiger Aufbau möglich. Pro Modulzelle kann eine Düse 5 vorgesehen sein.
Zur besseren Verteilung kann auch ein Fächerverteiler 11 kann an der Düse 5 vorgesehen sein, insbesondere ein
Fächerverteiler 11 pro Düse 5, wie beispielsweise in Figur 2 angedeutet .
In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist die
Verteileinrichtung 3 in der anderen Seite der Batterie 1 angeordnet, das heißt die Verteileinrichtung 3 liegt im
Wesentlichen den elektrischen Leitungen 9 gegenüber, sodass die elektrischen Zellen la, lb, lc, In zwischen den elektrischen Leitungen 9, mit denen die elektrischen Zellen verbunden sind, und der Verteilereinrichtung 3 liegen. Die einzelnen Zellen werden also von einer Seite aus mit
Kühlmedium beaufschlagt und sind an einer anderen Seite, nämlich der gegenüberliegenden Seite, miteinander elektrisch verbunden. In den Figuren 1 und 2 hingegen sind
Ausführungsformen gezeigt, in denen die elektrischen
Leitungen 9 auf der gleichen Seite der elektrischen
Zellen la, lb, lc, In wie die Verteileinrichtung 3
angeordnet sind.
Figur 4a zeigt einen Abschnitt der Zuführung 2 sowie den batterieseitigen Ladestecker 7. In der Querschnittsansicht in Figur 4b des Ladesteckers 7 sind die beiden batterieseitigen Stromanschlüsse 6 sowie die Zuführung 2 zum Zuführen von Kühlmedium gezeigt. Der batterieseitige Ladestecker 7 weist also einen batterieseitigen Stromanschluss 6 zum Aufladen der Batterie integriert mit der Zuführung 2 zum Zuführen von Kühlmedium auf.
Beim Kühlen der Batterie 1 wird Kühlmedium im flüssigen Aggregatzustand in die Batterie 1 eingeführt, und zwar bevorzugt beim Laden der Batterie. Das Kühlmedium wird zunächst über den Ladestecker 7 über die Zuführung 2 zu der Anschlusseinheit 8 geführt. Kühlmedium wird dann über die Verteileinrichtung 3 und die Düsen 5 auf die einzelnen
Modulzellen la, lb, lc, In aufgebracht und geht
vorzugsweise auf der Oberfläche der Zellmodule vom flüssigen Aggregatszustand in den gasförmigen Aggregatszustand über. Beim Übergang von einem Aggregatszustand in den anderen wird Verdampfungswärme, die für den Phasenübergang nötig ist, den Batteriezellen entzogen, sodass die einzelnen Batteriezellen effizient gekühlt werden können. Das Kühlmedium nimmt also am Ort des Phasenübergangs Wärme von der Batterie bzw. den Modulzellen auf.
In Figur 5a ist die erfindungsgemäße Ladevorrichtung 14 zum Aufladen und Kühlen der Batterie 1 gezeigt. Die
Ladevorrichtung 14 ist in der in Figur 5a gezeigten
Ausführungsform stationär angeordnet.
Alternativ kann die Ladevorrichtung 14 aber auch mobil sein und beispielsweise in einem Einsatzfahrzeug angeordnet sein. Ein solches Einsatzfahrzeug (nicht gezeigt) kann
beispielsweise dann zum Einsatz kommen, wenn ein
liegengebliebenes Fahrzeug (dessen Batterie leer ist) , vor Ort aufgeladen werden muss, damit eine Weiterfahrt möglich ist. Auf dem Einsatzfahrzeug kann die Ladevorrichtung angeordnet sein, die mit einem Motoraggregat oder mit
Brennstoffzellen, und einem Tank zum Vorhalten von Kühlmedium im flüssigen Aggregatszustand versehen ist.
Die Ladevorrichtung 14 weist einen vorrichtungsseitigen Stromanschluss 15 zum Versorgen der Batterie mit Strom beim Aufladen der Batterie und einen Kühlanschluss 16 zum Zuführen von Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich
zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, in flüssigem Aggregatszustand auf. Dies ist in Figur 5b gezeigt, wo der Querschnitt durch den
Ladestecker 17 mit den zwei Stromanschlüssen 15 und dem
Kühlanschluss 16 gezeigt ist. Der vorrichtungsseitige
Stromanschluss 15 und der Kühlanschluss 16 sind also
gemeinsam in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker 17 angeordnet .
Die Ladevorrichtung 14 ist frei von einer Abführung zum
Abführen von Kühlmedium, das über den Kühlanschluss 16 der Batterie 1 zugeführt worden ist. Die Ladevorrichtung 14 weist einen Tank 19 zum Vorhalten von Kühlmedium im flüssigen
Aggregatszustand auf. Die Ladevorrichtung 14 ist an das Stromnetz über die Anbindung 21 angeschlossen. Der Tank 19 wiederum ist mit dem Kabel 18 zur Zuleitung von Kühlmedium verbunden, die wiederum in den Kühlanschluss 16 mündet. Der Anschluss 20 dient zum Einfüllen von Kühlmedium und ist mit dem Tank 19 verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kühlen einer Batterie (1), insbesondere einer Traktionsbatterie, bevorzugt in einem Fahrzeug, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer
Batterieladetemperatur geladen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass
Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zumindest abschnittweise der Batterie (1) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmedium zumindest zeitweise während des Ladens der Batterie (1) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass Kühlmedium beim Kühlen der
Batterie (1) vom flüssigen Aggregatszustand in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmedium am Ort des Phasenübergangs Wärme von der Batterie aufnimmt.
5. Batterie (1), insbesondere Traktionsbatterie, bevorzugt für ein Fahrzeug, wobei die Batterie eingerichtet ist, bei einer Batterieladetemperatur mittels einer
Ladevorrichtung geladen zu werden, und die Batterie zumindest eine Anschlusseinheit (8) aufweist, die eingerichtet ist, Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem
Bereich von 20 bis 40°, liegt, im flüssigen
Aggregatszustand der Batterie zum Kühlen der Batterie, insbesondere beim Laden der Batterie, zuzuführen, wobei die Batterie frei von einer Rückführung zum Rückführen von Kühlmedium, insbesondere im flüssigen
Aggregatszustand, in die Ladevorrichtung ist.
Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie zumindest eine Verteileinrichtung (3) zum Verteilen von Kühlmedium zumindest abschnittweise entlang der Batterie (1) aufweist, wobei die
Verteileinrichtung (3) direkt oder indirekt mit der Anschlusseinheit (8) verbunden ist.
Batterie nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) Leitungen (4a, 4b, 4n) zum Leiten von Kühlmedium von der Verteileinrichtung (3) zu einzelnen Zellen (la, lb, In) der Batterie (1) hin aufweist .
Batterie nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie ein Gehäuse (12) aufweist, das eine Öffnung (13) aufweist, die
eingerichtet ist, gasförmiges Kühlmedium an die
Umgebung, bevorzugt an die Umgebungsluft, abzugeben, wobei die Öffnung (13) bevorzugt derart eingerichtet ist, dass sie gasdurchlässig und
flüssigkeitsundurchlässig ist, und/oder die Öffnung (13) im Gehäuse derart angeordnet ist, dass, wenn die
Batterie (1) im Fahrzeug angeordnet ist, die Öffnung im Gehäuse oben, insbesondere an einer Seite des Gehäuses, ausgebildet ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Düse (5) , bevorzugt mehrere Düsen (5a, 5b, 5n) , die bevorzugt an der Verteileinrichtung (3) angeordnet ist/sind und die weiter bevorzugt jeweils an einer
Leitung (4a, 4b, 4n) angeordnet sind, zum Abgeben von Kühlmedium an die Batterie aufweist.
10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fächerverteiler (11) an einer Düse (5), bevorzugt an jeder Düse, angeordnet ist.
11. Batterie nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass sie einen batterieseitigen
Stromanschluss (6) zum Aufladen der Batterie aufweist, wobei der batterieseitige Stromanschluss (6) und die Zuführung (2) zum Zuführen von Kühlmedium zumindest abschnittsweise in einem batterieseitigen
Ladestecker (7) integriert sind.
12. Fahrzeug mit einer Batterie nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11.
13. Ladevorrichtung (14) zum Aufladen und Kühlen einer
Batterie (1), wobei die Ladevorrichtung bevorzugt stationär ist, wobei die Ladevorrichtung
einen vorrichtungsseitigen Stromanschluss (15) zum
Versorgen der Batterie (1) mit Strom beim Aufladen der Batterie und
einen Kühlanschluss (16) zum Zuführen von Kühlmedium mit einer Siedetemperatur, die geringer als die
Batterieladetemperatur ist und/oder im Bereich zwischen 10 und 50°, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40°, liegt, im flüssigen Aggregatszustand zur Batterie aufweist .
14. Ladevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der vorrichtungsseitige
Stromanschluss (15) und der Kühlanschluss (16) gemeinsam in einem vorrichtungsseitigen Ladestecker (17)
angeordnet sind.
Ladevorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung frei von Abführung zum Abführen von Kühlmedium ist, das über den Kühlanschluss (16) der Batterie zugeführt worden ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung einen Tank (19) zum Vorhalten von Kühlmedium im flüssigen
Aggregatszustand aufweist.
PCT/EP2018/053531 2017-02-15 2018-02-13 Verfahren zum kühlen einer batterie, batterie, fahrzeug mit batterie sowie ladevorrichtung zum aufladen und kühlen einer batterie WO2018149815A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017202391.0 2017-02-15
DE102017202391.0A DE102017202391A1 (de) 2017-02-15 2017-02-15 Verfahren zum Kühlen einer Batterie, Batterie, Fahrzeug mit Batterie sowie Ladevorrichtung zum Aufladen und Kühlen einer Batterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018149815A1 true WO2018149815A1 (de) 2018-08-23

Family

ID=61198863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/053531 WO2018149815A1 (de) 2017-02-15 2018-02-13 Verfahren zum kühlen einer batterie, batterie, fahrzeug mit batterie sowie ladevorrichtung zum aufladen und kühlen einer batterie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017202391A1 (de)
WO (1) WO2018149815A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109383321B (zh) * 2018-11-13 2024-02-13 武汉银桥南海光电有限公司 一种具有内循环式散热结构的充电桩
DE102020126413B3 (de) 2020-10-08 2021-11-18 Ads-tec Energy GmbH Kühltankanlage für eine Flüssigkeitskühlung einer Ladestation für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge
US11721988B2 (en) * 2020-11-13 2023-08-08 Dana Automotive Systems Group, Llc Methods and systems for an emergency response unit
DE102021104941A1 (de) 2021-03-02 2022-09-08 Audi Aktiengesellschaft Besprühvorrichtung, Ladestation und Verfahren zum Bereitstellen einer Verdunstungskühlung
US20220376516A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-24 Yantai Chungway New Energy Technology Co., Ltd. Battery pack charging system and charging method thereof
CN113541243A (zh) * 2021-06-24 2021-10-22 烟台创为新能源科技股份有限公司 一种电池包充电系统及其充电方法
CN114156561A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 重庆长安新能源汽车科技有限公司 动力电池快充时急速降温及温度维持系统
DE102021132151A1 (de) 2021-12-07 2023-06-07 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Ladestation
DE102021132152A1 (de) 2021-12-07 2023-06-07 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Ladestation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4408961C1 (de) 1994-03-16 1995-03-02 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung einer Batterie während eines Ladevorgangs an einer Ladestation
DE102008002103A1 (de) * 2008-05-30 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Temperaturregelung eines Speichers für elektrische Energie
US20120043935A1 (en) * 2011-07-25 2012-02-23 Lightening Energy Station for rapidly charging an electric vehicle battery

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2934087A3 (fr) 2008-07-21 2010-01-22 Renault Sas Systeme et procede de refroidissement d'une batterie de vehicule electrique, batterie et station de refroidissement d'une batterie
CN102760920B (zh) 2011-04-29 2014-09-17 肖克建 车用动力电池组液氮冷却方法及其装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4408961C1 (de) 1994-03-16 1995-03-02 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung einer Batterie während eines Ladevorgangs an einer Ladestation
DE102008002103A1 (de) * 2008-05-30 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Temperaturregelung eines Speichers für elektrische Energie
US20120043935A1 (en) * 2011-07-25 2012-02-23 Lightening Energy Station for rapidly charging an electric vehicle battery

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017202391A1 (de) 2018-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018149815A1 (de) Verfahren zum kühlen einer batterie, batterie, fahrzeug mit batterie sowie ladevorrichtung zum aufladen und kühlen einer batterie
DE102013114188B4 (de) Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug sowie Elektrofahrzeug
DE112005001860B4 (de) Montageaufbau von elektrischer Ausrüstung
DE102011076981A1 (de) Batteriesystem, Kraftfahrzeug mit diesem Batteriesystem und Verfahren zur Herstellung einer Betriebsbereitschaft bei einem Kraftfahrzeug mit diesem Batteriesystem
DE112013002725B4 (de) Brennstoffzellensystem
WO2018036764A1 (de) Kühlvorrichtung für eine batteriebaugruppe sowie einheit aus einer batteriebaugruppe und einer kühlvorrichtung
EP2226886A1 (de) Batterie mit Ableiteinrichtung
DE102015222703A1 (de) Ladestation zum Aufladen von Energiespeichern von Kraftwagen sowie Speichereinrichtung für einen Kraftwagen
WO2011050916A1 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer brennstoffzelle
DE102017005593A1 (de) Hochvoltbatterievorrichtung für einen Kraftwagen
DE102015225650A1 (de) Verfahren zum Temperieren eines Energiesystems
DE102021105375A1 (de) Batteriekühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes
DE102017108722A1 (de) Effektiv gekühlte Batterieanordnungen
DE102015203136A1 (de) Traktionsbatterie-Wärmeleitplatte mit Querkanalkonfiguration
EP2442390B1 (de) Batterie mit verminderter Brandgefahr
WO2011144300A1 (de) Anordnung und verfahren zum sicheren entladen eines energiespeichers
WO2022189295A1 (de) Direktgekühltes batteriemodul und batterie mit einem direktgekühlten batteriemodul
DE102018001298A1 (de) Fahrzeug-Gespann
DE102018205876A1 (de) Kühlvorrichtung für eine Batterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Kühlen einer Batterie
WO2011035992A1 (de) Batteriesystem mit externer prallkühlung
WO2017102619A1 (de) Energiesystem
DE102021120074A1 (de) Kühlanordnung, Batterie und Verfahren zum Temperieren von Batteriezellen
WO2011044964A1 (de) Fahrzeug mit einem brennstoffzellensystem
DE102021126129A1 (de) Kühlanordnung, Batterieanordnung und Verfahren zum Kühlen einer Batterie
DE102015004675A1 (de) Verfahren zur Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18704977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18704977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1