DE102009045012A1 - Batteriesystem mit externer Prallkühlung - Google Patents
Batteriesystem mit externer Prallkühlung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009045012A1 DE102009045012A1 DE102009045012A DE102009045012A DE102009045012A1 DE 102009045012 A1 DE102009045012 A1 DE 102009045012A1 DE 102009045012 A DE102009045012 A DE 102009045012A DE 102009045012 A DE102009045012 A DE 102009045012A DE 102009045012 A1 DE102009045012 A1 DE 102009045012A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cooling
- battery system
- fluid flow
- cooling plate
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Images
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
- H01M10/62—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
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
-
- 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
-
- 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
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- 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
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- 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
- H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
-
- 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
- H01M10/651—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
- H01M10/652—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations characterised by gradients
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
Description
- Stand der Technik
- Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer von Batteriesystemen, insbesondere von Lithium-Ionen Batteriesystemen, zu gewährleisten, ist es erforderlich die Zellen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Während der Leistungsabgabe entsteht im Wesentlichen Joulsche Wärmeenergie, die durch den elektrischen Strom und den Widerstand der Zelle beschrieben werden kann. Um ein Aufheizen der Zelle über einen kritischen Temperaturschwellenwert hinaus zu vermeiden, muss diese Wärmeenergie effektiv abgeführt werden. Darüber hinaus muss die Temperaturverteilung über die Batteriezelle möglichst homogen sein, d. h. die Temperaturunterschiede sollten nicht mehr als 4 Kelvin betragen.
- Eine Möglichkeit zur homogenen Temperaturregulation ist die Abfuhr von Wärmeenergie an einen Fluidstrom, i. d. R. einen Luftstrom. So ist beispielsweise in
US 7,323,272 eine Anordnung beschrieben, die eine Umströmung einzelner Zellen eines Batteriesystems mit einem Luftstrom vorsieht. Ein Problem, welches mit einer solchen Anordnung verbunden ist, sind die hohen Anforderungen, die an die Luftaufbereitung gestellt werden müssen, damit keine störenden, die Lebensdauer oder Funktion des Batteriesystems beeinträchtigenden Partikel oder Flüssigkeiten in das Batteriesystem verbracht werden. Solche Trocknungs- und Filterschritte verbrauchen zusätzliche Energie und begrenzen den Kühlungseffekt. - Offenbarung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Batteriesystem mit Prallkühlung zur Verfügung, umfassend:
- i) eine oder mehrere Batteriezellen;
- ii) mindestens ein Gehäuse in dem die Batteriezellen angeordnet sind;
- iii) eine Kühlplatte, die ausserhalb des Gehäuses angeordnet ist; und
- iv) ein oder mehrere passive Wärmeleitmittel, die derart angeordnet sind, dass über die passiven Wärmeleitmittel Wärmeenergie von den Batteriezellen aus dem Gehäuseinneren heraus an die Kühlplatte übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- Die in den Zellen produzierte Wärmeenergie wird zunächst konduktiv über passive Wärmeleitmittel, wie beispielsweise Kühlbleche die mit einer oder mehreren Mantelflächen der Zellen kontaktiert sind, an eine Kühlplatte ausserhalb des Gehäuses geführt. Von dort wird die Wärmeenergie konvektiv auf einen Fluidstrom mittels Prallkühlung übertragen mit der sich örtlich sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten erzielen lassen. Unter Prallkühlung wird dabei eine Kühlvorrichtung verstanden, welche sich dadurch auszeichnet, dass ein Fluidstrom zur Aufnahme von Wärmeenergie im Wesentlichen senkrecht auf eine wärmeabgebende Oberfläche trifft und dort einen sogenannten „wall-jet” erzeugt, d. h. der Fluidstrom wird vom Aufprallort in radialer Weise über die Oberfläche des Aufprallkörpers geführt. Um das Zentrum des Aufprallortes lassen sich sehr hohe Wärmeübergangsraten erzielen, die mit größer werdendem radialen Abstand vom Zentrum des Aufpralls abnehmen. Das erfindungsgemäße Batteriesystem mit Prallkühlung erlaubt eine effiziente Temperaturregulation der Zellen des Batteriesystems mittels eines Fluidstroms, während eine Fluidstromführung innerhalb des Gehäuses nicht notwendig ist und somit Massnahmen zur Aufbereitung des Fluids nicht mehr erforderlich sind.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst eine oder mehrere Batteriezellen. Unter dem Begriff „Batteriesystem” werden hier elektrochemische Energiespeicher verstanden, insbesondere Batterien oder Akkumulatoren aller gebräuchlichen Akkumulatortechnologien. Es können Batterien oder Akkumulatoren vom Typ Pb – Bleiakku, NiCd – Nickel-Cadmium-Akku, NiH2 – Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, NiMH – Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Li-Ion – Lithium-Ionen-Akku, LiPo – Lithium-Polymer-Akku, LiFe – Lithium-Metall-Akku, Li-Mn – Lithium-Mangan-Akku, LiFePO4 – Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator, LiTi – Lithium-Titanat-Akku, RAM – Rechargeable Alkaline Manganese, Ni-Fe – Nickel-Eisen-Akku, Na/NiCl – Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperaturbatterie, SCiB – Super Charge Ion Battery, Silber-Zink-Akku, Silikon-Akku, Vanadium-Redox-Akkumulator und/oder Zink-Brom-Akku verwendet werden. Insbesondere können Batterien vom Typ der Blei/Säure-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid- und/oder Natrium/Natriumnickelchlorid-Batterie eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden Batterien vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Der Begriff „Batteriesystem” wird dabei sowohl für einzelne Zellen, als auch für Module aus mehreren Zellen, als auch für komplexere Architekturen umfassend mehrere Zellen und/oder Module verwendet.
- Das Batteriesystem umfasst eine oder mehrere Batteriezellen, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei kann ein Batteriesystem ein einziges oder mehrere einzelne Gehäuse umfassen, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen umfassen. Bevorzugt weist das Batteriesystem ein gemeinsames Gehäuse auf, in dem alle Zellen oder Module des Batteriesystems angeordnet sind, wobei die Kühlplatte ausserhalb dieses gemeinsamen Gehäuses positioniert ist. Unter dem Begriff „Gehäuse” ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, die einen Innenraum aufweist, der geeignet ist eine oder mehrere Batteriezellen aufzunehmen. Ein Gehäuse kann dabei in einer oder zwei Richtungen dauerhaft oder vorübergehend gegenüber der Umwelt offen sein. Bevorzugt grenzt das Gehäuse die enthaltenen Batteriezellen gegenüber der Umgebung nach allen Richtungen hin ab, wobei das Gehäuse verschließbare Zugänge, wie z. B. Türen oder Deckel aufweisen kann. Unter einem Gehäuse kann nicht der unmittelbare Zellmantel verstanden werden, der die elektrochemischen Bestandteile einer einzelnen Zelle von der Umwelt trennt. Bevorzugt kann das Gehäuse aus einem Material gefertigt sein, welches ein Metall, ein Metallblech oder eine Keramik umfasst oder daraus besteht. Besonders bevorzugt kann das Gehäuse aus einem Material gefertigt sein, welches Aluminium aufweist oder daraus besteht.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem weist mindestens eine Kühlplatte auf, die ausserhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Batteriesystem kann mehrere ausserhalb des Gehäuses angeordnete Kühlplatten aufweisen. Eine, mehrere oder alle Kühlplatten des Batteriesystems können aussen an einer Oberfläche des Gehäuses angebracht sein. Bevorzugt sind eine, mehrere oder alle Kühlplatten des Batteriesystems auf einer Aussenseite des Gehäusebodens angebracht. Die Kühlplatten können integraler Bestandteil des Gehäuses sein, vorausgesetzt mindestens eine Oberfläche der Kühlplatten ist von ausserhalb des Gehäuses direkt zugänglich für die Zuführung eines Fluidstroms. Bevorzugt weist die Kühlplatte eine durchgehend solide ausgestaltete Oberfläche auf, die keinen direkten Durchlass in das Gehäuseinnere erlaubt. Die Kühlplatten des Batteriesystems sind aus einem Material gefertigt, dass eine Wärmeübergangszahl aufweist, die eine möglichst schnelle und effektive Übertragung von Wärmeenergie von der Kühlplatte auf das verwendete Fluid erlaubt. Entsprechende Materialien sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt weisen die Kühlplatten Aluminium auf oder bestehen daraus.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem weist ein oder mehrere passive Wärmeleitmittel auf, die derart angeordnet sind, dass über die passiven Wärmeleitmittel Wärmeenergie konduktiv von den Batteriezellen an die Kühlplatte übertragbar ist. Dazu können die passiven Wärmeleitmittel möglichst grossflächig mit einer oder mehreren Oberflächen der Mantelfläche der Batteriezellen in Kontakt stehen, so dass ein möglichst schneller und effektiver Wärmeübertrag von den Batteriezellen auf die Wärmeleitmittel möglich ist. Die passiven Wärmeleitmittel sind dabei derart ausgeführt, dass ein effektiver Wärmeübertrag sowohl zwischen Zelle und Wärmeleitmittel als auch zwischen Wärmeleitmittel und Kühlplatte gewährleistet ist. Die passiven Wärmeleitmittel des Batteriesystems sind aus einem Material gefertigt, dass eine Wärmeübergangszahl aufweist, die eine möglichst schnelle und effektive Übertragung von Wärmeenergie von der Batteriezelle auf das Wärmeleitmittel und vom Wärmeleitmittel auf die verwendete Kühlplatte erlauben. Entsprechende Materialien sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt handelt es sich bei den passiven Wärmeleitmitteln um herkömmliche Wärmeleitbleche, besonders bevorzugt um Wärmeleitbleche, die Aluminium enthalten oder daraus bestehen.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem weist eine Prallkühlung auf zur konvektiven Übertragung von Wärmeenergie von der Kühlplatte auf ein vporbeiströmendes Fluid, wobei die Prallkühlung derart ausgestaltet ist, dass ein Fluidstrom zur Aufnahme von Wärmeenergie im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte führbar ist. Dazu kann die Prallkühlung eine Verteilerplatte umfassen, die mindestens einen Einlass zur Aufnahme eines Fluidstroms aufweist und die auf der der Kühlplatte zugewandten Seite eine Mehrzahl an Auslässen/Düsen aufweist, wobei die Verteilerplatte derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Fluidstrom über den Einlass in die Verteilerplatte einleitbar ist und aus der Verteilerplatte durch die Mehrzahl an Auslässen derart wieder austritt, dass der Fluidstrom im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte trifft. Um eine möglichst gleichmäßige Kühlleistung über die Oberfläche der Kühlplatte zu erlauben, ist es sinnvoll die Auslässe gleichmäßig über die der Kühlplatte zugewandte Oberfläche der Verteilerplatte zu verteilen. Die Ausgestaltung der Auslässe kann beliebig erfolgen, vorausgesetzt es ist sichergestellt, dass die Auslässe geeignet sind das verwendete Fluid aus der Verteilerplatte austreten zu lassen. Beispielhaft können die Auslässe rund, oval, dreieckig, viereckig, mehreckig, quadratisch und/oder schlitzförmig ausgestaltet sein, wobei die Auslässe einer Verteilerplatte einheitlich oder unterschiedlich gestaltet sein können. Die Auslassgeometrie und -anordnung auf der Verteilerplatte (z. B. Auslassdichte pro Verteilerplattenfläche, Dimensionierung der Auslassöffnungen) können bedarfsgerecht variiert werden, um für jeden gewünschten Batterietyp oder für jede gewünschte Batteriekapazität eine geeignete Kühlung bereitzustellen. Der Fachmann kann ohne unzumutbaren Aufwand, allein durch Routineversuche geeignete Parameter für die Auslassgeometrie und –anordnung für ein bestimmtes, gegebenes Batteriesystem ermitteln. Die Verteilerplatte kann so angebracht sein, dass sie direkt und unmittelbar mit der Kühlplatte verbunden ist. Alternativ können auch noch weitere Vorrichtungen vorgesehen sein, die zwischen der Verteilerplatte und der Kühlplatte positioniert sind.
- Die Prallkühlung des erfindungsgemäßen Batteriesystems kann ein Fluidverteilsystem aufweisen, welches derart ausgebildet ist, dass an den jeweiligen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit einer vorher festgelegten Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist. Der Vorteil eines solchen Fluidverteilsystems ist, dass damit an den jeweiligen Auslässen die gewünschte Menge an Fluid pro Zeiteinheit bereitgestellt und ein entsprechender Fluidstrom aufrechterhalten werden kann. Bevorzugt ist das Fluidverteilsystem derart ausgebildet, dass an einer Mehrzahl und/oder allen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist. Somit wird sichergestellt, dass die Kühlleistung über die der Kühlplatte zugewandten Oberfläche einheitlich und homogen ist. Ein solches Fluidverteilsystem kann beispielsweise als eine gesonderte Vorrichtung ausgebildet sein, die zwischen Verteilerplatte und Kühlplatte positioniert ist. Ein solches Fluidverteilsystem kann aber auch integraler Bestandteil einer Verteilerplatte sein. Beispilesweise kann ein Fluidverteilsystem eine Mehrzahl an Fluidstromführungen aufweisen, die derart ausgebildet und zwischen Einlass und Auslässen der Verteilerplatte angeordnet sind, dass an einer Mehrzahl und/oder allen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist. Dabei können die Fluidstromführungen für Auslässe, die relativ näher zum Einlass liegen z. B. länger gestaltet sein, als Fluidstromführungen für Auslässe, die relativ weiter entfernt zum Einlass liegen, so dass der Fluidstrom vom Einlass der Verteilerplatte im Wesentlichen die selbe Strecke zurückzulegen hat unabhängig davon durch welchen Auslass der Fluidstrom austritt. Bei der Ausführung eines solchen Fluidverteilsystems kann sich der Fachmann alternativ auch an bekannten sogenannten „Rail”-Systemen orientieren.
- Bei dem Fluid, welches im erfindungsgemäßen Batteriesystem zur Kühlung als Fluidstrom zum Einsatz kommt, kann es sich grundsätzlich um jede Art von Fluid handeln, welches geeignet ist Wärmeenergie von der Kühlplatte aufzunehmen. Dabei kann es sich um ein flüssiges oder gasförmiges Fluid handeln. Bevorzugt handelt es sich um ein gasförmiges Fluid, insbesondere kann es sich um Luft beispielsweise Umgebungsluft des Batteriesystems handeln. Zur Erzeugung eines Fluidstromes kann es notwendig sein Mittel vorzusehen, die das Fluid unter einen vorher festgelegten, regel- und/oder steuerbaren Druck setzen und der Prallkühlung des erfindungsgemäßen Batteriesystems als Druckfluidstrom zuführen. Bevorzugt wird dem erfindungsgemäßen Batteriesystem der Fluidstrom als Druckluftstrom über den oder die Einlässe der Verteilerplatte(n) zugeführt.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Kraftfahrzeuge, die ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfassen. Dabei sind unter dem Begriff „Kraftfahrzeug” alle angetriebenen Fahrzeuge zu verstehen, die einen elektrochemischen Energiespeicher aufweisen, unabhängig davon welchen Antrieb diese Kraftfahrzeuge aufweisen. Insbesondere umfasst der Begriff „Kraftfahrzeug” HEV (elektrische Hybridfahrzeuge), PHEV (Plug-In-Hybridfahrzeuge), EV (Elektrofahrzeuge), Brennstoffzellenfahrzeuge, sowie alle Fahrzeuge, die einen elektrochemischen Energiespeicher für die elektrische Energieversorgung einsetzen.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Kühlung eines Batteriesystems mittels Prallkühlung, umfassend die Schritte:
- a) Abführen von Wärmeenergie einer, mehrerer oder aller Zellen, die in einem Gehäuse eines Batteriesystems angeordnet sind, an eine ausserhalb des Gehäuses angeordnete Kühlplatte;
- b) Abführen von Wärmeenergie von der Kühlplatte an ein Fluid mittels eines ausserhalb des Gehäuses geführten Fluidstroms, wobei der Fluidstrom derart geführt wird, dass dieser im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte trifft.
- Figuren:
-
1 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise einer Prallkühlung. -
2 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Batteriesystems. - Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher verdeutlicht.
- In
1 ist der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise einer Prallkühlung schematisch dargestellt. Ein Fluidstrom2 wird derart geführt, dass er durch einen Auslass3 aus einer Verteilerplatte4 austritt und im Wesentlichen senkrecht auf den Körper trifft, mit dem der Temperaturaustausch bewerkstelligt werden soll, vorliegend der Kühlplatte1 . Trifft der Fluidstrom2 auf die Oberfläche der Kühlplatte1 , so wird ein sog. „wall-jet” erzeugt und der Fluidstrom wird in radialer Richtung abgelenkt und über die Oberfläche der Kühlplatte1 geführt. Dabei findet um das Zentrum des Aufprallortes ein Übertrag von Wärmeenergie mit sehr hohen Wärmeübergangsraten statt. - In
2 ist der Aufbau und die Funktionsweise einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems schematisch dargestellt. Das Batteriesystem10 umfasst dabei eine Mehrzahl an Batteriezellen11 , bevorzugt an Lithium-Ionen-Zellen, die in einem oder mehreren Modulen zusammengefasst sein können und in einem gemeinsamen Gehäuse13 angeordnet sind. An den Mantelflächen der Batteriezellen11 sind passive Wärmeleitmittel12 , bevorzugt Wärmeleitbleche, angebracht, die Wärmeenergie von den Batteriezellen11 konduktiv entlang der Richtung des geschlossenen Pfeils hin zu der Kühlplatte14 leiten. Die Kühlplatte14 ist hier als Bodenplatte ausgebildet, kann aber auch an anderen Positionen ausserhalb des Gehäuses oder auf der Aussenoberfläche des Gehäuses positioniert sein, vorausgesetzt es besteht eine wärmeleitende Verbindung zwischen den passiven Wärmeleitmitteln12 und der Kühlplatte14 . Auf der dem Gehäuse13 abgewandten Seite der Kühlplatte14 schließt sich eine Verteilerplatte15 an, die als Prallkühlung ausgebildet ist. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß2 ist die Verteilerplatte15 direkt und unmittelbar kontaktiert mit der dem Gehäuse13 abgewandten Oberfläche der Kühlplatte14 . In2 ist die Verteilerplatte15 lediglich deshalb von der Kühlplatte14 separiert dargestellt, um eine schematische Darstellung der Funktionsweise zu erlauben. Die Verteilerplatte15 weist einen Einlass16 und eine Mehrzahl von Auslässen17 auf, wobei die Auslässe17 auf der der Kühlplatte14 zugewandten Oberfläche der Verteilerplatte15 positioniert sind. Dabei sind die Auslässe17 bevorzugt in regelmäßigen Abständen gleichmäßig über die der Kühlplatte14 zugewandten Oberfläche der Verteilerplatte15 verteilt. - Die bei Betrieb des Batteriesystems
10 in den Batteriezellen11 entstehende Wärmeenergie wird zunächst über die passiven Wärmeleitmittel12 entlang der durch den geschlossenen Pfeil angedeuteten Richtung von den Batteriezellen11 hin zu der Kühlplatte14 konduktiv transportiert und damit aus dem Gehäuse13 herausgeleitet. Die Kühlplatte14 nimmt die Wämreenergie aus den Batteriezellen11 auf und gibt sie an eine Prallkühlung ab. Die Prallkühlung ist in Form einer Verteilerplatte15 ausgebildet und schließt sich direkt auf der dem Gehäuse13 abgewandten Seite an die Kühlplatte14 an. Zur Kühlung kann durch den Einlass16 ein Fluidstrom in die Verteilerplatte15 eingeleitet werden, der dann aus der Verteilerplatte über eine Mehrzahl von Auslässen17 derart wieder austritt, dass der Fluidstrom im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte14 trifft und dort Wärmeenergie aufnimmt. Die Flussrichtung des Fluidstroms ist durch die offenen Pfeile verdeutlicht. Dadurch, dass die Auslässe17 gleichmäßig über die der Kühlplatte14 zugewandten Oberfläche verteilt sind, wird eine gleichmäßige Kühlwirkung über einen größtmöglichen Teil der Oberfläche der Kühlplatte14 erreicht. - Bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems erfolgt die Fluidstromführung ausschließlich ausserhalb des Gehäuses
13 des Batteriesystems10 und gelangt nicht ins Innere des Batteriesystems10 , so das es nicht notwendig ist, das verwendete Fluid aufwändig aufzuarbeiten, bevor es zur Kühlung eingesetzt werden kann. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 7323272 [0002]
Claims (10)
- Batteriesystem mit Prallkühlung, umfassend i) eine oder mehrere Batteriezellen; ii) mindestens ein Gehäuse in dem die Batteriezellen angeordnet sind; iii) eine Kühlplatte, die ausserhalb des Gehäuses angeordnet ist; und iv) ein oder mehrere passive Wärmeleitmittel, die derart angeordnet sind, dass über die passiven Wärmeleitmittel Wärmeenergie von den Batteriezellen aus dem Gehäuseinneren heraus an die Kühlplatte übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem eine Prallkühlung aufweist zur Übertragung von Wärmeenergie von der Kühlplatte auf einen Fluidstrom, wobei die Prallkühlung derart ausgestaltet ist, dass ein Fluidstrom zur Aufnahme von Wärmeenergie im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte führbar ist.
- Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Wärmeleitmittel ein oder mehrere Wärmeleitbleche umfasst oder daraus besteht.
- Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallkühlung eine Verteilerplatte umfasst, die mindestens einen Einlass zur Aufnahme eines Fluidstroms aufweist und die auf der der Kühlplatte zugewandten Seite eine Mehrzahl an Auslässen aufweist, wobei die Verteilerplatte derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Fluidstrom über den Einlass in die Verteilerplatte einleitbar ist und aus der Verteilerplatte durch die Mehrzahl an Auslässen derart wieder austritt, dass der Fluidstrom im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte trifft.
- Batteriesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe der Verteilerplatte gleichmäßig über die der Kühlplatte zugewandten Oberfläche verteilt sind.
- Batteriesystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallkühlung ein Fluidverteilsystem aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass an den jeweiligen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit einer vorher festgelegten Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist.
- Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidverteilsystem derart ausgebildet ist, dass an einer Mehrzahl und/oder allen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist.
- Batteriesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidverteilsystem eine Mehrzahl an Fluidstromführungen aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass an einer Mehrzahl und/oder allen Auslässen der Verteilerplatte ein Fluidstrom mit im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist.
- Batteriesystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte direkt mit der Kühlplatte verbunden ist.
- Kraftfahrzeug umfassend ein Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
- Verfahren zur Kühlung eines Batteriesystems mittels Prallkühlung, umfassend die Schritte: a) Abführen von Wärmeenergie einer, mehrerer oder aller Zellen, die in einem Gehäuse eines Batteriesystems angeordnet sind, an eine ausserhalb des Gehäuses angeordnete Kühlplatte; b) Abführen von Wärmeenergie von der Kühlplatte an ein Fluid mittels eines ausserhalb des Gehäuses geführten Fluidstroms, wobei der Fluidstrom derart geführt wird, dass dieser im Wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche der Kühlplatte trifft.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009045012A DE102009045012A1 (de) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Batteriesystem mit externer Prallkühlung |
PCT/EP2010/062000 WO2011035992A1 (de) | 2009-09-25 | 2010-08-18 | Batteriesystem mit externer prallkühlung |
EP10745219A EP2481108A1 (de) | 2009-09-25 | 2010-08-18 | Batteriesystem mit externer prallkühlung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009045012A DE102009045012A1 (de) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Batteriesystem mit externer Prallkühlung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009045012A1 true DE102009045012A1 (de) | 2011-03-31 |
Family
ID=43086311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009045012A Ceased DE102009045012A1 (de) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Batteriesystem mit externer Prallkühlung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2481108A1 (de) |
DE (1) | DE102009045012A1 (de) |
WO (1) | WO2011035992A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015051871A1 (de) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Daimler Ag | Elektrische batterie für ein fahrzeug |
EP2851975A3 (de) * | 2013-09-18 | 2015-05-27 | Airbus Defence and Space GmbH | Kühlvorrichtung zur Kühlung von Batteriezellen, Batterievorrichtung sowie Kühlverfahren |
US10446893B2 (en) | 2017-01-23 | 2019-10-15 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle battery packs with battery attachment features |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2546904B1 (de) * | 2011-07-15 | 2013-10-02 | Autoliv Development AB | Wärmetauscheinheit |
KR101503492B1 (ko) * | 2013-07-03 | 2015-03-19 | 전북대학교산학협력단 | 지질 및 리소좀 효소를 포함하는 리포좀 캡슐 및 그 제조방법 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7439582U (de) * | 1974-11-28 | 1975-04-10 | Varta Batterie Ag | Vorrichtung zui Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie |
US20060172187A1 (en) * | 2004-12-29 | 2006-08-03 | Ambrosio Joseph M | Battery enclosure for electric and hybrid electric vehicles optimized for air-cooling |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5257463A (en) * | 1992-05-05 | 1993-11-02 | Eagle-Picher Industries, Inc. | Method and apparatus for cooling or heating battery cells during electrical testing |
US6660418B1 (en) * | 1998-06-15 | 2003-12-09 | Aer Energy Resources, Inc. | Electrical device with removable enclosure for electrochemical cell |
JP4079572B2 (ja) * | 2000-04-14 | 2008-04-23 | 松下電器産業株式会社 | 電池パック |
JP3824928B2 (ja) * | 2001-12-25 | 2006-09-20 | 本田技研工業株式会社 | 蓄電装置および車両駆動装置 |
DE10214367B4 (de) * | 2002-03-30 | 2006-08-24 | Robert Bosch Gmbh | Energiespeichermodul und Handwerkzeugmaschine |
KR100648698B1 (ko) * | 2005-03-25 | 2006-11-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 모듈 |
US20070259258A1 (en) * | 2006-05-04 | 2007-11-08 | Derrick Scott Buck | Battery assembly with temperature control device |
JP4529991B2 (ja) * | 2007-04-03 | 2010-08-25 | 株式会社デンソー | 電池冷却装置 |
-
2009
- 2009-09-25 DE DE102009045012A patent/DE102009045012A1/de not_active Ceased
-
2010
- 2010-08-18 WO PCT/EP2010/062000 patent/WO2011035992A1/de active Application Filing
- 2010-08-18 EP EP10745219A patent/EP2481108A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7439582U (de) * | 1974-11-28 | 1975-04-10 | Varta Batterie Ag | Vorrichtung zui Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie |
US20060172187A1 (en) * | 2004-12-29 | 2006-08-03 | Ambrosio Joseph M | Battery enclosure for electric and hybrid electric vehicles optimized for air-cooling |
US7323272B2 (en) | 2004-12-29 | 2008-01-29 | Odyne Corporation | Battery enclosure for electric and hybrid electric vehicles optimized for air-cooling |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2851975A3 (de) * | 2013-09-18 | 2015-05-27 | Airbus Defence and Space GmbH | Kühlvorrichtung zur Kühlung von Batteriezellen, Batterievorrichtung sowie Kühlverfahren |
WO2015051871A1 (de) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Daimler Ag | Elektrische batterie für ein fahrzeug |
US10446893B2 (en) | 2017-01-23 | 2019-10-15 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle battery packs with battery attachment features |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2481108A1 (de) | 2012-08-01 |
WO2011035992A1 (de) | 2011-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3338315B2 (de) | Batteriepack | |
DE102014203715B4 (de) | Effizient kühlbares Gehäuse für ein Batteriemodul | |
DE112007002809T5 (de) | Elektrisches Leistungszuführsystem | |
DE102015203146A1 (de) | Traktionsbatterie-Wärmeleitplatte mit mehrflutiger Kanalkonfiguration | |
DE102015202563A1 (de) | Traktionsbatterie-wärmeleitplatte mit längskanalkonfiguration | |
DE112008001675B4 (de) | Leistungsspeichervorrichtung | |
DE102014200877A1 (de) | Modulträger für Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung des Modulträgers sowie Batteriemodul, Batteriepack, Batterie und Batteriesystem | |
DE102015202883A1 (de) | Verteiler für Traktionsbatterie-Wärmeleitplatte | |
DE102018220937A1 (de) | Batteriemodul | |
DE102015009945A1 (de) | Vorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug | |
DE102011054041A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Luftkühlung einer Fahrzeugbatterie | |
WO2011042122A1 (de) | Energiespeichereinheit mit verlängerter lebensdauer | |
DE202018006878U1 (de) | Batterie-Modul | |
DE102011015557A1 (de) | Vorrichtung und System für das Wärmemanagement einer Sekundärbatterie | |
DE102013012164A1 (de) | Traktions-Batteriesystem und Verfahren zum Erwärmen einer Hochvolt-Batterie eines Traktions-Batteriesystems | |
DE102009044997A1 (de) | Thermische Entkopplung von Nachbarzellen in einem Batteriesystem | |
DE102009045012A1 (de) | Batteriesystem mit externer Prallkühlung | |
DE102015203136A1 (de) | Traktionsbatterie-Wärmeleitplatte mit Querkanalkonfiguration | |
DE102021105375A1 (de) | Batteriekühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes | |
DE102015116104A1 (de) | Baugruppe zur herstellung von kontakt zwischen einem batteriezellen-array und einer thermisch leitfähigen zwischenschichtkomponente einer wärmeleitplatte | |
DE102013215975A1 (de) | Abstandshalter für eine Batterie, Batterie und Kraftfahrzeug | |
DE102019101281A1 (de) | Akkumulator sowie Bodenbearbeitungsgerät mit einem Akkumulator | |
EP2442390B1 (de) | Batterie mit verminderter Brandgefahr | |
DE102016107325A1 (de) | Traktionsbatterieanordnung | |
DE102009000392A1 (de) | Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher mittels regelbarer Latentwärmespeicher |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: SB LIMOTIVE COMPANY LTD., SUWON, KYONGGI, KR; SB LIMOTIVE GERMANY GMBH, 70469 STUTTGART, DE Effective date: 20130425 Owner name: SAMSUNG SDI CO., LTD., YONGIN-SI, KR Free format text: FORMER OWNERS: SB LIMOTIVE COMPANY LTD., SUWON, KYONGGI, KR; SB LIMOTIVE GERMANY GMBH, 70469 STUTTGART, DE Effective date: 20130425 Owner name: SAMSUNG SDI CO., LTD., YONGIN-SI, KR Free format text: FORMER OWNER: SB LIMOTIVE COMPANY LTD., SB LIMOTIVE GERMANY GMBH, , KR Effective date: 20130425 Owner name: SAMSUNG SDI CO., LTD., KR Free format text: FORMER OWNER: SB LIMOTIVE COMPANY LTD., SB LIMOTIVE GERMANY GMBH, , KR Effective date: 20130425 Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SB LIMOTIVE COMPANY LTD., SB LIMOTIVE GERMANY GMBH, , KR Effective date: 20130425 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZL, DE Effective date: 20130425 Representative=s name: GULDE HENGELHAUPT ZIEBIG & SCHNEIDER, DE Effective date: 20130425 |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0010500000 Ipc: H01M0010655000 |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0010500000 Ipc: H01M0010655000 Effective date: 20131213 |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |