DE102010017561B4 - Kühlvorrichtung für eine Batterie - Google Patents

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Abstract

Kühlvorrichtung (4) für eine Batterie (1), mit einem Gehäuse (3), das eine Luftkühlung umfasst, wobei das Gehäuse (3) zusätzlich zu der Luftkühlung eine Flüssigkeitskühlung umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (4) einen ersten Bereich (11) mit der Luftkühlung und einen davon getrennten zweiten Bereich (12) mit der Flüssigkeitskühlung umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (4) einen dritten Bereich (13) mit einer Heizeinrichtung umfasst, wobei die Bereiche (11-13) als Schichten einer plattenförmigen Kühlvorrichtung (4) ausgeführt sind, wobei die Schicht (13) mit der Heizeinrichtung zwischen der Schicht (11) mit der Luftkühlung und der Schicht (12) mit der Flüssigkeitskühlung angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Batterie mit einer derartigen Kühlvorrichtung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie.
  • Aus der europäischen Patentschrift EP 1 333 521 B1 ist eine Batterievorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Temperaturerfassungsplatte bekannt, die an der Außenseite eines Gehäuses befestigt ist, das zwischen einer Sekundärbatterie und der Temperaturerfassungsplatte angeordnet ist und Belüftungslöcher umfasst, um die Sekundärbatterie in dem Gehäuse zu kühlen. Die bekannte Batterievorrichtung umfasst zum Erwärmen der Sekundärbatterie eine Vielzahl von Heizelementen, die an der Temperaturerfassungsplatte befestigt sind. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 012 893 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie, mit Speicherzellen, die in einem Batteriekasten untergebracht sind, der eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Zellen aufweist, wobei sie einen Luftwärmetauscher zum Abgeben von Abwärme an die Umgebungsluft, der außerhalb des Batteriekastens angeordnet ist, einen Flüssigkeitskühler zum Abgeben von Abwärme an eine Kühlflüssigkeit und ein 3-Wege-Ventil zum bedarfsweisen Umschalten der Abwärmeabgabe durch den Luftwärmetauscher oder durch den Flüssigkeitskühler umfasst. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 74 39 582 U offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie, wobei Wärmeleitbleche zwischen den Einzelzellen angeordnet sind, wobei die Wärmeleitbleche in ihrem über die Zellen hinausragenden Bereich als Kühlfahnen ausgebildet sind, wobei die Wärmeleitbleche als Verdampfer ausgebildet sind, welche über ein hermetisch dichtes Rohrsystem mit einem Kondensator gekoppelt sind, wobei die Wärmeleitbleche und Kühlflächen aus versilbertem Kupfer bestehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung von Batterien, insbesondere von Hochvolt-Batterien für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung für eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die Kombination einer Luftkühlung und einer Flüssigkeitskühlung in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann die Kühlleistung auf einfache Art und Weise deutlich verbessert werden, ohne dass ein zweiter Kühlflüssigkeitskreislauf benötigt wird. Durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann auch bei großen jahreszeitlich bedingten Temperaturunterschieden, insbesondere sowohl in einem Sommerbetrieb als auch einem Winterbetrieb, eine verbesserte Kühlleistung bereitgestellt werden. Der Bereich mit der Luftkühlung umfasst vorzugsweise Kühlluftkanäle. Die Kühlluft wird vorzugsweise von außen zugeführt. Dabei wird die Kühlluft vorzugsweise aus einem Bereich zugeführt, in welchem keine Batteriezellen angeordnet sind. Dadurch können unerwünschte Kondensationsprobleme im Bereich der Batteriezellen vermieden werden. Die Heizeinrichtung dient bei tiefen Temperaturen, insbesondere im Winterbetrieb, dazu, die Batterie zu beheizen. Dadurch, dass die Bereiche als Schichten einer plattenförmigen Kühlvorrichtung ausgeführt sind, können die Kosten bei der Herstellung und die Anzahl der benötigten Teile reduziert werden. Die Schicht mit der Flüssigkeitskühlung dient vorzugsweise zur direkten Kühlung der Batteriezellen. Die Schicht mit der Luftkühlung dient vorzugsweise zur Kühlung der Kühlvorrichtung, die insbesondere als Kühlplatte ausgeführt ist.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schicht mit der Flüssigkeitskühlung Batteriezellen angeordnet sind. Diese Anordnung hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als elektrische Heizeinrichtung ausgeführt ist. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst zum Beispiel mindestens eine Heizfolie o. Ä., die in die Schicht mit der Heizeinrichtung eingelegt oder eingebettet ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit der Flüssigkeitskühlung einen Flüssigkeitskühlkreislauf umfasst. Der Flüssigkeitskühlkreislauf wird zum Beispiel mit einem Kältemittel, wie Tetrafluorethan, Kohlendioxid, oder mit einem Wasser-Glykol-Gemisch betrieben.
  • Die oben angegebene Aufgabe wird auch durch eine Batterie mit einer vorab beschriebenen Kühlvorrichtung gelöst. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie mit Spannungen größer 12 V, und insbesondere um eine Hochvolt-Batterie.
  • Die vorab angegebene Aufgabe wird auch durch ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Batterie gelöst. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug (HEV, PHEV) oder ein Elektrofahrzeug.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
  • In der einzigen beiliegenden Figur ist eine erfindungsgemäße Batterie mit einer Kühlvorrichtung stark vereinfacht dargestellt.
  • In 1 ist eine Batterie 1 mit einer Kühlvorrichtung 4 stark vereinfacht dargestellt. Die Kühlvorrichtung 4 umfasst ein Gehäuse 3, auf dessen Oberseite Batteriezellen 5 angeordnet sind.
  • Die Kühlvorrichtung 4 ist als Kühlplatte 10 mit drei Bereichen 11, 12, 13 ausgeführt, die als Schichten der im Wesentlichen quaderförmigen Kühlplatte 10 ausgeführt sind.
  • In die oberste Schicht 12 der Kühlplatte 10 ist ein Flüssigkeitskühlkreislauf integriert, der mit einem Kältemittel betrieben wird. Als Kältemittel wird zum Beispiel 1,1,1,2-Tetrafluorethan mit der Kurzbezeichnung R134A verwendet. Alternativ kann ein Wasser-Glykol-Gemisch verwendet werden. Der Flüssigkeitskühlkreislauf in der obersten Schicht 12 dient dazu, die Batteriezellen 5 in einem Sommerbetrieb zu kühlen.
  • Unter der obersten Schicht 12, also auf der den Batteriezellen 5 abgewandten Seite, ist die mittlere Schicht 13 mit einer elektrischen Heizeinrichtung angeordnet. Die elektrische Heizeinrichtung dient in einem Winterbetrieb dazu, die Batteriezellen 5 zu heizen. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst mindestens eine Heizfolie, die in die mittlere Schicht 13 eingelegt oder eingebettet ist.
  • Die Schicht 11 ist zu unterst so angeordnet, dass die Schicht 13 zwischen den beiden Schichten 11 und 12 angeordnet ist. In die Schicht 11 sind Luftkanäle integriert, die eine Luftkühlung im Winterbetrieb ermöglichen.
  • Die Luft für die Luftkühlung der untersten Schicht 11 wird von außen angesaugt, und zwar insbesondere getrennt von dem Bereich mit den Batteriezellen 5. Dadurch können Kondensationsprobleme durch die Außenluft vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich wird Luft aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges mit der Batterie angesaugt. Die Luftkühlung in der untersten Schicht 11 dient zur Kühlung der Kühlplatte 10 selbst. Um den Wärmeübergang zu verbessern, kann die Kühlplatte in dem untersten Bereich 11 mit Kühlrippen versehen sein.
  • Die drei Bereiche 11, 12, 13 werden über eine temperaturabhängige Regelung so geregelt, dass stets eine optimale Temperatur der Batteriezellen 5 sichergestellt wird. Durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 4 wird eine kompakte und hochintegrierte Möglichkeit zur Kühlung und Beheizung von Hochvolt-Batterien in Elektrofahrzeugen beziehungsweise Hybridfahrzeugen bereitgestellt.

Claims (6)

  1. Kühlvorrichtung (4) für eine Batterie (1), mit einem Gehäuse (3), das eine Luftkühlung umfasst, wobei das Gehäuse (3) zusätzlich zu der Luftkühlung eine Flüssigkeitskühlung umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (4) einen ersten Bereich (11) mit der Luftkühlung und einen davon getrennten zweiten Bereich (12) mit der Flüssigkeitskühlung umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (4) einen dritten Bereich (13) mit einer Heizeinrichtung umfasst, wobei die Bereiche (11-13) als Schichten einer plattenförmigen Kühlvorrichtung (4) ausgeführt sind, wobei die Schicht (13) mit der Heizeinrichtung zwischen der Schicht (11) mit der Luftkühlung und der Schicht (12) mit der Flüssigkeitskühlung angeordnet ist.
  2. Kühlvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schicht (12) mit der Flüssigkeitskühlung Batteriezellen (5) angeordnet sind.
  3. Kühlvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als elektrische Heizeinrichtung ausgeführt ist.
  4. Kühlvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) mit der Flüssigkeitskühlung einen Flüssigkeitskühlkreislauf umfasst.
  5. Batterie (1) mit einer Kühlvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  6. Kraftfahrzeug mit einer Batterie (1 nach Anspruch 5.)
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