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WO2017060152A1 - Antriebsbatteriebaugruppe - Google Patents

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Publication number
WO2017060152A1
WO2017060152A1 PCT/EP2016/073283 EP2016073283W WO2017060152A1 WO 2017060152 A1 WO2017060152 A1 WO 2017060152A1 EP 2016073283 W EP2016073283 W EP 2016073283W WO 2017060152 A1 WO2017060152 A1 WO 2017060152A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery cell
drive
electronic unit
cooling device
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
Application number
PCT/EP2016/073283
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Klaffki
Robert Lustig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of WO2017060152A1 publication Critical patent/WO2017060152A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/667—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an electronic component, e.g. a CPU, an inverter or a capacitor
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drive battery assembly for an electric, hybrid or fuel cell motor vehicle.
  • Motor vehicles having an electric drive train usually have a drive battery assembly that has a plurality of battery cells that provide electrical energy for driving the motor vehicle.
  • the drive battery assembly includes an electronics unit that monitors, switches, and / or regulates the electrical output of the battery cells.
  • high electrical power is required, whereby, among other things, heat is also generated in the electronics unit.
  • the object of the invention is to provide a low cost drive battery assembly which has a long life.
  • a drive battery assembly for an electric, hybrid or fuel cell vehicle, with a battery case, at least one accommodated in the battery housing battery cell that can store electrical energy to drive the motor vehicle, housed in a battery housing electronics unit, the at least one battery cell monitors, controls and / or regulates, and an active battery cell cooling device for cooling the battery cell, wherein the electronic unit is coupled via at least one heat conducting device to the battery housing and / or the battery cell cooling device, so that a heat flow from the electronic unit to the battery housing or to the battery cell cooling device can flow.
  • the basic idea of the invention is that the electronic unit is cooled without much additional construction effort, which ensures that the electronic unit is operated in its intended temperature window. Due to the cooling, it is possible to use a cheaper electronic unit using components that do not have to meet high environmental / operating temperature requirements.
  • the cooling of the electronics unit is provided via components of the drive battery assembly, which are usually already provided, which is why no additional components must be installed. In addition, during operation of the drive battery assembly, these components have a lower temperature than the electronics unit, so that a heat flow can flow away from the electronics unit. Since the electronic unit is coupled via a heat conducting device with a correspondingly low thermal resistance and a high thermal conductivity to the corresponding components of the drive battery assembly, the heat dissipation is particularly high.
  • the battery line cooling device which is provided for active cooling of the battery cells anyway. Accordingly, no additional space for a further active cooling device is needed.
  • the battery cell cooling device thus has two functions, since it primarily cools the battery cells and secondarily the electronics unit of the drive battery assembly.
  • the electronics unit can be protected by cold surfaces of the battery Battery housing are cooled, whereby a passive cooling of the electronic unit is provided.
  • the cold surfaces of the battery case may be areas of the battery case that are cooled by the battery cell cooler when it cools the battery cells.
  • a cold surface is an area whose temperature is lower than the operating battery of the drive battery assembly Temperature of the electronics unit is.
  • the electronics unit is coupled to the battery cell cooling device and / or the battery housing via a plurality of heat conducting devices.
  • a larger amount of heat can flow away from the electronics unit in a shorter time, which ensures that the electronics unit is always operated in the intended temperature window.
  • a further aspect provides that the electronics unit is arranged on the inside of the battery housing via the heat-conducting device.
  • the electronics unit is arranged on the inside of the battery housing via the heat-conducting device.
  • the battery housing typically has cold surfaces on its insides, which in particular are cooled by the battery cell cooling device.
  • the electronic unit may be coupled via the heat conducting device to a connection point of the battery cell cooling device, on which the battery cell is at least partially arranged.
  • This connection point can also be a cold surface, which has a lower temperature than the electronics unit during operation of the drive battery assembly, so that a heat flow can flow.
  • connection point can be a support surface on which the battery cell is at least partially arranged.
  • the connection of the electronics unit to the support surface is particularly simple, since the support surface is the interface between the battery cell cooling device and the battery cell and thus is easy to reach.
  • the support surface is also a cold surface, since it serves primarily for cooling the battery cells.
  • the battery cell cooling device has at least one flat, plate-like cooling channel, which runs along a flat side of the battery cell to cool it.
  • the cooling channel is typically flowed through by a cooling medium, which absorbs and dissipates the heat emitted by the battery cell.
  • the bearing surface of the battery cell cooling device is formed by the surface of the cooling channel, which is associated with the battery cell.
  • the heat-conducting device rests against the at least one cooling channel of the battery cell cooling device, i. H. of course, on the canal wall.
  • the cooling channel is usually the coldest point of the battery cell cooling device, since the cooling channel interacts directly with the battery cell to carry away their heat during operation. This ensures that the electronics unit experiences the greatest possible cooling. Due to the shape of the cooling channel is also ensured that the heat-conducting can be connected in a simple manner to this.
  • the heat-conducting device compensates for unevenness and / or tolerances. This may be unevenness and / or tolerances of the electronics unit or the surface to which the heat conducting device is connected, that is to say one surface of the battery housing or of the battery cell cooling device. This ensures that the largest possible possible connection of the heat-conducting is possible, whereby a maximum heat flow can flow.
  • the heat-conducting device may be or have an electrical line of the electronics unit. Accordingly, no additional components are needed to connect the electronics unit to one of the cold surfaces.
  • the electrical line is, for example, a bus bar.
  • a plurality of battery cells are provided, which are combined in at least one battery cell module.
  • the drive battery assembly thereby has a correspondingly higher capacity.
  • the heat conducting device leads from the electronic unit directly to the battery cell cooling device, without intervening with the battery case Having contact, so that the heat conduction from the electronics unit not in the
  • FIG. 1 shows a drive battery assembly according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a drive battery assembly according to the invention according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a drive battery assembly 10 according to a first embodiment which can be used in an electric, hybrid or fuel cell power tool to drive it.
  • the drive battery assembly 10 includes a battery housing 12 (outer housing), which is formed in the illustrated embodiment of an open-topped box-shaped base 14 and a box-closing lid 16.
  • a battery housing 12 outer housing
  • two battery cell modules 18 designed as preassembled units are accommodated in the housing 12, each of which comprises a plurality of battery cells 20 which provide the electrical drive energy for the motor vehicle.
  • the battery cells 20 may be prismatic battery cells that are accommodated, for example, in a bag and arranged one behind the other in the battery cell module 18.
  • the battery cells 20 may be formed in particular as lithium-ion battery cells.
  • an electronic unit 22 is accommodated in the housing 12, which is used for monitoring, control and / or regulation of the battery cell modules 18 and / or the battery cells 20, in particular the electrically emitted or recorded power.
  • the battery cells 22 are assigned a battery cell cooling device 24 which, in the embodiment shown, comprises four cooling channels 26 which lead into the battery housing 12. Through the cooling channels 26, a cooling medium flows, which absorbs the heat generated by the Battenezeilen 20 and transported away. The battery cell cooling device 24 thus actively cools the battery cells 20.
  • cooling channels 26 are assigned to one battery cell module 18.
  • the cooling channels 26 (cooling channel wall including cavity) are flat and plate-shaped and have a support surface 27, over which they extend along a flat underside of the associated battery cell module 18 and thus the battery cells 20.
  • the battery cells 20 are arranged in the battery cell module 18 such that each battery cell 20 is cooled by the cooling channel 26. This is achieved in that the longitudinal direction of the battery cells 20 is perpendicular to the longitudinal direction of the cooling channels 26.
  • the electronic unit 22 is designed with passive cooling, since the electronic unit 22 is connected to a plurality of surfaces 30 of the battery housing 12 via a heat conducting device 28.
  • the surfaces 30 are cold surfaces of the battery case 12, which have a lower temperature than the electronics unit 22 during operation of the drive battery assembly 10 and are far from them, so that a heat flow from the electronics unit 22 to the battery case 12 can flow.
  • the heat conducting device 28 is further connected via a connection surface 32 on the electronic unit 22.
  • the attachment surface 32 may be, for example, a location of the electronics unit 22, which has a particularly high thermal conductivity or a hot spot.
  • the heat generated in the electronic unit 22 is thus discharged via the connection surface 32 to the, in particular metal-comprising heat conducting device 28, which removes the heat to the housing 12.
  • the cold surfaces 30 may be formed on the pot-shaped lower part 14 or the lid 16. Furthermore, specially formed areas of the housing 12 serve for connection of the heat conducting device 28, which have a different, in particular higher, thermal conductivity than the rest of the housing 12.
  • the heat conducting device 28 is arranged on surfaces 30 of the housing 12, which are respectively provided on the inside of the housing 12.
  • the surfaces 30 may be surfaces that are passively cooled by the battery line cooling device 24 when the battery cells 20 are cooled by it, or surfaces where the associated outside of the housing is exposed to the ambient air of the vehicle become. This ensures that the surfaces 30 have a significantly lower temperature than the electronic unit 22, so that a high heat flow can flow, which guarantees good cooling of the electronic unit 22.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the drive battery assembly 10, in which the electronics unit 22 is coupled directly to the battery line cooling device 24 via the heating device 28, without interposing the housing.
  • the 1971ieitvoriques 28 thus extends from the connection surface 32 of the electronic unit 22 directly to a connection point 34 of the battery line cooling device 24, which may be part of one of the cooling channels 26. This ensures that the electronic unit 22 undergoes maximum cooling, since the cooling channel 26 is typically the coldest point of the battery line cooling device 24 because it interacts directly with the battery cells 20.
  • connection point 34 is formed as a projection of the support surface 27 of the cooling channel 26 protruding perpendicularly and protruding with respect to the battery cells, on which the battery cells 20 are arranged. This facilitates the connection of the saltieitvoriques 28 to the cooling channel 26th
  • the entiretyieitvortechnische 28 is guided directly onto the support surface 27 on which the battery cells 20 rest, so that the connection point 34 is laterally adjacent to the battery cells 20. At this Embodiment can then be dispensed with the vertically protruding projection.
  • the electronics unit 22 is cooled by the battery cell cooling device 24, which is provided primarily for cooling the battery cells 20.
  • This cooling is therefore an active cooling of the electronic unit 22, since the battery cell cooling device 24 additionally actively cools the electronic unit 22 in a secondary manner.
  • the support surface 27, as well as the surfaces 30 in the first embodiment, are therefore cold surfaces which have a lower temperature than the electronics unit 22 during operation of the drive assembly 10. As a result, a heat flow leading away from the electronic unit 22 is ensured in each case.
  • the heat-conducting device 28 is designed such that it compensates for unevenness and / or tolerances on the electronic unit 22, the cold surfaces 30 of the battery housing 12 and / or the battery cell cooling device 24, in particular the cooling channels 26. This ensures that a large connection surface of the heat conducting device 28 is created, whereby a maximum heat flow can flow, which has an efficient cooling of the electronic unit 22 result.
  • the heat-conducting device 28 is preferably a component which has a high thermal conductivity and a low thermal resistance, so that the heat of the electronic unit 22 can be removed particularly well.
  • the heat-conducting device 28 may be an electrical line of the electronic unit 22, in particular a busbar.
  • a plurality of heat conducting devices 28 may be provided, which are formed separately from each other.
  • the plurality of heat conducting devices 28 may be arranged on the same connection surface 32 of the electronic unit 22 or on different connection surfaces 32, for example, to improve a spatial heat dissipation of the electronic unit 22.
  • a plurality of heat conducting devices 28 can be provided, which ensure a heat flow to the housing 12 and to the battery cell cooling device 24.
  • a drive battery assembly 10 is provided which allows sufficient cooling of the electronics unit 22 at no additional cost since no additional active cooling components are needed to cool the electronics unit 22.
  • the electronics unit 22 may be provided with cheaper components that should only be operated in a small temperature window, since the cooling of the electronics unit ensures that the temperature window is maintained.

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Abstract

Eine Antriebsbatteriebaugruppe (10) für ein Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenkraftfahrzeug ist beschrieben, mit einem Batteriegehäuse (12), wenigstens einer im Batteriegehäuse (12) untergebrachten Batteriezelle (20), die elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs speichern kann. Zudem weist die Antriebsbatteriebaugruppe (10) eine im Batteriegehäuse (12) untergebrachte Elektronikeinheit (22) auf, die die wenigstens eine Batteriezelle (20) überwacht, steuert und/oder regelt. Ferner ist eine ins Batteriegehäuse (12) führende aktive Batteriezellenkühlvorrichtung (24) zum Kühlen der Batteriezelle (20) vorgesehen. Die Elektronikeinheit (22) ist über wenigstens eine Wärmeleitvorrichtung (28) mit dem Batteriegehäuse (12) oder der Batteriezellenkühlvorrichtung (24) gekoppelt, sodass ein Wärmestrom von der Elektronikeinheit (22) zum Batteriegehäuse (12) bzw. zur Batteriezellenkühlvorrichtung (24) fließen kann.

Description

Antriebs batteriebaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Antriebsbatteriebaugruppe für ein Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenkraftfahrzeug.
Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsstrang haben üblicherweise eine Antriebsbatteriebaugruppe, die mehrere Batterieze!len aufweist, die elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Die Antriebsbatteriebaugruppe umfasst eine Elektronikeinheit, weiche die elektrisch abgegebene oder aufgenommene Leistung der Batteriezellen überwacht, schaltet und/oder regelt. Zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsstrang werden hohe elektrische Leistungen benötigt, wodurch unter anderem auch in der Elektronikeinheit Wärme entsteht. Generell ist es wichtig, dass die Elektronikeinheit in einem für sie vorgesehenen Temperaturfenster betrieben wird, da ihre Lebensdauer ansonsten stark verringert ist.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Elektronikeinheiten derart auszulegen, dass keine Kühlung der Elektronikeinheit nötig ist. Dies geschieht dadurch, dass die verwendeten Bauteile in einem Temperaturfenster dauerhaft betrieben werden können, das während des Betriebs eingehalten wird. Diese Bauteile sind jedoch teuer, da sie höheren Anforderungen hinsichtlich der Umgebungs- /Betriebstemperatur genügen. Des Weiteren sind diese Bauteile auch schwerer, was einen negativen Einfluss auf die Gesamteffizienz des Kraftfahrzeugs hat, da die Antriebsbatteriebaugruppe eine hohe Masse hat.
Alternativ ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Elektronikeinheit mit einer separaten Kühleinheit zu koppeln, welche die Elektronikeinheit aktiv kühlt, beispielsweise mit einer Wasser/Glykol-Mischung. Als nachteilig hat sich hierbei herausgestellt, dass die separate Kühleinheit höhere Kosten verursacht und zudem zusätzliches Gewicht verbaut wird, was ebenfalls die Gesamteffizienz des Kraftfahrzeugs verringert. Darüber hinaus muss ein entsprechender Einbauraum für die separate Kühleinheit geschaffen werden, der üblicherweise nicht zur Verfügung steht. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Antriebsbatteriebaugruppe zu schaffen, die eine lange Lebensdauer hat.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsbatteriebaugruppe für ein Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzeilenkraftfahrzeug gelöst, mit einem Batteriegehäuse, wenigstens einer im Batteriegehäuse untergebrachten Batteriezelle, die elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs speichern kann, einer im Batteriegehäuse untergebrachten Elektronikeinheit, die die wenigstens eine Batteriezelle überwacht, steuert und/oder regelt, und einer ins Batteriegehäuse führenden aktiven Batteriezellenkühlvorrichtung zum Kühlen der Batteriezelle, wobei die Elektronikeinheit über wenigstens eine Wärmeleitvorrichtung mit dem Batteriegehäuse und/oder der Batteriezellenkühlvorrichtung gekoppelt ist, sodass ein Wärmestrom von der Elektronikeinheit zum Batteriegehäuse bzw. zur Batteriezelienkühlvorrichtung fließen kann.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die Elektronikeinheit ohne großen zusätzlichen Bauaufwand gekühlt wird, wodurch sichergestellt ist, dass die Elektronikeinheit in ihrem vorgesehenen Temperaturfenster betrieben wird. Aufgrund der Kühlung ist es möglich, dass eine günstigere Elektronikeinheit verwendet werden kann, bei der Bauteile verwendet werden, die keinen hohen Anforderungen hinsichtlich der Umgebungs-/Betriebstemperatur genügen müssen. Die Kühlung der Elektronikeinheit wird dabei über Komponenten der Antriebsbatteriebaugruppe bereitgestellt, die üblicherweise bereits vorgesehen sind, weshalb keine zusätzlichen Komponenten verbaut werden müssen. Zudem weisen diese Komponenten im Betrieb der Antriebsbatteriebaugruppe eine geringere Temperatur als die Elektronikeinheit auf, sodass ein Wärmestrom von der Elektronikeinheit wegfließen kann. Da die Elektronikeinheit über eine Wärmeleitvorrichtung mit einem entsprechend geringen Wärmewiderstand und einer hohen Wärmeleitfähigkeit an die entsprechenden Komponenten der Antriebsbatteriebaugruppe gekoppelt ist, ist der Wärmeabfluss besonders hoch. Bei den Komponenten der Antriebsbatteriebaugruppe, die zur Kühlung dienen, kann es sich um die Batteriezeilenkühlvorrichtung handeln, welche zur aktiven Kühlung der Batteriezellen ohnehin vorgesehen ist. Demnach wird kein zusätzlicher Bauraum für eine weitere aktive Kühlvorrichtung benötigt. Die Batteriezelienkühlvorrichtung weist demnach zwei Funktionen auf, da sie primär die Batteriezellen und sekundär die Elektronikeinheit der Antriebsbatteriebaugruppe kühlt, Alternativ oder ergänzend kann die Elektronikeinheit durch kalte Flächen des Batteriegehäuses gekühlt werden, wodurch eine passive Kühlung der Elektronikeinheit bereitgestellt ist. Bei den kalten Flächen des Batteriegehäuses kann es sich insbesondere um Flächen bzw. um Bereiche des Batteriegehäuses handeln, welche von der Batteriezellenkühlvorrichtung gekühlt werden, wenn diese die Batteriezellen kühlt Generell stellt eine kalte Fläche eine Fläche dar, deren Temperatur im Betrieb der Antriebsbatteriebaugruppe geringer als die Temperatur der Elektronikeinheit ist.
Insbesondere ist die Elektronikeinheit über mehrere Wärmeleitvorrichtungen mit der Batteriezellenkühlvorrichtung und/oder dem Batteriegehäuse gekoppelt. Hierdurch kann eine größere Wärmemenge von der Elektronikeinheit in kürzerer Zeit abfließen, wodurch sichergestellt ist, dass die Elektronikeinheit stets im vorgesehenen Temperaturfenster betrieben wird.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Elektronikeinheit über die Wärmeleitvorrichtung an der Innenseite des Batteriegehäuses angeordnet ist. Hierdurch ist eine einfache Anbindung der Elektronikeinheit über die Wärmeleitvorrichtung geschaffen, da die Elektronikeinheit innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Batteriegehäuse an seinen Innenseiten typischerweise kalte Flächen auf, die insbesondere von der Batteriezellenkühlvorrichtung gekühlt werden.
Ferner kann die Elektronikeinheit über die Wärmeleitvorrichtung mit einer Anbindungsstelle der Batteriezellenkühivorrichtung gekoppelt sein, an der die Batteriezelle zumindest teilweise angeordnet ist. Bei dieser Anbindungsstelle kann es sich ebenfalls um eine kalte Fläche handeln, die im Betrieb der Antriebsbatteriebaugruppe eine geringere Temperatur als die Elektronikeinheit aufweist, sodass ein Wärmestrom fließen kann.
Beispielsweise kann es sich bei der Anbindungsstelle um eine Auflagefläche handeln, auf der die Batteriezelle zumindest teilweise angeordnet ist. Die Anbindung der Elektronikeinheit an die Auflagefläche ist besonders einfach, da die Auflagefläche die Schnittstelle zwischen der Batteriezellenkühivorrichtung und der Batteriezelle darstellt und somit leicht zu erreichen ist. Die Auflagefläche ist ebenfalls eine kalte Fläche, da sie primär zur Kühlung der Batteriezellen dient.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Batteriezellenkühivorrichtung zumindest einen flachen, plattenartigen Kühlkanal hat, der längs einer Flachseite der Batteriezelle verläuft, um diese zu kühlen. Der Kühlkanal ist typischerweise von einem Kühlmedium durchflössen, das die von der Batteriezelle abgegebene Wärme aufnimmt und abtransportiert. Die Auflagefläche der Batteriezellenkühlvorrichtung ist durch die Oberfläche des Kühlkanals gebildet, die der Batteriezelle zugeordnet ist.
Insbesondere liegt die Wärmeleitvorrichtung an dem zumindest einen Kühlkanal der Batteriezellenkühlvorrichtung an, d. h. natürlich an der Kanalwand. Der Kühlkanal ist üblicherweise die kälteste Stelle der Batteriezellenkühlvorrichtung, da der Kühlkanal direkt mit der Batteriezelle wechselwirkt, um deren Wärme während des Betriebs abzutransportieren. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Elektronikeinheit die größtmögliche Kühlung erfährt. Durch die Formgebung des Kühlkanals ist zudem gewährleistet, dass die Wärmeleitvorrichtung in einfacher Weise an diese angebunden werden kann.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Wärmeleitvorrichtung Unebenheiten und/oder Toleranzen ausgleicht. Hierbei kann es sich um Unebenheiten und/oder Toleranzen der Elektronikeinheit oder der Fläche handeln, an der die Wärmeleitvorrichtung angebunden ist, also einer Fläche des Batteriegehäuses bzw. der Batteriezellenkühlvorrichtung. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine möglichst großflächige Anbindung der Wärmeleitvorrichtung möglich ist, wodurch ein maximal möglicher Wärmestrom fließen kann.
Die Wärmeleitvorrichtung kann eine elektrische Leitung der Elektronikeinheit sein oder aufweisen. Demnach sind keine zusätzlichen Bauteile nötig, um die Elektronikeinheit an eine der kalten Flächen anzubinden. Bei der elektrischen Leitung handelt es sich beispielsweise um eine Stromschiene.
Insbesondere sind mehrere Batteriezellen vorgesehen, die in wenigstens einem Batteriezellenmodul zusammengefasst sind. Die Antriebsbatteriebaugruppe weist dadurch eine entsprechend höhere Kapazität auf. Es können mehrere Batteriezellenmodule vorgesehen sein, denen jeweils eine eigene Batteriezellenkühlvorrichtung zugeordnet ist oder die eine gemeinsame Batteriezellenkühlvorrichtung aufweisen.
Gemäß einer Variante führt die Wärmeleitvorrichtung von der Elektronikeinheit direkt zur Batteriezellenkühlvorrichtung, ohne dazwischen mit dem Batteriegehäuse Kontakt zu haben, sodass die Wärmeleitung von der Elektronikeinheit nicht ins
Batteriegehäuse führt.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen;
- Figur 1 eine erfindungsgemäße Antriebsbatteriebaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- Figur 2 eine erfindungsgemäße Antriebsbatteriebaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In Figur 1 ist eine Antriebsbatteriebaugruppe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt, die in einem Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenkraftf ahrzeug eingesetzt werden kann, um dieses anzutreiben.
Die Antriebsbatteriebaugruppe 10 umfasst ein Batteriegehäuse 12 (Außengehäuse), das in der gezeigten Ausführungsform aus einem nach oben offenen kastenförmigen Unterteil 14 sowie einem den kastenschließenden Deckel 16 ausgebildet ist. In dem Gehäuse 12 sind in der gezeigten Ausführungsform zwei als vormontierte Einheiten ausgeführte Batteriezellenmodule 18 aufgenommen, die jeweils mehrere Batteriezellen 20 umfassen, die die elektrische Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug bereitstellen.
Bei den Batteriezellen 20 kann es sich um prismatische Batteriezellen handeln, die beispielsweise in einem Beutel untergebracht und hintereinander im Batteriezellenmodul 18 angeordnet sind. Die Batteriezellen 20 können insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sein.
Ferner ist im Gehäuse 12 eine Elektronikeinheit 22 aufgenommen, die zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung der Batteriezellenmodule 18 und/oder der Batteriezellen 20 dient, insbesondere der elektrisch abgegebenen oder aufgenommenen Leistung.
Während des Betriebs der Antriebsbatteriebaugruppe 10 entsteht sowohl in den einzelnen Batteriezellen 20 als auch in der Elektronikeinheit 22 Wärme, die abtransportiert werden muss, um eine hohe Lebensdauer der Batteriezellen 20 sowie der Elektronikeinheit 22 zu garantieren, da die Batteriezellen 20 und die Elektronikeinheit 22 nur in einem vorgesehenen Temperaturfenster betrieben werden sollten.
Den Batteriezellen 22 ist hierzu eine Batteriezellenkühlvorrichtung 24 zugeordnet, die in der gezeigten Ausführungsform vier Kühlkanäle 26 umfasst, die in das Batteriegehäuse 12 führen. Durch die Kühlkanäle 26 fließt ein Kühlmedium, welches die von den Battenezeilen 20 erzeugte Wärme aufnimmt und abtransportiert. Die Batteriezellenkühlvorrichtung 24 kühlt die Batteriezelien 20 demnach aktiv.
Von den vier Kühlkanälen 26 sind jeweils zwei Kühlkanäle 26 einem Batteriezellenmodul 18 zugeordnet. Die Kühikanäle 26 (Kühlkanalwand inklusive Hohlraum) sind flach und plattenförmig ausgebildet und weisen eine Auflagefläche 27 auf, über die sie sich entlang einer flachen Unterseite des zugeordneten Batteriezellenmoduls 18 und somit der Batteriezellen 20 erstrecken. Üblicherweise sind die Batteriezellen 20 derart im Batteriezellenmodul 18 angeordnet, dass jede Batteriezelle 20 vom Kühlkanal 26 gekühlt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Längsrichtung der Batteriezellen 20 senkrecht zur Längsrichtung der Kühlkanäle 26 ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Elektronikeinheit 22 hingegen mit einer passiven Kühlung ausgebildet, da die Elektronikeinheit 22 über eine Wärmeleitvorrichtung 28 an mehreren Flächen 30 des Batteriegehäuses 12 angebunden ist.
Bei den Flächen 30 handelt es sich um kalte Flächen des Batteriegehäuses 12, die im Betrieb der Antriebsbatteriebaugruppe 10 eine geringere Temperatur als die Elektronikeinheit 22 aufweisen und weit von ihnen entfernt sind, sodass ein Wärmestrom von der Elektronikeinheit 22 zum Batteriegehäuse 12 fließen kann. Die Wärmeleitvorrichtung 28 ist ferner über eine Anbindungsfläche 32 an der Elektronikeinheit 22 angebunden. Bei der Anbindungsfläche 32 kann es sich beispielsweise um eine Stelle der Elektronikeinheit 22 handeln, die eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit oder einen Hot-Spot aufweist.
Die in der Elektronikeinheit 22 erzeugte Wärme wird somit über die Anbindungsfläche 32 an die, insbesondere Metall aufweisende Wärmeleitvorrichtung 28 abgegeben, die die Wärme zum Gehäuse 12 abtransportiert.
Die kalten Flächen 30 können an dem topfförmigen Unterteil 14 oder dem Deckel 16 ausgebildet sein. Ferner können speziell ausgebildete Bereiche des Gehäuses 12 zur Anbindung der Wärmeleitvorrichtung 28 dienen, die eine andere, insbesondere höhere, Wärmeleitfähigkeit als der Rest des Gehäuses 12 haben.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Wärmeleitvorrichtung 28 an Flächen 30 des Gehäuses 12 angeordnet, die jeweils an der Innenseite des Gehäuses 12 vorgesehen sind. Bei den Flächen 30 kann es sich insbesondere um Flächen handeln, die von der Batteriezeilenkühlvorrichtung 24 passiv gekühlt werden, wenn die Batteriezellen 20 von dieser gekühlt werden, oder um Flächen, an denen die zugeordneten Außenseiten des Gehäuses von der Umgebungsluft des Fahrzeugs beaufschlagt bzw. umströmt werden. Dies gewährleistet, dass die Flächen 30 eine deutlich niedrigere Temperatur als die Elektronikeinheit 22 haben, sodass ein hoher Wärmestrom fließen kann, der eine gute Kühlung der Elektronikeinheit 22 garantiert.
Es ist somit eine passive Kühlung der Elektronikeinheit 22 geschaffen, die keine zusätzlichen aktiven Kühlbauteile benötigt, wodurch Kosten eingespart werden können.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebsbatteriebaugruppe 10 gezeigt, bei der die Elektronikeinheit 22 über die Wärmeieitvorrichtung 28 direkt, ohne Zwischenschaltung des Gehäuses mit der Batteriezeilenkühlvorrichtung 24 gekoppelt ist.
Die Wärmeieitvorrichtung 28 erstreckt sich demnach von der Anbindungsfläche 32 der Elektronikeinheit 22 unmittelbar bis zu einer Anbindungsstelle 34 der Batteriezeilenkühlvorrichtung 24, die Teil von einem der Kühlkanäle 26 sein kann. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Elektronikeinheit 22 eine maximale Kühlung erfährt, da der Kühlkanal 26 typischerweise die kälteste Stelle der Batteriezeilenkühlvorrichtung 24 ist, weil dieser direkt mit den Batteriezellen 20 wechselwirkt.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Anbindungsstelle 34 als senkrecht vorstehender und gegenüber den Batteriezellen abstehender Vorsprung der Auflagefläche 27 des Kühlkanals 26 ausgebildet, auf dem die Batteriezellen 20 angeordnet sind. Hierdurch erleichtert sich die Anbindung der Wärmeieitvorrichtung 28 an den Kühlkanal 26.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wärmeieitvorrichtung 28 direkt auf die Auflagefläche 27 geführt wird, auf der die Batteriezellen 20 aufliegen, sodass die Anbindungsstelle 34 seitlich neben der Batteriezellen 20 ist. Bei dieser Ausführungsform kann auf den senkrecht abstehenden Vorsprung dann verzichtet werden.
Es ist somit eine kostengünstige Antriebsbaugruppe 10 geschaffen, die eine Kühlung der Elektronikeinheit 22 ohne zusätzliche aktive Kühlbauteile ermöglicht, Die Elektronikeinheit 22 wird von der Batteriezellenkühlvorrichtung 24 gekühlt, die primär zur Kühlung der Batteriezellen 20 vorgesehen ist. Bei dieser Kühlung handelt es sich demnach um eine aktive Kühlung der Elektronikeinheit 22, da die Batteriezellenkühlvorrichtung 24 in sekundärer Weise zusätzlich die Elektronikeinheit 22 aktiv kühlt.
Bei der Auflagefläche 27 handelt es sich demnach ebenso wie bei den Flächen 30 in der ersten Ausführungsform um kalte Flächen, die eine geringere Temperatur als die Elektronikeinheit 22 im Betrieb der Antriebsbaugruppe 10 haben. Hierdurch ist jeweils ein von der Elektronikeinheit 22 wegführender Wärmestrom sichergestellt.
Generell ist die Wärmeleitvorrichtung 28 derart ausgebildet, dass sie Unebenheiten und/oder Toleranzen an der Elektronikeinheit 22, den kalten Flächen 30 des Batteriegehäuses 12 und/oder der Batteriezellenkühlvorrichtung 24, insbesondere der Kühlkanäle 26, ausgleicht. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine große Anbindungsfläche der Wärmeleitvorrichtung 28 geschaffen ist, wodurch ein maximaler Wärmestrom fließen kann, der eine effiziente Kühlung der Elektronikeinheit 22 zur Folge hat.
Bei der Wärmeleitvorrichtung 28 handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen Wärmewiderstand aufweist, sodass die Wärme der Elektronikeinheit 22 besonders gut abtransportiert werden kann. Beispielsweise kann es sich bei der Wärmeleitvorrichtung 28 um eine elektrische Leitung der Elektronikeinheit 22 handeln, insbesondere eine Stromschiene.
Allgemein können auch mehrere Wärmeleitvorrichtungen 28 vorgesehen sein, die separat voneinander ausgebildet sind. Die mehreren Wärmeleitvorrichtungen 28 können an derselben Anbindungsfläche 32 der Elektronikeinheit 22 angeordnet sein oder an verschiedenen Anbindungsflächen 32, um beispielsweise eine räumliche Wärmeableitung der Elektronikeinheit 22 zu verbessern. Insbesondere können mehrere Wärmeleitvorrichtungen 28 vorgesehen sein, die einen Wärmestrom zum Gehäuse 12 und zur Batteriezellenkühlvorrichtung 24 gewährleisten. Es ist somit eine Antriebsbatteriebaugruppe 10 geschaffen, die eine ausreichende Kühlung der Elektronikeinheit 22 ohne zusätzliche Kosten ermöglicht, da keine zusätzlichen aktiven Kühlbauteile zur Kühlung der Elektronikeinheit 22 benötigt werden. Darüber hinaus kann die Elektronikeinheit 22 mit günstigeren Bauteilen versehen sein, die lediglich in einem kleinen Temperaturfenster betrieben werden sollten, da die Kühlung der Elektronikeinheit gewährleistet, dass das Temperaturfenster eingehalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsbatteriebaugruppe (10) für ein Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenkraftfahrzeug, mit einem Batteriegehäuse (12), wenigstens einer im Batteriegehäuse (12) untergebrachten Batteriezelle (20), die elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs speichern kann, einer im Batteriegehäuse (12) untergebrachten Elektronikeinheit (22), die die wenigstens eine Batteriezelle (20) überwacht, steuert und/oder regelt, und einer ins Batteriegehäuse (12) führenden aktiven Batteriezellenkühlvorrichtung (24) zum Kühlen der Batteriezelle (20), wobei die Elektronikeinheit (22) über wenigstens eine Wärmeleitvorrichtung (28) mit dem Batteriegehäuse (12) und/oder der Batteriezellenkühlvorrichtung (24) gekoppelt ist, sodass ein Wärmestrom von der Elektronikeinheit (22) zum Batteriegehäuse (12) bzw. zur Batteriezellenkühlvorrichtung (24) fließen kann.
2. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (22) über mehrere Wärmeleitvorrichtungen (28) mit der Batteriezellenkühlvorrichtung (24) und/oder dem Batteriegehäuse (12) gekoppelt ist.
3. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (22) über die Wärmeleitvorrichtung (28) an der Innenseite des Batteriegehäuses (12) angeordnet ist.
4. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (22) über die Wärmeleitvorrichtung (28) mit einer Anbindungsstelle (34) der Batteriezellenkühlvorrichtung (24) gekoppelt ist, an der die Batteriezelle (20) zumindest teilweise angeordnet ist.
5. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenkühlvorrichtung (24) zumindest einen flachen, plattenartigen Kühlkanal (26) hat, der längs einer Flach seite einer Batteriezelle (20) verläuft, um diese zu kühlen.
6. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (28) an dem zumindest einen Kühlkanal (26) der Batteriezellenkühlvorrichtung (24) anliegt.
7. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (28) Unebenheiten ausgleicht.
8. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (28) eine elektrische Leitung der Elektronikeinheit ist oder aufweist.
9. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Batteriezeilen (20) vorgesehen sind, die in wenigstens einem Batteriezellenmodul (18) zusatnmengefasst sind,
10. Antriebsbatteriebaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (28) von der Elektronikeinheit (22) direkt zur Batteriezellenkühlvorrichtung (24) führt, ohne dazwischen mit dem Batteriegehäuse (12) Kontakt zu haben.
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