DE102008059965A1

DE102008059965A1 - Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betreiben einer Li-Ionen Batterie eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102008059965A1
Application number: DE200810059965
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Li-Ionen-Batterie (1) eines Fahrzeuges. Die Batterie (1) weist mehrere Einzelzellen (2) auf, die auf einer Kühlplatte (3) aufgestellt werden, wobei die Kühlplatte (3) in dem Innenraum des zu der Batterie (1) gehörigen Batteriegehäuses (4) angeordnet ist. Die Kühlplatte ist mit einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage des Fahrzeuges Wärme leitend verbunden. Zur Erhöhung der Sicherheit ist in dem Innenraum des Batteriegehäuses (4) CO2-absorbierendes Material (5) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betreiben einer Li-Ionen Batterie eines Fahrzeuges, bei welcher Batterie mehrere Einzelzellen auf einer Kühlplatte aufgestellt sind, die in dem Innenraum des zu der Batterie gehörigen Batteriegehäuses angeordnet und mit einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage des Fahrzeuges Wärme leitend verbunden wird, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 7, wie beides in der Automobilbrache verwendet und hier als bekannt unterstellt wird.
Hochvolt-Batterien für Fahrzeuganwendungen bestehen aus vielen in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, die sich mit der dazugehörenden Elektronik und Kühlung in einem gemeinsamen Batteriegehäuse befinden. Die Einzelzellen, insbesondere Li-Ionen-Einzelzellen, müssen gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme abzuführen. Eine Möglichkeit zur Kühlung der Einzelzellen, ist die Verwendung einer am oder im Zellblock angeordneten und von Klima-Kühlmittel des Fahrzeugkreislaufs durchströmten Kühlplatte. Für zukünftige Anwendungen zum Schutz der Umwelt überlegt, für das Kühlmittel CO2 einzusetzen. Wird die Batterie im Fahrzeuginnenraum eingebaut, bspw. in der Fahrgastzelle und/oder dem Kofferraum, können zur Sicherheit der Fahrzeugpassagiere erhöhte Sicherheitsmaßnahmen erforderlich werden.
So besteht bspw. durch die Lötnähten und die große Fläche vom Druck des Klima-Kühlmittels stark belasteten Batteriekühlers möglicher Weise eine Gefährdung durch Undichtigkeiten. Leckagen des CO2-Klima-Kühlmittels können insbesondere durch einen Drucksensor im Klimasystem und/oder einen Gassensor im Fahrzeuginnenraum erkannt werden. Allerdings kann der CO2-Sensor im Innenraum anfangs möglicherweise nicht ansprechen, da sich bspw. das druckdicht ausgeführte Batteriegehäuse zunächst mit Gas füllt. Beim Bersten oberhalb des Auslegungsdruckes des Batteriegehäuses werden schnell große Mengen von Kohlendioxid frei, so dass trotz Alarmierung durch das plötzliche Auftreten einer hohen Konzentration ebenfalls die Fahrzeuginsassen gefährdet werden.
Aus der US 54 60 900 A1 ist eine Blei-Säure Batterie bekannt, deren dichtend verschlossenes Batteriegehäuse doppelwandig ausgestaltet ist. In dem Innenraum des inneren Gehäuseteils sind mehrere Einzelzellen angeordnet. Der durch die beiden Gehäuseteile gebildete Zwischenraum ist von einem Kühlmittel, insbesondere CO2 durchflossen, wodurch die Abwärme der Einzelzellen nach außen abgeleitet werden kann.
Aus der WO 00/59748 ist eine Sicherungseinrichtung für mit CO2 betriebene Klimaanlagen für Fahrzeuge bekannt, mit dem eine Leckage für ausströmendes CO2 detektiert werden kann. Bei der Ermittelung eines Lecks wird das einströmende Luftvolumen erhöht, wodurch die CO2 Konzentration im Inenraum gesenkt wird. Zusätzlich kann über eine Bypassleitung, in der vorteilhafter Weise ein CO2 absorbierendes Element angeordnet ist, die Innenraumluft ausgeleitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst einfaches und vorzugsweise preiswertes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Li-Ionen Batterie eines Fahrzeuges anzugeben, welcher Batterie mit einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage des Fahrzeuges Wärme leitend verbunden ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 bzw. mit einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Durch die Einbringung von CO2-absorbierenden Materialien in den die einer Kühlplatte zugeordneten Einzelzellen aufweisenden Innenraum des Batteriegehäuses können diese auf einfache und preiswerte Weise im Bedarfsfall austretendes Kohlendioxid im Batteriegehäuse binden, bis der Drucksensor den Verlust anzeigen kann. Gleichzeitig kann hierdurch auch noch die Gefahr eines Berstens des sich bei Leckage langsam mit Kohlendioxid füllenden Batteriegehäuses zumindest weitgehend reduziert, wenn nicht gar ausgeschlossen werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Kohlendioxids mit entsprechenden chemischen Substraten, insbesondere z. B. Calciumhydroxid (Ca(OH)2) und/oder Natri umhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Bariumhydroxid (Ba(OH)2) absorbiert.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird das adsorbierende Material in Behälter oder Beutel gefüllt, wodurch es auf einfache Weise in den Innenraum eingebracht und formflexibel in diesem angeordnet werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können auch im Innenraum angeordnete Bauteile wie Wärmeleitstäbe, Zellengehäuse, Stromleitschienen, Polverbinder, Gehäusewandungen, elektrische Platinen und/oder deren Bestückungen usw. mit dem absorbierenden Material überzogen und/oder beschichtet und/oder deren Ummantelung zumindest teilweise aus diesem Material hergestellt sein.
Besonders bevorzugt wird eine Imprägnierung von meist im Innenraum der Batterie vorgesehenen Wärme-Isolationsmatten mit den absorbieren Materialien, In günstiger Weise Weise werden zur Imprägnierung und/oder zur Beschichtung der Bauteile die adsorbierenden Materialien in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser und/oder Alkohol gelöst, die Bauteile bzw. deren Hüllen ge- oder durchtränkt und anschließend das Lösungsmittelausgetrieben bzw. verdampft.
In günstiger Weise werden für die absorbierenden Materialien Chemikalien verwendet, die ferner hygroskopisch sind, wodurch sie außer dem CO2 noch Feuchtigkeit aus dem Innenraum der Batterie aufnehmen können. Hierdurch können auf einfache und preisgünstige Weise zusätzlich noch Korrosion und Kurzschlüsse verhindert werden.
Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung können den verbleibenden Unteransprüchen entnommen werden. Des Weiteren wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt.
Die einzige Zeichnung zeigt einen konstruktiven Ausführungsvorschlag in vereinfachter/verfälschter Darstellung einer kopfgekühlten Li-Ionen Batterie 1 mit runden Einzelzellen 2.
Obwohl hier nur runde Einzelzellen 2 dargestellt sind, beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf diese, sondern betrifft selbstverständlich auch Batterien 1 mit beliebig geformten Einzelzellen 2.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die von CO2 durchströmte Kühlplatte 3 auf der Polseite 7 der Einzelzellen 2. In Zelllängsrichtung wird die Wärme durch die jeweilige Zellwand einer Einzelzelle 2 geleitet. In bevorzugter Weise nimmt hierbei der Wärme leitende Querschnitt einer Zellwand in Wärmeleitrichtung zu. Am Deckel jeder Einzelzelle 2 befinden die elektrischen Kontakte, die durch Öffnungen, die in der Kühlplatte 3 angeordnet sind, hindurchgeführt und oberhalb dieser mittels Zellverbindern elektrisch verbunden sind.
Zwischen Kühlplatte 3 und Zelldeckel ist insbesondere ein wärmeleitfähiger Formkörper bzw. eine Wärmeleitfolie 8 angeordnet, der gleichzeitig das Zellgehäuse, auf welchem ein Pol liegt, von der Kühlplatte 3 elektrisch isoliert. Zur besseren Wärmekontaktierungen sind die Einzelzellen 2 in günstiger Weise mit ihrer Pol- bzw. Kopfseite 7 auf die Wärmeleitfolie 8 gepresst.
Die Kohlendioxid absorbierenden Materialien 5 sind in länglichen Bauteilen 6 untergebracht, welche insbesondere eine perforierte Außenhülle aufweisen. Für eine einfache Bauweise bzw. zur Vereinfachung der Produktion sind die länglichen Bauteile vorzugsweise an der Kühlplatte 3 angebracht.

1: Batterie
2: Einzelzellen
3: Kühlplatte
4: Batteriegehäuses
5: absorbierende Materialien
6: Bauteile
7: Kopfseite
8: Wärmeleitfolie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5460900 A1 [0004]
- WO 00/59748 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Li-Ionen Batterie (1) eines Fahrzeuges, bei welcher Batterie (1) mehrere Einzelzellen (2) auf einer Kühlplatte (3) aufgestellt werden, welche Kühlplatte (3) in dem Innenraum des zu der Batterie (1) gehörigen Batteriegehäuses (4) angeordnet und mit einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage des Fahrzeuges Wärme leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum des Batteriegehäuse (4) CO2-absorbierende Materialien (5) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als absorbierendes Material (5) Calciumhydroxid (Ca(OH)2) und/oder Natriumhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Bariumhydroxid (Ba(OH)2) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Material in (5) Behälter und/oder Beutel gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum angeordnete Bauteile (6) mit dem absorbierenden Material (5) imprägniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum angeordnete Wärme-Isolationsmatten und/oder Wärmeleitfolien (8) mit dem absorbierenden Material (5) imprägniert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsmatten und/oder Wärmeleitfolien (8) mit in Flüssigkeit gelöstem absorbierenden (5) Material getränkt und anschließend getrocknet werden.
Li-Ionen Batterie (1) für ein Fahrzeug, mit mehreren in dem Innenraum des zu der Batterie (1) gehörigen Batteriegehäuses (4) angeordnet Einzelzellen (2), welche Einzelzellen (2) auf einer Kühlplatte (3) aufgestellt sind, die mit einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage des Fahrzeuges Wärme leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Batteriegehäuse (4) CO2-absorbierende Materialien (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Material (5) Calciumhydroxid (Ca(OH)2) und/oder Natriumhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Bariumhydroxid (Ba(OH)2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Material (5) in Behältern und/oder Beutel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum angeordnete Bauteile (6) mit dem absorbierenden Material (5) imprägniert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum angeordnete Wärme-Isolationsmatten und/oder Wärmeleitfolien (8) mit dem absorbierenden Material (5) imprägniert sind.