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Die
Erfindung betrifft ein Batteriesystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs,
ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Batteriesystems sowie
eine mit einem solchen Batteriesystem ausgestattete Vorrichtung.
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Fahrzeuge
mit einem elektrischen oder hybriden Antrieb sind in der Regel mit
Batteriesystemen ausgestattet zur Speicherung von Energie in elektrochemischer
oder elektrostatischer Form. Diese Energiespeicher sind dazu ausgelegt
große Energiemengen in relativ kurzer Zeit aufnehmen zu
können, etwa von einer Brennstoffzelle oder einem an einen
Verbrennungsmotor oder einem Bremssystem angeschlossenen Generator.
An die Größe der abgegebenen Leistung werden ebenso
hohe Ansprüche gestellt, zum Beispiel bei der Energieversorgung
eines Elektromotors.
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In
den genannten Batteriesystemen werden als Energiespeicher insbesondere
Bleibatterien, Doppelschichtkondensatoren, Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Zink-
oder Lithium-Ionenzellen eingesetzt, welche in den meisten Fällen
in einem gasdichten Metallgehäuse untergebracht sind. Dabei
können Lithium-Ionenzellen auch von einer Aluminiumverbundfolienverpackung
umgeben sein.
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Durch
die großen Energieflüsse im Betrieb eines solchen
Batteriesystems kommt es regelmäßig zu starken
Wärmeentwicklungen in einem derartigen Energiespeicher
und mit diesen zu erheblichen Temperaturschwankungen in einem den
Energiespeicher beinhaltenden Zelleneinbauraum. Damit sich in dem Zelleneinbauraum,
im Folgenden auch als Batteriegehäuse oder einfach als
Gehäuse bezeichnet, aufgrund dieser Temperaturschwankungen
keine starken Druckänderungen entwickeln können,
ist der Zelleneinbauraum in der Regel mit Druckausgleichsöffnungen
ausgestattet. Diese gewährleisten eine gasdurchlässige
Verbindung mit einem Außenraum des Gehäuses und
somit einen Druckausgleich zwischen einem Innenraum und einem Außenraum
des Gehäuses.
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Außer
durch den Energiespeicher selbst können erhebliche Temperaturunterschiede
im Innenraum des Batteriegehäuses auch durch Temperaturschwankungen
des Außenraums des Gehäuses, d. h. in einer Umgebung
des Gehäuses, hervorgerufen werden.
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Ebenso
können signifikante Druckunterschiede innerhalb des Batteriegehäuses
durch Druckunterschiede in der Umgebung des Gehäuses entstehen.
So kann sich etwa ein äußerer Luftdruck aufgrund
eines erfolgten Höhenunterschieds eines Betriebsortes stark ändern,
etwa bei einer Fahrt eines mit einem solchen Batteriesystem ausgestatteten
Fahrzeugs von einem Ort auf einer Meeresspiegelhöhe zu
einem auf einem Berg gelegenen Ort.
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Um
möglichst konstante Betriebseigenschaften des Batteriesystems
zu erreichen, ist es insbesondere entscheidend für möglichst
konstante Temperatur- und Druckverhältnisse in einem Innenraum des
Batteriegehäuses zu sorgen. Um eine möglichst konstante
Temperatur zu gewährleisten werden solche Batteriesysteme
oft mit speziellen Kühlungssystemen ausgestattet. Um mögliche
Druckschwankungen zu minimieren, werden, wie oben bereits beschrieben, Öffnungen
in dem Batteriegehäuse vorgesehen, durch die ein Gasaustausch
mit einem Außenraum des Gehäuses ermöglicht
wird.
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Neben
möglichst konstanten Druck- und Temperaturbedingungen im
Innenraum des Gehäuses ist es außerdem wichtig,
einer Bildung von Kondenswasser entgegenzuwirken. Kondenswasser
entsteht, wenn die Temperatur im Innenraum des Gehäuses
unter eine Taupunkt-Temperatur sinkt. Dies ist insbesondere bei
einer Kühlung durch ein oben genanntes Kühlsystems
möglich. Ferner können spezielle Betriebszustände
der Batterie zu einer Unterschreitung der Taupunkt-Temperatur führen.
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Vorhandenes
Kondenswasser kann im Batteriegehäuse Kurzschlüssen,
eine Korrosion von Kontaktflächen oder anderer metallischer
Bauteile und eine Vereisung bei einer Unterschreitung einer Gefriertemperatur
und ein daraus folgendes Abplatzen von Bauteilen zur Folge haben.
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Um
möglichst gleiche Druckverhältnisse zu gewährleisten
und die Bildung von Kondenswasser zu verhindern, wird in der Druckschrift
DE 10 2007 011 026
A1 vorgeschlagen das Gehäuse mit einer Kühlfalle
auszustatten, so dass das zwischen dem Innenraum und dem Außenraum
durch eine Gehäuseöffnung ausgetauschte Gas möglichst
weitgehend getrocknet wird. Durch diese Trocknung der in dem Batteriegehäuse
enthaltenen Luft wird deren Taupunkt-Temperatur so weit abgesenkt,
dass eine Unterschreitung dieser Temperatur und die damit einhergehende
Kondenswasserbildung nicht mehr oder nur noch sehr selten auftreten
kann.
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Die
Verwendung einer Kühlfalle hat allerdings den wesentlichen
Nachteil, dass sie erhebliche Material-, Konstruktions-, und Wartungskosten
mit sich bringt. Diese werden insbesondere hervorgerufen durch die
Verwendung eines Peltier-Elements zur Kühlung der ausgetauschten
Luft, eines Temperaturfühlers, einer Leitungsvorrichtung
zum Abführen des in der Kühlfalle gebildeten Kondensats
und zum Zuführen von Kühlwasser an das Peltier-Element,
sowie weiterer Bauteile wie Dichtungsringe, Gewinde und verschiedener
Verschlüsse. Durch den resultierenden komplexen und somit
prinzipiell störanfällige Aufbau eines entsprechenden
Batteriesystem ist generell mit einem erhöhten Kosten-,
Wartungs- und Reparaturaufwand zu rechnen.
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Ein
weiterer prinzipieller Nachteil einer Kühlfalle ist ihr
Energieverbrauch und die daraus folgende Einschränkung
ihrer Trocknungleistung auf einen eingeschalteten Betriebszustand
des Batteriesystems mit einer entsprechenden Energieversorgung der
Kühlfalle.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Batteriesystem
mit einem Gehäuse vorzuschlagen, welches einen Druckausgleich
zwischen dem Innen- und dem Außenraum des Gehäuses
ermöglicht sowie der Bildung von Kondenswasser entgegenwirkt,
dabei aber möglichst einfach und kostengünstig
in der Herstellung ist und bei einer langen Lebensdauer nur einen
geringen Wartungsbedarf aufweist. Ferner soll die Bildung von Kondenswasser auch
in einem abgeschalteten Betriebszustand des Batteriesystems weitestgehend
vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 sowie durch
eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 14. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen und Ausführungsformen ergeben sich
mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst mindestens
eine Trocknungseinheit und ein Gehäuse mit mindestens einer
Gehäuseöffnung für einen Austausch eines
Gases zwischen einem Innenraum des Gehäuses, einem Außenraum
des Gehäuses und der Trocknungseinheit, wobei die Trocknungseinheit
einen ein Trocknungsmittel enthaltenen Hohlraum aufweist zur Bindung
einer Feuchtigkeit des Gases in dem Trocknungsmittel.
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Durch
die Bindung der im Gas enthaltenen Feuchtigkeit in dem Trocknungsmittel
wird die Taupunkt-Temperatur des Gases, welches im einfachsten Fall
durch Luft gegeben ist, soweit herabgesenkt, dass ihre Unterschreitung
und die damit einhergehende Bildung von Kondensationswasser weitgehend
vermieden werden. Im Gegensatz zu einer Kondensationstrocknung,
wie beispielsweise durch eine Kühlfalle, wird das Problem
der Abführung von Kondenswasser umgangen. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Bindung der Feuchtigkeit
in dem Trocknungsmittel von einer Energiezufuhr prinzipiell unabhängig
ist. Somit bleibt die Eignung zur Feuchtigkeitsbindung auch bei
einem abgeschalteten Batteriesystem erhalten. Ferner erlaubt die
Verwendung eines Trocknungsmittels einen besonders einfachen Aufbau
der Trocknungseinheit, welche im einfachsten Fall nur einen Hohlraum
für das Trocknungsmittel sowie Öffnungen für
den Gasdurchtritt benötigt, so dass der Kosten- und Wartungsaufwand
minimiert wird.
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Der
Wartungsaufwand eines solchen Batteriesystems ist besonders gering,
wenn, wie in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen,
das Trocknungsmittel ausgelegt ist zur chemischen und/oder physikalischen
Bindung der Feuchtigkeit, wobei im Trocknungsmittel beispielsweise
Adsorptionsprozesse oder chemische Reaktionen ablaufen, sobald es
mit Feuchtigkeit in Kontakt tritt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
dass das Trocknungsmittel ein Natriumsulfat, ein Calciumsulfat (Sikkon),
ein Aluminiumoxid (Levatid), ein Kieselgel (Blaugel), ein Molekularsieb,
ein Aerogel und/oder ein Ton beinhaltet, welche allesamt bewährte
Trocknungsmittel mit besonders günstigen Trocknungseigenschaften
sind.
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Allgemein
ist es günstig, ein regenerierbares Trocknungsmittel vorzusehen,
welches sich durch eine besonders lange Lebensdauer auszeichnet.
Dabei sind solche Trocknungsmittel besonders vorteilhaft, welche
regenerierbar sind durch eine Erwärmung und einem damit
einhergehenden Austreiben der in dem Trockenmittel gebundenen Feuchtigkeit.
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Eine
besonders leicht handhabbare Ausführungsform des Batteriesystems
sieht vor, dass das Trocknungsmittel ein Schüttgut ist
oder geformt ist, insbesondere in zylindrischer oder scheibenförmiger Form,
wodurch sich ein Austausch des Trocknungsmittels wesentlich vereinfacht.
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Eine
besonders effiziente Entfeuchtung des Batteriesystems wird in einer
Weiterentwicklung dadurch erreicht, dass das Gehäuse eingerichtet
ist für einen Umluftbetrieb, in dem eine Gasströmung
innerhalb des Batteriesystems die Trocknungseinheit durchläuft.
Diese Weiterentwicklung sieht insbesondere einen Umluftbetrieb mit
einer Gasströmung entlang eines Weges von einem Innenraum
des Gehäuses durch eine erste Gehäuseöffnung
in eine erste Trocknungseinheit, von der ersten Trocknungseinheit durch
ein vom Batteriesystem beinhalteten Verbindungskanal in eine zweite
Trocknungseinheit und von der zweiten Trocknungseinheit durch die
zweite Gehäuseöffnung zurück in den Innenraum
des Gehäuses. Dabei kann außerdem eine Öffnung
in dem Verbindungskanal vorgesehen sein für einen Gasaustausch
zwischen dem Außenraum des Gehäuses und dem Verbindungskanal.
Auf diese Weise wird Gas, welches durch diese Öffnung von
dem Außenraum in den Verbindungskanal eintritt, durch die Trocknungseinheit
in der zweiten Gehäuseöffnung getrocknet, bevor
es in den Innenraum des Gehäuses gelangen kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
genannte Gasströmung in dem Umluftbetrieb sich auf den
Innenraum des Gehäuses beschränkt für
eine bessere Durchmischung des Gases innerhalb des Innenraums. Eine
solche Gasströmung ist durch eine geeignete Anordnung eines
Ventilators im Innenraum des Gehäuses erzeugbar. Selbstverständlich
kann diese Art des Umluftbetriebs mit dem zuvor beschriebenen Umluftbetrieb
mit einem Verbindungskanal kombiniert werden.
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Um
eine Regeneration des Feuchthaltemittels zu unterstützen
sieht eine weitere Ausführungsform des Batteriesystems
vor, dass die Trocknungseinheit und/oder mindestens eine der mindestens
einen Gehäuseöffnung eine Heizeinheit aufweist
zum Erwärmen des Trocknungsmittels und Austreiben der Feuchtigkeit
aus dem Trocknungsmittel. Dabei kann die Heizeinheit die Gestalt
eines Heizdrahtes haben, welcher innerhalb des Trocknungsmittels
verläuft, oder auch durch ein Heizregister gegeben sein
zur Erwärmung des durch die Trocknungseinheit ausgetauschten
Gases.
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Eine
Weiterentwicklung sieht vor, dass das Gehäuse im Innenraum
und/oder im Außenraum in einer Nähe zur Gehäuseöffnung
mindestens einen Ventilator aufweist zur Erzeugung einer Strömung des
Gases in eine auf die Gehäuseöffnung oder von dieser
weg weisenden Richtung zur Verstärkung des Austauschs des
Gases durch die Gehäuseöffnung in dieser Richtung.
Durch eine geeignete Anordnung ist durch diesen Ventilator auch
der oben genannte Umluftbetrieb erzeugbar.
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Eine
besonders leicht handhabbare Ausführungsform sieht vor,
dass das Gehäuse eine erste und ein zweite Gehäuseöffnung
sowie ein Magazin zur Aufnahme der mindestens einen Trocknungseinheit
aufweist, wobei das Magazin drehbar und/oder verschiebbar ist zum
Leiten des Gases durch unterschiedliche Trocknungseinheiten und/oder
unterschiedliche Bereiche einer Trocknungseinheit. Dabei sieht eine
besonders praktische Weiterentwicklung dieser Ausführungsform
vor, dass das Batteriesystem eine Verstelleinheit aufweist zur Drehung und/oder
Verschiebung des Magazins. Diese kann beispielsweise durch einen
Motor gegeben sein, welcher über einen Riemen, eine Achse
oder ein Getriebe mit dem Magazin verbunden ist.
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Zur
Steuerung evtl. vorhandener Ventilatoren, Heizelementen und/oder
Verstelleinheiten sieht eine Weiterentwicklung vor, dass das Batteriesystem einen
Batteriekontroller beinhaltet oder mit einem Batteriekontroller
verbunden ist, wobei der Batteriekontroller eingerichtet ist zur
Steuerung des Batteriesystems gemäß einer in dem
Batteriekontroller implementierten Betriebsstrategie. Diese implementierte Betriebstrategie
erzeugt Steuersignale, wenn ein bestimmter Betriebszustand bzw.
eine Betriebsbedingung einer in dem Batteriesystem enthaltenen Batterie,
eines an die Batterie angeschlossenen Generators und/oder eines
an die Batterie angeschlossenen Energieverbrauchers, beispielsweise
eines Motors, erreicht wird. Ein solcher Betriebszustand kann beispielsweise
eine Umdrehungszahl eines an das Batteriesystem angeschlossenen
Motors oder Generators sein. Ein entsprechendes Signal kann beispielsweise
eine Schubumkehr des Ventilators, ein Ein- bzw. ein Ausschalten
des Heizelements und/oder das Ansteuern der Verstelleinheit zum
Weiterdrehen des Magazins für Trocknungseinheiten sein.
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Eine
Weiterentwicklung, welche eine besonders gute Kontrolle über
einen Feuchtigkeitsgehalt der mindestens einen Trocknungseinheit
erlaubt, sieht vor, dass das Batteriesystem einen Feuchtigkeitssensor
zur Messung eines Feuchtigkeitsgehalts des in der mindestens einen
Trocknungseinheit enthaltenen Trocknungsmittels umfasst und einen
Batteriekontroller zur Steuerung des Batteriesystems unter Verwendung
von Feuchtigkeitsmessdaten. Ein Batteriekontroller wie oben beschrieben
kann gleichzeitig eingerichtet sein zur Steuerung des Batteriesystems
gemäß einer in dem Batteriekontroller implementierten
Betriebsstrategie, welche evtl. auch die Feuchtigkeitsmessdaten
berücksichtigt. Es kann aber auch ein von dem Batteriekontroller
verschiedenes Steuergerät vorgesehen sein, welches zur
Steuerung des Batteriesystems anhand der Feuchtigkeitsmessdaten
eingerichtet ist.
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In
einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das
Gehäuse bis auf die mindestens eine Gehäuseöffnung
im Wesentlichen luftdicht ist, so dass sichergestellt ist, dass
der Austausch des Gases zwischen dem Innenraum und dem Außenraum
des Gehäuses hauptsächlich durch diese mindestens
eine Gehäuseöffnung geschieht und dass somit in
das Gehäuse eindringendes Gas weitestgehend durch das Trocknungsmittel
getrocknet wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern
und/oder Verbrauchen elektrochemischer Energie umfasst ein erfindungsgemäßes Batteriesystem
oder eine der oben genannten Weiterentwicklungen oder Ausführungsformen
des Batteriesystem. Eine solche Vorrichtung kann ein Fahrzeug, insbesondere
eines mit einem Elektro- oder Hybridantrieb sein, oder auch eine
Windkraftanlage oder eine Solaranlage, also sowohl mobile als auch stationäre
System umfassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines
Batteriesystems umfassend mindestens eine Trocknungseinheit und
ein Gehäuse mit mindestens einer Gehäuseöffnung
für einen Austausch eines Gases zwischen einem Innenraum
des Gehäuses, einem Außenraum des Gehäuses
und der Trocknungseinheit sieht vor, dass ein in einem Hohlraum
der Trocknungseinheit enthaltenes Trocknungsmittel in einem Trocknungsmodus
oder in einem Regenerationsmodus betrieben wird, wobei im Trocknungsmodus
eine Feuchtigkeit des Gases durch das Trocknungsmittel in der Trocknungseinheit gebunden
wird und im Regenerationsmodus die im Trocknungsmittel gebundene
Feuchtigkeit aus dem Trocknungsmittel ausgetrieben wird.
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Der
Bildung von Kondenswasser wird besonders effektiv entgegengewirkt
durch eine Weiterentwicklung des Verfahrens, welche vorsieht, dass
das Batteriesystem in einem Umluftbetrieb verwendet wird. Dieser
Umluftbetrieb kann in vorteilhafter Weise dadurch gegeben sein,
dass durch einen im Außenraum angeordneten Verbindungskanal
Gas von einer ersten Gehäuseöffnung zu einer zweiten
Gehäuseöffnung geleitet wird, so dass das Gas
durch die erste Gehäuseöffnung in den Verbindungskanal
strömt, durch den Verbindungskanal zur zweiten Gehäuseöffnung
und durch diese zurück in den Innenraum des Gehäuses
gelangt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des
Umluftbetriebs sieht vor, dass durch eine geeignete Anordnung eines
oder mehrerer Ventilatoren eine Luftzirkulation im Innenraum des
Gehäuses erzeugt wird für eine verbesserte Durchmischung
sowie zur Vergleichmäßigung einer Temperatur und
eines Feuchtigkeitsgehaltes des Gases im Innenraum des Gehäuses.
Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsformen
des Umluftbetriebes auch miteinander kombiniert werden.
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Eine
andere Weiterentwicklung sieht vor, dass der Wechsel zwischen Trocknungsmodus
und Regenerationsmodus in konstanten zeitlichen Abständen
oder mittels eines Batteriekontrollers gemäß Betriebsbedingungen
durchgeführt wird, wobei durch den Batteriekontroller eine
Betriebsstrategie des Batteriesystems abgearbeitet wird und/oder
Feuchtigkeitsmessdaten eines Feuchtigkeitssensors des Batteriesystems
verarbeitet werden, wobei der Feuchtigkeitssensor die im Trocknungsmittels
gebundene Feuchtigkeit misst. Ferner kann der Wechsel auch durch
ein vom Batteriekontroller getrenntes oder mit ihm verbundenes Steuergerät
durchgeführt werden und dabei möglicherweise die
Feuchtigkeitsmessdaten des Feuchtigkeitssensors des Batteriesystems verarbeitet.
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Ausführungsbeispiele
des Batteriesystems und des Verfahrens zur Betreibung desselben
werden nachfolgend anhand der 1 bis 3 beschrieben.
Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer Trocknungseinheit mit Trocknungsmittel
und einer integrierten Heizeinheit,
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2 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses
eines Batteriesystems mit zwei Gehäuseöffnungen,
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3 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Gehäuses
eines Batteriesystems mit zwei Gehäuseöffnungen
sowie einem Magazin zur Aufnahme zweier Trocknungseinheiten,
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4 eine
schematische Darstellung eines Magazins mit zwei Trocknungseinheiten,
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5 eine
schematische Darstellung eines Magazins mit einer Trocknungseinheit
und
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6 eine
schematische Darstellung eines Batteriesystems in einem Umluftbetrieb.
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In 1 ist
eine Trocknungseinheit 1 schematisch dargestellt, welche
in einem Hohlraum ein Trocknungsmittel 3 zum Binden einer
in einem Gas enthaltenen Feuchtigkeit beinhaltet, wobei in dem dargestellten
Fall das Gas Umgebungsluft ist. Das Gas kann aber prinzipiell auch
durch ein anderes zur Kühlung geeignetes Gas ersetzt werden.
Das Trocknungsmittel 3 beinhaltet einen Ton, welcher durch seine
sehr guten Adsorptionseigenschaften besonders gut zur physikalischen
Bindung der Feuchtigkeit geeignet ist. Desweiteren ist eine im Ton
gebundenen Feuchtigkeit 5 durch Erwärmen des Tons
austreibbar. Auf diese Weise ist das Trocknungsmittel 3 regenerierbar.
Neben Ton ist prinzipiell ein beliebiges anderes Trocknungsmittel
einsetzbar, wobei durch Erwärmung regenerierbare Trocknungsmittel
besonders vorteilhaft sind. So kann das Trocknungsmittel 3 auch ein
Natriumsulfat, ein Calciumsulfat (Sikkon), ein Aluminiumoxid (Levatid),
ein Kieselgel (Blaugel), ein Molekularsieb und/oder ein Aerogel
beinhalten. Ferner kann das Trocknungsmittel 3 auch als
Schüttgut vorliegen. Zur Erwärmung des Trocknungsmittels 3 ist
in die Trocknungseinheit 1 eine Heizeinheit 5 integriert, welche
in diesem Ausführungsbeispiel als ein elektrisch leitender
Heizdraht ausgestaltet ist. Prinzipiell kann eine Erwärmung
des Trocknungsmittels zur dessen Regenerierung auch durch eine Heizeinheit außerhalb
des Trocknungsmittels oder außerhalb der Trocknungseinheit,
etwa durch ein Heizregister, erfolgen. Das Trocknungsmittel 3 ist
ferner zylindrisch geformt und kann auf diese Weise leicht ausgewechselt werden.
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In 2 ist
ein Ausschnitt eines aus Metall bestehenden Gehäuses 6 eines
Batteriesystems mit einer ersten Gehäuseöffnung 7 und
einer zweiten Gehäuseöffnung 7' dargestellt,
wobei in der ersten Gehäuseöffnung 7 eine
erste Trocknungseinheit 1 mit einer ersten Heizeinheit 5 und
in der zweiten Gehäuseöffnung 7' eine
zweite Trocknungseinheit 1' mit einer zweiten Heizeinheit 5' angeordnet
ist. Ferner ist in einem Innenraum 8 des Gehäuses 6 in
einer Nähe zur ersten Gehäuseöffnung 7 ein
erster Ventilator 10 angeordnet zur Erzeugung einer Strömung
des Gases in eine von dieser Gehäuseöffnung 7 weg
weisenden Richtung, gekennzeichnet durch einen Pfeil, zur Verstärkung
des Austauschs des Gases durch diese Gehäuseöffnung 7 in
dieser Richtung. Im Innenraum 8 des Gehäuses 6 ist
außerdem in einer Nähe zur zweiten Gehäuseöffnung 7' ein
zweiter Ventilator 10' angeordnet zur Erzeugung einer Strömung
des Gases in eine auf diese Gehäuseöffnung 7' weisenden
Richtung, gekennzeichnet durch einen Pfeil, zur Verstärkung
des Austauschs des Gases durch diese Gehäuseöffnung 7' in
dieser Richtung. Die erste Heizeinheit 5 ist ausgeschaltet
zur Bindung der im Gas enthaltenen Feuchtigkeit in dem Trocknungsmittel
der ersten Trocknungseinheit 1, wohingegen die zweite Heizeinheit 5' eingeschaltet
ist zum Austreiben der Feuchtigkeit, welche in dem in der zweiten
Trocknungseinheit 1' enthaltenen Trocknungsmittel gebunden
ist. Diese Feuchtigkeit ist auf diese Weise in den Außenraum 9 des
Gehäuses 6 transportierbar.
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Eine
Zeitdauer für das Austreiben der Feuchtigkeit aus dem Trocknungsmittel
ist von einer Temperaturabhängigkeit von Bindungseigenschaften
des Trocknungsmittels und einer Erwärmungstemperatur des
Trocknungsmittels abhängig. In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung ist das Trocknungsmittel
und die Erwärmungstemperatur so aufeinander abgestimmt,
dass die Zeitdauer für das Austreiben der Feuchtigkeit,
also für ein Regenerieren des Trocknungsmittels, möglichst
kurz ist.
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Das
dargestellte Batteriesystem weist einen ersten Feuchtigkeitssensor 11 auf
zur Messung eines Feuchtigkeitsgehalts des in der ersten Trocknungseinheit 1 enthaltenen
Trocknungsmittels sowie einen zweiten Feuchtigkeitssensor 11' zur
Messung eines Feuchtigkeitsgehalts des in der zweiten Trocknungseinheit 1' enthaltenen
Trocknungsmittels. Ferner umfasst das Batteriesystem einen Batteriekontroller (nicht
abgebildet) zur Steuerung des Batteriesystems unter Verwendung von
Feuchtigkeitsmessdaten der beiden Feuchtigkeitssensoren 5, 5'.
Der Batteriekontroller ist beispielsweise eingerichtet zur Erzeugung einer
Schubumkehr der beiden Ventilatoren bei Erreichen eines bestimmten
Feuchtigkeitswertes in einer der beiden Trocknungseinheiten sowie
zum Einschalten bzw. Ausschalten der jeweiligen Heizeinheiten.
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Ferner
ist in dem Batteriesystem ein Akkumulator mit einem Kühlungssystem
zur Kühlung des Akkumulators enthalten (beides nicht abgebildet). Der
Akkumulator basiert in diesem Fall auf Lithium-Ionen Zellen, kann
aber genauso gut Doppelschichtkondensatoren, Nickel-Metallhydrid-
oder Nickel-Zink Zellen beinhalten. Der Akkumulator ist mit dem
Batteriekontroller verbunden, welcher über Sensoren einen
Betriebszustand und/oder eine Temperatur des Akkumulators misst
und das Kühlungssystem steuert.
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In
einer Weiterentwicklung ist der Batteriekontroller ferner zur Messung
der Betriebsbedingungen eines an den Akkumulator angeschlossenen
Motors (nicht abgebildet) mit entsprechenden Sensoren verbunden
(nicht abgebildet). Ferner ist Batteriekontroller eingerichtet zur
Verarbeitung der Messdaten dieser Sensoren und zum Steuern des Batteriesystems
anhand der Messdaten und einer Betriebsstrategie.
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In 3 ist
ein Ausschnitt eines Gehäuses 6 einer speziellen
Ausführungsform eines Batteriesystems dargestellt, wobei
das Gehäuse eine erste Gehäuseöffnungen 7 und
eine zweite Gehäuseöffnung 7' sowie ein
Magazin 12 zur Aufnahme einer ersten Trocknungseinheit 1 und
einer zweiten Trocknungseinheit 1' aufweist, wobei das
Magazin um eine an dem Gehäuse befestigte Drehachse 13 drehbar
ist. Vor der ersten Gehäuseöffnung 7 ist
ein Ventilator 10 angeordnet, mit dem eine Gasströmung
in eine auf die erste Gehäuseöffnung weisende
Richtung erzeugt wird. Das somit in die erste Trocknungseinheit 1 aus
einem Innenraum 8 des Gehäuses 6 strömende
Gas wird durch eine an der ersten Gehäuseöffnung
angebrachten Heizeinheit 5 erwärmt zum Austreiben
einer Feuchtigkeit, welche in einem in der ersten Trocknungseinheit
enthaltenen Trocknungsmittel gebunden ist, in einen Außenraum 9.
Gleichzeitig strömt aufgrund eines Druckausgleichs Gas
durch die zweite Trocknungseinheit 1' und die zweite Gehäuseöffnung 7' vom
Außenraum 9 in den Innenraum 8 des Gehäuses 6,
wobei eine in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit durch ein in der zweiten
Trocknungseinheit 1' enthaltenes Trocknungsmittel gebunden
wird. Somit werden die erste Trocknungseinheit in einem Trocknungsmodus
und die zweite Trocknungseinheit in einem Regenerationsmodus betrieben.
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Das
Magazin ist mit einer Verstelleinheit (nicht abgebildet) verbunden
und wird durch diese gleichmäßigen Zeitintervallen
weitergedreht, so dass die in dem Magazin enthaltenen Trocknungseinheiten
abwechselnd im Trocknungs- und im Regenerationsmodus betrieben werden.
Alternativ kann der Motor und somit der Wechsel zwischen Trocknungsmodus
und Regenerationsmodus auch über einen Batteriekontroller
gesteuert werden wie oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
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Die
Verstelleinheit ist in dieser Ausführungsform durch einen
Motor realisiert, welcher über einen Riemen mit dem Magazin
verbunden ist. Der Motor könnte aber genauso gut über
eine Achse oder ein Getriebe mit dem Magazin verbunden sein.
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In 4 ist
das anhand von 3 beschriebene Magazin 12 zur
Aufnahme der beiden Trocknungseinheiten 1, 1' in
einer Draufsicht schematisch dargestellt. In alternativen Ausführungsformen
enthält das Magazin 12 mehr als zwei Trocknungseinheiten,
wobei diese vorteilhafter Weise rotationssymmetrisch um eine Rotationssymmetrieachse
des Magazins angeordnet sind, so das ein paarweise Betrieb möglich
ist, wobei sich jeweils eine Trocknungseinheit im Regenerationsmodus
und eine andere im Trocknungsmodus befindet.
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Eine
weitere Ausführungsform eines solchen Magazins 12 ist
in 5 schematisch dargestellt. In dieser Ausführungsform
enthält das Magazin 12 nur eine einzige zylindrische
Trocknungseinheit 1, welche zentral im Magazin eingesetzt
ist und einen so großen Durchmesser besitzt, dass durch
sie mindestens zwei Gehäuseöffnungen eines Gehäuses
abdeckbar sind. Ein bevorzugter Betriebsmodus einer derartigen Trocknungseinheit
sieht eine gleichzeitige Verwendung der Trocknungseinheit in einem
Trocknungsmodus und in einem Regenerationsmodus vor. Dabei wird
ein erster Anteil oder Bereich 13 des in der Trocknungseinheit 1 befindlichen
Trocknungsmittel in einem Regenerationsmodus und ein zweiter Anteil
oder Beriech 14 des in der Trocknungseinheit 1 befindlichen
Trocknungsmittels in einem Trocknungsmodus betrieben. Diese Anteile
oder Bereiche 13, 14 sind in 5 mit
einer gestrichelten Umrandung markiert. Durch ein kontinuierliches
Weiterdrehen des Magazins werden auf diese Weise wechselnde Anteile
oder Bereiche des Trocknungsmittels jeweils im Regenrationsmodus
bzw. Trocknungsmodus betrieben.
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In 6 ist
ein Ausschnitt eines Gehäuses 6 einer speziellen
Ausführungsform des Batteriesystems dargestellt, welches
in einem Umluftmodus betrieben wird und somit eine kontinuierliche
Trocknung gewährleistet. Das Gehäuse weist eine
erste Gehäuseöffnungen 7 und eine zweite
Gehäuseöffnung 7' sowie einen Verbindungskanal 15 auf,
welcher die erste Gehäuseöffnungen 7 mit
der zweiten Gehäuseöffnung 7' verbindet.
In der ersten Gehäuseöffnung 7 ist eine
ersten Trocknungseinheit 1 mit einem Trocknungsmittel und
in der zweiten Gehäuseöffnung eine zweite Trocknungseinheit 1' mit
einem Trocknungsmittel enthalten. Vor der ersten Gehäuseöffnung 7 in einem
Innenraum 8 des Gehäuses ist ein Ventilator 10 angeordnet,
mit dem eine Gasströmung in eine auf die erste Gehäuseöffnung
weisende Richtung erzeugt wird. Das somit in die erste Trocknungseinheit 1 aus
einem Innenraum 8 des Gehäuses 6 strömende
Gas wird durch den Verbindungskanals 15 zur zweiten Trocknungseinheit 1' geleitet
und strömt durch diese und durch die zweite Gehäuseöffnung 7' zurück
in den Innenraum 8 des Gehäuses 6. Dabei wird
eine in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit durch das in der ersten
und in der zweiten Trocknungseinheit 1, 1' enthaltene
Trocknungsmittel kontinuierlich gebunden. Es werden somit die erste
Trocknungseinheit wie auch die zweite Trocknungseinheit gleichzeitig
in einem Trocknungsmodus betrieben. Durch zusätzliche Gehäuseöffnungen
und Trocknungseinheiten (hier nicht dargestellt) kann ein besonders
effizienter Druckausgleich mit einem Außenraum des Gehäuses
erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007011026
A1 [0010]
