DE102009035480A1

DE102009035480A1 - Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102009035480A1
Application number: DE102009035480A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Friebe; Thomas Dr. Rer. Nat. Soczka-Guth
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterie. Die Batterie ist dabei in mehrere Batteriemodule (1, 2) aufgeteilt. Die Batteriemodule (1, 2) sind elektrisch parallel geschaltet. Außerdem sind Kühleinrichtungen zur aktiven Kühlung der Batteriemodule (1, 2) vorgesehen. Erfindungsgemäß sind ferner Mittel vorgesehen, durch welche die Kühlung der Batteriemodule (1, 2) jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustands und insbesondere des Innenwiderstandes (R) beeinflussbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie mit dem Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 9.
In elektrischen Antriebssträngen, und hier insbesondere bei reinen Elektrofahrzeugen, ist die Reichweite des Fahrzeugs im Wesentlichen von der gespeicherten elektrischen Energie abhängig. Auch bei Hybridfahrzeugen trifft dies insoweit zu, als die Reichweite ohne Zuschaltung des Verbrennungsmotors und damit die Reichweite, ohne vor Ort Emissionen zu erzeugen, von der Menge der gespeicherten elektrischen Energie abhängt. Mit der Zielvorgabe, eine möglichst hohe Reichweite zu realisieren, also die Menge an gespeicherter elektrischer Energie zu erhöhen, ist man im Allgemeinen bestrebt, alle möglichen verfügbaren Bauräume mit elektrischen Energiespeichern in Form von Batterien auszurüsten. Um eine möglichst ideale Ausnutzung vorhandener Bauräume zu erreichen und dabei die Kosten für die Batterie möglichst gering zu halten, ist man bestrebt, die Batterie modular aufzubauen.
Auf der anderen Seite gibt es entsprechende Vorgaben, insbesondere aus der Leistungselektronik, welche eine Erhöhung der Spannung begrenzen. So sind typischerweise 420 V oder 900 V als begrenzende Spannungen bei der Leistungselektronik üblich. Aus diesem Grund müssen die eingesetzten Batteriemodule parallel oder zumindest in Blöcken parallel verschaltet werden, um diese Spannungsgrenze nicht zu überschreiten.
Nun ist es bei parallel geschalteten Batterien so, dass der Strom den Weg des geringsten Widerstandes, also des geringsten Innenwiderstandes, nimmt. Dies kann über die Betriebsdauer der Batterie zu einem starken Auseinanderlaufen der Innenwiderstände und damit der Kapazitäten und der Ladezustände der einzelnen Batterien bzw. Batteriemodule führen. Anders als bei einer seriellen Verschaltung von Batterien oder Batterieeinzelzellen, bei denen der Stromfluss durch jede Zelle gleich ist, kommt es also bei einer parallelen Verschaltung in der Praxis zu unterschiedlichen Stromflüssen in den unterschiedlichen Batteriemodulen. Dies wird zu einer unterschiedlichen Belastung und damit zu einer unterschiedlichen Alterung der Batteriemodule führen. Die unterschiedliche Alterung der einzelnen Batteriemodule, welche parallel zueinander verschaltet sind, führt also zu einer ungleichen Verteilung der Innenwiderstände und der Kapazität in den einzelnen Batteriemodulen. Dadurch kommt es wiederum zu einer ungleichen Verteilung des in den Batteriemodulen fließenden Stroms. Dies führt, zumindest im Fall der Abnahme der Kapazität, zu einem selbstbeschleunigenden Effekt.
Da die Batterien bzw. die Batteriemodule in einem Elektrofahrzeug oder auch in einem Hybridfahrzeug einen nicht unerheblichen Teil der Investition in das Neufahrzeug darstellen, ist außerdem eine möglichst lange Lebensdauer der Batterien anzustreben. Die oben beschriebenen Effekte wirken einer solchen, angestrebten langen Lebensdauer jedoch massiv entgegen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie anzugeben, welche aus mehreren parallel verschalteten Batteriemodulen besteht, welche die oben genannten Probleme vermeidet und damit eine hohe Lebensdauer der Batterie ermöglicht. Ferner ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben, welches den Betrieb einer Batterie aus mehreren parallel verschalteten Batteriemodulen in der Art ermöglicht, dass Alterungseffekte weitgehend ausgeglichen und eine gleichmäßige Belastung der einzelnen Batteriemodule erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Batterie ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 10 bis 20.
Die erfindungsgemäße Batterie weist Mittel auf, durch welche die Kühlung der Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes beeinflussbar ist. Wie oben bereits erläutert, laufen bei der Parallelverschaltung von Batteriemodulen Innenwiderstand, Kapazität und Alterung der einzelnen Batteriemodule sehr leicht auseinander. Der Innenwiderstand als typisches und einfach zu messendes Maß für die Alterung hängt von der Temperatur der Batterie ab. Da derartige Hochleistungsbatterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, ohnehin über eine aktive Kühlung, beispielsweise mit einem wässrigen Kühlmittel auf der Basis von Wasser und Frostschutz, oder einer Direktkühlung mit einem Klimamedium einer Klimaanlage, beispielsweise R744 oder R134a, verfügen, können die einzelnen Batteriemodule leicht entsprechend ihrem Alterungszustand gekühlt werden. Die erfindungsgemäßen Mittel sorgen dann dafür, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes entsprechend beeinflussbar ist.
Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, durch die erfindungsgemäßen Mittel Kühlmittelströme auf die einzelnen Batteriemodule entsprechend aufzuteilen, oder die Batteriemodule bzw. deren Kühleinrichtungen über entsprechend schaltbare Leitungen so seriell nacheinander zu durchströmen, dass das Batteriemodul, welches am stärksten gekühlt werden soll, zuerst durchströmt wird, während das Batteriemodul, das weniger stark gekühlt werden soll, am Ende durchströmt wird. Außerdem wäre es selbstverständlich denkbar, auch die Vorlauftemperatur der Kühlung entsprechend zu beeinflussen, beispielsweise durch eine Bypassführung um den Kühlkreislauf, sodass jedes der Batteriemodule mit einer individuellen Vorlauftemperatur seines Kühlmediums angeströmt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht entsprechend vor, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes erfolgt. Hierfür gilt im Wesentlichen das, was schon oben, bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Batterie, entsprechend gesagt wurde.
Als Maß für die Alterung kann gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise die Größe des Innenwiderstandes verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, in einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens über die Lebensdauer des Batteriemoduls bestimmte Werte zu erfassen und zu speichern, beispielsweise die Verläufe von Temperatur und/oder Belastung des jeweiligen Batteriemoduls. Aus diesen über die Lebensdauer des Batteriemoduls gespeicherten Daten kann dann der Alterungszustand entsprechend abgeschätzt, also rechnerisch ermittelt werden. Die Kühlung kann dann in Abhängigkeit dieses Alterungszustands erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen, welche anhand der beigefügten Figuren näher erläutert sind.
Dabei zeigen:
1 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Innenwiderstands einer Batterie von der Temperatur;
2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; und
6 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie.
In 1 sind Messwerte des Innenwiderstandes R_i über der Temperatur T einer Batterie bzw. eines Batteriemoduls dargestellt. Die beiden Kurven zeigen Messwerte unterschiedlicher Batteriemodule, wobei sehr deutlich zu erkennen ist, dass die Abhängigkeit annähernd demselben Verlauf folgt, auch wenn die absoluten Werte des Innenwiderstands R_i geringfügig abweichen. Dieses Verhalten des Innenwiderstandes R_i, als wesentliches Maß für die Alterung einer Batterie, macht man sich nun zunutze, um bei parallel geschalteten Batteriemodulen 1, 2 eine entsprechende Kühlung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes zu realisieren. Als Maß für den Alterungszustand kann dabei neben dem Innenwiderstand R_i auch ein anderer Wert genutzt werden, beispielsweise ein Wert, welcher sich über eine kontinuierliche Speicherung und Fortschreibung von beispielsweise Temperatur und/oder Belastungsverläufen der einzelnen Batteriemodule 1, 2 rechnerisch ermitteln lässt.
In 2 ist nun ein Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie dargestellt. Dieser zeigt im Wesentlichen das erstes Batteriemodul 1 und das zweites Batteriemodul 2. Diese sind elektrisch parallel geschaltet, was in den Figuren so nicht näher dargestellt ist. Eine solche Parallelschaltung von Batteriemodulen wird jedoch als allgemein bekannt und geläufig vorausgesetzt.
Die Batteriemodule 1, 2 sollen dabei jeweils als Lithium-Ionen-Batterien ausgebildet sein. Diese sind über eine hier nicht explizit dargestellte Kühleinrichtung aktiv kühlbar. Auch eine solche Kühleinrichtung ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Sie kann beispielsweise als Kühlplatte ausgebildet sein, welche auf einer Seite der Batterieeinzelzellen eines solchen Batteriemoduls 1, 2 angeordnet ist. Beispielsweise können die Batterieeinzelzellen als Rahmenflachzellen ausgebildet sein, welche auf einer solchen Kühlplatte angeordnet sind. Über wärmeleitende Elemente, wie beispielsweise metallische Hüllbleche der Rahmenflachzellen, kann die Wärme aus den Batterieeinzelzellen in den Bereich dieser Kühleinrichtung abgeführt werden. Die Batterieeinzelzellen des Batteriemoduls 1, 2 sind dabei seriell verschaltet, sodass durch sie jeweils der gleiche Strom fließt. Beispielhaft soll für den Aufbau einer derartigen Batterie auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 063 179.2 verwiesen werden.
In den Figuren ist neben den Batteriemodulen 1, 2 außerdem ein Kühlkreislauf 3 zu erkennen, welcher im Wesentlichen aus einer entsprechenden Verrohrung, einer Kühlmittelfördereinrichtung 4 und einem Kühlwärmetauscher 5 zum Abgeben der durch ein Kühlmedium aufgenommenen Energie, beispielsweise an die Umgebung, besteht. Der Kühlkreislauf 3 selbst kann beispielsweise von einem wässrigen Kühlmittel durchströmt werden, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, wie Diethylenglykol. Daneben wäre auch eine Direktkühlung über ein Klimamedium, wie beispielsweise R744, R134a oder CO₂, denkbar. In diesem Fall würde das Klimamedium dann im Bereich der Batteriemodule 1, 2 entsprechend verdampfen. Auch hier ist eine entsprechende Verdichtung und Rückkühlung des Klimamediums notwendig, sodass im Wesentlichen ein vergleichbarer Aufbau des Kühlkreislaufs 3 entstehen würde. In den Ausführungsbeispielen, welche hier dargestellt sind, soll zur Vereinfachung jeweils auf einen Kühlkreislauf mit einem wässrigen Kühlmittel zurückgegriffen werden. Es ist dabei für den Fachmann klar und selbstverständlich, dass die Aufbauten analog auch bei der Verwendung von Klimamedien, welche im Bereich der Batteriemodule 1, 2 verdampfen oder zumindest teilweise verdampfen, analog angewendet werden können.
In der Darstellung der 2 sind die beiden Batteriemodule 1, 2 nun parallel in den Kühlkreislauf 3 eingebunden. Jeder der Kühlstränge für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 weist dabei eine eigene Ventileinrichtung 6, 7 auf. Diese Ventileinrichtung 6, 7 kann beispielsweise als regelbares Ventil ausgebildet sein, dessen Durchflussmenge kontinuierlich einstellbar ist. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, einen Aufbau zu realisieren, bei dem die Ventileinrichtungen 6, 7 als getaktete Ventile ausgebildet sind. In diesem Fall würde sich die Durchflussmenge durch die einzelnen Stränge des Kühlkreislaufs 3 beispielsweise durch eine Batteriemodulation des Pulsweitenverhältnisses der Taktung bei einzelnen Ventileinrichtungen 6, 7 einstellen lassen.
Damit ist es nun möglich, über die Ventileinrichtungen 6, 7 den Volumenstrom des Kühlmittels für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 über die Ventileinrichtungen 6, 7 individuell anzupassen. Daher kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtungen 6, 7 eine gezielte Kühlung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 unabhängig voneinander erfolgen. Beim erfindungsgemäßen Aufbau wird die Ansteuerung der Ventileinrichtungen 6, 7 nun in Abhängigkeit der Alterung der Batteriemodule 1, 2 gesteuert oder geregelt. So wird beispielsweise der Innenwiderstand R_i der einzelnen Batteriemodule 1, 2 gemessen und dem Batteriemodul 1, 2 mit dem geringeren Innenwiderstand R_i wird eine größere Menge an Kühlmittel zugeleitet, sodass eine stärkere Kühlung erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass die Innenwiderstände R_i der Batteriemodule 1, 2 sich aneinander angleichen und damit wieder ein gleichmäßiger Stromfluss und eine gleichmäßige Belastung der beiden Batteriemodule 1, 2 erreicht werden kann. Durch diesen gleichmäßigeren Stromfluss in den beiden Batteriemodulen 1, 2 wird eine weitere Verringerung des Innenwiderstands bzw. der Kapazitäten verhindert, sodass die Batterien gleichmäßig belastet werden und damit gleichmäßig altern. Der Aufbau der Batterie insgesamt kann somit eine längere Lebensdauer erreichen.
In 3 ist nun eine alternative Ausführungsform dargestellt. Anstelle der Ventileinrichtungen 6, 7 wird hier ein Proportionalventil 8, als Drei-Wege-Ventil, eingesetzt. Ansonsten ist der Aufbau in der Darstellung der 3 mit dem der 2 identisch. Über das Proportionalventil 8 kann nun ebenfalls der Volumenstrom des Kühlmittels beispielsweise anhand des Verhältnisses der Innenwiderstände R_i der Batteriemodule 1, 2 auf die jeweiligen Batteriemodule 1, 2 aufgeteilt werden. Hierdurch wird wiederum eine gleichmäßigere Belastung bzw. Ladung und Entladung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 der Batterie erreicht, sodass die Batterie insgesamt eine höhere Lebensdauer erreicht.
In der Darstellung der 4 ist nun ein etwas anderer Aufbau des Kühlkreislaufs 3 zu erkennen. Die einzelnen Batteriemodule 1, 2 sind bei der Ausführung gemäß 4 nicht parallel zueinander von dem Kühlmittel durchströmt, sondern sind seriell hintereinander geschaltet und werden von dem Kühlmittel in einer vorgegebenen Reihenfolge durchströmt. Hierfür sind entsprechende Verrohrungen mit mehreren Ventileinrichtungen 9, 10 sowie 11, 12 vorgesehen. Durch diese Ventileinrichtungen 9, 10, 11, 12, welche beispielsweise als Magnetventile ausgebildet sein können, kann die Reihenfolge der Durchströmung der Batteriemodule 1, 2 entsprechend angepasst werden. Ist beispielsweise die Ventileinrichtung 9 geöffnet, während die Ventileinrichtung 10 geschlossen ist, so kommt es bei gleichzeitiger geöffneter Ventileinrichtung 11 und geschlossener Ventileinrichtung 12 zu einer Durchströmung der Batteriemodule 1, 2 in der Reihenfolge, dass zuerst das erste Batteriemodul 1 durchströmt wird, während danach das zweite Batteriemodul 2 durchströmt wird. Wird der Zustand aller vier Ventile 9, 10, 11, 12 nun geändert, so strömt das Kühlmittel zuerst über die Ventileinrichtung 10 durch das zweite Batteriemodul 2 und dann durch das erste Batteriemodul 1, und zwar in umgekehrter Reihenfolge und Strömungsrichtung wie zuvor. Erst dann strömt das Kühlmittel über die Ventileinrichtung 12 wieder zurück zur Kühlmittelfördereinrichtung 4. Durch ein Schalten der hier dargestellten Ventileinrichtungen 9, 10 und 11, 12 kann also eine Umkehr der Strömung erreicht werden. Bei diesem Aufbau, welcher in seiner konstruktiven Ausgestaltung rein beispielhaft zu verstehen ist, wird also erreicht, dass die Batteriemodule 1, 2 in einer vorgegebenen Reihenfolge durchströmt werden. Kommt es nun zu einem entsprechenden Auseinanderlaufen der Innenwiderstände R_i der Batteriemodule 1, 2 so kann die Reihenfolge der Durchströmung dem Verhältnis der Innenwiderstände R_i angepasst werden. Insbesondere soll das Batteriemodul 1, 2 mit dem geringeren Innenwiderstand R_i zuerst durchströmt werden, also vom kälteren Kühlmittel gekühlt werden, als das Batteriemodul 2, 1 mit dem höheren Innenwiderstand R_i. Passen sich die Innenwiderstände R_i aneinander an, oder kehrt sich das Verhältnis der Innenwiderstände R_i um, so wird auch die Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 ebenso angepasst oder umgekehrt.
Eine weitere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Aufbaus der Batterie ist in 5 zu erkennen. Auch hier werden die Batteriemodule 1, 2 von dem Kühlmittel seriell durchströmt. Dabei ist um das erste Batteriemodul 1 jedoch eine Bypassleitung 13 mit einer Ventileinrichtung 14 realisiert. Durch diese Bypassleitung 13 kann je nach Öffnung des Ventils 14, welches wiederum als getaktetes Ventil oder als Proportionalventil ausgeführt sein kann, ein entsprechendes Umströmen des Batteriemoduls 1 von dem kalten Kühlmittel erreicht werden. Nach dem Durchströmen des ersten Batteriemoduls 1 wird das durch das Batteriemodul 1 strömende Kühlmittel mit dem durch die Bypassleitung 13 strömenden Kühlmittel wieder vermischt, bevor es das zweite Batteriemodul 2 durchströmt. Dadurch ist die Temperatur des Kühlmittels beim Einströmen in das zweite Batteriemodul 2 bis zu einem gewissen Grad durch das Ventil 14 in der Bypassleitung 13 anpassbar. Ebenso wird durch die Bypassleitung 13 und das Ventil 14 die im Bereich des ersten Batteriemoduls 1 realisierte Kühlleistung angepasst. Alternativ oder ergänzend könnte eine weitere Bypassleitung samt Ventil auch um das zweite Batteriemodul 2 vorgesehen werden, um auch hier die realisierte Kühlleistung anpassen zu können. Auch die Anpassungen in diesem konstruktiven Ausführungsbeispiel sollen wiederum in Abhängigkeit des Alterungszustandes, beispielsweise anhand des Innenwiderstands der einzelnen Batteriemodule 1, 2, erfolgen. Hierfür kann vorzugsweise ein Kennfeld in einer Steuerungselektronik hinterlegt sein, welche die Anpassung umsetzt. Alternativ dazu wäre auch eine entsprechende Simulationsrechnung denkbar, welche für die Anpassung geeignete Werte liefert.
In 6 ist nun eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt. Hier ist eine Bypassleitung 15 um den Kühlwärmetauscher 5 realisiert. Diese Bypassleitung 15 teilt sich dann in zwei Stränge 16, 17 auf, welche jeweils über eine Ventileinrichtung 18, 19 verfügen. Der eine Strang 16 läuft mit der Kühlmittelleitung zu dem ersten Batteriemodul 1 zusammen, während der andere Strang 17 mit der Kühlmittelleitung für das zweite Batteriemodul 2 zusammenläuft. Dadurch, dass nun erwärmtes, nicht in dem Kühlwärmetauscher 5 abgekühltes Kühlmittel, mit abgekühltem Kühlmittel vermischt werden kann, je nach Öffnung der Ventileinrichtungen 18, 19, kann die Vorlauftemperatur des Kühlmittels für die einzelnen Batteriemodule 1, 2 individuell eingestellt werden. Dies erfolgt dann wiederum in Abhängigkeit des Alterungszustandes bzw. des Innenwiderstands R_i der einzelnen Batteriemodule 1, 2. Damit lässt sich auch so ein Aufbau realisieren, welcher die einzelnen Batteriemodule 1, 2 jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes entsprechend kühlt, sodass trotz unterschiedlicher Innenwiderstände R_i und Kapazitäten eine gleichmäßige Belastung der Batteriemodule 1, 2 mit dem Strom beim Laden oder Entladen der Batterie auftritt. Dadurch kommt es wiederum zu einer Vergleichmäßigung der Alterung der einzelnen Batteriemodule 1, 2 untereinander. Dadurch kann verhindert werden, dass einzelne Batteriemodule 1, 2 durch eine entsprechende Überalterung und Überlastung vorzeitig ausfallen. Insgesamt kann somit eine ebenfalls höhere Lebensdauer der Batterie erreicht werden kann.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Batterie sind dabei rein beispielhaft zu verstehen. Insbesondere können auch mehr als zwei Batteriemodule jeweils parallel zu der Gesamtbatterie verschaltet werden. Auch hier gelten im Wesentlichen die gleichen Ausführungen. Auch ist es denkbar, eine Parallelschaltung und eine serielle Verschaltung der Kühleinrichtungen von einzelnen Batteriemodulen entsprechend zu kombinieren, sodass beispielsweise in mehreren parallelen Strängen jeweils mehrere seriell durchströmte Batteriemodule angeordnet sind. Diese können dann in einer festen oder gegebenenfalls auch einer veränderbaren Reihenfolge durchströmt werden. Dabei können einzelne oder alle Elemente mit Bypassleitungen versehen werden, welche entweder um den Kühlwärmetauscher und/oder die Batteriemodule selbst führen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007063179 [0023]

Claims

Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, mit wenigstens zwei Batteriemodulen, welche elektrisch parallel geschaltet sind, mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung der Batteriemodule, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche die Kühlung der Batteriemodule (1, 2), jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes beeinflussbar ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in Abhängigkeit des Innenwiderstandes (R_i) des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) angesteuert sind.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) jeweils wenigstens eine Kühleinrichtung aufweisen, welche von einem Kühlmedienstrom durchströmbar ist.
Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als wenigstens eine Ventileinrichtung (6, 7, 8) ausgebildet sind, durch welche der Kühlmedienstrom in unterschiedlichen Volumenströmen auf die Kühleinrichtungen aufteilbar ist.
Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine steuerbare Bypassleitung (13, 15) um wenigstens eines der Batteriemodule (1, 2) und/oder einen Kühlwärmetauscher (5) zum Abkühlen des Kühlmedienstroms aufweist.
Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (15) um den Kühlwärmetauscher (5) ausgebildet ist, und dass die Bypassleitung (15) über wenigstens eine weitere Ventileinrichtung (17, 19) mit zumindest einigen der Kühleinrichtungen verbunden ist.
Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen von dem Kühlmedienstrom nacheinander durchströmt sind, wobei die Mittel Leitungselement und Ventileinrichtungen (9, 10, 11, 12) aufweisen, welche eine Änderung der Reihenfolge der Durchströmung ermöglichen.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Lithium-Ionen-Batterie.
Verfahren zum Betreiben einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, welche in wenigstens zwei Batteriemodulen aufgeteilt ist, welche elektrisch parallel geschaltet sind, wobei eine aktive Kühlung der Batterie erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der einzelnen Batteriemodule (1, 2) jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungszustand des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) anhand des Innenwiderstandes (R_i) abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1, 2) mit geringerem Innenwiderstand (R_i) stärker gekühlt werden, als das Batteriemodul (1, 2) mit größerem Innenwiderstand (R_i).
Verfahren nach Anspruch 9, Alterungszustand des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) aus über die Lebensdauer des Batteriemoduls erfassten und gespeicherten Daten rechnerisch abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zumindest einen der Verläufe von Temperatur (T) und/oder Belastung des jeweiligen Batteriemoduls (1, 2) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Aufteilung von Kühlmedienströmen auf Kühleinrichtungen jedes Batteriemoduls erfolgt (1, 2).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) von Kühlmedienströmen mit unterschiedlichen Volumenströmen gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1, 2) von Kühlmedienströmen mit unterschiedlichen Temperaturen (T) gekühlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Anpassung der Reihenfolge der Kühlung jedes Batteriemoduls (1, 2) mit dem Kühlmedienstrom erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Kühlung für jedes Batteriemodul (1, 2) durch eine Anpassung des Volumenstroms und/oder der Temperatur (T) des Kühlmedienstroms durch zumindest teilweise Führung des Kühlmedienstroms in steuerbaren Bypassleitungen (13, 15), um eines oder mehrere der Batteriemodule (1, 2) und/oder einen Kühlwärmetauscher (5) zu Abkühlung des Kühlmittels, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmedienstrom zumindest teilweise in einer Bypassleitung (15) um den Kühlwärmetauscher geführt wird, und dass der in der Bypassleitung (15) geführte Teil des Kühlmedienstroms mit einem oder mehreren der Kühlmedienströme zu den jeweiligen Batteriemodulen (1, 2) gemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird.