DE102010041276A1

DE102010041276A1 - Fahrzeug mit elektrischem Energiespeicher und Vorrichtung sowie Verfahren zu dessen Kühlung

Info

Publication number: DE102010041276A1
Application number: DE201010041276
Authority: DE
Inventors: Norbert Huber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-03-29
Also published as: WO2012038359A2; WO2012038359A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers sowie auf ein Verfahren zum Kühlen des Energiespeichers. Der wenigstens eine Energiespeicher ist thermisch an im Fahrzeug (1) starr verbundene Teile gekoppelt, wobei die Teile ausgebildet sind den Energiespeicher zu kühlen. Die Wärmemenge wird direkt oder indirekt an Fahrzeugteile mit großer thermischer Masse und/oder an Fahrzeugteile mit großer Oberfläche in direkter thermischer Verbindung zur Fahrzeug-Umgebung abgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers sowie auf ein Verfahren zum Kühlen des Energiespeichers.
Fahrzeuge, insbesondere elektrisch angetriebene oder hybride Fahrzeuge, weisen Energiespeicher mit großer Kapazität auf. Diese können z. B. aus elektrischen Batterien oder aus Doppelschichtkondensatoren bestehen. Gerade bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen müssen die Energiespeicher eine große Menge an elektrischer Energie, z. B. im Bereich von einigen kWh, speichern und in kurzer Zeit abgeben. Beim Laden und Entladen entsteht in den Energiespeichern viel Wärmemenge. Diese kann zu einer starken Temperaturerhöhung im Energiespeicher führen, wenn dieser nicht gekühlt wird.
Die Lebensdauer der Energiespeicher ist stark temperaturabhängig. Beim Laden und Entladen darf eine bestimmte Temperaturgrenze nicht überschritten werden, da die Lebensdauer des Energiespeichers bereits bei geringer Überschreitung der Temperaturgrenze stark abnimmt. Eine Temperaturerhöhung um 10 K kann zu einer Verringerung der Lebensdauer auf die Hälfte führen. Aus diesem Grund wird die Temperatur der Energiespeicher zu jedem Zeitpunkt möglichst niedrig gehalten.
Um hohe Kapazitäten zu erreichen, werden in der Regel mehrere Energiespeicher zu einem Modul miteinander verschaltet. Die Alterung und Degradation einzelner Energiespeicher hängt dann von deren lokalen Bedingungen ab, wobei die Geschwindigkeit des Alterungsprozesses lokal von Energiespeicher zu Energiespeicher unterschiedlich sein kann. Wenn innerhalb eines Energiespeichermoduls ein einziger Energiespeicher besonders stark degradiert ist, kann dies zu einer unerwünschten Verringerung der Leistung und Kapazität des gesamten Energiespeichermoduls führen. Dabei kann die Kapazität und Lebensdauer des gesamten Moduls von dem Energiespeicher mit der geringsten Kapazität oder stärksten Alterung bestimmt sein.
Um eine lange Lebensdauer einzelner Energiespeicher oder ganzer Module zu erreichen, wird typischerweise eine passive oder aktive Kühleinrichtung vorgesehen. Diese ist so ausgelegt, dass die Wärmemenge direkt an die Umwelt abgeführt wird. So kann z. B. bei einer Luftkühlung kühle Luft aus der Umgebung eines Fahrzeuges angesaugt werden, über die Energiespeicher geleitet werden und dann an die Umwelt des Fahrzeugs erwärmt wieder abgegeben werden. Dies erfolgt in der Regel über eine offene Bauform des Fahrzeugteils, in welchem die Energiespeicher angeordnet sind. Bei stehenden Fahrzeugen ist zur Erzeugung eines Luftstroms ein Gebläse notwendig. Auch bei hohen Wärmemengen und Temperaturen, welche z. B. bei Schnellladung oder schneller Entladung auftreten, kann ein Gebläse aktiv einen Luftstrom über den Energiespeichern erzeugen. Das Gebläse benötigt dazu Energie, bedeutet zusätzlichen technischen Aufwand und erzeugt Kosten.
Eine aktive Kühlung von Energiespeichern kann auch über Kühlkreisläufe erfolgen, wie z. B. einem Wasserkreislauf. Dabei wird über Kühlkanäle Wärmemenge von den Energiespeichern zu Kühlrippen transportiert, welche in direkter thermischer Wechselwirkung mit Luft aus der Fahrzeugumgebung stehen. Auch diese Variante der Kühlung ist technisch aufwendig, teuer und verbraucht beim Pumpen der Kühlflüssigkeit Energie.
Besonders problematisch sind die zuvor beschriebenen Kühlungsarten von Energiespeichern in Hinblick auf neue Bauformen von z. B. Elektrofahrzeugen. Diese erfordern hohe Kapazitäten und somit eine große Zahl an Energiespeichern, welche im ganzen Fahrzeug verteilt angeordnet werden. Eine direkte passive oder aktive Luftkühlung ist dabei nicht immer möglich, da die Energiespeicher in schlecht zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs kompakt verbaut sind. Eine aktive Kühlung über Kühlkanäle mit einer Kühleinrichtung, welche über Kühlrippen die Wärmemenge an die Umgebungsluft abgibt, erfordert einen sehr hohen Aufwand und sehr lange Kühlkanäle zu einem zentralen Ort, an welchem die Kühlrippen mit der Umgebungsluft in Kontakt treten können.
Somit sind die zuvor beschriebenen Methoden des Stands der Technik nicht oder schlecht geeignet, in einem Fahrzeug verteilt angeordnete Energiespeicher, welche unter Umständen in schlecht zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs kompakt verbaut sind, ausreichend zu kühlen und so eine Temperatur unterhalb eines kritischen Wertes zu gewährleisten. Dadurch kann die Lebensdauer der Energiespeicher, insbesondere in Modulform, stark verringert sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Fahrzeug mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers anzugeben, bei welchem eine gute Kühlung mit wenig technischem Aufwand realisierbar ist. Insbesondere ist es Aufgabe auch schlecht für Luft und/oder Kühlkanäle zugängliche Energiespeicher zuverlässig zu kühlen und somit unterhalb einer kritischen Temperatur zu halten. Dabei ist nach Möglichkeit auf lange Kühlkanäle zu zentral angeordnete Kühlrippen zu verzichten. Ebenso ist nach Möglichkeit auf die Verwendung von Gebläsen, welche wartungsintensiv sind, viel Energie verbrauchen und technisch aufwendig sind, zu verzichten.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Fahrzeugs mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zum Kühlen von wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kühlen von wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie in einem Fahrzeug gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst wenigstens einen Energiespeicher für elektrische Energie und wenigstens eine Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers. Der wenigstens eine Energiespeicher ist thermisch an im Fahrzeug starr verbundene Teile gekoppelt, wobei die Teile ausgebildet sind den Energiespeicher zu kühlen. Dabei können die Teile aus dem Fahrgestell und/oder der Karosserie des Fahrzeugs bestehen oder diese umfassen. Die Teile können eine große thermische Masse und/oder eine große Außenoberfläche vom Fahrzeug zu dessen Umgebung hin aufweisen. Mit Umgebung ist in diesem Zusammenhang der Außenraum des Fahrzeugs beschrieben.
Die thermische Kopplung der Energiespeicher mit starr im Fahrzeug verbundenen Teilen ermöglicht eine Kühlung des Energiespeichers ohne Teile wie Gebläse oder Kühlrippen. Dies führt zu einer sehr kostengünstigen, einfachen und zuverlässigen Kühlung von Energiespeichern. Bei Kopplung z. B. an das Chassis des Fahrzeugs, insbesondere die Karosserie und/oder das Fahrgestell, führt die hohe thermische Masse der Teile zu einer zuverlässigen Kühlung, wodurch die Temperatur einen für die Energiespeicher kritischen Wert nicht überschreiten kann. Gleichzeitig oder alternativ kann die große Außenoberfläche für eine zuverlässige Kühlung sorgen.
Es kann so auf bewegliche Teile wie z. B. Gebläse, welche viel Energie verbrauchen, verzichtet werden. Auf lange Kühlkanäle zu zentralen Kühlrippen kann ebenfalls verzichtet werden. Durch kurze thermische Wege von den Energiespeichern zu Teilen wie z. B. der Karosserie oder dem Fahrgestell wird eine gute Kühlung mit einem geringem technischen Aufwand, geringen Kosten und einer hohen Zuverlässigkeit realisiert.
Der wenigstens eine Energiespeicher kann eine elektrische Batterie und/oder ein Doppelschichtkondensator sein, insbesondere mit einer großen gemeinsamen Oberfläche mit den starr verbundenen Teilen im Fahrzeug. Die große thermische Oberfläche sorgt für einen guten Wärmetransport von dem Energiespeicher zu den Teilen.
Die im Fahrzeug starr verbundenen Teile und der wenigstens eine Energiespeicher können zueinander unbeweglich angeordnet sein und insbesondere über wenigstens eine Wärmebrücke miteinander thermisch verbunden sein. Die Wärmebrücke kann zu einem verbesserten Wärmetransport führen. Die unbewegliche Anordnung führt zu einer erhöhten Zuverlässigkeit und einer erhöhten Lebensdauer der Anordnung.
Die wenigstens eine Wärmebrücke kann aus einem Feststoff, insbesondere einem thermisch gut leitendem Kunststoff und/oder einem Metall, insbesondere Aluminium, Eisen oder Kupfer, bestehen oder eines dieser Materialien umfassen. Diese Materialien leiten Wärme sehr gut und führen zu einem sehr effektiven Transport der Wärme von Energiespeichern zu den starren Teilen und somit zu einer sehr guten Kühlung der Energiespeicher.
Die wenigstens eine Wärmebrücke kann in Form einer Platte oder eines Fingers ausgebildet sein. Diese Formen sind einfach herzustellen und ermöglichen im Fahrzeug einen sehr kompakten Aufbau in Verbindung mit den Energiespeichern.
Die wenigstens eine Wärmebrücke kann mit Fluid, insbesondere Wasser oder Öl, gefüllte Kühlmittelkanäle aufweisen oder aus diesen bestehen. Die Kühlkanäle können die erreichbare Fläche der Energiespeicher als auch der starren Teile für einen Wärmtransport erhöhen und so die Kühlung verbessern. Auch schlecht zugängliche Bereiche können unter Umständen über Kühlkanäle für einen guten Wärmtransport erreicht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kühlen von wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie in einem Fahrzeug, insbesondere verwendet in einem zuvor beschriebenem Fahrzeug, wird Wärmemenge direkt oder indirekt an Fahrzeugteile mit großer thermischer Masse und/oder an Fahrzeugteile mit großer Oberfläche in direkter thermischer Verbindung zur Fahrzeug-Umgebung abgeführt. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind analog den zuvor für das Fahrzeug beschriebenen Vorteilen.
Die Wärmemenge der elektrischen Energiespeicher entsteht durch Selbsterwärmung im Gebrauch. Die Wärmemenge kann direkt auf metallische Teile des Fahrzeugs übertragen werden, insbesondere auf Teile des Fahrgestells und/oder der Karosserie. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmemenge indirekt über metallische Platten und/oder fingerförmige Teile, insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, auf metallische Teile des Fahrzeugs, insbesondere auf Teile des Fahrgestells und/oder der Karosserie, übertragen werden. Metallische Teile weisen eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Eine direkte Übertragung der Wärmemenge ist vorteilhaft bei benachbart angeordneten Energiespeichern zu Fahrzeugteilen mit großer thermischer Masse und/oder zu Fahrzeugteilen mit großer Oberfläche. Dies ergibt eine besonders effektive Art der Kühlung der Energiespeicher.
Bei schwer zugänglichen Energiespeichern, entfernter von Fahrzeugteilen mit großer thermischer Masse und/oder Fahrzeugteilen mit großer Oberfläche können metallische Platten und/oder fingerförmige Teile für eine gute Wärmeleitung sorgen bzw. diese ermöglichen.
Die Wärmemenge kann indirekt über Kunststoff-Platten und/oder fingerförmige Kunststoff-Teile, insbesondere aus elektrisch isolierendem, thermisch gut leitendem Kunststoff-Material, auf metallische Teile des Fahrzeugs, insbesondere auf Teile des Fahrgestells und/oder der Karosserie, übertragen werden. Dadurch wird ein elektrischer Kurzschluss zwischen Energiespeichern verhindert, bei guter Wärmeleitung. Die Vorteile sind analog den zuvor für metallische Platten oder fingerförmige Teile beschriebenen Vorteilen.
Die mit dem Fahrzeug beschriebenen Vorteile sind analog den Vorteilen des Verfahrens und vice virsa. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale ist vorteilhaft.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wird in den Figuren dargestellt:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 mit Energiespeichern für elektrische Energie 5 und mit einer Vorrichtung zur Kühlung 3 der Energiespeicher 5, und
2 Energiespeicher 5 in thermischen Kontakt mit dem Fahrgestell 3 über ein Gap-Pad 7, und
3 Energiespeicher 5 in thermischen Kontakt mit dem Fahrgestell 3 über Wärmeleitbrücken 8, und
4 Energiespeicher 5 in thermischen Kontakt mit dem Fahrgestell 3 über einen Kühlkreislauf 12.
In der 1 ist ein Personenkraftwagen PKW als ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 dargestellt, welches schematisch in Schnittdarstellung gezeigt ist. Die Erfindung wird im Weiteren beispielhaft an Hand des PKW erläutert, wobei das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 z. B. auch durch einen Bus, Lastkraftwagen LKW, Straßenbahn oder Zug gegeben sein kann. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Chassi 2, welches eine Karosserie mit einem Unterboden aufweisen kann, und ein Fahrgestell 3. Batteriezellen 5, welche z. B. zu Batteriemodulen 4 verschaltet bzw. zusammengefasst sind, stellen Energiespeicher für elektrische Energie dar. Zusätzlich oder alternativ zu Batteriezellen 5 können auch Doppelschichtkondensatoren oder andere elektrische Energiespeicher verwendet werden, wobei beispielhaft die Erfindung im Weiteren nur für Batteriezellen 5 beschrieben ist.
Die Batteriemodule 4 in 1 sind am Fahrgestell 3 befestigt. Das Fahrgestell 3 stellt dabei ein starr verbundenes Teil dar, welches ausgebildet ist den Energiespeicher zu kühlen. Unter starr verbundenes Teil ist im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 zu verstehen, dass für den Kühleffekt keine Bewegung von Komponenten des Teils notwendig sind, wie es z. B. bei einem Gebläse der Fall ist. Das Fahrgestell 3 weist eine große thermische Masse auf und eine große Oberfläche, welche direkt mit der Fahrzeugumgebung thermisch in Wechselwirkung steht. Dadurch kann die an bzw. in den Batteriezellen 5 entstehende Wärmemenge direkt über das Fahrgestell 3 an die Luft in der Umgebung des Fahrzeugs 1 abgegeben werden.
In 1 stehen beispielhaft zwei Batteriemodule 4 mit dem Fahrgestell 3 in thermischen Kontakt. Es können auch ein oder mehr als 2 Batteriemodule 4 mit dem Fahrgestell 3 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein oder mehr Batteriemodule 4 mit anderen starr verbundenen Teilen, wie z. B. mit dem Chassi 2, d. h. der Karosserie und/oder dem Unterboden verbunden sein. Wesentlich für das erfindungsgemäße Fahrzeug ist ein guter thermischer Kontakt zwischen den Batteriemodulen 4 und den starr verbundenen Teilen, wobei letztere direkt mit der Umgebungsluft des Fahrzeugs 1 in thermischen Kontakt stehen. Statt Batteriemodulen 4 können auch einzelne Batteriezellen 5 verwendet werden, insbesondere wenn einzelne Zellen 5 besser im Fahrzeug 1 untergebracht und verteilt werden können.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen guten thermischen Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 und z. B. dem Fahrgestell 3 dargestellt. Es ist ein vergrößerter Schnitt durch ein Batteriemodul 4 in thermischen Kontakt mit einem Teil des Fahrgestells 3 des in 1 gezeigten Fahrzeugs 1 gezeigt. Die einzelnen Batteriezellen 5 sind über Polverbinder 6 zu Modulen 4 verschaltet. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind jeweils zwei Batteriezellen 4 über ihre Pole miteinander verbunden. Eine Verschaltung der Batteriezellen 4 in Reihe oder Parallel kann entsprechend der Spannung und Kapazität der Zellen 4 und der gewünschten Spannung und Kapazität eines Moduls 4 erfolgen. Auch eine Verschaltung der Module 4 untereinander erfolgt entsprechend der von den Verbrauchern im Fahrzeug 1 benötigten Spannungen und Kapazität bzw. Stromaufnahme. Verbraucher sind z. B. in einem Elektrofahrzeug, im Weiteren E-Car genannt, der Elektromotor als Antrieb, die Klimaanlage, die Elektronik und die Beleuchtung.
Die Batteriezellen 5 sind benachbart zum Fahrgestell 3 angeordnet, wobei ein Gap-Pad 7 für einen guten thermischen Kontakt zwischen Batteriezellen 5 und Fahrgestell 3 sorgt, ohne elektrische Kurzschlüsse zwischen z. B. den Polverbindern 6 über das metallische, stromleitende Fahrgestell 3 zu erzeugen. Der gute thermische Kontakt zwischen Batteriezellen 5 und dem Fahrgestell 3 über das Gap-Pad 7 sorgt bei Wärmeentwicklung in den Batteriezellen 5 für eine gute Ableitung der Wärme von den Batteriezellen 5 über das Fahrgestell 3 zur Außenluft des Fahrzeugs 1. Die hohe thermische Masse des Fahrgestells 3 erlaubt bei z. B. stehenden Fahrzeug 1 ohne Fahrtwind eine Wärmeaufnahme durch das Fahrgestell 3 selbst, wodurch eine Kühlung der Batteriezellen 5 selbst bei stehenden Fahrzeug 1 erfolgt.
Das Gap-Pad 7 ist z. B. aus einem gut leitenden Kunststoff aufgebaut bzw. umfasst diesen. Es kann aber z. B. auch aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Eisen oder Kupfer aufgebaut sein, insbesondere wenn die Pole und/oder Polverbinder 6 der Batteriezellen 4 elektrisch isoliert sind oder eine dünne elektrische Isolierung auf dem Gap-Pad 7 aufgetragen ist. Dies kann z. B. durch Lackierung des Gap-Pad 7 erfolgen. Das Gap-Pad 7 kann in Form einer Platte ausgebildet sein und/oder die Form einer Seite, insbesondere der Unterseite des Batteriemoduls 4 aufweisen.
In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen guten thermischen Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 und z. B. dem Fahrgestell 3 dargestellt. In diesem Fall dienen Wärmebrücken 8 z. B. in Form von Fingern zur Ausbildung eines guten thermischen Kontakts zwischen Batteriezellen 5 und dem Fahrgestell 3. Die fingerförmigen Wärmebrücken 8 können aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Eisen oder Kupfer aufgebaut sein. Sie weisen jeweils vom Fahrgestell 3 in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 5 und stehen mit diesen in thermischen und insbesondere auch in mechanischem Kontakt. Wärmemenge, welche in den Batteriezellen 5 entsteht, wird über die fingerförmigen Wärmebrücken zum Fahrgestell 3 geleitet und analog dem Ausführungsbeispiel der 2 in diesem gespeichert oder von diesem direkt an die Umgebungsluft abgeführt. Die fingerförmigen Wärmebrücken 8 weisen im Vergleich zu einem Gap-Pad 7 eine größere Kontaktoberfläche mit den Batteriezellen 5 auf. Dadurch ist eine gute Wärmeleitung von den Batteriezellen 5 über die Wärmebrücken 8 z. B. zum Fahrgestell 3 gegeben.
Die Wärmebrücken 8 können, wie in 3 dargestellt L-förmige bzw. fingerförmige Querschnitte aufweisen. Es sind aber auch andere Formen denkbar. So können die Wärmebrücken auch becherförmig ausgebildet sein, mit der Grundfläche befestigt z. B. am Fahrgestell 3 und einem Innenumfang gleich oder im Wesentlichen gleich dem Außenumfang einer Batteriezelle 5, wobei sie über die gemeinsame Umfangsfläche in thermischen Kontakt mit z. B. der einen Batteriezelle 5 stehen. Um elektrische Kurzschlüsse über die Wärmebrücken 8 zwischen Polen bzw. Polverbindern 6 der Batteriezellen 5 zu verhindern, können wie in 3 dargestellt ist, die Pole 6 der Batteriezellen 5 vom Fahrgestell 3 weg weisen. Alternativ kann auch gezielt eine elektrische Verbindung zwischen Batteriezellen 5 erzeugt werden, wenn die Pole 6 in Richtung Fahrgestell 3 weisen und über das Fahrgestell 3 und/oder über Wärmebrücken 8 ein elektrischer Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 erfolgt.
In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen guten thermischen Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 und z. B. dem Fahrgestell 3 über einen Kühlkreislauf 12 dargestellt. Analog dem Ausführungsbeispiel der 2 sind die Batteriezellen 5 in thermischen Kontakt mit einem Gap-Pad 7. Dieses ist auf einer Kühlplatte 9 angeordnet. Alternativ können die Batteriezellen 5 auch direkt in thermischen Kontakt mit der Kühlplatte 9 stehen. Die Kühlplatte 9 wird von einem Kühlfluid durchströmt. Das Kühlfluid kann aus einem Gas wie z. B. Luft oder aus einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser, Öl oder anderen Kühlflüssigkeiten bestehen. Die Kühlplatte 9 ist fluidisch an den Kühlkreislauf 12 angeschlossen, in welchem die Kühlflüssigkeit passiv über Konvektion oder aktiv über eine Pumpe 11 bewegt wird. Kühlkanäle 10 des Kühlkreislaufs 12 führen zum Fahrgestell 3, und können z. B. an diesem Entlang und/oder durch dieses Hindurchführen. Wie in den anderen Ausführungsbeispielen steht das Fahrgestell 3 nur beispielhaft für im Fahrzeug 1 starr verbundene Teile, und kann auch durch Teile wie die Karosserie und/oder den Unterboden ersetzt werden.
Der Kühlkreislauf 12 ist ausgebildet um Wärmemenge, welche in den Batteriezellen 5 entsteht, über die Fahrzeugteile wie Fahrgestell 3 direkt an die Umgebung des Fahrzeugs 1 abzuführen. Um einen guten thermischen Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 und dem Kühlkreislauf 12 herzustellen, können wie im Beispiel des Fahrgestells 3 auch entlang bzw. zwischen Batteriezellen 5 Kühlkanäle 10 verlaufen. Die Wärmemenge wird von den Batteriezellen 5 an die Kühlplatte 9 oder die Kühlkanäle an bzw. zwischen Batteriezellen 5 abgegeben, durch das Kühlfluid aufgenommen und über eine Kühlfluidströmung im Kühlkreislauf 12 zu Teilen wie z. B. dem Fahrgestell 3 transportiert und an dieses abgegeben. Dort kann durch die hohe thermische Masse die Wärmemenge gespeichert werden oder durch eine große Oberfläche direkt an die Umgebung des Fahrzeugs insbesondere beim Fahren an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden.
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch untereinander oder mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So kann ein erfindungsgemäßes Fahrzeug z. B. auch ein zusätzliches Gebläse oder Kühlrippen umfassen. Eine Abgabe der Wärmemenge kann auch über Luft im Innenbereich des Fahrzeugs erfolgen, welche in den Außenbereich strömt. Materialien der im Fahrzeug starr verbundenen Teile können auch Metalllegierungen, Kunststoffe, Gläser oder Elastomere wie Gummi umfassen.

Claims

Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Energiespeicher thermisch an im Fahrzeug (1) starr verbundene Teile gekoppelt ist, wobei die Teile ausgebildet sind den Energiespeicher zu kühlen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile aus dem Fahrgestell (3) und/oder der Karosserie (2) des Fahrzeugs (1) bestehen oder diese umfassen, und/oder eine große thermische Masse aufweisen und/oder eine große Außenoberfläche vom Fahrzeug (1) zu dessen Umgebung hin.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Energiespeicher eine elektrische Batterie (5) und/oder ein Doppelschichtkondensator ist, insbesondere mit einer großen gemeinsamen Oberfläche mit den starr verbundenen Teilen im Fahrzeug (1).
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fahrzeug (1) starr verbundenen Teile und der wenigstens eine Energiespeicher zueinander unbeweglich angeordnet sind und insbesondere über wenigstens eine Wärmebrücke (8) miteinander thermisch verbunden sind.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmebrücke (8) aus einem Feststoff, insbesondere einem thermisch gut leitendem Kunststoff und/oder einem Metall, insbesondere Aluminium, Eisen oder Kupfer, besteht oder eines dieser Materialien umfasst.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmebrücke (8) in Form einer Platte oder eines Fingers ausgebildet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmebrücke (8) mit Fluid, insbesondere Wasser oder Öl, gefüllte Kühlmittelkanäle (10) aufweist oder aus diesen besteht.
Verfahren zum Kühlen von wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie in einem Fahrzeug (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmemenge direkt oder indirekt an Fahrzeugteile mit großer thermischer Masse und/oder an Fahrzeugteile mit großer Oberfläche in direkter thermischer Verbindung zur Fahrzeug-Umgebung abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge der elektrischen Energiespeicher durch Selbsterwärmung im Gebrauch entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge direkt auf metallische Teile des Fahrzeugs (1) übertragen wird, insbesondere auf Teile des Fahrgestells (8) und/oder der Karosserie (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge indirekt über metallische Platten und/oder fingerförmige Teile, insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, auf metallische Teile des Fahrzeugs (1), insbesondere auf Teile des Fahrgestells (8) und/oder der Karosserie (2), übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge indirekt über Kunststoff-Platten und/oder fingerförmige Kunststoff-Teile, insbesondere aus elektrisch isolierendem, thermisch gut leitendem Kunststoff-Material, auf metallische Teile des Fahrzeugs (1), insbesondere auf Teile des Fahrgestells (8) und/oder der Karosserie (2), übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge indirekt über fluidische Kühlmittel, insbesondere Luft und/oder Wasser und/oder Öle, welche über Kühlmittelkanäle (10) thermisch mit dem wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie in Verbindung stehen, auf metallische Teile des Fahrzeugs (1), insbesondere auf Teile des Fahrgestells (8) und/oder der Karosserie (2), übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidischen Kühlmittel aktiv über eine Pumpe (11) oder passiv, insbesondere nach dem Thermosiphon-Prinzip, in den Kühlmittelkanälen (10) zirkulieren.