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Die vorliegende Erfindung betrifft Energiespeichersysteme, die insbesondere in Fahrzeugen eingesetzt werden können, die ganz oder teilweise bzw. situationsbedingt durch elektrische Energie angetrieben werden. Darunter fallen beispielsweise Hybrid- und Elektrofahrzeuge, bei denen das Energiespeichersystem die so genannte Traktionsbatterie darstellt.
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Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Energiespeichersystem, umfassend wenigstens einen elektrischen Energiespeicher mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Speichereinheiten, und eine Überwachungseinrichtung zur Temperaturüberwachung der Speichereinheiten.
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Bei den im Energiespeicher elektrisch miteinander verschalteten Speichereinheiten kann es sich insbesondere um elektrochemische Batteriezellen handeln (z. B. Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Zink-, Lithium-Luft-, Zink-Luft- oder Lithium-Ionen-Zellen). Alternativ oder zusätzlich kann es sich z. B. auch um Kondensatoren (z. B. so genannte Doppelschichtkondensatoren oder ähnliches) handeln.
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Die Überwachungseinrichtung kann z. B. als ein Teil bzw. eine Teilfunktionalität einer komplexeren Überwachungseinrichtung des Energiespeichersystems implementiert sein, mittels welcher nicht nur die Temperaturüberwachung der Speichereinheiten sondern auch anderweitige Steuer- und/oder Überwachungsfunktionen bewerkstelligt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Überwachung von elektrischen Ladezuständen einzelner Speichereinheiten und eine darauf basierende Vergleichmäßigung dieser Ladezustände (”Balancing”).
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Sowohl für die einwandfreie Funktion als auch für die Lebensdauer der einzelnen Speichereinheiten ist es in der Praxis von großer Bedeutung, dass diese in einem bestimmten, zulässigen Temperaturbereich betrieben werden.
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Da sich die Speichereinheiten beim Laden und Entladen mehr oder weniger stark erwärmen, werden zumeist aktive und/oder passive Kühlmaßnahmen vorgesehen, um eine zu starke Erwärmung bzw. Überhitzung einzelner Speichereinheiten zu vermeiden.
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Je nach Speicherprinzip stellt dies auch eine Sicherheitsanforderung dar. Beispielsweise können insbesondere elektrochemische Speicherzellen bei zu hoher Zelltemperatur oftmals entzündbare Gase (z. B. Wasserstoff) bilden, so dass neben der Gefahr einer irreversiblen Schädigung der betreffenden Zellen auch die Gefahr von Bränden bzw. Explosionen besteht.
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Vor diesem Hintergrund ist die erwähnte Temperaturüberwachung der Speichereinheiten insofern vorteilhaft, weil damit frühzeitig kritische Betriebssituationen bzw. Defekte anhand einer Überschreitung bestimmter Temperaturgrenzen erkennbar sind.
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Zur Realisierung der Temperaturüberwachung ist es aus dem Stand der Technik von Traktionsbatterien bekannt, an den Speicherzellen des Energiespeichers Temperatursensoren anzuordnen. Damit können die Temperaturen derjenigen Zellen gemessen werden, an denen jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Die von den Temperatursensoren gelieferten Temperaturmesssignale können über eine geeignete elektrische Leitungsanordnung zu einer Auswerteelektronik geführt und dort ausgewertet werden.
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Die Druckschrift
US2008/0220324 A1 betrifft eine Batterieanordnung von zylindrischen Zellen, die parallel in Reihen übereinander geschichtet werden, wobei in die Zwischenräume zwischen den Zellen Temperatursensoren eingebracht werden, die zwischen den Zellen positioniert sind. An den Kopf- und Bodenenden der Zellen ist jeweils eine Schale angeordnet, die die Wärme der Zellen abführt.
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Die Druckschrift
US 2011/0039137 A1 betrifft eine Temperaturerfassungseinrichtung für Zellen, wobei eine Vielzahl von Sensoren in Form einer Matrix auf einer organischen Dünnfilmschicht als Träger angeordnet sind. Dieser Träger wird auf der Oberfläche einer ebenen Zelle angeordnet, um die Temperaturverteilung innerhalb der Zelle mittels der Vielzahl von Sensoren erfassen zu können.
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Die Druckschrift
JP 2000-12 106 A betrifft ein Energiespeichersystem mit einem Temperatursensor, der über ein flächiges Wärmeleitungselement mit mehreren Speichereinheiten verbunden ist.
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Die Druckschrift
JP 2000-243370 A betrifft eine Thermoleiteranordnung mit lediglich einem einzigen Thermoleiterabschnitt zur thermischen Anbindung zweier seriell verschalteter Speichereinheiten mit einem einzigen Temperatursensor.
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Nachteilig ist bei der vorstehend beschriebenen ”Einzeltemperaturmessung” vor allem der Aufwand zur Bereitstellung einer mehr oder weniger großen Anzahl von Temperatursensoren mitsamt der Leitungsanbindung dieser Sensoren an die Auswerteelektronik.
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Dieser Nachteil ist noch größer, wenn z. B. aus Gründen der Sicherheit eine bestimmte Temperatur (z. B. einer bestimmten Zelle) gleichzeitig mehrfach gemessen wird, d. h. diese Temperaturmessung redundant ausgeführt wird. Wenn zu diesem Zweck z. B. mehrere Temperatursensoren an verschiedenen Stellen einer Zelle platziert werden, so wird zwar eine solche Redundanz erreicht, andererseits werden jedoch weitere Mehrkosten verursacht.
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Aus Kostengründen wird daher zumeist auf eine Messung der Einzeltemperaturen aller Zellen verzichtet, um stattdessen lediglich einige wenige Einzeltemperaturen an ”Pilotzellen” zu messen.
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Aus diesem kostenreduzierenden Ansatz resultieren jedoch insofern ”Überwachungslücken”, als eine Überhitzung einer einzelnen Zelle, an welcher kein Temperatursensor vorgesehen ist, unter Umständen nicht oder erst sehr spät erkannt wird. Eine solche Überhitzung kann jedoch, wie bereits erwähnt, zu einer Gefährdung der betreffenden Zelle(n) oder des ganzen Energiespeichers führen.
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Je mehr Temperatursensoren bei den bisherigen Überwachungskonzepten also eingespart werden, desto größer ist die Gefahr, dass kritische Betriebszustände oder Defekte nicht oder erst zu spät detektiert werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, bei einem Energiespeichersystem der eingangs genannten Art eine einfache und dennoch zuverlässige Temperaturüberwachung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Überwachungseinrichtung umfasst einen Temperatursensor, der über eine Thermoleiteranordnung, die Knoten besitzt, an denen Thermoleiterabschnitte wärmeleitend verbunden sind, mit mehreren der Speichereinheiten wärmeleitend verbunden ist und somit zur gleichzeitigen Temperaturüberwachung dieser Speichereinheiten genutzt wird.
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Der Begriff ”Thermoleiteranordnung” soll hierbei eine wärmeleitende Anordnung bezeichnen, die einerseits wärmeleitend am betreffenden Temperatursensor und andererseits wärmeleitend an den betreffenden Speichereinheiten angebunden ist, und die (wie nachfolgend noch beschrieben) einen oder mehrere ”Thermoleiter” umfassen kann.
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Auch wenn beispielsweise nur eine der an die Thermoleiteranordnung angebundenen Speichereinheiten eine übermäßig hohe Temperatur besitzt, so kann dies auf Grund der Fähigkeit der Thermoleiteranordnung zur Übertragung von Temperatur bzw. Übertragung von Wärme vorteilhaft zuverlässig mittels des genannten Temperatursensors erfasst werden. Dies ist vorteilhaft unabhängig davon, welche der mehreren thermisch angebundenen Speichereinheiten die übermäßige Temperatur besitzt.
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Die erfindungsgemäße Nutzung eines Temperatursensors zur gleichzeitigen Temperaturüberwachung mehrerer Speichereinheiten führt vorteilhaft zu einer mehr oder weniger drastischen Reduzierung der Anzahl benötigter Temperatursensoren (je nachdem, wie viele Speichereinheiten über die Thermoleiteranordnung mit einem Temperatursensor verbunden sind).
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Im Vergleich zu einer konventionellen Anordnung von jeweils einem Temperatursensor pro zu überwachender Speichereinheit geht bei der erfindungsgemäßen Lösung zwar insofern eine ”Auflösungsinformation” verloren, als bei einem Erfassen einer Übertemperatur nicht ohne Weiteres feststellbar ist, durch welche der am Temperatursensor angebundenen Speichereinheit(en) diese Detektion ausgelöst wurde. Der springende Punkt ist jedoch, dass eine Kenntnis dieser Auflösungsinformation in der Praxis von eher untergeordneter Bedeutung ist. Der entscheidende Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei einer vorgegebenen Anzahl von Temperatursensoren das Auftreten einer Übertemperatur für eine vergleichsweise große Anzahl von Speichereinheiten zuverlässig erfasst werden kann bzw. für eine vorgegebene Anzahl von zuverlässig auf Übertemperatur zu überwachenden Speichereinheiten vergleichsweise wenig Temperatursensoren benötigt werden.
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Insbesondere ermöglicht es die Erfindung somit, die eingangs erwähnten ”Überwachungslücken” zu reduzieren oder sogar ganz zu vermeiden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Temperatursensor mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens fünf der Speichereinheiten wärmeleitend verbunden ist.
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Je nach ”Topologie” bzw. Ausgestaltung der Thermoleiteranordnung kann es sein, dass die Zuverlässigkeit der Temperaturüberwachung etwas leidet, wenn sehr viele Speichereinheiten an ein und derselben Thermoleiteranordnung thermisch angebunden sind. In diesem Fall sollte diese Anzahl nicht zu groß gewählt werden. Andererseits ist die Ersparnis an Temperatursensoren umso größer, je größer die Anzahl der an einem Temperatursensor an- gebundenen Speichereinheiten ist. Aus diesem Grund kann, bei ausreichend guter Wärmeleitfähigkeit der Thermoleiteranordnung, durchaus die Anbindung einer noch größeren Anzahl von Speichereinheiten als vorstehend angegeben vorgesehen sein. Insbesondere können z. B. sämtliche den Energiespeicher bildenden Speichereinheiten (z. B. mehr als 20) an ein und derselben Thermoleiteranordnung angebunden sein, wobei diese Thermoleiteranordnung wiederum mit einem einzigen Temperatursensor (oder alternativ mit mehreren Temperatursensoren) thermisch verbunden sein kann.
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Jede Speichereinheit, also z. B. elektrochemische Batteriezelle oder Kondensator, besitzt einen Speichereinheitkorpus, in welchem die eigentlichen energiespeichernden Komponenten untergebracht sind, sowie wenigstens zwei aus dem Inneren des Korpus herausführende elektrische Leiter, so genannte ”Ableiter” (die den Pluspol bzw. Minuspol der Speichereinheit darstellen).
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Speichereinheiten im Bereich eines Speichereinheitkorpus wärmeleitend an einen Abschnitt der Thermoleiteranordnung angebunden ist. Bei einer flächig ausgedehnten Speichereinheit (z. B. so genannte ”Flachzelle”) erfolgt diese Anbindung z. B. bevorzugt in einem mittleren Bereich des Speichereinheitkorpus. Bei Ausbildung des Energiespeichers aus mehreren flächig ausgedehnten Speichereinheiten können diese unter Zwischenfügung von Kühlblechen zu einem Block gestapelt sein. In diesem Fall kann die wärmeleitende Anbindung eines Speichereinheitkorpus insbesondere über ein unmittelbar benachbartes (flächig anliegendes) solches Kühlblech realisiert sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine der Speichereinheiten im Bereich eines Speichereinheitableiters wärmeleitend an einen Abschnitt der Thermoleiteranordnung angebunden sein. Einen solchen Ableiter als thermische Anbindungsstelle zu nutzen ist insofern interessant, als Ableiter neben der erforderlichen guten elektrischen Leitfähigkeit in der Regel auch eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, und darüber hinaus bis in das Innere der betreffenden Speichereinheit verlaufen, so dass eine zunächst im Inneren der Speichereinheit sich entwickelnde Überhitzung sehr rasch auch zu einer Temperaturerhöhung der Ableiter (auch außerhalb des eigentlichen Speichereinheitkorpus) führt.
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Falls der an einem Ableiter thermisch angebundene ”Thermoleiter” der Thermoleiteranordnung als solcher eine nennenswerte elektrische Leitfähigkeit aufweist, was z. B. bei Ausbildung des Thermoleiters aus einem metallischen Material der Fall ist, so kann zur Vermeidung unerwünschter elektrischer Effekte (Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Ableitern etc.) vorgesehen sein, dass die entsprechende Anbindungsstelle des Thermoleiters nicht unmittelbar und somit elektrisch leitend mit dem Ableiter verbunden ist, sondern unter Zwischenfügung einer thermisch jedoch nicht elektrisch leitenden Zwischenschicht (z. B. geeigneter wärmeleitender Kunststoff).
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Für eine platzsparende Gestaltung der Thermoleiteranordnung ist es vorteilhaft, wenn diese wenigstens einen langgestreckten Thermoleiterabschnitt umfasst, also z. B. einen Thermoleiter, der als ein Profil oder ein Draht ausgebildet ist. Im Hinblick auf möglichst geringe Wärmeverluste bei der Wärmeübertragung ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der langgestreckte Thermoleiterabschnitt einen runden, insbesondere kreisrunden Querschnitt besitzt. Alternativ oder zusätzlich kann es unter Umständen vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein langgestreckter Thermoleiterabschnitt eine über dessen Länge betrachtet variierende Querschnittsfläche besitzt. Alternativ oder zusätzlich kann außerdem vorgesehen sein, dass einzelne Thermoleiterabschnitte oder die gesamte Thermoleiteranordnung mit einer thermischen Isolierung versehen (ummantelt) ist.
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Wie bereits erwähnt kann ein Thermoleiterabschnitt bzw. die ganze Thermoleiteranordnung z. B. aus einem metallischen Material gebildet sein, gegebenenfalls mit einer thermischen Isolierung z. B. aus Kunststoff, um einen Wärmeaustausch zwischen dem wärmeleitenden Material und der Umgebung zu verhindern bzw. zu vermindern.
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Es ist vorgesehen, dass entlang des langgestreckten Thermoleiterabschnittes mehrere voneinander beabstandete Anbindungsstellen zur wärmeleitenden Anbindung verschiedener der Speichereinheiten vorgesehen sind. Es ist also keineswegs erforderlich, dass von jeder zu überwachenden Speichereinheit ein eigener Thermoleiter über eine größere Distanz in Richtung zum Temperatursensor verlegt wird. Vielmehr kann ein- und derselbe langgestreckte Thermoleiter so verlegt und thermisch an mehrere Speichereinheiten angebunden werden, dass dieser Thermoleiter gewissermaßen die ”Wärmen der einzelnen Speichereinheiten aufsammelt” und ”gebündelt” zum Temperatursensor weiterleitet.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Thermoleiteranordnung wenigstens einen Knoten und/oder wenigstens eine Masche besitzt. Die Begriffe ”Knoten” und ”Masche” sind hierbei in einem topologischen Sinne zu verstehen. Ein Knoten liegt demnach insbesondere vor, wenn an einer Stelle der Thermoleiteranordnung wenigstens drei Thermoleiter aufeinandertreffen. Ein solcher Knoten könnte demnach auch als eine Verzweigungsstelle bzw. Zusammenführungsstelle der Thermoleiteranordnung bezeichnet werden. Eine Masche liegt dann vor, wenn es einen ringförmig geschlossen verlaufenden Thermoleiterabschnitt gibt.
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In einer spezielleren Ausführungsform besitzt die Thermoleiteranordnung wenigstens einen Knoten, jedoch keine Maschen. In diesem Fall können z. B. ausgehend von mehreren Speichereinheiten jeweilige Thermoleiter zunächst zu einem ”Sammelknoten” führen, von dem wiederum ein einziger Thermoleiter weiter zum Temperatursensor verläuft. Eine solche Wärmezusammenführung kann auch mehrstufig erfolgen, beispielsweise indem ausgehend von zwei oder mehr der erwähnten Sammelknoten jeweilige Thermoleiter nicht als solche bis zum Temperatursensor verlaufen, sondern zu einem ”übergeordneten Sammelknoten” (der wiederum durch einen Thermoleiter mit dem Temperatursensor verbunden ist).
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Eine Thermoleiteranordnung mit einer Vielzahl von Knoten und einer Vielzahl von Maschen kann z. B. als ein netzartiges Gebilde vorgesehen sein, welches die Speichereinheiten des Energiespeichers gewissermaßen überzieht, so dass eine materialsparende und dennoch effizient wärmeleitende Thermoleiteranordnung geschaffen wird.
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Eine besonders bevorzugte Verwendung eines Energiespeichersystems der vorstehend beschriebenen Art ist der Einsatz als Traktionsbatterie für ein mit einem elektrischen Antrieb ausgestattetes Fahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine schematische Draufsicht eines Energiespeichersystems gemäß eines Beispiels,
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2 eine der 1 entsprechende Darstellung eines Energiespeichersystems gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
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3 eine perspektivische Ansicht eines Details eines Energiespeichersystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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1 veranschaulicht ein Energiespeichersystem 10, hier beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Hybridfahrzeuges, umfassend einen elektrischen Energiespeicher 12 und eine diesem zugeordnete Überwachungseinrichtung 13.
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Der Energiespeicher 12 umfasst im dargestellten Beispiel eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Speicherzellen 14 in Form von so genannten elektrochemischen Flachzellen, worunter hier im Wesentlichen plattenförmigebene Speicherzellen zu verstehen sind. Die Speicherzellen 14 (z. B. Lithium-Ionen-Zellen) besitzen ein etwa rechteckiges Format und sind mit einander zugewandten Flachseiten gestapelt zu einem ”Zellenblock” zusammengefasst. Die elektrische Reihenschaltung ist durch Ableiter 16 bewerkstelligt, von denen jede Speicherzelle 14 zwei besitzt, einen ”Minuspol” und einen ”Pluspol”. Die in 1 eingezeichneten Ableiter 16 sind die bereits paarweise kontaktierten (z. B. miteinander verlöteten oder verschweißten) Ableiter bzw. Anschlussfahnen der einzelnen Speicherzellen 14.
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Der Minuspol und der Pluspol der dargestellten Gesamtanordnung (Energiespeicher 12) ist in 1 mit dem Symbol ”–” bzw. ”+” gekennzeichnet. Über diese beiden Pole kann im Betrieb des Energiespeichersystems 10 ein Laden und Entladen des Energiespeichers 12 erfolgen.
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Die Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung bzw. elektrische Verschaltung der Speicherzellen 14 kann abweichend vom dargestellten Beispiel in vielfältiger Weise modifiziert werden. Auch kann ein Energiespeichersystem mehr als nur einen Zellenblock (Energiespeicher 12) aufweisen, wobei mehrere solche Zellenblöcke beispielsweise wiederum elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sein können. Es ist vorgesehen, dass das Energiespeichersystem 10 die erwähnte Überwachungseinrichtung 13 aufweist, welche (zumindest) für eine Temperaturüberwachung der Speichereinheiten 14 ausgebildet ist, und dass diese Temperaturüberwachung in einer besonderen, nachfolgend näher beschriebenen Weise implementiert ist.
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Eine Besonderheit der Überwachungseinrichtung 13 besteht darin, dass diese einen Temperatursensor 20 umfasst, der im dargestellten Beispiel z. B. als Halbleitersensor ausgebildet ist und über eine Sensorsignalleitung 22 mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung 24 verbunden ist, und dass der Temperatursensor 20 über eine ”Thermoleiteranordnung” 30, die im dargestellten Beispiel aus einem einzigen ”Thermoleiter” 32 gebildet ist, mit mehreren (im Beispiel allen) der Speicherzellen 14 wärmeleitend verbunden und somit zur gleichzeitigen Temperaturüberwachung dieser Speicherzellen 14 genutzt wird.
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Der Temperatursensor 20 ist beispielsweise zusammen mit der Auswerteelektronik 24 auf einer Schaltungsplatte angeordnet, die in ein Gehäuse des elektrischen Energiespeichers 12 bzw. Energiespeichersystems 10 integriert ist.
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Anders als bei bekannten Temperaturüberwachungskonzepten ist der Temperatursensor 20 also nicht so angeordnet, dass damit unmittelbar die Temperatur im Bereich einer der Speicherzellen 14 gemessen werden könnte. Vielmehr erfolgt eine Messung mittels des Temperatursensors 20 in indirekter Weise, nämlich über die Thermoleiteranordnung 30, mit welcher ein ”Temperaturübertragungspfad” zwischen den zu überwachenden Speicherzellen 14 einerseits und dem Temperatursensor 20 andererseits realisiert wird.
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Der Thermoleiter 32 ist zu diesem Zweck aus einem gut wärmeleitenden Material wie z. B. Kupfer bzw. -legierung gebildet und einerseits über thermische Anbindungsstellen 34 mit den Speicherzellen 14, genaugenommen mit einer Anzahl von deren Ableitern 16 (in 1 links) wärmeleitend verbunden und andererseits über eine thermische Anbindungsstelle 36 wärmeleitend am Temperatursensor 20 angebunden.
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Wenn im Betrieb des Energiespeichersystems 10 an einer oder mehreren der Speicherzellen 14 eine übermäßig hohe Temperatur auftritt, so führt dies zu einer entsprechenden Erwärmung eines bzw. mehrerer der Ableiter 16, was wiederum über die thermischen Anbindungsstellen 34 zu einer Erwärmung des Thermoleiters 32 führt. Diese Erwärmung überträgt sich schließlich über die Anbindungsstelle 36 bis hin zum Temperatursensor 20. Anhand des vom Temperatursensor 20 gelieferten Sensorsignals kann somit vorteilhaft in einfacher Weise eine gemeinsame Temperaturüberwachung sämtlicher Speicherzellen 14 erfolgen. Falls mit dem Temperatursensor 20 eine übermäßig hohe Temperatur detektiert wird, so können mittels der Auswerteelektronik 24 geeignete Maßnahmen ausgelöst werden (z. B. Speicherabschaltung, aktive Kühlung, Stromreduktion etc.), so dass durch derartige Gegenmaßnahmen ein vorbestimmter zulässiger Temperaturbereich wieder erreicht wird.
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Für eine reine Sicherheitsüberwachung der Speicherzellen 14 ist eine exakte Kenntnis der einzelnen Zelltemperaturen unerheblich, solange es lediglich darauf ankommt, dass sämtliche Zelltemperaturen innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereiches liegen. In diesem Fall kann die Überwachungsfunktion im Wesentlichen auf eine Schwellwertüberwachung reduziert werden, welche auf die Überschreitung einer vorbestimmten Temperaturgrenze anspricht. Diese ”vereinfachte Überwachungsfunktion” wird durch die erfindungsgemäße Verwendung der Thermoleiteranordnung 30 in Verbindung mit einer einfachen ”Komparatorfunktion” der Auswerteeinrichtung 24 in eleganter Weise realisiert. Die erfindungsgemäße Temperaturüberwachung besitzt insofern eine vorteilhafte Redundanz, als eine kritische Betriebssituation, die sich durch einen übermäßigen Anstieg der Temperatur in einem bestimmten Bereich des Energiespeichers 12 äußert, zuverlässig erfasst wird.
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Im einfachsten Fall erfolgt in der Auswerteelektronik 24 ein Vergleich der vom Sensor 20 gemessenen Temperatur mit einer vorab festgelegten Temperaturgrenze (Schwellwert). Bei Überschreitung dieses Schwellwertes können die erwähnten Gegenmaßnahmen ein- geleitet werden, z. B. ein Kühlkreislauf aktiviert oder das Energiespeichersystem 10 abgeschaltet werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 20 vorteilhaft mit einer größeren Anzahl von Speicherzellen 14 verbunden (z. B. mehr als 20), so dass vorteilhaft viele Temperatursensoren eingespart werden (im Vergleich zu einer Anordnung eines Temperatursensors pro zu überwachender Zelle).
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Die thermischen Anbindungsstellen 34 sind im dargestellten Beispiel an den (elektrisch leitenden) Ableitern 16 der betreffenden Speicherzellen 14 vorgesehen. Um hierdurch Kurzschlüsse zwischen diesen Ableitern 16 zu vermeiden, ist eine elektrische Isolierung des Thermoleiters 32 zumindest im Bereich jeder Anbindungsstelle 34 vorgesehen. Diese Isolierung kann z. B. als eine Zwischenfügung eines gut wärmeleitenden, jedoch elektrisch isolierenden Plättchens bzw. Materialschicht (z. B. Klebstoffschicht) zwischen Ableiter 16 und Thermoleiter 32 bewerkstelligt werden (z. B. wärmeleitender Kunststoff).
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Abweichend vom dargestellten Beispiel könnte alternativ oder zusätzlich zu dem dargestellten Thermoleiter 32 ein solcher Thermoleiter auch an geeigneten anderen Stellen der betreffenden Speicherzellen 14 thermisch angebunden sein, welche unter Umständen die erwähnte elektrische Isolierung nicht erfordern (z. B. im Bereich einer elektrisch isolierenden Umhüllung der jeweiligen Speicherzellen 14). Falls die Speicherzellen 14 unter Zwischenfügung von (in 1 nicht dargestellten) Kühlblechen gestapelt sind, welche jeweils in flächigem Wärmeleitungskontakt zu den beiden unmittelbar benachbarten Speicherzellen 14 stehen, so können thermische Anbindungsstellen insbesondere an diesen Kühlblechen vorgesehen werden.
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Im dargestellten Beispiel gemäß 1 umfasst die Thermoleiteranordnung 30 lediglich einen einzigen langgestreckten Thermoleiterabschnitt in Form des Thermoleiters 32. Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden mehrere ”Thermoleiter” verwendet.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Energiespeichersystems 10a.
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Das System 10a umfasst zunächst sämtliche der bereits für das System 10 von 1 beschriebenen Komponenten. Darüber hinaus umfasst eine Thermoleiteranordnung 30a des Systems 10a außer einem ersten Thermoleiter 32a jedoch noch einen zweiten, eben- falls als langgestreckten Thermoleiterabschnitt ausgebildeten Thermoleiter 32a', mittels welchem im dargestellten Beispiel eine zusätzliche Temperaturüberwachung zwecks Erhöhung der Redundanz realisiert ist.
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Wie bei dem ersten Thermoleiter 32a sind auch entlang des zweiten Thermoleiters 32a' mehrere voneinander beabstandete Anbindungsstellen 34a' zur wärmeleitenden Anbindung verschiedener (hier sämtlicher) der Speicherzellen 14a vorgesehen. Diese Anbindungsstellen 34a' sind jedoch auf der anderen Seite (in 2 rechts) der Speicherzellen 14a angeordnet, wobei für die redundanzerhöhende zweite Temperaturmessung im dargestellten Beispiel ein zweiter Temperatursensor 20a' (auf derselben Schaltungsplatte wie der erste Temperatursensor 20a) vorgesehen und über eine weitere Sensorsignalleitung 22a' mit der Auswerteeinrichtung 24a verbunden ist.
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Durch einen mittels der Auswerteelektronik 24a durchgeführten Vergleich der beiden Temperaturmesswerte kann beispielsweise vorteilhaft auch ein Fehlverhalten der Temperaturüberwachung diagnostiziert werden (falls die beiden Messergebnisse übermäßig stark voneinander abweichen).
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Abweichend vom dargestellten Beispiel mit einem eigenen Temperatursensor 20a' könnte der zweite Thermoleiter 32a' ebenfalls an dem ersten Temperatursensor 20a angeschlossen werden, dies beispielsweise direkt durch Anordnung beider thermischer Anbindungsstellen 36a und 36a' am Sensor 20a. Ferner ist die Thermoleiteranordnung 30a mit einem Knoten (Abzweigung) ausgebildet, der einerseits wärmeleitend mit dem Sensor 20a und andererseits mit den beiden über den Speicherzellen 14a verlaufenden Thermoleiterabschnitten der Thermoleiter 32a und 32a' wärmeleitend verbunden ist.
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Bei allen erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen können zusätzlich auch konventionelle Konzepte für die Temperaturüberwachung eingesetzt werden. Insbesondere ist es keineswegs ausgeschlossen, und oftmals sogar vorteilhaft, wenn zumindest einige der Speichereinheiten (”Pilotspeichereinheiten”) mit wenigstens einem die dortige Temperatur direkt messenden Temperatursensor versehen sind. Diese optionale Weiterbildung ist für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 in der Figur gestrichelt eingezeichnet. Ein zusätzlicher Temperatursensor 20a'' ist über eine elektrische Sensorsignalleitung 22a'' mit der Auswerteelektronik 24a verbunden. In analoger Weise können noch weitere der vorhandenen Speicherzellen 14a mit einer solchen eigenen, direkten Temperaturerfassung ausgestattet sein.
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Falls entlang eines langgestreckten Thermoleiterabschnittes mehrere voneinander beabstandete Anbindungsstellen zur wärmeleitenden Anbindung verschiedener Speichereinheiten an demselben Thermoleiterabschnitt vorgesehen sind, wie dies z. B. bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist, so ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, dass mit dem betreffenden Thermoleiterabschnitt (vgl. die Thermoleiter 32 bzw. 32a und 32a') ein zusätzlicher Temperaturaustauschpfad zwischen den betreffenden Speichereinheiten (vgl. Speicherzellen 14 bzw. 14a) ergibt. Dies fördert vorteilhaft eine Vergleichmäßigung der räumlichen Temperaturverteilung des betreffenden Energiespeichers.
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Im Hinblick auf einen solchen Temperaturaustausch wie auch eine besonders zuverlässige Erfassung einer Übertemperatur an irgendeiner Stelle des betreffenden Energiespeichers kann auch vorgesehen werden, dass die Thermoleiteranordnung mehrere, insbesondere sämtliche Speichereinheiten ”netzartig” überzieht. Die Thermoleiteranordnung kann also z. B. mehrere Knoten und mehrere Maschen (im topologischen Sinne) aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf 3 erläutert.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist jede Thermoleiteranordnung thermisch mit lediglich einem Temperatursensor verbunden. Abweichend davon ist gemäß einer Weiterbildung eine Thermoleiteranordnung vorgesehen, die mit wenigstens zwei Temperatursensoren thermisch verbunden ist, wobei sich diese Temperatursensoren bevorzugt an verschiedenen Stellen der Thermoleiteranordnung befinden. So könnte z. B. bei dem in 1 dargestellten Energiespeichersystem 10 vorgesehen sein, dass der Thermoleiter 32 in 1 nach unten hin verlängert ist und zu einem zweiten Temperatursensor führt, der über eine zweite Sensorsignalleitung mit einer eigenen Auswerteeinrichtung oder bevorzugt der ohnehin vorhandenen Auswerteeinrichtung 24 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich können bei dem Beispiel von 1 auch noch über die Länge des Thermoleiters 32 verteilt angeordnete weitere Temperatursensoren eingesetzt werden. Derartige Ausführungen erlauben vorteilhaft die Gewinnung einer zumindest näherungsweisen ”Auflösungsinformation” betreffend den Ort bzw. die Position derjenigen Speichereinheiten, welche eine übermäßige Temperatur besitzen.
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3 zeigt eine Speicherzelle 14b eines insgesamt nicht dargestellten Energiespeichersystems, welches insofern ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ausgebildet ist, als darin zwei in Stapelrichtung über einen Zellenblock verlaufende Thermoleiter 32b und 32b' vorgesehen sind.
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Zusätzlich sind jedoch weitere Thermoleiterabschnitte 33b als ”Querverbindungen” zwischen den Thermoleitern 32b und 32b' verlegt und über Anbindungsknoten 35b thermisch angebunden.
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Abgesehen von der Funktion der weiteren Thermoleiterabschnitte 33b zur Verbindung der ”längsverlaufenden” Thermoleiter 32b und 32b' können diese auch dazu genutzt werden, weitere Wärmeübergangsstellen zum Übertritt von Wärme von einer Speicherzelle in die Thermoleiteranordnung 30b bereitzustellen.
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Beispielsweise könnte der in 3 mittlere Thermoleiter 33b auch z. B. über einen Großteil seiner Länge wärmeleitend mit dem Korpus der dargestellten Speicherzelle 14b verbunden sein, um einen Wärmeübergang von diesem Korpus zu den beiden längsverlaufenden Thermoleitern 32b und 32b' zu bewerkstelligen.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Ableiter einer Speicherzelle thermisch mit einem querverlaufenden Thermoleiter 33b verbunden sein, wie dies z. B. für den in 3 oberen Thermoleiter 33b dargestellt ist. In diesem Beispiel wird gewissermaßen ein mittlerer Abschnitt des querverlaufenden Thermoleiters 33b von dem dargestellten Ableiter 16b selbst gebildet, an welchem hierfür zwei thermische Anbindungsstellen 34b vorgesehen sind. Alternativ zu diesen zwei separaten Anbindungsstellen 34b könnte der betreffende Thermoleiter 33b auch durchgehend verlaufend vorgesehen sein und im Bereich seiner über den Ableiter 16b verlaufenden Länge durchgehend thermisch an der Oberfläche des Ableiters 16b angebunden sein (ggf. über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht).
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Nach dem mit 3 veranschaulichten Anbindungsprinzip kann somit ein beliebig dichtes Netz aus Thermoleitern realisiert werden, wodurch die Möglichkeit entsteht, die maximale Temperatur aller Speicherzellen zu erfassen. Die Redundanz der Temperaturüberwachung wird somit vorteilhaft erhöht und es entsteht ein zusätzlicher Wärmeaustausch an den Speicherzellen.
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Auch bei einer ”netzartigen” Ausgestaltung der Thermoleiteranordnung, wie mit 3 veranschaulicht, kommt in Betracht, diese Thermoleiteranordnung mit mehr als einem Temperatursensor auszustatten. Bei dem Beispiel von 3 könnten z. B. insbesondere vier Temperatursensoren an den vier ”Ecken” des ”Temperaturleiternetzes” angeordnet werden.
