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Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie für ein Fahrzeug mit mehreren in einem Batteriegehäuse angeordneten Einzelzellen und zumindest einer, innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Temperiereinheit zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit mit einem Temperierkreislauf gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs befindlichen Temperiermedium durchströmbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrische Batterien für Fahrzeuge mit mehreren in einem Batteriegehäuse angeordneten Einzelzellen bekannt, welche zur Temperierung der Einzelzellen eine innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete und von einem Temperiermedium durchströmte Temperiereinheit umfassen. Abschaltungen der Temperierung erfolgen dabei allein in Abhängigkeit eines Temperierbedarfs der Batterie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Batterie für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Batterie gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die elektrische Batterie für ein Fahrzeug umfasst mehrere in einem Batteriegehäuse angeordnete Einzelzellen und zumindest eine, innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete Temperiereinheit zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit mit einem Temperierkreislauf gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs befindlichen Temperiermedium durchströmbar ist.
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Erfindungsgemäß ist zwischen der Temperiereinheit und dem Temperierkreislauf zumindest ein Ventil derart angeordnet, dass zumindest ein Einlass für das Temperiermedium in die Temperiereinheit zwischen dieser und dem Temperierkreislauf außerhalb eines Inneren des Batteriegehäuses schaltbar ist.
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Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise, dass ein Auslaufen des gesamten Temperiermediums aus der Temperiereinheit und dem Temperierkreislauf bei Leckagen der Temperiereinheit, beispielsweise hervorgerufen durch Batteriedeformationen, Leitungsbrüche, korrosive Zersetzungen oder Porositäten der Temperiereinheit, in das Innere des Batteriegehäuses vermieden wird. Dadurch können interne Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen und Beschädigungen oder Zerstörungen der Einzelzellen, hervorgerufen durch eindringendes Temperiermedium, vermieden werden. Auch können somit eine aufgrund eindringenden Temperiermediums und aufgrund elektrischer Spannungsdifferenzen zwischen den Einzelzellen stattfindende Elektrolyse des Temperiermediums und daraus folgend eine Bildung von Knallgas vermieden werden.
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Daraus folgend kann bei der Ausbildung des Temperierkreislaufs als Kühlkreislauf einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs auch bei einem Defekt der Temperiereinheit die Funktion des Kühlkreislaufs aufrecht erhalten werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie und eine Detaildarstellung eines Ventils,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie und Detaildarstellungen eines Ventils in unterschiedlichen Betriebszuständen, und
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3 schematisch eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie und Detaildarstellungen eines Ventils in unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer Schnittdarstellung ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 für ein nicht gezeigtes Fahrzeug dargestellt.
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Die Batterie 1 umfasst mehrere als Zellblock 2 in einem Batteriegehäuse 3 angeordnete Einzelzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Einzelzellen. Da derartige Einzelzellen während ihres Betriebs Verlustwärme erzeugen und ihren maximalen Wirkungsgrad bei einer definierten Temperatur aufweisen, ist innerhalb des Batteriegehäuses 3 eine Temperiereinheit 4 zur Temperierung der Einzelzellen vorgesehen. Diese Temperiereinheit 4 ist mit einem Temperierkreislauf 5 gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs 5 befindlichen Temperiermedium M durchströmbar.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperierkreislauf 5 ein Kühlkreislauf für eine nicht gezeigte Antriebsmaschine des Fahrzeugs, wobei das Temperiermedium M so genanntes Kühlwasser ist, d. h. beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Glykol. In nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Temperiermedium M auch um Kältemittel, beispielsweise Tetrafluorethan, Öl oder andere Flüssigkeiten oder Gase handeln. Auch kann der Temperierkreislauf 5 abweichend von der Ausbildung als Kühlkreislauf für die Antriebsmaschine abweichend ausgebildet sein.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Batterien mit Temperiereinheiten kann es bei einer Leckage der Temperiereinheit, beispielsweise hervorgerufen durch Batteriedeformationen bei Unfällen des Fahrzeugs, Leitungsbrüche, korrosive Zersetzungen oder Porositäten der Temperiereinheit, dazu kommen, dass das Batteriegehäuse mit eindringendem Kühlwasser gefüllt wird. Im schlimmsten Fall wird dabei das gesamte im fahrzeugfesten Wärmetauscher und Ausgleichsbehälter sowie das im Kühlkreislauf befindliche Kühlwasser in das Innere des Batteriegehäuses geleitet, da diese sich oftmals am tiefsten Punkt im Fahrzeug befindet.
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Dadurch können interne Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen auftreten und es kann zur Beschädigung oder zur Zerstörung der Einzelzellen kommen. Das Eindringen des Kühlwassers in das Innere des Batteriegehäuses kann jedoch nicht nur Kurzschlüsse hervorrufen. Auch besteht aufgrund der elektrochemischen Einzelzellen und der damit verbundenen elektrischen Spannungsdifferenzen die Möglichkeit, dass eine Elektrolyse des Kühlwassers stattfindet und sich Knallgas bildet.
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Eine bekannte Lösung dieses Problems mittels Isolation der Einzelzellen gegenüber Flüssigkeiten ist nur sehr aufwändig realisierbar und kann bereits bei kleinen Isolationslücken zum Versagen führen.
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Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Temperiereinheit 4 und dem Temperierkreislauf 5 zumindest ein Ventil 6 derart angeordnet ist, dass zumindest ein Einlass 4.1 für das Temperiermedium M in die Temperiereinheit 4 zwischen dieser und dem Temperierkreislauf 5 außerhalb des Inneren des Batteriegehäuses 3 schaltbar ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 6, welches im unteren Bereich in einer Detaildarstellung vergrößert dargestellt ist, als Absperrventil ausgebildet, wobei das Ventil 6 in das Batteriegehäuse 3 integriert angeordnet ist. Alternativ ist eine Anordnung des Ventils 6 außerhalb des Batteriegehäuses 3 vorgesehen.
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Das Ventil 6 ist mittels einer Signalleitung 7 mit einer nicht gezeigten Steuereinheit gekoppelt und ist mittels dieser Steuereinheit automatisch schaltbar. Die Steuereinheit ist hierzu in nicht dargestellter Weise mit einer Sensorik zur Feuchtemessung des Inneren des Batteriegehäuses 3 und/oder einer Sensorik zur Erfassung eines Aufpralls des Fahrzeugs, beispielsweise einem Airbagsensor oder Airbagsteuergerät, und/oder einem Signalgeber für ein Aufprallsignal des Fahrzeugs, einem so genannten Crashsensor, gekoppelt. Die Ansteuerung über einen solchen Crashsensor hängt dabei von einem äußeren Ereignis, wie beispielsweise einem Crash ab, wohingegen die Sensorik zur Feuchtemessung das Innere des Batteriegehäuses 3 auf den Eintritt von Flüssigkeiten überwacht. Auch ist eine externe Ansteuerung möglich, beispielsweise durch ein auf einem Datenbus, wie zum Beispiel einem CAN-Bus im Fahrzeug, liegendes Airbag-Signal.
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Dabei ist es möglich, die Ansteuerung des Ventils 6 erst nach dem festgestellten Austritt des Temperiermediums M zu aktivieren oder diese aus Sicherheitsgründen vorab, beispielsweise bereits unmittelbar nach Erfassung der Verunfallung des Fahrzeugs, vorzunehmen.
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Mittels des dargestellten und als Absperrventil ausgebildeten Ventils 6 ist ein Ein- und Ausschalten eines Fluidstroms des Temperiermediums M in die Temperiereinheit 4 durchführbar. Hierzu umfasst das Ventil 6 eine über die Signalleitung 7 gesteuerte Schalteinrichtung 6.1 zur Betätigung des Ventils 6. Um ein Rückfließen des Temperiermediums M in das Batteriegehäuse 3 zu vermeiden, umfasst das Ventil 6 zusätzlich am Auslass 4.2 der Temperiereinheit 4 ein Rückschlagventil 6.2, welches bei sich ändernder Strömungsrichtung auch den Auslass 4.2 schließt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl der Fluidstrom des Temperiermediums M in die Temperiereinheit 4 als auch der Fluidstrom aus dieser heraus unterbrochen.
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Sind die Leitungsquerschnitte des Temperierkreislaufs 5, der Temperiereinheit 4, des Einlasses 4.1 und des Auslasses 4.2 sehr klein, dann verhindert jedoch bereits die Absperrung des Einlasses 4.1 das Auslaufen des Temperiermediums M in das Batteriegehäuse 3, da das Temperiermedium M durch die Kapillarwirkung in den kleinen Leitungsquerschnitten stehenbleibt und keine Luft eindringen kann.
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Im ungünstigsten Fall, das heißt bei großen Leitungsquerschnitten, kann bei geschlossenem Ventil 6 maximal das im Inneren des Batteriegehäuses 3 befindliche Volumen an Temperiermedium M auslaufen, was deutlich geringer als das Gesamtvolumen des kompletten Temperierkreislaufs 5 ist.
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Aufgrund der aktiven Ansteuerung des Ventils 6 ist es möglich, die Temperierung unmittelbar nach einer Verunfallung des Fahrzeugs zu unterbrechen.
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In einer möglichen, nicht gezeigten Ausbildung ist das Ventil 6 als Absperrventil mit Rückschlagventil, ähnlich der Verwendung in Zuläufen von handelsüblichen Waschmaschinen und Geschirrspülern, ausgebildet, wobei dieses selbsttätig bei einem Druckabfall innerhalb der Temperiereinheit 4 den Einlass 4.1 schließt. Bei Wegfall eines Gegendrucks am Auslass 4.2 schließt das Ventil 6 den Einlass 4.1. Damit wird ein Nachströmen des Temperiermediums M in das Batteriegehäuse 3 über den Einlass 4.1 vermieden. In dieser Ausführung kann eine elektronische Steuerung mittels der Steuereinheit entfallen. Optional ist auch bei dieser Ausführung am Auslass 4.2 ein Rückschlagventil 6.2, welches bei sich ändernder Strömungsrichtung auch den Auslass 4.2 schließt, angeordnet, um ein Rückfließen des Temperiermediums M in das Batteriegehäuse 3 zu vermeiden.
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2 zeigt die Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 und Detaildarstellungen des Ventils 6 in unterschiedlichen Betriebszuständen. Dabei zeigt die linke Detaildarstellung das Ventil 6 in einem Betriebszustand, in welchem der Einlass 4.1 und der Auslass 4.2 für den Fluidstrom durch das Ventil 6 verschlossen sind, so dass kein Temperiermedium M in die Temperiereinheit 4 hinein oder aus dieser heraus strömt. Die rechte Detaildarstellung zeigt das Ventil 6 in einem Betriebszustand, in welchem der Einlass 4.1 und der Auslass 4.2 durch das Ventil 6 geöffnet und somit für das Temperiermedium M durchlässig sind.
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Hierbei ist das Ventil 6 als Zweiwegeventil ausgebildet, so dass der Einlass 4.1 und der Auslass 4.2 für das Temperiermedium M außerhalb des Innenraums des Batteriegehäuses 3 schaltbar sind.
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Dabei ist die Schalteinrichtung 6.1 derart ausgebildet, dass ein Öffnen oder Schließen des Einlasses 4.1 und des Auslasses 4.2 gleichzeitig erfolgt, wobei die Schalteinrichtung 6.1 insbesondere elektromagnetisch oder pneumatisch gesteuert geschaltet wird.
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Die Ansteuerung des Ventils 6 erfolgt analog zum in 1 beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist alternativ zur dargestellten Ausführung auch eine selbsttätige Auslösung des Ventils 6 möglich.
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In 3 sind in einer Schnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 und Detaildarstellungen des Ventils 6 in unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt. Dabei zeigt die rechte Detaildarstellung das Ventil 6 in einem Betriebszustand, in welchem der Einlass 4.1 und der Auslass 4.2 für den Fluidstrom durch das Ventil 6 verschlossen sind, so dass kein Temperiermedium M in die Temperiereinheit 4 hinein oder aus dieser heraus strömt. Die linke Detaildarstellung zeigt das Ventil 6 in einem Betriebszustand, in welchem der Einlass 4.1 und der Auslass 4.2 durch das Ventil 6 geöffnet und somit für das Temperiermedium M durchlässig sind.
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Um den Temperierkreislauf 5 auch dann aufrecht zu erhalten, wenn die Batterie 1 nicht in diesen eingebunden ist, ist das Ventil 6 als Dreiwegeventil ausgebildet. Hierbei ist das Ventil 6 derart angeordnet und ausgebildet, dass der in der Zuleitung zum Einlass 4.1 geführte Fluidstrom des Temperiermediums M vor Erreichen des Einlasses 4.1 über eine Bypassleitung 8 in eine von dem Auslass 4.2 wegführende Rückleitung geführt wird. Dadurch ist die Batterie 1 vom Temperierkreislauf 5 abgetrennt, jedoch ist der Kühlkreislauf der Antriebsmaschine des Fahrzeugs nicht unterbrochen. Die Bypassleitung 8 hat dabei eine Verbindung zwischen dem Ventil 6 und der Rückleitung hergestellt.
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Alternativ ist es in nicht näher dargestellter Weise möglich, dass das Temperiermedium M mittels der Bypassleitung 8 in eine separate Rückleitung führbar ist.
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Zum Schalten der unterschiedlichen Betriebszustände umfasst das Ventil die Schalteinrichtung 6.1. Diese ist derart ausgebildet, dass das Öffnen oder Schließen des Einlasses 4.1 und des Auslasses 4.2 und die Herstellung der Verbindung mit der Bypassleitung 8 gleichzeitig erfolgen, wobei die Schalteinrichtung 6.1 insbesondere elektromagnetisch oder pneumatisch gesteuert geschaltet wird.
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Die Ansteuerung des Ventils 6 erfolgt analog zum in 1 beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist alternativ zur dargestellten Ausführung auch eine selbsttätige Auslösung des Ventils 6 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Zellblock
- 3
- Batteriegehäuse
- 4
- Temperiereinheit
- 4.1
- Einlass
- 4.2
- Auslass
- 5
- Temperierkreislauf
- 6
- Ventil
- 6.1
- Schalteinrichtung
- 6.2
- Rückschlagventil
- 7
- Signalleitung
- 8
- Bypassleitung
- M
- Temperiermedium
