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Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Hochvolt-Batterien, welche gelegentlich auch als Hochleistungsbatterien bezeichnet werden, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie weisen typischerweise eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen auf, welche beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie ausgeführt sein können. Der Begriff Hochspannungs- bzw. Hochvolt-Batterie geht dabei auf die ECE R100 zurück, welche definiert, dass ”Hochspannung” die Spannung ist, für die ein elektrisches Bauteil oder ein Stromkreis ausgelegt ist, dessen Effektivwert der Betriebsspannung von mehr als 60 V und weniger als maximal 1500 V (Gleichstrom) oder mehr als 30 V und weniger oder maximal 1000 V (Wechselstrom) ist.
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Kritisch kann es bei Batterien, insbesondere bei sogenannten Hochleistungs- oder Hochvolt-Batterien sein, wenn infolge einer Fehlfunktion der Batterie und/oder infolge eines Unfalls des mit der Batterie ausgestatteten zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ein Brand auftritt. Insbesondere ein Brand, welcher sich ausgehend vom Inneren der Batterie über das ganze Fahrzeug ausbreitet, kann, beispielsweise bei Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie, ein gefährliches Szenario sein. Typischerweise ist die Batterie jedoch in dem Batteriegehäuse angeordnet, sodass ein Löschen der Batterie im Prinzip nur dadurch möglich wird, dass das Batteriegehäuse entsprechend gekühlt wird. Dieses kann bei Bedarf nicht geöffnet werden, sodass im Inneren der Batterie kein Löschen möglich ist. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn der Brand im Inneren der Batterie ausbricht, da durch ein schnelles Löschen im Inneren des Batteriegehäuses die Ausbreitung des Brands auf den Rest des Fahrzeugs leicht verhindert werden könnte.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, und welche insbesondere die genannten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Batterie, welche, wie es bei derartigen Batterien, insbesondere Hochvolt-Batterien, üblich ist, über ein Kühlmedium temperiert wird, welches durch wenigstens einen Wärmetauscher im Inneren des Batteriegehäuses strömt. Sind in dem Batteriegehäuse beispielweise zwei Batteriemodule angeordnet, dann wird typischerweise jedes dieser Batteriemodule wenigstens einen eigenen Wärmetauscher aufweisen. Da insbesondere bei Hochvolt-Batterien in Lithium-Ionen-Technologie beim Laden und Entladen, wie es im Betrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs unvermeidlich ist, eine vergleichsweise hohe Abwärme entsteht, wird als Kühlmedium in den allermeisten Fällen ein flüssiges Kühlmedium, beispielsweise ein Wasser-Forstschutz-Gemisch oder das Klimamittel einer Klimaanlage eines mit der Batterie ausgestatten Fahrzeugs, eingesetzt. Erfindungsgemäß ist es nun, dass im Bereich des wenigstens einen Wärmetauschers oder eines Leitungselements für das Kühlmittel zu oder von dem Wärmetauscher eine Ventileinrichtung angeordnet ist, welche das Innere des Wärmetauschers oder des Leitungselements mit dem Inneren des Batteriegehäuses verbindet. Eine solche Ventileinrichtung ist also geeignet, um im geöffneten Fall das Batteriegehäuse mit dem Kühlmedium zu fluten. Hierdurch kann eine effiziente Kühlung und gegebenenfalls die Bekämpfung eines bereits entstandenen Brandes sehr einfach und effizient im Inneren des Batteriegehäuses erreicht werden, sodass die Batterie nicht überhitzt und ein Brand sich im Zweifelsfall nicht weiter ausbreiten kann. Das Kühlmedium, welches im regulären Betrieb zum Temperieren der Batterie genutzt wird, stellt also in diesem Fall gleichzeitig ein Löschmedium zum Abkühlen der Batterie bzw. zum Löschen eines Brandes dar. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es dabei vorgesehen, dass das Kühlmedium ein Wasser-Frostschutz-Gemisch ist. Ein solches Wasser-Frostschutz-Gemisch eignet sich sowohl als Kühlmedium als auch als Löschmittel.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Kühlmedium Kohlendioxid als Klimamittel einer Klimaanlage in einem das Batteriegehäuse umgebenen System ist. Insbesondere wenn eine Klimaanlage mit dem Klimamittel CO2 betrieben wird, kann dieses gleichzeitig sehr gut als Löschmittel eingesetzt werden. CO2 als Löschmittel hat darüber hinaus den Vorteil, dass im Falle einer Fehlauslösung der Vorgang vollständig reversibel ist, da durch eine Flutung des Batteriegehäuses mit Kohlendioxid keine Schäden entstehen, wie beispielsweise bei der Flutung mit Wasser.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Idee ist es ferner vorgesehen, dass die Ventileinrichtung als über eine Sensorik durch eine Steuereinheit auslösbare Ventileinrichtung ausgebildet ist. Eine solche Ventileinrichtung kann beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Sensoren, welche Temperatur, Gase, Rauch oder auch entsprechende Crash-Signale wie beispielsweise eine Verformung, das Auslösen eines Airbags, falls die Batterie in einem Fahrzeug eingesetzt wird, oder Ähnliches nutzen, um die Ventileinrichtung entsprechend auszulösen und damit ein Löschen im Inneren des Batteriegehäuses einzuleiten. Insbesondere kann das Auslösen durch eine geeignete Wahl und Gewichtung unterschiedlicher Sensoren so früh erfolgen, dass ausgehend von der Batterie kein Brand in dem System auftreten kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich nun außerdem aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie; und
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2 eine schematische Draufsicht auf eine mögliche Ausgestaltung einer Batterie gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist rein beispielhaft ein sehr stark schematisiertes Fahrzeug 1 angedeutet. Dieses Fahrzeug 1 kann beispielsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet sein, welches über ein im Bereich eines Hinterrads angedeuteten Fahrmotor 2 angetrieben wird. Die elektrische Leistung zum Betreiben des Fahrmotors 2 stammt dabei aus einer Batterie 3, welche in einem Batteriegehäuse 4 angeordnet ist. Die elektrische Leistung wird über eine Leistungselektronik 5 entsprechend aufbereitet dem Fahrmotor zur Verfügung gestellt. Das als Elektrofahrzeug ausgebildete Fahrzeug 1 ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Das Fahrzeug 1 könnte genauso gut als Hybridfahrzeug oder als Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem einerseits und einer zusätzlichen Traktionsbatterie 3 andererseits ausgebildet sein. Die Batterie bzw. Traktionsbatterie 3 ist bei all diesen Systemen typischerweise als sogenannte Hochvolt-Batterie 3 ausgebildet und weist eine gegenüber herkömmlichen Bordnetzen höhere Spannung im Eingangs erläuterten Sinn auf.
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In der Darstellung der 2 ist die Batterie 3 nochmals in ihrem Batteriegehäuse 4 zu erkennen. Das Batteriegehäuse 4 ist dabei oben offen dargestellt, sodass die Elemente innerhalb des Batteriegehäuses 4 leichter erkannt werden können. Die Batterie 3 in dem Batteriegehäuse 4 besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei getrennt voneinander aufgebauten Batteriemodulen 6, welche jeweils als Stapel von Lithium-Ionen-Zellen als Batterieeinzelzellen aufgebaut sind. Die Batterieeinzelzellen sind dabei nicht explizit dargestellt. Dieser Aufbau ist jedoch aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Oberseite jedes Batteriemoduls 6 ein Wärmetauscher 7 angeordnet, welcher als sogenannte Kühlplatte ausgebildet ist, und welcher beispielsweise über eine Wärmeleitfolie mit den einzelnen Batteriepolen der Batterieeinzelzellen in Verbindung steht, um so die Zellchemie in den Batterieeinzelzellen ideal zu kühlen. Beide Wärmetauscher 7 der Batteriemodule 6 werden dabei über eine Kühlmedienzuleitung 8 mit Kühlmedium versorgt, bevor dieses über eine Kühlmedienableitung 9 aus dem Batteriegehäuse 4 wieder abgeführt wird. Es kann außerhalb des Batteriegehäuses durch einen entsprechenden Kühlkreislauf geführt und beispielsweise durch einen von Fahrtwind durchströmten Wärmetauscher angekühlt werden. Alternativ dazu ist es auch denkbar, ein Klimamittel, im hier dargestellten Ausführungsbeispiel Kohlendioxid, als Kühlmedium zu verwenden. Es wird innerhalb des Batteriegehäuses in der gleichen Art geführt und wird außerhalb des Batteriegehäuses 4 dann als Teil eines Klimakreislaufs einer Klimaanlage eines Fahrzeugs 1 verwendet. Zwischen den beiden Batteriemodulen 6 ist eine Batterieelektronik 10 angedeutet, welche, wie es über den mit 11 bezeichneten gepunkteten Pfeil angedeutet ist, mit dem Fahrzeug 1 in Kommunikation steht. Außerdem ist, rein beispielhaft, im Bereich der Kühlmittelableitung, und zwar in ihrem Bereich innerhalb des Batteriegehäuses 4, eine Ventileinrichtung 12 angeordnet, welche über einen Aktuator 13, beispielsweise bei der Ausbildung der Ventileinrichtung 12 als Magnetventil, über einen magnetischen Aktuator, angesteuert werden kann. Der Aktuator 13 steht über eine Steuerleitung 14, welche ebenfalls punktiert angedeutet ist, mit der Steuereinheit 10 bzw. Batterieelektronik in Verbindung. Zusätzlich können innerhalb des Batteriegehäuses 4 hier nicht dargestellte Sensoren vorhanden sein, welche beispielsweise Stoßbelastungen, Temperatureinflüsse oder dergleichen erfassen. Über die Signalleitung 11 können außerdem Sensoren in dem Fahrzeug 1, beispielsweise Crash-Sensoren, Rauchdetektoren oder dergleichen, mit der Steuereinheit 10 in kommunikativer Verbindung stehen.
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Über die gesamte Sensorik ist es nun möglich, im Falle eines Brandes des Fahrzeugs 1 oder insbesondere eines Brandes im Inneren des Batteriegehäuses 4, die Ventileinrichtung 12 aktiv zu öffnen, sodass das Batteriegehäuse 4 mit dem flüssigen Wasser-Frostschutz-Gemisch oder dem CO2 als Löschmittel geflutet wird. Hierdurch kann ein Brand in dem Batteriegehäuse 4 effektiv bekämpft werden.
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Entstehender Überdruck kann über die im Batteriegehäuse 4 ohnehin vorhandenen Berstöffnungen, welche in der Darstellung der 2 angedeutet und mit dem Bezugszeichen 15 versehen sind, dann vergleichbar wie ein ansonsten im Inneren des Batteriegehäuses entstehender Überdruck abgebaut werden.
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Insgesamt entsteht hiermit ein sehr sicherer und zuverlässiger Aufbau, welcher sich insbesondere für den Einsatz in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen hervorragend eignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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