DE102013021530A1 - Batterie und Verfahren zum Betrieb der Batterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), welche eine Anzahl von Einzelzellen (3) und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Einzelzellen (3) umfasst, wobei zumindest die Einzelzellen in einem Gehäuse angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Einzelzellen (3) innerhalb des Gehäuses (2) von einer Flüssigkeit (4) umströmt, wobei die Flüssigkeit (4) derart ausgebildet ist, dass diese bei einer vorgegebenen Temperatur an den Einzelzellen (3) verdunstet, wobei die verdunstete Flüssigkeit (4) einem Wärmetauscher (5) zu einer Kondensation zuführbar ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Batterie (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche eine Anzahl von Einzelzellen und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Einzelzellen umfasst, wobei zumindest die Einzelzellen in einem Gehäuse angeordnet sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Batterie.
  • Im Allgemeinen sind Batterien für Fahrzeuganwendungen bekannt, die eine Anzahl von Einzelzellen und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Einzelzellen umfassen. Mittels der Temperiervorrichtung ist eine zum Betrieb der Einzelzellen erforderliche Temperatur einstellbar, wobei hierzu eine beim Laden und Entladen der Einzelzellen entstehende Verlustwärme über die Temperiervorrichtung abführbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Batterie anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine Batterie umfasst eine Anzahl von Einzelzellen und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Einzelzellen, wobei zumindest die Einzelzellen in einem Gehäuse angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Einzelzellen innerhalb des Gehäuses von einer Flüssigkeit umströmt, wobei die Flüssigkeit derart ausgebildet ist, dass diese bei einer vorgegebenen Temperatur an den Einzelzellen verdunstet, wobei die verdunstete Flüssigkeit einem Wärmetauscher zu einer Kondensation zuführbar ist.
  • Dadurch, dass die Einzelzellen mittels der Flüssigkeit temperierbar sind, weisen die Einzelzellen einen gleichen Temperaturwert auf, wobei das Auftreten von Temperaturgradienten, wie sie insbesondere in herkömmlichen Zellblöcken einer Batterie auftreten können, aufgrund eines im Wesentlichen konstanten Temperaturwertes der Flüssigkeit weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
  • Mittels einer derart ausgebildeten Temperiervorrichtung ist ein Aufbau der Batterie vereinfacht und eine Lebensdauer der Batterie, d. h. der Einzelzellen, kann erhöht werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt die:
  • 1 schematisch eine Batterie mit einer Temperiervorrichtung.
  • In der einzigen Figur ist eine Batterie 1, insbesondere eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, mit einer Temperiervorrichtung dargestellt.
  • In einem Gehäuse 2 der Batterie 1 sind vier Einzelzellen 3 angeordnet, wobei eine Anzahl der Einzelzellen 3 variieren kann. Das Gehäuse 2 ist fluiddicht ausgebildet, wobei sich in dem Gehäuse 2 eine Flüssigkeit 4 befindet, die die Einzelzellen 3 umspült. Dabei ist die Flüssigkeit 4 elektrisch nicht leitend.
  • Die Temperiervorrichtung umfasst einen Kondensator als Wärmetauscher 5, der oberhalb der Flüssigkeit 4 in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 5 ist strömungstechnisch mit einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, in dem die Batterie 1 angeordnet ist, gekoppelt.
  • Zudem ist an dem Gehäuse 2 der Batterie 1 ein Überdruckventil 6 angeordnet.
  • Die Flüssigkeit 4 als Wärmeträger ist so gewählt, dass eine im Wesentlichen optimale Temperatur zum Betrieb der Einzelzellen 3, d. h. zum Betrieb der Batterie 1, einstellbar ist. Im Betrieb der Batterie 1 entsteht durch Laden und Entladen der Einzelzellen 3 eine Verlustwärme, die, da die Einzelzellen 3 von der Flüssigkeit 4 umspült sind, an diese übertragen wird.
  • Die Flüssigkeit 4 erwärmt sich daraufhin zunehmend, wobei die Flüssigkeit 4 bei Erreichen eines in Abhängigkeit der verwendeten Flüssigkeit bestimmten Temperaturwertes, d. h. einem Siedepunkt, verdampft oder verdunstet und somit ihren Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig ändert.
  • Die verdunstete Flüssigkeit 4 wird mittels des Kondensators als Wärmetauscher 5 abtransportiert und einem Kreislauf der Klimaanlage zugeführt.
  • Eine Betriebstemperatur, d. h. die im Wesentlichen optimale Temperatur, zum Betrieb der Einzelzellen 3 wird dabei durch den Siedepunkt der Flüssigkeit 4 bestimmt.
  • Im Betrieb der Batterie 1 funktioniert die Flüssigkeit 4 als Wärmespeicher bis der Siedepunkt erreicht ist.
  • Wird die Batterie 1 nicht betrieben, beispielsweise weil das Fahrzeug parkt, wird die von der Flüssigkeit 4 gespeicherte Wärme an die Einzelzellen 3 abgegeben. Dabei bildet eine Wärmekapazität der Einzelzellen 3 und der Flüssigkeit 4 als Wärmeträger einen Wärmespeicher bzw. Wärmepuffer.
  • Da die Flüssigkeit 4, wie oben beschrieben, elektrisch nicht leitfähig ist und das Gehäuse 2 fluiddicht verschlossen ist, kann bei einem in dem Gehäuse 2 auftretenden Kurzschluss kein Luftsauerstoff in das Gehäuse 2 strömen. Dadurch kann das Risiko eines nach außerhalb des Gehäuses 2 dringenden Brandes zumindest verringert werden. Zudem wird durch die Wärmekapazität der Flüssigkeit 4 und die Verdunstung eine exotherme Energieabgabe, wodurch sich das Gehäuse 2 unzulässig erwärmen kann, kompensiert.
  • Das an dem Gehäuse 2 angeordnete Überdruckventil 6 ist für einen Fehlerfall eines Klimakreislaufes 7 der Klimaanlage und/oder des Wärmetauschers 5 als Kondensator vorgesehen. Herrscht innerhalb des Gehäuses 2 ein Innendruck, der einen vorgegebenen Wert übersteigt, öffnet sich das Überdruckventil 6 als Sicherheitsventil, so dass der Druck entweichen kann. Beispielsweise ist das Überdruckventil 6 mit einer nicht näher dargestellten Steuereinheit verbunden, so dass die Batterie 1 abgeschaltet wird.
  • Hierzu kann beispielsweise zusätzlich oder alternativ eine Temperaturmessung und/oder Druckmessung erfolgen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die dem Wärmetauscher 5 zugeführte verdunstete Flüssigkeit 4 in diesem verflüssigt, also rückkondensiert, und dem Gehäuse 2 rückgeführt wird.
  • Mittels einer derart ausgebildeten Temperiervorrichtung ist es möglich, eine im Wesentlichen homogene Temperaturverteilung der Einzelzellen 3 im Betrieb derselben zu erreichen. Weiterhin können die Einzelzellen 3 mittels der entsprechenden Flüssigkeit 4 als Wärmeträger effizient auf einem vorgebbaren Temperaturniveau gehalten werden.
  • Durch den Einsatz einer solchen Temperiervorrichtung unter Voraussetzung eines fluiddichten Gehäuses 2, in dem Einzelzellen 3 angeordnet sind, ist es möglich, den Aufbau der Batterie 1 zu vereinfachen, die Batterie 1 verhältnismäßig sicher auszuführen und eine Lebensdauer der Einzelzellen 3 und auch der Batterie 1 zu erhöhen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batterie
    2
    Gehäuse
    3
    Einzelzelle
    4
    Flüssigkeit
    5
    Wärmetauscher
    6
    Überdruckventil
    7
    Klimakreislauf

Claims (5)

  1. Batterie (1), umfassend eine Anzahl von Einzelzellen (3) und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Einzelzellen (3), wobei zumindest die Einzelzellen (3) in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (3) innerhalb des Gehäuses (2) von einer Flüssigkeit (4) umströmt sind, wobei die Flüssigkeit (4) derart ausgebildet ist, dass diese bei einer vorgegebenen Temperatur an den Einzelzellen (3) verdunstet, wobei die verdunstete Flüssigkeit (4) einem Wärmetauscher (5) zu einer Kondensation zuführbar ist.
  2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) fluiddicht ausgebildet ist.
  3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (4) elektrisch isolierend ist.
  4. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Gehäuseinneren und einem Gehäuseäußeren ein Überdruckventil (6) vorgesehen ist, welches mit einer Vorrichtung zur Abschaltung der Batterie (1) gekoppelt ist.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Batterie (1) mit einer Anzahl von Einzelzellen (3) und einer Temperiervorrichtung, mittels welcher die Einzelzellen (3) temperiert werden, wobei zumindest die Einzelzellen (3) in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (3) innerhalb des Gehäuses (2) von einer Flüssigkeit (4) umströmt werden, wobei die Flüssigkeit (4) derart ausgebildet ist, dass diese bei einer vorgegebenen Temperatur an den Einzelzellen (3) verdunstet, wobei die verdunstete Flüssigkeit (4) einem Wärmetauscher (5) zu einer Kondensation zugeführt wird.
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