DE102013214181A1

DE102013214181A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Temperierung von Batteriezellen und Batteriesystem

Info

Publication number: DE102013214181A1
Application number: DE102013214181.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Marc Heydemann; Markus Hald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-20
Also published as: DE102013214181B4

Abstract

Vorrichtung zur Temperierung einer Batteriezelle (1001–1005), umfassend: eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Batteriezelle (1001–1005) mittels eines Temperiermittels, eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Volumenstroms (420) des Temperiermittels, wobei: das Temperiermittel zur Temperierung an der Batteriezelle (1001–1005) vorbeiströmen kann, und die Steuerungseinrichtung eine Querschnittsfläche des Volumenstroms (420) zur Temperierung der Batteriezelle (1001–1005) ändern, verkleinern oder vergrößern kann, sowie ein Batteriesystem, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, ein Batteriesystem mit der Vorrichtung und der Batteriezelle, sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit dem Batteriesystem.
Stand der Technik
Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare Energiespeicher vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Dabei können Batteriezelle in Reihe verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden.
Der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt zwischen 0 °C und 40 °C. Wenn die Betriebstemperatur unterschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Dabei kann auch eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Auch wenn die Betriebstemperatur überschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Dabei kann ebenfalls eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Die Schädigung kann zu einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellen führen, das eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt.
Um die Sicherheit und Funktion von Batteriesystemen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Batteriesystemen, zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über eine kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt.
Eine Möglichkeit zur Temperierung ist es, die Batteriezellen bzw. Batteriemodule auf einem Temperierelement, das von einem Temperiermittel, beispielsweise einer Temperierflüssigkeit, durchströmt wird, anzugeordnen.
Aus DE 10 2011 082 991 A1 ist bereits eine Batterie bekannt, umfassend ein Batteriegehäuse, Temperierelemente und eine Lithium-Ionen-Zelle, die in direktem Kontakt mit einem der Temperierelemente steht.
Eine andere Möglichkeit zur Temperierung ist eine Luftkühlung, bei der Luft zwischen den voneinander beabstandeten Batteriezellen hindurch strömt.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 10 gemäß des Stands der Technik. Das Batteriesystem 10 umfasst voneinander beabstandete Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ jeweils mit elektrischen Anschlüssen 110 ₁–110 ₅, ein Batteriegehäuse 200 und Stromschienen 300. Luft umströmt die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅. Der Luftstrom 410 am Einlass ist stärker als der Luftstrom 420 am Durchlass und der Luftstrom 430 am Auslass. Dabei kann der Luftstrom von einem Lüfter erzeugt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass, sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen einer Batteriezelle, der Wärmeaustausch zwischen der Batteriezelle und dem Temperiermittel, das die Batteriezelle umgibt, gesteuert oder geregelt werden kann. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren kann der Volumenstrom des durchströmenden Temperiermittels dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Weiterhin kann ein temperaturabhängiger Leistungsabfall oberhalb der kritischen Maximaltemperatur und unterhalb der Minimaltemperatur verhindert werden.
Durch die in den rückbezogenen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren möglich.
Zweckmäßiger Weise kann eine im wesentliche rechteckige Querschnittfläche durch Änderung eines Parameters, zum Beispiel der Breite wie der Breite eine Luftspalts, verändert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Querschnittsfläche der Batteriezelle unabhängig, oder im Wesentlichen unabhängig, von der Querschnittsfläche einer anderen Batteriezelle verändert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Querschnittsfläche mittels einer Blendeneinrichtung verändert, zum Beispiel verkleinert oder vergrößert, werden. Dadurch kann der Luftspalt zwischen montierten Batteriezellen angepasst werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Blendeneinrichtung, bezogen auf den Fluss des Temperiermittels, vor der Batteriezelle (Einlass, Zulauf), auf Höhe der Batteriezelle (Durchlass, Durchlauf) oder nach der Batteriezelle (Auslass, Ablauf) angeordnet sein. Dadurch kann die Lage der Blendeneinrichtung der Batteriezelle und / oder dem Batteriesystem angepasst werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle bewegbar oder verschiebbar angeordnet sein, und die Querschnittsfläche durch Bewegen, zum Beispiel Verschieben, der Batteriezelle verändert, zum Beispiel verkleinert oder vergrößert, werden. Dadurch kann der Luftspalt zwischen beweglich angeordneten Batteriezellen platzsparend angepasst werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle beispielsweise von einer Führungseinrichtung geführt werden. Dadurch kann die mechanische Stabilität gewährleistet werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle elektrische Anschlüsse, die eine bewegliche und / oder flexible elektrische Verbindung ermöglichen, umfassen. Dadurch kann die Beweglichkeit der Batteriezelle vergrößert werden.
Zweckmäßiger Weise umfassen die elektrischen Anschlüsse flexible Litzen wie Flachlitzenband, Ausgleichswellen und / oder Schleifkontakte. Dadurch kann die Batteriezelle mit Stromschienen (Stromsammelschienen) verbunden werden. Weiterhin können die Stromschienen (auch) als Führungsschienen der Führungseinrichtung dienen.
Zweckmäßiger Weise kann die Blendeneinrichtung oder die Batteriezelle eine Antriebseinrichtung umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann die Antriebseinrichtung thermisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Zweckmäßiger Weise kann die Antriebseinrichtung mit der Wärme der Batteriezelle betrieben werden. Dadurch kann Blendeneinrichtung oder Batteriezelle lokal und zuverlässig gesteuert bzw. bewegt werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Antriebseinrichtung einen Dehnstoff wie Wachs oder einen Bimetallstreifen umfassen. Dadurch kann Blendeneinrichtung oder Batteriezelle direkt, einfach und wartungsfreundlich gesteuert bzw. bewegt werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Antriebseinrichtung elektrisch, zum Beispiel elektromechanisch oder elektrothermisch, hydraulisch oder pneumatisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Dadurch lassen sich die Blendeneinrichtung für eine Vielzahl von Batteriezellen zentral steuern bzw. die Bewegungen der Batteriezellen zentral steuern.
Zweckmäßiger Weise kann die Antriebseinrichtung einen Elektromotor, Getriebemotor oder Linearmotor umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung, oder die Antriebseinrichtung, eine Rückstelleinrichtung, zum Beispiel eine Feder wie Rückstellfeder, umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann die Temperatur der Batteriezelle, an einer Position oder mehreren Positionen, erfasst werden. Dadurch kann die Anpassung an den tatsächlichen Bedarf verbessert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Temperatur des Temperiermittels erfasst und / verändert werden. Dadurch kann die Querschnittsfläche, zum Beispiel zum Heizen, vergrößert werden. Somit werden die Steuerung flexibler und das Steuerverhalten erweitert.
Zweckmäßiger Weise kann das Temperiermittel ein Fluid, zum Beispiel ein Gas wie Kohlendioxid oder ein Gasgemisch wie Luft, umfassen.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedelec), oder ein Seefahrzeug wie Elektroboot, bereit, das das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogramm bereit, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden. Dadurch können weitere Parameter des Batteriesystem und / Fahrzeugs, zum Beispiel Historie, bevorstehende Leistungsanforderungen und geplante Betriebszeiten, berücksichtigt werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt bereit, umfassend das erfindungsgemäße Computerprogramm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 10 gemäß des Stands der Technik,
2–5 schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
6–8 schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 30 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
9–11 schematische Seitenansichten von modifizierten Batteriesystemen 32, 34, 36 gemäß der anderen Ausführungsform der Erfindung,
12–14 schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
15–17 schematische Seitenansichten von modifizierten Batteriesystemen 42, 44, 46 gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung,
18–21 vereinfachte schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 50 gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung,
22–24 schematische Ansichten von unten von modifizierten Batteriesystemen 52, 54, 56 mit gemeinsamem Antrieb gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung,
25 eine schematische Ansicht von unten eines weiter modifizierten Batteriesystems 58 mit gemeinsamem Antrieb gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung, und
26–27 schematische Ansichten von unten von modifizierten Batteriesystemen 62, 64 mit individuellen Antrieben gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
2–5 zeigen schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 20 umfasst voneinander gleichmäßig beabstandete Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ jeweils mit zwei elektrischen Anschlüssen 110 ₁–110 ₅, ein Batteriegehäuse 200 und Stromsammler wie Stromschienen 300, die mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind.
Die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ können quaderförmig ausgebildet sein und jeweils ein Zellengehäuse, zum Beispiel aus Aluminium, mit Gehäusewänden und einen Zellendeckel mit zwei elektrischen Anschlüssen 110 ₁–110 ₅, zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer, umfassen. Zur elektrischen Verbindung, zum Beispiel mit der Stromschiene, kann ein elektrischer Anschluss ein Gewindeloch umfassen. Die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ können als Primärzellen bzw. Primärelemente, die nicht wiederaufladbar sind, oder als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein. Die Sekundärzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Li-Ion-Akku, Li-Ionen-Sekundärbatterie) oder Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPoly-Akku, LiPo-Akku) ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ können mit einem Elektrodenwickel (Jelly Roll, JR, Swiss Roll), zum Beispiel als Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem Elektrodenwickel (JR-Li-Ion-Akku), ausgebildet sein. Die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ können als Beutelzelle (Pouch Cell) ausgebildet sein. Dabei kann ein Beutel (Pouch), der zur Aufnahme und Aufbewahrung eines Elektrolyts dient, eine, zwei, drei oder mehr Elektrodenwickel umfassen. Weiterhin kann eine Schutzhülle (Protective Envelop) den oder die Elektrodenwickel und / oder den oder die Beutel umschließen. Die Schutzhülle kann ein widerstandsfähiges (stoßsicheres, kugelsicheres, schusssicheres, beschusssicheres, ballistic, anti-ballistic, bulletproof) Material, zum Beispiel ballistisches Gewebe, wie ballistisches Polyamid-Gewebe (ballistisches Nylon-Gewebe, Ballistic Nylon), umfassen. Somit können die Elektrodenwickel gegen eine Beschädigung von außen, beispielsweise bei einem Unfall, und / oder bei einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) eines Elektrodenwickels, das erhebliche Kräfte auf benachbarte Batteriezellen ausüben kann, geschützt werden. Weiterhin können die Elektrodenwickel, beispielsweise bei einer Beschädigung (Leckage), vor einem Kontakt mit einem Temperiermittel geschützt werden.
Das Temperiermittel kann ein Kältemittel, Kühlmittel oder Heizmittel umfassen. Das Temperiermittel kann ein Fluid, zum Beispiel ein Gas wie Kohlendioxid oder ein Gasgemisch wie Luft oder eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch, umfassen.
Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ sowie zwischen den Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jeweils ein Luftspalt. Das Batteriesystem 20 umfasst weiterhin Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅, die unterhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet ist. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ können auch in Höhe der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅, oberhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder seitlich der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅, können ihre Größe, insbesondere ihre Breite, verändern. Dazu können sie beispielsweise ausfahrbar, ausklappbar, abrollbar, flexibel, verformbar oder dehnbar ausgebildet sein. Die Veränderung der Größe kann beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder thermisch steuerbar sein.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 20, in der alle Blendenöffnungen vollständig geöffnet sind: Zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sowie zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁ und 500 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jeweils ein Luftspalt, der dem darüber liegenden Luftspalt entspricht. Somit kann die Luft als Temperiermittel die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Der Luftstrom 410 am Einlass ist stärker als der Luftstrom 420 am Durchlass und der Luftstrom 430 am Auslass. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ beeinflussen den Luftstrom jedoch nicht (wesentlich). Aufgrund der besseren Kühlung sinkt die Temperatur der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅. Wie in 2 und den weiteren Figuren beispielhaft gezeigt, kann die Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ im Wesentlichen von unten nach oben umströmen. Allgemein kann die Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ senkrecht (vertikal), beispielsweise auch von oben nach unten, oder waagerecht (horizontal), beispielsweise von vorne nach hinten, von hinten nach vorne, von links nach rechts oder von rechts nach links, umströmen.
3 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 20, in der alle Blendenöffnungen nur teilweise geöffnet sind: Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sind teilweise aktiviert; sie haben sich beispielsweise durch Herausschieben oder Anschwellen verbreitert. Zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sowie zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁ und 500 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jetzt jeweils ein Luftspalt, der schmäler ist als der darüber liegende Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 2 weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und weniger kühlen. Aufgrund der schlechteren Kühlung kann die Temperatur der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ steigen. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ reduzieren den Luftstrom.
4 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 20, in der alle Blendenöffnungen geschlossen sind: Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sind vollständig aktiviert; sie haben sich beispielsweise durch Herausschieben oder Anschwellen verbreitert und stoßen aneinander. Zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sowie zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁ und 500 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jetzt jeweils kein Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 2 und 3 keine Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Aufgrund der fehlenden Kühlung steigt die Temperatur der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ stärker. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ verhindern den Luftstrom.
5 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 20, in der die Blendenöffnungen unterschiedlich geöffnet sind: Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ sind mehr oder weniger aktiviert. Zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₄ sowie zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₁ und der Wand des Batteriegehäuses 200 befindet sich jeweils ein Luftspalt, der schmäler ist als der darüber liegende Luftspalt, und zwischen den Blendeneinrichtungen 500 ₄ und 500 ₅ sowie zwischen der Blendeneinrichtungen 500 ₅ und der Wand des Batteriegehäuses 200 befindet sich jetzt jeweils kein Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 2 weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und weniger kühlen. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁–500 ₅ reduzieren den Luftstrom individuell (zellspezifisch) für jede der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
Der Luftstrom ist ein Volumenstrom. Der Volumenstrom bezeichnet das Volumen eines Mediums beispielsweise eines Fluides, wie eines Gases (Luft) oder einer Flüssigkeit, das sich innerhalb einer Zeitspanne durch einen Querschnitt bewegt, bezogen auf die Zeitspanne: Q = V‘ = dV/dt (1) wobei Q, V‘ den Volumenstrom beispielsweise in m³/s, l/min oder m³/h; V das Volumen beispielsweise in cm³, l oder m³; und t die Zeit beispielsweise in s, min oder h bezeichnen.
Für Fluide ergibt sich der Volumenstrom auch aus dem Produkt der (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit und der Querschnittsfläche des Volumenstroms: V‘ = c·A = a·b (2) wobei V‘ den Volumenstrom beispielsweise in m³/s; c die mittlere Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise in m/s; A die Querschnittsfläche des Volumenstroms beispielsweise in m²; a die Länge einer rechteckigen Querschnittsfläche beispielsweise in m und b die Breite der rechteckigen Querschnittsfläche beispielsweise in m bezeichnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Steuerung des Luftstroms durch eine Änderung der Querschnittfläche bzw. der Breite (des Luftspalts). Ändert sich die Querschnittsfläche entlang des Wegs, richtet sich der Volumenstrom nach der kleinsten Querschnittsfläche.
Durch die temperaturabhängige Steuerung des Luftspalts wird dieser bei einer erhöhten Temperatur der Batteriezelle größer. Dadurch wird der Volumenstrom des durchströmenden Temperiermittels größer, der somit eine größere Wärmemenge aufnehmen und abführen kann. Dadurch nimmt die Temperatur der Batteriezelle ab, und ein temperaturabhängiger Leistungsabfall kann verhindert werden. Dagegen wird der Luftspalt bei niedrigen Temperaturen kleiner oder ganz verschlossen. Dadurch wird die ideale Temperatur der Batteriezelle schneller erreicht, und die maximale Leistung wird schneller verfügbar. Alternativ kann beispielsweise im Rahmen einer Batteriemanagementsteuerung bei niedrigen Temperaturen warme Luft zugeführt werden, wenn der Luftspalt vergrößert wird.
Durch die individuelle (zellspezifische) Steuerung des Luftspalts können auftretende Temperaturunterschiede beispielsweise aufgrund leicht unterschiedlicher Zellchemie oder Alterung zwischen den Zellen ausgeglichen werden. Dadurch besitzen die Batteriezellen während des Betriebs dasselbe Verhalten, und sie werden gleichmäßiger belastet.
6–8 zeigen schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 30 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 30 umfasst voneinander gleichmäßig beabstandete Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen 110 ₁–110 ₅, ein Batteriegehäuse 200 und Stromsammler wie Stromschienen 300, die mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind. Der Aufbau und die Funktion der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der mit Bezug auf 2–5 beschriebenen Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ sowie zwischen den Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jeweils ein Luftspalt. Das Batteriesystem 30 umfasst weiterhin eine Blendeneinrichtung 500, die unterhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet ist. Die Blendeneinrichtung 500 kann auch oberhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder seitlich der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Die Blendeneinrichtung 500 umfasst eine Schlitzblende 520, die verschiebbar in einem Führungsschlitz 510 angeordnet ist. Die Schlitzblende 520 umfasst Öffnungen 522 und Stege 524. Die Blendeneinrichtung 500 kann die Größe von Blendenöffnungen, insbesondere deren Breite, verändern. Dazu kann sie, wie 6–8 beispielhaft gezeigt, die Öffnungen 522 und Stege 524 fluchtend unter die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ bzw. in Aussparungen des Batteriegehäuses 200 verschieben. Die Veränderung der Größe kann beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder thermisch steuerbar sein. Die Blendeneinrichtung 500 kann weiterhin eine Rückstelleinrichtung 530, zum Beispiel in Form einer Feder wie Schraubenfeder, umfassen. Dadurch können in einem inaktiven Zustand der Blendeneinrichtung 500 alle Blendenöffnungen geöffnet sein (normally open, no). Alternativ können in einem inaktiven Zustand der Blendeneinrichtung 500 alle Blendenöffnungen geschlossen sein (normally closed, nc)
6 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 30, in der alle Blendenöffnungen vollständig geöffnet sind: Die Stege 524 der Blendeneinrichtung 500 fluchten mit den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅, und die Öffnungen 522 der Blendeneinrichtung 500 entsprechen dem jeweils darüber liegenden Luftspalt. Somit kann die Luft als Temperiermittel die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Der Luftstrom 410 am Einlass ist stärker als der Luftstrom 420 am Durchlass und der Luftstrom 430 am Auslass. Die Blendeneinrichtung 500 beeinflusst den Luftstrom jedoch nicht (wesentlich).
7 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 30, in der alle Blendenöffnungen nur teilweise geöffnet sind: Die Blendeneinrichtung 500 ist teilweise aktiviert; die Schlitzblende 520 ist teilweise verschoben. Die Feder 530 ist teilweise vorgespannt. Die Stege 524 und Öffnungen 522 der Blendeneinrichtung 500 befinden sich teilweise unter den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅, und die Öffnungen 522 der Blendeneinrichtung 500 entsprechen nur teilweise dem jeweils darüber liegenden Luftspalt. Es ergibt sich jetzt jeweils ein Luftspalt, der schmäler ist als der darüber liegende Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 6 weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und weniger kühlen. Die Blendeneinrichtung 500 reduziert den Luftstrom. Durch eine Verwirbelung des Luftstroms werden die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ eines Luftspalts im Wesentlichen gleich gut gekühlt.
8 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 30, in der alle Blendenöffnungen geschlossen sind: Die Blendeneinrichtung 500 ist vollständig aktiviert; die Schlitzblende 520 ist vollständig verschoben. Die Feder 530 ist vollständig vorgespannt. Die Öffnungen 522 der Blendeneinrichtung 500 fluchten mit den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅, und die Stege 524 der Blendeneinrichtung 500 verschließen den jeweils darüber liegenden Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 6 und 7 keine Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Die Blendeneinrichtung 500 verhindert den Luftstrom.
Die Blendeneinrichtung 500 ermöglicht keine Steuerung bzw. Reduzierung des Luftstroms individuell für jede der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
9–11 zeigen, mit Bezug auf 7, schematische Seitenansichten von modifizierten Batteriesystemen 32, 34, 36 gemäß der anderen Ausführungsform der Erfindung.
Das in 9 gezeigte Batteriesystem 32 umfasst weiterhin eine Antriebseinrichtung 610 zum Antreiben der Schlitzblende 520. Die Antriebseinrichtung 610 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ beispielsweise Batteriezelle 100 ₃ angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 610 kann thermisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Die Antriebseinrichtung 610 kann ein Gehäuse, einen Dehnstoff wie Wachs und einen Kolben (Dehnstoffarbeitselement) umfassen und mit der Wärme der Batteriezelle 100 ₃ betrieben werden. Die Antriebseinrichtung 610 kann weiterhin eine Rückstellfeder umfassen. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnt sich der Dehnstoff aufgrund der Wärme aus und drängt den Kolben aus dem Gehäuse der Antriebseinrichtung 610, wodurch die verbundene Schlitzblende 520 angetrieben wird. Die Antriebseinrichtung 610 kann weiterhin eine Heizeinrichtung (Heizelement) zur thermischen Beeinflussung des Bimetallstreifens umfassen. Die Heizeinrichtung kann einen elektrischen Widerstand umfassen. Dadurch kann die Antriebseinrichtung 610 bei Auftreten eines Ereignisses beispielsweise einer Leistungsanforderung unverzüglich beeinflusst werden, noch bevor sich die (Außen-)Temperatur der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ verändert hat. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise mittels eines Batteriemanagementsystems gesteuert werden.
Das in 10 gezeigte Batteriesystem 34 umfasst weiterhin eine andere Antriebseinrichtung 620 zum Antreiben der Schlitzblende 520. Die Antriebseinrichtung 620 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 620 kann thermisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Die Antriebseinrichtung 620 kann einen Bimetallstreifen umfassen und mit der Wärme der Batteriezelle 100 ₃ betrieben werden. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnen sich die unterschiedlichen Metalle des Bimetallstreifens mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgrund der Wärme unterschiedlich stark aus und verformen den Bimetallstreifen, wodurch die verbundene Schlitzblende 520 angetrieben wird. Diese andere Antriebseinrichtung 620 kann, wie bereits mit Bezug auf die Antriebseinrichtung 610 beschrieben, weiterhin eine Heizeinrichtung (Heizelement) zur thermischen Beeinflussung des Bimetallstreifens umfassen.
Das in 11 gezeigte Batteriesystem 36 umfasst weiterhin eine andere Antriebseinrichtung 630 zum Antreiben der Schlitzblende 520. Die Antriebseinrichtung 630 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder an dem Batteriegehäuse 200 angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 630 kann elektrisch, zum Beispiel elektromechanisch oder elektrothermisch, hydraulisch oder pneumatisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Die Antriebseinrichtung 630 kann einen Elektromotor, Getriebemotor oder Linearmotor umfassen. Die Antriebseinrichtung 630 kann, wie in 11 beispielhaft gezeigt, mittels einer Spindel mit der Schlitzblende 520 verbunden sein. Die Antriebseinrichtung 630 kann, ggf. mittels einer geeigneten Ansteuereinrichtung, von einer Steuerungseinrichtung 710, zum Beispiel einer Batteriemanagementsteuerung, gesteuert oder geregelt werden. Die Steuerungseinrichtung 710 kann als Rechnengerät oder Computer mit Prozessor, Speicher und Schnittstellen ausgebildet sein. Der Speicher kann Befehle eines Steuerprogramms speichern und der Prozessor kann die gespeicherten Befehle ausführen. Die Steuerungseinrichtung 710 kann mit Sensoren 720 ₁–720 ₅, zum Beispiel Temperatursensoren, verbunden sein. Die Sensoren 720 ₁–720 ₅ können an einer oder mehreren Positionen der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Die Steuerungseinrichtung 710 kann die Schlitzblende 520 mittels der Antriebseinrichtung 630 in Abhängigkeit der Temperaturen der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ antreiben: Bestimmen der Temperatur, Bestimmen der Größe der Blendenöffnung, Einstellen der Blendenöffnung und ggf. Einstellen der Temperatur der Luft. Wenn sich die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ erwärmen, kann die Steuerungseinrichtung 710 die Schlitzblende 520 öffnen, um den Luftstrom von kühler Luft zu erhöhen. In ähnlicher Weise kann die Steuerungseinrichtung 710 zu einer erforderlichen Erwärmung der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ warme Luft bereitstellen und die Schlitzblende 520 öffnen, um den Luftstrom der warmen Luft zu erhöhen.
12–14 zeigen schematische Seitenansichten eines Batteriesystems 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 40 umfasst voneinander gleichmäßig beabstandete Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen 110 ₁–110 ₅, ein Batteriegehäuse 200 und Stromsammler wie Stromschienen 300, die mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind. Der Aufbau und die Funktion der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der mit Bezug auf 2–5 beschriebenen Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ sowie zwischen den Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses 200 befindet sich jeweils ein Luftspalt. Das Batteriesystem 40 umfasst weiterhin eine erste Blendeneinrichtung 500 ₁ und eine zweite Blendeneinrichtung 500 ₂, die unterhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sind. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ können auch oberhalb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder seitlich der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ umfassen jeweils eine Schlitzblende 520 ₁, 520 ₂, die jeweils verschiebbar in einem Führungsschlitz 510 ₁, 510 ₂ angeordnet ist. Die Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂ umfassen jeweils Öffnungen 522 ₁, 522 ₂ und Stege 524 ₂, 524 ₂. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ können die Größe von Blendenöffnungen, insbesondere deren Breite, verändern. Dazu können sie, wie 12–14 beispielhaft gezeigt, relativ zueinander verschoben werden. Die Veränderung der Größe kann beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder thermisch steuerbar sein. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ können weiterhin jeweils eine Rückstelleinrichtung 530 ₁, 530 ₂, zum Beispiel in Form einer Feder wie Schraubenfeder, umfassen.
12 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 40, in der alle Blendenöffnungen vollständig geöffnet sind: Die Stege 524 ₁ der ersten Blendeneinrichtung 500 ₁ fluchten jeweils mit den Stegen 524 ₂ der zweiten Blendeneinrichtung 500 ₂, und die Öffnungen 522 ₁ der ersten Blendeneinrichtung 500 ₁ fluchten jeweils mit den Öffnungen 522 ₂ der zweiten Blendeneinrichtung 500 ₂. Somit kann die Luft als Temperiermittel die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Der Luftstrom 410 am Einlass ist stärker als der Luftstrom 420 am Durchlass und der Luftstrom 430 am Auslass. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ beeinflussen den Luftstrom jedoch nicht (wesentlich).
13 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 40, in der alle Blendenöffnungen nur teilweise geöffnet sind: Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ sind teilweise aktiviert; die Schlitzblenden 520 ₁, 502 ₂ sind teilweise verschoben. Die Federn 530 ₁, 530 ₂ sind jeweils teilweise vorgespannt. Die Stege 524 ₂ und Öffnungen 522 ₂ der zweiten Blendeneinrichtung 500 ₂ befinden sich jeweils teilweise unter den Stegen 524 ₁ und Öffnungen 522 ₁ der ersten Blendeneinrichtung 500 ₁. Es ergibt sich jetzt jeweils ein Luftspalt, der schmäler ist als der darüber liegende Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 12 weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und weniger kühlen. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ reduzieren den Luftstrom. Durch eine Verwirbelung des Luftstroms werden die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ eines Luftspalts im Wesentlichen gleich gut gekühlt.
14 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 40, in der alle Blendenöffnungen geschlossen sind: Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ sind vollständig aktiviert; die Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂ sind vollständig verschoben. Die Federn 530 ₁, 530 ₂ sind jeweils vollständig vorgespannt. Die Öffnungen 522 ₁ der ersten Blendeneinrichtung 500 ₁ fluchten mit den Stegen 524 ₂ der zweiten Blendeneinrichtung 500 ₂ und die Öffnungen 522 ₂ der zweiten Blendeneinrichtung 500 ₂ fluchten mit den Stegen 524 ₁ der ersten Blendeneinrichtung 500 ₁; sie verschließen den jeweils darüber liegenden Luftspalt. Somit kann im Vergleich zu 12 und 13 keine Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ verhindern den Luftstrom.
Die Blendeneinrichtungen 500 ₁, 500 ₂ ermöglichen hier keine Steuerung bzw. Reduzierung des Luftstroms individuell für jede der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
15–17 zeigen, mit Bezug auf 13, schematische Seitenansichten von modifizierten Batteriesystemen 42, 44, 46 gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Das in 15 gezeigte Batteriesystem 42 umfasst weiterhin eine, bereits mit Bezug auf 9 beschriebene, Antriebseinrichtung 610 zum Antreiben der Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂. Die Antriebseinrichtung 610 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ beispielsweise Batteriezelle 100 ₃ angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 610 kann thermisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Die Antriebseinrichtung 610 kann ein Gehäuse, einen Dehnstoff wie Wachs und zwei Kolben umfassen und mit der Wärme der Batteriezelle 100 ₃ betrieben werden. Die Antriebseinrichtung 610 kann weiterhin eine Rückstellfeder umfassen. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnt sich der Dehnstoff aufgrund der Wärme aus und drängt die Kolben aus dem Gehäuse der Antriebseinrichtung 610, wodurch die verbundenen Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂ angetrieben werden.
Das in 16 gezeigte Batteriesystem 44 umfasst weiterhin eine andere, bereits mit Bezug auf 10 beschriebene, Antriebseinrichtung 620 zum Antreiben der Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂. Die Antriebseinrichtung 620 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ beispielsweise Batteriezelle 100 ₃ angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 620 kann thermisch eingetrieben bzw. bewegt werden. Die Antriebseinrichtung 620 kann einen Bimetallstreifen umfassen und mit der Wärme der Batteriezelle 100 ₃ betrieben werden. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnen sich die unterschiedlichen Metalle des Bimetallstreifens aufgrund der Wärme unterschiedliche stark aus und verformen den Bimetallstreifen, wodurch die verbundenen Schlitzblenden 520 ₁, 520 ₂ angetrieben werden.
Das in 17 gezeigte Batteriesystem 46 umfasst weiterhin eine, bereits mit Bezug auf 11 beschriebene, erste Antriebseinrichtung 630 ₁ zum Antreiben der ersten Schlitzblende 520 ₁ und zweite Antriebseinrichtung 630 ₂ zum Antreiben der zweiten Schlitzblende 520 ₂. Die Antriebseinrichtungen 630 ₁, 630 ₂ können auf den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder an dem Batteriegehäuse 200 angeordnet sein. Der Aufbau und die Funktion des Batteriesystems 46 und der Antriebseinrichtungen 630 ₁, 630 ₂ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion des mit Bezug auf 11 beschriebenen Batteriesystems 36 und der Antriebseinrichtung 630.
18–21 zeigen vereinfachte schematische Setienansichten eines Batteriesystems 50 gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 50 umfasst voneinander beabstandete Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen 110‘ ₁–110‘ ₅, ein Batteriegehäuse (nicht gezeigt) und Stromsammler wie Stromschienen 300, die mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind. Der Aufbau und die Funktion der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der mit Bezug auf 2–5 beschriebenen Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ sowie zwischen den Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ und den Wänden des Batteriegehäuses kann sich jeweils ein Luftspalt befinden. Die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ sind bewegbar beispielsweise verschiebbar. Ihre elektrischen Verbindungen können veränderbar beispielsweise flexibel ausgebildet sein. Dadurch sind die Luftspalte veränderbar: Ihre Größen (Breiten) können im Wesentlichen gleich oder unterschiedlich sein. Die Veränderung der Größe kann beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder thermisch steuerbar sein.
Das Batteriesystem 50 kann weiterhin eine erste bewegliche Wand beispielsweise isolierende Wand (nicht gezeigt) umfassen, die zwischen der Batteriezelle 100 ₁ und der entsprechenden Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Zwischen der ersten beweglichen Wand und der Batteriezelle 100 ₁ kann sich somit ein veränderbarer Luftspalt befinden, so dass die Batteriezelle 100 ₁ beidseitig temperiert werden kann.
Das Batteriesystem 50 kann weiterhin eine zweite bewegliche Wand beispielsweise isolierende Wand (nicht gezeigt) umfassen, die zwischen der Batteriezelle 100 ₅ und der entsprechenden Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Zwischen der zweiten beweglichen Wand und der Batteriezelle 100 ₁ kann sich somit ein veränderbarer Luftspalt befinden, so dass die Batteriezelle 100 ₅ beidseitig temperiert werden kann. Alternativ kann sich der veränderbare Luftspalt, wie oben beschrieben, zwischen der Batteriezelle 100 ₅ und der entsprechenden Wand des Batteriegehäuses befinden, während sich der veränderbare Luftspalt zwischen der ersten beweglichen Wand und der Batteriezelle 100 ₁ befindet.
18 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 50, in der alle Luftspalte geöffnet sind: Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ befindet sich jeweils ein Luftspalt gleicher Breite, und die Luftspalte haben somit eine gleiche (einheitliche) Breite. Somit kann die Luft als Temperiermittel die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ gleichmäßig umströmen und gleichmäßig kühlen. Der Luftstrom 410 am Einlass ist stärker als der Luftstrom 420 am Durchlass und der Luftstrom 430 am Auslass.
19 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 50, in der alle Luftspalte nur teilweise geöffnet sind: Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ befindet sich jeweils ein Luftspalt beispielsweise halber Breite, und die Luftspalte haben eine gleiche (einheitliche) Breite. Somit kann im Vergleich zu 18 weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und weniger kühlen.
20 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 50, in der alle Luftspalte geschlossen sind: Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ befindet sich jeweils ein Luftspalt der Breite null. Somit kann im Vergleich zu 18 und 19 keine Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und kühlen. Dabei können allerdings, wie aus 20 ersichtlich, außenliegende Flächen der zwei außenliegenden Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ umströmt und diese Batteriezellen 100 ₁ und 100 ₅ teilweise gekühlt werden.
21 zeigt eine schematische Ansicht des Batteriesystems 50, in der die Luftspalte unterschiedlich geöffnet sind: Zwischen den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ befinden sich Luftspalte unterschiedlicher Breite, und die Luftspalte können größere (überdurchschnittliche), mittlere und kleinere Breiten haben. Somit kann im Vergleich zu 18 mehr oder weniger Luft die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umströmen und mehr oder weniger kühlen. Die Luftspalte regulieren den Luftstrom individuell für jede der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅. Dabei kann der zur Verfügung stehende Gesamtluftstrom nach dem Bedarf der einzelnen Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ (bedarfsgerecht, „gerecht“) aufgeteilt werden.
22–25 zeigen schematische Ansichten von unten von modifizierten Batteriesystemen 52, 54, 56 mit gemeinsamem Antrieb gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die modifizierten Batteriesysteme 52, 54, 56 umfassen eine Antriebseinrichtung 610, 620 oder 630 und eine Übertragungseinrichtung 800 zur gleichmäßigen Übertragung des Antriebs auf die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅.
Die Übertragungseinrichtung 800 umfasst eine erste Vielzahl von parallel angeordneten Armen 810 ₁–810 ₅ und eine zweite Vielzahl von auf der ersten Vielzahl von Armen 810 ₁–810 ₅ parallel angeordneten Armen 820 ₁–820 ₅, die an Endbereichen und Mittenbreichen scherenartig beweglich beispielsweise drehbar miteinander verbunden sind („Nürnberger Schere“). Die Endbereiche der ersten Vielzahl von Armen 810 ₁–810 ₅ und der zweiten Vielzahl von Armen 820 ₁–820 ₅ sind jeweils in einem Führungsschlitz 830 ₁–850 ₅, der jeweils einer Batteriezelle 100 ₁–100 ₅ zu geordnet ist, beweglich beispielsweise verschiebbar gelagert. Die Führungsschlitz 830 ₁–830 ₅ können jeweils auf einer Unterseite der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder von Trageinrichtungen (Tragschlitten) der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ ausgebildet sein.
Die Übertragungseinrichtung 800 kann, wie in den 22–25 gezeigt, unter den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Alternativ kann die Übertragungseinrichtung 800 über oder neben den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Beispielsweise kann die Übertragungseinrichtung 800 an gegenüberliegenden Seiten der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein.
Die modifizierten Batteriesysteme 52, 54, 56 können weiterhin Führungen 900 ₁, 900 ₂ zur Führung der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umfassen. Die Führungen 900 ₁, 900 ₂ können durch das Batteriegehäuse ausgebildet sein. Alternativ können die Führungen 900 ₁, 900 ₂ durch die Stromschienen ausgebildet sein. Die Führungen 900 ₁, 900 ₂ können, wie in den 22–25 gezeigt, unter den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Alternativ können die Führungen 900 ₁, 900 ₂ über oder neben den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Dabei können die Übertragungseinrichtung 800 und die Führungen 900 ₁, 900 ₂ gemeinsam oder getrennt voneinander angeordnet sein.
Das in 22 gezeigte Batteriesystem 52 umfasst weiterhin eine, bereits mit Bezug auf 9 und 15 beschriebene, Antriebseinrichtung 610 zum Antreiben der Übertragungseinrichtung 800. Die Antriebseinrichtung 610 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ beispielsweise Batteriezelle 100 ₃ angeordnet sein. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnt sich der Dehnstoff aufgrund der Wärme aus und drängt die Kolben aus dem Gehäuse der Antriebseinrichtung 610, wodurch die verbundene Übertragungseinrichtung 800 angetrieben wird. Dadurch werden die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ voneinander beabstandet und die Luftspalte jeweils vergrößert. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ abkühlt, werden die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ zueinander bewegt und die Luftspalte jeweils verkleinert.
Das in 23 gezeigte Batteriesystem 54 umfasst weiterhin eine andere, bereits mit Bezug auf 10 und 16 beschriebene, Antriebseinrichtung 620 zum Antreiben der Übertragungseinrichtung 800. Die Antriebseinrichtung 620 kann auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ beispielsweise Batteriezelle 100 ₃ angeordnet sein. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ erwärmt, dehnen sich die unterschiedlichen Metalle des Bimetallstreifens aufgrund der Wärme unterschiedliche stark aus und verformen den Bimetallstreifen, wodurch die verbundene Übertragungseinrichtung 800 angetrieben wird. Dadurch werden, wie bereits mit Bezug auf 22 beschrieben, die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ voneinander beabstandet und die Luftspalte jeweils vergrößert. Wenn sich die Batteriezelle 100 ₃ abkühlt, werden die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ zueinander bewegt und die Luftspalte jeweils verkleinert.
Das in 24 gezeigte Batteriesystem 56 umfasst weiterhin eine, bereits mit Bezug auf 11 und 17 beschriebene, Antriebseinrichtung 630 zum Antreiben der Übertragungseinrichtung 800. Die Antriebseinrichtung 630 kann auf den Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ oder an dem Batteriegehäuse angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 630 kann, wie in 24 beispielhaft gezeigt, mittels einer durchgehenden Spindel oder Doppelspindel mit der Übertragungseinrichtung 800 verbunden sein. Der Aufbau und die Funktion des Batteriesystems 56 und der Antriebseinrichtung 630 entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion des mit Bezug auf 11 und 17 beschriebenen Batteriesysteme 36, 46 und der Antriebseinrichtung 630.
25 zeigt eine schematische Ansicht von unten eines weiter modifizierten Batteriesystems 58 mit gemeinsamem Antrieb gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung.
Der Aufbau und die Funktion des in 25 gezeigten Batteriesystems 58 und der Antriebseinrichtung 630 entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion des mit Bezug auf 24 beschriebenen Batteriesysteme 56 und der Antriebseinrichtung 630, wobei die Mittenbereiche der ersten Vielzahl von Armen 810 ₁–810 ₅ und der zweiten Vielzahl von Armen 820 ₁–820 ₅ jeweils bei einer Batteriezelle 100 ₁–100 ₅ beweglich beispielsweise drehbar gelagert sind. Dadurch kann auf die Führungsschlitze 830 ₁–830 ₅ verzichtet werden.
26–27 zeigen schematische Ansichten von unten von modifizierten Batteriesystemen 62, 64 mit individuellen Antrieben gemäß der wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die modifizierten Batteriesysteme 62, 64 umfassen Antriebseinrichtungen 610 ₁–610 ₅ oder 620 ₁–620 ₅ zum individuellen Antrieb der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅. Die modifizierten Batteriesysteme 62, 64 können weiterhin Führungen 900 ₁, 900 ₂ zur Führung der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ umfassen.
Der Aufbau und die Funktion der in 26–27 gezeigten Führungen 900 ₁, 900 ₂ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der mit Bezug auf 22–24 beschriebenen Führungen 900 ₁, 900 ₂.
Der Aufbau und die Funktion der in 26–27 gezeigten Batteriesysteme 62, 64, Antriebseinrichtungen 610 ₁–610 ₅ bzw. 620 ₁–620 ₄ und Führungen 900 ₁, 900 ₂ entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der zuvor beschriebenen Batteriesysteme, Antriebseinrichtungen und Führungen.
Bei dem in 26 gezeigten Batteriesystem 62, können die Antriebseinrichtungen 610 ₁–610 ₅, wie beispielhaft gezeigt, jeweils auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Wenn sich die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ erwärmen, dehnen sich der Dehnstoffe aufgrund und entsprechend der Wärme aus und drängen die Kolben aus den Gehäusen der Antriebseinrichtungen 610 ₁–610 ₅, wodurch die (unterschiedlichen) Breiten der Luftspalte eingestellt werden.
Bei dem in 27 gezeigten Batteriesystem 64, können die Antriebseinrichtungen 620 ₁–620 ₄, wie beispielhaft gezeigt, jeweils auf einer der Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ angeordnet sein. Dazu können die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ Anschläge 120 ₁–120 ₅ aufweisen. Wenn sich die Batteriezellen 100 ₁–100 ₅ erwärmen, verformen sich die Bimetallstreifen aufgrund und entsprechend der Wärme, wodurch die (unterschiedlichen) Breiten der Luftspalte eingestellt werden. Wenn die Bimetallstreifen, wie in 27 beispielhaft gezeigt, die Luftspalte überbücken, kann dabei die Temperatur der Luft berücksichtigt werden. Dabei können die Antriebseinrichtungen 620 ₁–620 ₄ auf Seite der Abluft, beispielsweise oben bei einem Luftstrom von unten nach oben, angeordnet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011082991 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Temperierung einer Batteriezelle (100 ₁–100 ₅), umfassend: – eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) mittels eines Temperiermittels, – eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Volumenstroms (420) des Temperiermittels, wobei: – das Temperiermittel zur Temperierung an der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) vorbeiströmen kann, und – die Steuerungseinrichtung eine Querschnittsfläche des Volumenstroms (420) zur Temperierung der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) ändern, verkleinern oder vergrößern kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: – die Querschnittsfläche mittels einer Blendeneinrichtung (500; 500 ₁–500 ₅) verändert, verkleinert oder vergrößert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) bewegbar oder verschiebbar angeordnet ist, und – die Querschnittsfläche durch Bewegen oder Verschieben der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) verändert, verkleinert oder vergrößert werden kann.
Batteriesystem (20; 30; 32; 34; 36; 40; 42; 44; 46; 50; 52; 54; 56; 58; 62; 64), umfassend: – eine Batteriezelle (100 ₁–100 ₅), und – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3 verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem (20; 30; 32; 34; 36; 40; 42; 44; 46; 50; 52; 54; 56; 58; 62; 64) nach Anspruch 4 verbunden mit dem Fahrzeug.
Verfahren zur Temperierung einer Batteriezelle (100 ₁–100 ₅), umfassend: – Temperieren der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) mittels eines Temperiermittels, – Steuern oder Regeln eines Volumenstroms (420) des Temperiermittels mittels einer Steuerungseinrichtung, wobei: – das Temperiermittel zum Temperieren an der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) vorbeiströmen kann, und – das Steuern oder Regeln eine Querschnittsfläche des Volumenstroms (420) zur Temperierung der Batteriezelle verändern, verkleinern oder vergrößern kann.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei: – die Querschnittsfläche mittels einer Blendeneinrichtung (500; 500 ₁–500 ₅) verändert, verkleinert oder vergrößert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei: – die Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) bewegbar oder verschiebbar angeordnet ist, und – die Querschnittsfläche durch Bewegen oder Verschieben der Batteriezelle (100 ₁–100 ₅) verändert, verkleinert oder vergrößert werden kann.
Computerprogramm, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers (710) gespeichert ist und das von dem Computer (710) lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6–8 bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer (710) ausgeführt werden.
Computerprogrammprodukt, umfassend das Computerprogramm nach Anspruch 9.