DE102014203133A1

DE102014203133A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Temperierung und Entgasung einer Batteriezelle sowie Batterie und Batteriesystem

Info

Publication number: DE102014203133A1
Application number: DE102014203133.8A
Authority: DE
Inventors: Karsten Haug; Marc Heydemann; Markus Hald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung von Batteriezellen (2001, 2002, 2003), umfassend: eine Temperiereinrichtung (430) zum Temperieren der Batteriezellen (2001, 2002, 2003) mittels eines Temperiermittels (500), eine Gassammeleinrichtung (320) zum Sammeln von Schadgas (600) der Batteriezellen (2001, 2002, 2003), eine Übertragungseinrichtung (4001, 4002, 4003, 4004), die mit der Temperiereinrichtung (430) kommunizierend verbunden ist und die mit der Gassammeleinrichtung (320) kommunizierend verbunden ist, zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem gesammelten Schadgas (600) und dem Temperiermittel (500), und eine Entgasungseinrichtung (150), die mit der Übertragungseinrichtung (4001, 4002, 4003, 4004) kommunizierend verbunden ist, zum Entgasen des gesammelten Schadgases (600), eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren.

Description

Stand der Technik
Bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV) kommen als wiederaufladbare Energiespeicher vermehrt neue Batteriesysteme mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz.
Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade-/ Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) 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. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.
Der für den Betrieb der Lithium-Ionen-Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt typischer Weise zwischen –30 °C und +70 °C. Im unteren Bereich der Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batteriezellen stark an. Weiterhin liegt der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturunterschied (Temperaturgradient) in einer Batterie typischer Weise zwischen 5 Kelvin und 10 Kelvin. Bei größeren Temperaturunterschieden können verschiedene Bereiche einer Batteriezelle bzw. verschiedene Batteriezellen eines Batteriemoduls oder einer Batterie unterschiedliche Belastungen erfahren oder sogar (partiell) überlastet und / oder geschädigt werden. Ein Hauptproblem ist dabei eine stark unterschiedliche kalendarische Alterung, auch ohne explizite Schädigung. Ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellenfindet unter 80 °C nicht statt.
In einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs werden Li-Ionen-Hochleistungsbatteriezellen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während kurzzeitiger Spitzenbelastungen, die beispielsweise durch Rekuperation von Bremsenergie beim Bremsen oder Boostunterstützung beim Beschleunigen entstehen, müssen die Batteriezellen in einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung (bei Ladung) aufnehmen oder (bei Entladung) abgeben. Aufgrund des Innenwiderstands der Batteriezellen führen diese kurzen Spitzenbelastungen zu einer signifikanten Erwärmung der Batteriezellen. Der Wirkungsgrad der Batteriezellen beim Laden bzw. Entladen ist sehr hoch (ca. 95 %); dennoch ist die dabei entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Bei einer Traktionsleistung von beispielsweise 60 KW ergibt ein Verlust von 5 % eine Verlustleistung von 3 KW. Weiterhin können, beispielsweise in den Sommermonaten oder in wärmeren Regionen, Außentemperaturen, die 40 °C und mehr betragen können, außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegen, so dass die Batteriezellen ohne Kühlung keine Lebensdauer von, beispielsweise, zehn Jahren erreichen können.
Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer des Batteriesystems zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht, wie oben beschrieben, während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über die 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.
Dazu kann das Batteriesystem ein Fluid, zum Beispiel eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch, als Temperiermittel beispielsweise Kühlmittel in einem Temperiermittelkreislauf umfassen.
Beispielsweise kann die Kühlung der Batteriezellen durch Kühlplatten, auf denen die Batteriezellen montiert sind, erreicht werden. In den Kühlplatten nimmt entweder ein Kühlmittel wie Kühlwasser (Luft-Wärme-Kühler) oder ein Kältemittel, das durch die Wärme verdampft, (Verdampfer) die Wärme der Batteriezellen auf und führt sie über einen Kühler an die Umgebung oder eine Klimaanlage (Airconditioning, AC) ab. Ein Kühlsystem umfasst neben den Kühlplatten oder dem Verdampfer und dem Kühler weiterhin Schläuche und / oder Rohre, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall wie Aluminium, zum Verbinden der Kühlplatten, des Verdampfers und / oder des Kühlers.
DE 198 29 293 A1 offenbart ein Batterie-Kühlsystem, umfassend eine Batteriezelle zur Erzeugung elektrischer Energie; ein luftdichtes Gehäuses zur Aufnahme der Batteriezelle in seinem Innenraum, wobei der Innenraum mit einem Kühlmittel gefüllt ist; und eine Kühleinrichtung, die mit dem Innenraum des luftdichten Gehäuses in kommunizierender Verbindung steht und mit dem Kühlmittel gefüllt ist, wobei das Kühlmittel mittels der Batteriezelle in dem Innenraum des luftdichten Gehäuses entwickelte Wärme absorbiert, um zu verdampfen; und wobei sich das verdampfte Kühlmittel in der Kühleinrichtung bewegt und mittels der Kühleinrichtung gekühlt wird, um kondensiert zu werden.
Eine Batteriezelle kann sich durch elektrische Überbeanspruchung, beispielsweise durch Überladung oder einen (externen) elektrischen Kurzschluss, der beispielsweise durch einen unbeabsichtigten Kontakt der Anschlüsse der Batteriezelle mit einem (metallischen) elektrisch leitenden Gegenstand verursacht werden kann, während des Betriebs durch einen heißen Zweig (Kurzschluß) in einem Inverter und / oder durch eine mechanische Überbeanspruchung, beispielsweise durch Beschädigung des Gehäuses der Batteriezelle zum Beispiel bei einem Unfall (Crash), sehr stark erhitzen. Weiterhin kann, in äußerst unwahrscheinlichen Fällen, ein Produktionsfehler einen zellinternen Kurzschluss verursachen. Dadurch kann theoretisch die isolierende Folie zwischen den beiden Elektroden des Zellwickels der Batteriezelle schmelzen, wodurch ein zellinterner Kurzschluss und ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle verursacht werden, wodurch schließlich ein explosionsartiger Druckanstieg innerhalb der Batteriezelle verursacht wird. Der entstehende Druck öffnet das Überdruckventil (Berstventil) der Batteriezelle, das an der Oberseite der Batteriezelle angeordnet sein kann, so dass die in der Batteriezelle entstehenden Gase (Schadgase) aus der Batteriezelle entweichen können (Entgasung, Degassing) und ein weiterer Druckanstieg und / oder eine Explosion der Batteriezelle verhindert werden.
Beispielsweise kann die Entgasung der Batteriezellen durch einen Gassammler (Gaskollektor, Kollektor), der das aus der Batteriezelle entwichene Gas aus dem Batteriemodul und / oder der Batterie zu einer Entgasungsöffnung ableitet, erreicht werden. Ein Entgasungssystem umfasst neben dem Gassammler und der Entgasungsöffnung weiterhin Schläuche und / oder Rohre, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall wie Aluminium, zum Verbinden des Gassammlers und der Entgasungsöffnung. Derartige Entgasungssysteme werden beispielsweise im Nissan Fuga oder Fiat F500 Electric eingesetzt.
Somit kann eine Batterie oder ein Batteriesystem sowohl ein Kühlsystem also auch ein Entgasungssystem umfassen. Dabei nehmen das Kühlsystem und das Entgasungssystem innerhalb der Batterie oder dem Batteriesystem Bauraum ein. Ihre Verbindungsrohre und Verbindungsschläuche können, beispielsweise aufgrund der Begrenzungen der Batterie oder des Batteriesystems, kompliziert gestaltet sein, und ihre Gestaltung und Anordnung in der Batterie oder dem Batteriesystem kann sich gegenseitig beeinflussen bzw. behindern.
JP 2009 224335 A offenbart ein Batteriepack, bei dem der Abstand zwischen der oberen Oberfläche der Batteriezellen und der unteren Seite des Entgasungsrohrs derart ausgebildet ist, dass der Fließwiderstand des Kühlmittels um weniger als 10 % erhöht wird.
Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer eines Batteriesystems, zum Beispiel Lithium-Ionen-Batteriesystems, zu verbessern und die Kosten des Batteriesystems zu reduzieren, ist es somit erforderlich, die Nutzung des Bauraums zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Temperierung und Entgasung der Batteriezelle Platz sparend und einheitlich ausgeführt werden können. Durch eine Kombination der Systeme für Temperierung und Entgasung der Batteriezellen kann die Nutzung des Bauraums der Batterie oder des Batteriesystems verbessert werden. Weiterhin kann die Anzahl von Komponenten beispielsweise Leitungen wie Schläuchen oder Rohren reduziert werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten, Wartungskosten und Instandsetzungskosten reduziert und Ressourcen geschont werden. Weiterhin kann die sachgerechte Funktionsweise der Batterie oder des Batteriesystems gewährleistet werden und die Zuverlässigkeit der Batterie oder des Batteriesystems erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise können das Temperiermittel, das durch den Temperiermittelkreislauf fließt, und das gesammelte Schadgas, das durch den Druck aufgrund der Gasentwicklung in der Batteriezelle von der Batteriezelle wegfließt, in zueinander gleichen Richtungen durch die Übertragungseinrichtung fließen. Dadurch kann die Übertragungseinrichtung als direkter Wärmeübertrager ausgebildet werden. Bei der direkten Wärmeübertragung in dem direkten Wärmeübertrager erfolgt eine kombinierte Wärme- und Stoffübertragung bei trennbaren Stoffströmen, sodass eine thermische und stoffliche beispielsweise hydraulische Kopplung (Vermischung) der Stoffe (Medien) erfolgt. Weiterhin kann der Platzbedarf reduziert werden. Zweckmäßiger Weise können das Temperiermittel und das gesammelte Schadgas in zueinander entgegengesetzten Richtungen durch die Übertragungseinrichtung fließen. Dadurch kann der Wärmeaustausch und somit die Kühlung verbessert werden. Zweckmäßiger Weise können das Temperiermittel und das gesammelte Schadgas in zueinander senkrechten Richtungen durch die Übertragungseinrichtung fließen. Dadurch kann die Übertragungseinrichtung an die technischen Erfordernisse und / oder Gegebenheiten beispielsweise bezüglich Anordnung der Komponenten in dem Batteriegehäuse angepasst werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung als direkter Wärmeübertrager ausgebildet sein. Dadurch kann der Wärmeaustausch und somit die Kühlung verbessert werden. Weiterhin kann das gesammelte Schadgas gewaschen werden. Dadurch kann die Sicherheit erhöht werden, da Anteile des Schadgases im Temperiermittel zurückgehalten werden können. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein Rohr, das einen Kanal bildet, durch den das Temperiermittel und das gesammelte Schadgas gemeinsam fließen können, umfassen kann. Dadurch kann der Aufbau der Übertragungseinrichtung vereinfacht werden, da die Übertragungseinrichtung aus wenigen Elementen gebildet werden kann. Somit können die Kosten reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet sein. Bei der indirekten Wärmeübertragung in dem indirekten Wärmeübertrager erfolgt eine Wärmeübertragung zwischen Stoffen (Medien), wobei die Stoffströme durch eine wärmedurchlässige Wand räumlich getrennt sind, sodass nur eine thermische Kopplung erfolgt und die Stoffe immer voneinander getrennt sind. Dadurch kann ein Vermischen des Temperiermittel und des gesammelten Schadgases verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein erstes Rohr, das einen ersten Kanal, durch den das Temperiermittel fließen kann, und ein zweites Rohr, das einen zweiten Kanal, durch den das gesammelte Schadgas fließen kann, umfassen. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein Doppelrohr umfassend ein Außenrohr und ein Innenrohr, das einen ersten Kanal, durch den das Temperiermittel fließen kann, und das einen zweiten Kanal, durch den das gesammelte Schadgas fließen kann, umfassen kann, wobei das Innenrohr den ersten Kanal bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den zweiten Kanal bildet oder das Innenrohr den zweiten Kanal bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den ersten Kanal bildet. Dadurch kann der Wärmeaustausch und somit die Kühlung verbessert werden. Dadurch kann der Aufbau der Übertragungseinrichtung vereinfacht werden, da die Übertragungseinrichtung aus Elementen mit einfachen geometrischen Grundformen gebildet werden kann. Somit können die Kosten reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung eine erste Schnittstelle, die mit der Gassammeleinrichtung kommunizierend verbunden ist und die mit der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, zum Durchlassen des Schadgases und zum Zurückhalten des Temperiermittels, umfassen. Dadurch kann der Eintritt des Schadgases in das Temperiermittel realisiert werden. Dadurch kann ein Eindringen des Temperiermittels in die Gassammeleinrichtung verhindert werden. Somit kann der Verlust von Temperiermittel verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die erste Schnittstelle als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz, eine Ventilkugel und eine Feder ausgebildet sein. Zweckmäßiger Weise kann die erste Schnittstelle als osmotische Membran oder asymmetrische Membran ausgebildet sein. Dadurch kann die erste Schnittstelle ohne bewegliche Teile ausgebildet werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung eine zweite Schnittstelle, die mit der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist und die mit der Entgasungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, zum Durchlassen des Schadgases und zum Zurückhalten des Temperiermittels, umfassen. Dadurch kann der Austritt des Schadgases in das Temperiermittel realisiert werden. Dadurch kann ein Eindringen des Temperiermittels in die Entgasungseinrichtung verhindert werden. Somit kann der Verlust von Temperiermittel verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Schnittstelle als osmotische Membran oder semipermeable Membran ausgebildet sein. Dadurch kann die Schnittstelle ohne bewegliche Teile ausgebildet werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Schnittstelle als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz und eine Ventilkugel, die als Schwimmer ausgebildet ist, ausgebildet sein. Dadurch kann die Ventilkugel den Ventilsitz verschließen.
Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung weiterhin einen Wärmeübertrager, der mit der Temperiereinrichtung und der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, zum Anschließen der Vorrichtung an ein Temperiersystem umfassen. Dadurch kann das Temperiermittel durch die Temperiereinrichtung temperiert werden, wobei das Temperiermittel in einem geschlossenen Kreislauf transportiert wird. Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung eine Fördereinrichtung, Pumpe oder elektrisch angetriebene Pumpe, die mit der Temperiereinrichtung und der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, zum Fördern des Temperiermittels in der Vorrichtung umfassen. Dadurch kann die Temperierung verbessert werden. Somit kann die Menge an Temperiermittel reduziert werden. Somit können Gewicht und Kosten reduziert werden.
Die Erfindung stellt eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung umfasst. Die Erfindung stellt ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Vorrichtung oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Vorrichtung, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung als direkter Wärmeübertrager ausgebildet werden. Dadurch kann der Wärmeaustausch und somit die Kühlung verbessert werden. Weiterhin kann das gesammelte Schadgas gewaschen werden. Dadurch kann die Sicherheit erhöht werden, da Anteile des Schadgases im Temperiermittel zurückgehalten werden können. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein Rohr, das einen Kanal bildet, durch den das Temperiermittel und das gesammelte Schadgas gemeinsam fließen können, umfassen kann. Dadurch kann der Aufbau der Übertragungseinrichtung vereinfacht werden, da die Übertragungseinrichtung aus wenigen Elementen gebildet werden kann. Somit können die Kosten reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet werden. Dadurch kann ein Vermischen des Temperiermittel und des gesammelten Schadgases verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein erstes Rohr, das einen ersten Kanal, durch den das Temperiermittel fließen kann, und ein zweites Rohr, das einen zweiten Kanal, durch den das gesammelte Schadgas fließen kann, umfassen. Zweckmäßiger Weise kann die Übertragungseinrichtung ein Doppelrohr umfassend ein Außenrohr und ein Innenrohr, das einen ersten Kanal, durch den das Temperiermittel fließen kann, und das einen zweiten Kanal, durch den das gesammelte Schadgas fließen kann, umfassen kann, wobei das Innenrohr den ersten Kanal bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den zweiten Kanal bildet oder das Innenrohr den zweiten Kanal bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den ersten Kanal bildet. Dadurch kann der Wärmeaustausch und somit die Kühlung verbessert werden. Dadurch kann der Aufbau der Übertragungseinrichtung vereinfacht werden, da die Übertragungseinrichtung aus Elementen mit einfachen geometrischen Grundformen gebildet werden kann. Somit können die Kosten reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Durchlassen des Schadgases und Zurückhalten des Temperiermittels mittels einer ersten Schnittstelle, die mit der Gassammeleinrichtung kommunizierend verbunden ist und die mit der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, umfassen. Dadurch kann der Eintritt des Schadgases in das Temperiermittel realisiert werden. Dadurch kann ein Eindringen des Temperiermittels in die Entgasungseinrichtung verhindert werden. Somit kann der Verlust von Temperiermittel verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die erste Schnittstelle als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz, eine Ventilkugel und eine Feder ausgebildet sein. Zweckmäßiger Weise kann die erste Schnittstelle als osmotische Membran oder asymmetrische Membran ausgebildet sein kann. Dadurch kann die erste Schnittstelle ohne bewegliche Teile ausgebildet werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Durchlassen des Schadgases und Zurückhalten des Temperiermittels mittels einer zweiten Schnittstelle, die mit der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist und die mit der Entgasungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, umfassen. Dadurch kann der Austritt des Schadgases in das Temperiermittel realisiert werden. Dadurch kann ein Eindringen des Temperiermittels in die Entgasungseinrichtung verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Schnittstelle als osmotische Membran oder semipermeable Membran ausgebildet sein. Dadurch kann die Schnittstelle ohne bewegliche Teile ausgebildet werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Schnittstelle als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz und eine Ventilkugel, die als Schwimmer ausgebildet ist, ausgebildet sein. Dadurch kann die Ventilkugel den Ventilsitz verschließen.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Betreiben der Vorrichtung an einem Temperiersystem mittels eines Wärmeübertragers, der mit der Temperiereinrichtung und der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, umfassen. Dadurch kann das Temperiermittel durch die Temperiereinrichtung temperiert werden, wobei das Temperiermittel in einem geschlossenen Kreislauf transportiert wird. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren Fördern des Temperiermittels in der Vorrichtung mittels einer Fördereinrichtung, Pumpe oder elektrisch angetriebene Pumpe, die mit der Temperiereinrichtung und der Übertragungseinrichtung kommunizierend verbunden ist, umfassen. Dadurch kann die Temperierung verbessert werden. Somit kann die Menge an Temperiermittel reduziert werden. Somit können Gewicht und Kosten reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 10 mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 20 mit einer anderen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 30 mit einer modifizierten Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 40 mit einer anderen, modifizierten Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 10 mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Batteriesystem 10 umfasst ein Batteriegehäuse 100 und eine Batteriezelle oder eine Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Batteriezellen. Die Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ sind, wie in 1 beispielhaft gezeigt, in einem Innenraum des Batteriegehäuses 100 angeordnet. Die Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ kann in einer Batterieeinheit oder einer Vielzahl von Batterieeinheiten angeordnet sein. Die Batteriezelle, die Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃, die Batterieeinheit bzw. die Vielzahl von Batterieeinheiten können in einem Batteriemodul 300 oder einer Vielzahl von Batteriemodulen 300 angeordnet sein. Somit kann das Batteriesystem 10 modular ausgebildet sein.
Die Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ können quaderförmig sein und jeweils ein Zellengehäuse und einen Zellendeckel mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen 210 ₁, 215 _1, 210 ₂, 215 ₂ bzw. 210 ₃, 215 ₃, zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer, umfassen. Zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ zu dem Batteriemodul 300 können, wie in 1 beispielhaft für eine Parallelschaltung gezeigt, Verbindungsstücke 310, 315, zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer, dienen, die jeweils die Anschlüsse 210 ₁, 210 ₂, 210 ₃ bzw. 215 ₁, 215 ₂, 215 ₃ miteinander elektrisch verbinden.
Die Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ können als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein.
Die Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ können jeweils ein Berstventil 220 ₁, 220 ₂, 220 ₃, das auf dem Zelldeckel der Batteriezelle angeordnet sein kann, umfassen, so dass in der Batteriezelle beispielsweise bei einem thermischen Durchgehen entstehende Schadgase 600 zur Entgasung aus der Batteriezelle entweichen können. Die Berstventile 220 ₁, 220 ₂, 220 ₃ können so gewölbt sein, dass ein Gasaustritt erfolgen kann, jedoch Eindringen von Gasen und / oder Flüssigkeiten zu keiner Zeit möglich ist.
Das Batteriesystem 10 umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃.
Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst eine Gassammeleinrichtung 320 zum Sammeln der Schadgase 600 und eine Entgasungseinrichtung 150 zum Hinausführen der Schadgase 600 aus dem Batteriesystem 10 bzw. einem Fahrzeug, in dem das Batteriesystem 10 angeordnet ist. Die Entgasungseinrichtung 150 kann ein Berstventil umfassen. Die Gassammeleinrichtung 130 umschließt, wie in 1 beispielhaft gezeigt, das Batteriemodul 300 und sammelt Schadgase 600, die aus den Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ entweichen können. Die Gassammeleinrichtung 320 umfasst eine Anschlussöffnung 325, durch die die gesammelten Schadgase 600 aus der Gassammeleinrichtung 320 entweichen können. Das Batteriesystem 10 kann eine Vielzahl von Gassammeleinrichtungen beispielsweise für jedes Batteriemodul 300 eine Gassammeleinrichtung umfassen. Die Entgasungseinrichtung 150 ist, wie in 1 beispielhaft gezeigt, in einer Wand beispielsweise Deckwand des Batteriegehäuses 100 angeordnet und umfasst eine Anschlussöffnung 155, durch die die gesammelten Schadgase 600 aus dem Batteriegehäuse 100 entweichen können. Die Entgasungseinrichtung 150 kann weiterhin beispielsweise einen Filter zum Herausfiltern von Schadstoffen und / oder ein Neutralisierungsmittel zum Neutralisieren von Schadstoffen umfassen. Die Gassammeleinrichtung 320 und die Entgasungseinrichtung 150 können über Verbindungen 440 ₂, 440 ₄ beispielsweise Leitungen wie Schläuche und Rohre miteinander kommunizierend verbunden, beispielsweise direkt verbunden oder indirekt verbunden, sein.
Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst weiterhin eine Temperiereinrichtung 430 beispielsweise Kühleinrichtung wie Kühlplatte zur Temperierung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann die Temperiereinrichtung in dem Innenraum des Batteriegehäuses 100 beispielsweise auf dem Boden des Batteriegehäuses angeordnet sein, und die Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ können voneinander beabstandet auf der Temperiereinrichtung 430 angeordnet sein. Durch die Temperiereinrichtung 430 kann ein Temperiermittel 500 beispielsweise Kühlmittel wie Kühlwasser fließen, dass zur Kühlung Wärme von den Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ abführt oder zur Beheizung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ Wärme zuführt. Zur Abführung der Wärme aus dem Batteriegehäuse 100 oder zur Zuführung der Wärme in das Batteriegehäuse 100 kann das Batteriesystem 10 einen Wärmeübertrager 450 mit Anschlüssen 455 ₁, 455 ₂ zum Anschließen eines externen Temperiersystems beispielsweise eines Kühlers oder einer Klimaanlage umfassen. Die Temperiereinrichtung 430 und der Wärmeübertrager 450 können über Verbindungen 440 ₁, 440 ₃, 440 ₅ beispielsweise Leitungen wie Schläuche und Rohre miteinander kommunizierend verbunden sein. Dadurch kann der Kreislauf des Temperiermittels 500 innerhalb des Batteriesystems 10 von dem externen Temperiersystem getrennt bzw. isoliert werden. Alternativ kann das Batteriegehäuse 100 Anschlüsse des Temperiersystems des Batteriesystems 10 umfassen. Dadurch kann der Kreislauf des Temperiermittels innerhalb des Batteriesystems 10 in ein externes Temperiersystem eingebunden bzw. integriert werden.
Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst weiterhin eine Übertragungseinrichtung 400 ₁, die als direkter oder indirekter Wärmeübertrager oder Wärmetauscher ausgebildet sein kann, zum Übertragen des Temperiermittels 500 und der gesammelten Schadgase 600. Die Übertragungseinrichtung 400 ₁ umfasst einen Anschluss wie ersten Zuflussanschluss 412 zur Aufnahme des Temperiermittels 500 und einen Anschluss wie ersten Abflussanschluss 414 zur Abgabe des Temperiermittels 500 sowie einen Anschluss wie zweiten Zuflussanschluss 422 zur Aufnahme der gesammelten Schadgase 600 und einen Anschluss wie zweiten Abflussanschluss 424 zur Abgabe der gesammelten Schadgase 600, so dass das Temperiermittel 500 in einer ersten Fließrichtung 510 und die gesammelten Schadgase 600 in einer zweiten Fließrichtung 520 durch die Übertragungseinrichtung 400 ₁ hindurch fließen können. Durch eine räumliche Nähe des Temperiermittels 500 und der gesammelten Schadgase 600 in der Übertragungseinrichtung 400 ₁ kann Wärmeenergie von einem wärmeren Stoff, beispielsweise den heißen Schadgasen 600, auf einen kälteren Stoff, beispielsweise das abgekühltes Temperiermittel 500, übertragen werden.
Der Wärmeübertrager 400 ₁ kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, durch einen ersten Kanal 410 zwischen dem ersten Zuflussanschluss 412 und dem ersten Abflussanschluss 414 und einen davon getrennten zweiten Kanal 420 zwischen dem zweiten Zuflussanschluss 422 und dem zweiten Abflussanschluss 424 angedeutet, als indirekter Wärmeübertrager, durch den die Stoffe durch eine wärmedurchlässige Wand räumlich voneinander getrennt fließen, ausgebildet sein. Der indirekte Wärmeübertrager wird mit Bezug auf 4 näher beschrieben. Alternativ kann der Wärmeübertrager 400 ₁ als direkter Wärmeübertrager, durch den die Stoffe miteinander gemischt fließen, ausgebildet sein, wobei die Stoffe trennbar sind. Der direkte Wärmeübertrager wird mit Bezug auf 3 näher beschrieben. Der Wärmeübertrager 400 ₁ kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, im Wesentlichen waagerecht angeordnet sein. Alternativ kann der Wärmeübertrager 400 ₁ senkrecht, schräg oder diagonal wie flächendiagonal oder raumdiagonal angeordnet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Kühlung und die Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃, in einem kombinierten Kühl- und Entgasungssystem, zusammengeführt. Dadurch können Synergieeffekte genutzt werden. Dabei können die Anzahl von Kühlmittelleitungen und Entgasungsleitungen und somit der Aufwand, der Platzbedarf und die Kosten für die Kühlung und die Entgasung reduziert werden. Dabei kann die Temperatur von entweichenden Schadgasen 600 bei einem thermischen Durchgehen und somit auch das Volumen der Schadgase 600 reduziert werden.
Die Fördereinrichtung 460 kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, in dem Temperiemittelkreislauf vor der Temperiereinrichtung 430 bzw. hinter dem Wärmeübertrager 450 angeordnet sein. Weiterhin können die Querschnitte der Anschlüsse beispielsweise der Zuflussanschlüsse 412, 422 und Abflussanschlüsse 414, 424, Kanäle beispielsweise Kanäle 410, 415, 420 und Leitungen an zu erwartende Drücke oder Druckspitzen angepasst werden. Dabei können die Querschnitte unterschiedliche Größen aufweisen. Beispielsweise können die Querschnitte der Kanäle 410, 415, 420 größer sein als die Querschnitte der Leistungen. Dadurch kann die Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und dem gesammelten Schadgas verbessert werden. Weiterhin kann, für den Fall des thermischen Durchgehens, ausreichend Raum (Transportkapazität) für das entstehende Schadgas bereitgestellt werden.
Die Übertragungseinrichtung 400 ₁ kann mit der Temperiereinrichtung 430, Gassammeleinrichtung 320 und Entgasungseinrichtung 150 über Verbindungen 440 ₁, 440 ₂, 440 ₃, 440 ₄, 440 ₅ beispielsweise Leitungen wie Schläuche und Rohre miteinander kommunizierend verbunden sein.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 20 mit einer anderen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst das Batteriesystem 20 ein Batteriegehäuse 100, eine Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ und eine Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃. Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst eine Übertragungseinrichtung 400 ₂, durch die das Termperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600 in entgegengesetzten Fließrichtungen 510, 610 fließen (Gegenstromübertragung). Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können die Anschlussöffnung 325 der Gassammeleinrichtung 320 und die Entgasungseinrichtung 150 entsprechend der gegenüber Übertragungseinrichtung 400 ₁ geänderten Übertragungseinrichtung 400 ₂ angeordnet sein. Wenn das Termperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600, wie in 2 beispielhaft gezeigt, in entgegengesetzten Fließrichtungen 510, 610 durch die Übertragungseinrichtung 400 ₂ fließen, können sich ihre Temperaturen (annähernd) umkehren, so dass beispielsweise die Temperatur der entweichenden Schadgase 600 an dem zweiten Abflussanschluss 424 auf die Temperatur des in die Übertragungseinrichtung 400 ₂ hineinfließenden Temperiermittels 500 an dem ersten Zuflussanschluss 412 reduziert werden kann.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 30 mit einer modifizierten Vorrichtung 400 ₃ gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst das Batteriesystem 30 ein Batteriegehäuse 100, eine Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ und eine Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃. Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst eine Übertragungseinrichtung 400 ₃, eine erste Schnittstelle 470, die zwischen der Anschlussöffnung 325 der Gassammeleinrichtung 320 und dem zweiten Zuflussanschluss 422 zur Aufnahme der gesammelten Schadgase 600 angeordnet ist, und eine zweite Schnittestelle, die zwischen dem zweiten Abflussanschluss 424 zur Abgabe der gesammelten Schadgase 600 und der Anschlussöffnung 155 der Entgasungseinrichtung 150 angeordnet ist.
Die Übertragungseinrichtung 400 ₃ ist als direkter Wärmeübertrager ausgebildet, so dass das Temperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600 miteinander gemischt durch einen (einzigen) Kanal 415 fließen. Dabei können, wie in 3 beispielhaft gezeigt, das Termperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600 in gleichen Fließrichtungen 510, 610 fließen.
Die erste Schnittstelle 470 verhindert, dass das Temperiermittel 500 durch den zweiten Zuflussanschluss 422 und die Anschlussöffnung 325 in die Gassammeleinrichtung 320 fließen kann. Die erste Schnittstelle 470 kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt als Ventileinrichtung beispielsweise Kugelventil oder Kugelrückschlagventil ausgebildet sein. Bei dem Kugelventil wird eine Ventilkugel 472 mittels Federkraft einer Feder 474 dicht schließend gegen einen Ventilsitz 476 gepresst. Somit verhindert das Kugelventil, dass das Temperiermittel 500 die Gassammeleinrichtung 320 fließt. Wenn jedoch in einer Batteriezelle Schadgas 600 entsteht, überwindet der Druck des entstandenen Schadgases 600 die Federkraft, und das entstandene Schadgas 600 kann durch das Kugelventil in die Übertragungseinrichtung 400 ₃ entweichen und sich dort mit dem Temperiermittel 500 mischen. Alternativ kann die erste Schnittstelle 470 eine asymmetrische Membran umfassen, die das Entweichen des Schadgases 600 erlaubt und ein Einströmen des Temperiermittels 500 verhindert. Dadurch kann die Temperatur des entwichenen Schadgases 600 deutlich reduziert werden. Weiterhin können Flüssigkeiten oder Feststoffe beispielsweise Graphit, die in dem entwichenen Schadgas 600 enthalten sein können, von dem Temperiermittel 500 aufgenommen und / oder gebunden werden. Weiterhin können reaktive Stoffe beispielsweise Gase oder Gaskomponenten wie Fluorwasserstoff (HF), die in dem entwichenen Schadgas 600 enthalten sein können, von dem Temperiermittel 500 oder dessen Komponenten, ganz oder teilweise neutralisiert werden. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Batteriesystems 30 erhöht werden.
Die zweite Schnittstelle 480 verhindert, dass das Temperiermittel 500 durch den zweiten Abflussanschluss 424 und die Anschlussöffnung 155 in die Entgasungseinrichtung 150 fließen kann. Die zweite Schnittstelle 480 kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt als Gasabscheider ausgebildet sein. Der Gasabscheider kann eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran 485 umfassen und / oder nach dem osmotischen Prinzip arbeiten. Die halbdurchlässige Membran 485 verhindert, dass das Temperiermittel 500 in die Entgasungseinrichtung 150 fließt. Wenn jedoch Schadgas 600 im Temperiermittel 500 enthalten ist, kann es durch die halbdurchlässige Membran 485 in die Entgasungseinrichtung 150 entweichen. Die zweite Schnittstelle 480 ist vorzugsweise an einem höchsten Punkt der Vorrichtung angeordnet, so dass Gas, das in dem Temperiermittel enthalten ist, entweichen kann und keine Gasansammlungen, die die Temperierung (negativ) beeinflussen könnten, entstehen können.
Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ kann weiterhin eine Fördereinrichtung 460 beispielsweise Pumpe wie elektrisch angetriebene Pumpe zum Fördern, d. h. Transport, des Temperiermittels 500 in der Vorrichtung umfassen. Die Fördereinrichtung 460 kann, vorzugsweise unter Berücksichtigung räumlicher, hydraulischer und / oder elektrischer Vorgaben und / oder Erfordernisse, in dem Temperiermittelkreislauf, beispielsweise in dem Innenraum des Batteriegehäuses 100, angeordnet werden. Die Fördereinrichtung 460 kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt, in dem Temperiemittelkreislauf zwischen der Temperiereinrichtung 430 und dem Wärmeübertrager 450 angeordnet sein. Alternativ kann die Fördereinrichtung 460 in dem Temperiemittelkreislauf vor der Temperiereinrichtung 430 oder nach dem Wärmeübertrager 450 angeordnet sein. Dadurch kann die thermische Belastung der Fördereinrichtung 460 reduziert werden.
Während eines normalen Betriebs, d. h. wenn ohne thermischen Durchgehen einer Batteriezelle, kann der Druck im Temperiermittelkreislauf zwischen 2 bar und 3 bar wie 2,5 bar betragen. Ein erhöhter Druck, der eine zusätzliche Belastung verursacht, entsteht nur bei einem thermischen Durchgehen, das einen (seltenen) Störfall darstellt. Durch die Zusammenlegung der Temperierung und Entgasung kann die Querschnittsfläche der Übertragungseinrichtung 400 ₃ größer als die Querschnittsfläche für die Temperierung oder für die Entgasung gewählt werden. Dadurch kann der Druck wie Staudruck reduziert werden. Dabei kann die die Querschnittsfläche der Übertragungseinrichtung 400 ₃ kleiner als die Summe der Querschnittsflächen für die Temperierung oder für die Entgasung gewählt werden.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 40 mit einer anderen, modifizierten Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst das Batteriesystem 40 ein Batteriegehäuse 100, eine Vielzahl von Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ und eine Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃. Die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ umfasst eine Übertragungseinrichtung 400 ₄.
Die Übertragungseinrichtung 400 ₄ ist als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet, so dass das Temperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600 voneinander getrennt durch zueinander benachbarte zwei Kanäle 410, 420 fließen. Dabei können, wie in 4 beispielhaft gezeigt, das Temperiermittel 500 und die gesammelten Schadgase 600 in gleichen Fließrichtungen 510, 610 fließen. Die Übertragungseinrichtung 400 ₃ kann, wie in 4 beispielhaft gezeigt als Doppelrohr umfassend ein Außenrohr und ein Innenrohr ausgebildet sein. Das Innenrohr umfasst eine wärmedurchlässige Wandung. Dabei können, wie in 4 beispielhaft gezeigt, das Temperiermittel 500 durch das Innenrohr und die gesammelten Schadgase 600 durch das Außenrohr fließen. Alternativ können die gesammelten Schadgase 600 durch das Innenrohr und das Temperiermittel 500 durch das Außenrohr fließen. Alternativ kann Übertragungseinrichtung 400 ₄ eine Vielzahl von Innenrohren umfassen. Dadurch kann die Größe der wärmedurchlässigen Wandung vergrößert und die Wärmeübertragung verbessert werden. Wenn in einer Batteriezelle Schadgas 600 entsteht, kann das entstandene Schadgas 600 durch die Anschlussöffnung 325 der Gassammeleinrichtung 320 und den zweiten Zuflussanschluss 422 in die Übertragungseinrichtung 400 ₄ entweichen. In der Übertragungseinrichtung 400 ₄ wird Wärmeenergie von dem entwichenen Schadgas 600 auf das Temperiermittel 500 übertragen. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Batteriesystems 40 erhöht werden. Nachdem das entwichene Schadgas 600 durch den zweiten Abflussanschluss 424 und die Anschlussöffnung 155 geflossen ist, fließt es in die Entgasungseinrichtung 150.
Wie bereits mit Bezug auf 3 beschrieben, kann die Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung der Batteriezellen 200 ₁, 200 ₂, 200 ₃ weiterhin eine Fördereinrichtung 460 beispielsweise Pumpe wie elektrisch angetriebene Pumpe zum Fördern, d. h. Transport, des Temperiermittels 500 in der Vorrichtung umfassen.
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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 19829293 A1 [0009]
JP 2009224335 A [0013]

Claims

Vorrichtung zur Temperierung und Entgasung von Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃), umfassend: – eine Temperiereinrichtung (430) zum Temperieren der Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃) mittels eines Temperiermittels (500), – eine Gassammeleinrichtung (320) zum Sammeln von Schadgas (600) der Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃), – eine Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄), die mit der Temperiereinrichtung (430) kommunizierend verbunden ist und die mit der Gassammeleinrichtung (320) kommunizierend verbunden ist, zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem gesammelten Schadgas (600) und dem Temperiermittel (500), und – eine Entgasungseinrichtung (150), die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, zum Entgasen des gesammelten Schadgases (600).
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: – das Temperiermittel (500) und das gesammelte Schadgas (600) in gleichen Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) fließen, – das Temperiermittel (500) und das gesammelte Schadgas (600) in entgegengesetzten Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) fließen, oder – das Temperiermittel (500) und das gesammelte Schadgas (600) in zueinander senkrechten Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) fließen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₃) als direkter Wärmeübertrager (400 ₃) ausgebildet ist, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₃) ein Rohr, das einen Kanal (415) bildet, durch den das Temperiermittel (500) und das gesammelte Schadgas (600) fließen können, umfassen kann.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) als indirekter Wärmeübertrager (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) ausgebildet ist, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂) ein erstes Rohr, das einen ersten Kanal (410), durch den das Temperiermittel (500) fließen kann, und ein zweites Rohr, das einen zweiten Kanal (420), durch den das gesammelte Schadgas (600) fließen kann, umfassen kann, oder – die Übertragungseinrichtung (400 ₄) ein Doppelrohr umfassend ein Außenrohr und ein Innenrohr, das einen ersten Kanal (410), durch den das Temperiermittel (500) fließen kann, und das einen zweiten Kanal (420), durch den das gesammelte Schadgas (600) fließen kann, umfassen kann, wobei das Innenrohr den ersten Kanal (410) bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den zweiten Kanal (420) bildet oder das Innenrohr den zweiten Kanal (420) bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den ersten Kanal (410) bildet.
Die Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: – eine erste Schnittstelle (470), die mit der Gassammeleinrichtung (320) kommunizierend verbunden ist und die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, zum Durchlassen des Schadgases (600) und zum Zurückhalten des Temperiermittels (500), wobei: – die erste Schnittstelle (470) als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz (476), eine Ventilkugel (472) und eine Feder (474) ausgebildet sein kann, oder – die erste Schnittstelle (470) als osmotische Membran oder asymmetrische Membran ausgebildet sein kann.
Die Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: – eine zweite Schnittstelle (475), die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist und die mit der Entgasungseinrichtung (150) kommunizierend verbunden ist, zum Durchlassen des Schadgases (600) und zum Zurückhalten des Temperiermittels (500), wobei: – die zweite Schnittstelle (470) als osmotische Membran oder semipermeable Membran ausgebildet sein kann, oder – die zweite Schnittstelle (470) als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz und eine Ventilkugel, die als Schwimmer ausgebildet ist, ausgebildet sein kann.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: – einen Wärmeübertrager (450), der mit der Temperiereinrichtung (430) und der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, zum Anschließen der Vorrichtung an ein Temperiersystem, oder – eine Fördereinrichtung (460), Pumpe oder elektrisch angetriebene Pumpe, die mit der Temperiereinrichtung (430) und der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, zum Fördern des Temperiermittels (500) in der Vorrichtung.
Batterie, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Batteriesystem (10; 20; 30; 40), umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, oder – die Batterie nach Anspruch 8.
Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterie nach Anspruch 8 verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 9 verbunden mit dem Fahrzeug.
Verfahren zur Temperierung und Entgasung von Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃), umfassend: – Temperieren der Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃) mittels einer Temperiereinrichtung (430) und eines Temperiermittels (500), – Sammeln von Schadgas (600) der Batteriezellen (200 ₁, 200 ₂, 200 ₃) mittels einer Gassammeleinrichtung (320), – Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem gesammelten Schadgas (600) und dem Temperiermittel (500) mittels einer Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄), die mit der Temperiereinrichtung (430) kommunizierend verbunden ist und die mit der Gassammeleinrichtung (320) kommunizierend verbunden ist, und – Entgasen des gesammelten Schadgases (600) mittels einer Entgasungseinrichtung (150), die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist.
Das Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: – Transportieren des Temperiermittels (500) und des gesammelten Schadgases (600) in gleichen Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄), – Transportieren des Temperiermittels (500) und des gesammelte Schadgases (600) in entgegengesetzten Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄), oder – Transportieren des Temperiermittels (500) und des gesammelten Schadgases (600) in zueinander senkrechten Richtungen (510, 610) durch die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄).
Das Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₃) als direkter Wärmeübertrager (400 ₃) ausgebildet wird, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₃) ein Rohr, das einen Kanal (415) bildet, durch den das Temperiermittel (500) und das gesammelte Schadgas (600) fließen können, umfassen kann.
Das Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) als indirekter Wärmeübertrager (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) ausgebildet wird, wobei: – die Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂) ein erstes Rohr, das einen ersten Kanal (410), durch den das Temperiermittel (500) fließen kann, und ein zweites Rohr, das einen zweiten Kanal (420), durch den das gesammelte Schadgas (600) fließen kann, umfassen kann, oder – die Übertragungseinrichtung (400 ₄) ein Doppelrohr umfassend ein Außenrohr und ein Innenrohr, das einen ersten Kanal (410), durch den das Temperiermittel (500) fließen kann, und das einen zweiten Kanal (420), durch den das gesammelte Schadgas (600) fließen kann, umfassen kann, wobei das Innenrohr den ersten Kanal (410) bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den zweiten Kanal (420) bildet oder das Innenrohr den zweiten Kanal (420) bildet und das Außenrohr mit dem Innenrohr den ersten Kanal (410) bildet.
Das Verfahren nach einen der Ansprüche 11 bis 14, weiterhin umfassend: – Durchlassen des Schadgases (600) und Zurückhalten des Temperiermittels (500) mittels einer ersten Schnittstelle (470), die mit der Gassammeleinrichtung (320) kommunizierend verbunden ist und die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, wobei: – die erste Schnittstelle (470) als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz (476), eine Ventilkugel (472) und eine Feder (474) ausgebildet sein kann, oder – die erste Schnittstelle (470) als osmotische Membran oder asymmetrische Membran ausgebildet sein kann.
Das Verfahren nach einen der Ansprüche 11 bis 15, weiterhin umfassend: – Durchlassen des Schadgases (600) und Zurückhalten des Temperiermittels (500) mittels einer zweiten Schnittstelle (475), die mit der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist und die mit der Entgasungseinrichtung (150) kommunizierend verbunden ist, wobei: – die zweite Schnittstelle (470) als osmotische Membran oder semipermeable Membran ausgebildet sein kann, oder – die zweite Schnittstelle (470) als Kugelventil umfassend einen Ventilsitz und eine Ventilkugel, die als Schwimmer ausgebildet ist, ausgebildet sein kann.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, weiterhin umfassend: – Betreiben der Vorrichtung an einem Temperiersystem mittels eines Wärmeübertragers (450), der mit der Temperiereinrichtung (430) und der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist, oder – Fördern des Temperiermittels (500) in der Vorrichtung mittels einer Fördereinrichtung (460), Pumpe oder elektrisch angetriebene Pumpe, die mit der Temperiereinrichtung (430) und der Übertragungseinrichtung (400 ₁, 400 ₂, 400 ₃, 400 ₄) kommunizierend verbunden ist.