DE102014208591A1

DE102014208591A1 - Elektrochemischer Energiespeicher und Gehäuse umfassend einen Ionenaustauscher

Info

Publication number: DE102014208591A1
Application number: DE102014208591.8A
Authority: DE
Inventors: Christian König; Benedikt Nostheide; Klaus Schorb
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: DE102014208591B4

Abstract

Es werden ein elektrochemischer Energiespeicher (3) und ein Gehäuse (4) für den elektrochemischen Energiespeicher (3) vorgeschlagen, welche einen Ionenaustauscher (6) umfassen, welcher in dem Gehäuse (4a) angeordnet und eingerichtet ist, unbeabsichtigt in das Gehäuse (4a, 4b) eingetretenes Fluid zu entsalzen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher, welcher gegen die Folgen eines unerwünschten Eintretens von Fluid geschützt ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein vollständig wasserdicht ausgeführtes Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher.
Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Hierbei werden unterschiedliche Konzepte für die Energiespeicherung verfolgt, von welchen eines auf Traktionsbatterien basiert. In das Innere der Hochvolt-Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen darf kein Wasser gelangen beziehungsweise sich dort anreichern. Dies würde die Traktionsbatterie in ihrer Funktion beeinträchtigen. Das Wasser kann sowohl von außen über Beschädigungen des Gehäuses eintreten, als auch aus dem ggf. vorhandenen Kühlsystem der Batterie über Lecks ins Innere der Batterie gelangen.
DE 102 01 276 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entionisieren von Kühlmedien für Brennstoffzellen. Insbesondere wird ein intermittierendes Ionisieren beziehungsweise ein in einem Bypass vorgenommenes Entionisieren vorgeschlagen.
EP 1 303 887 B1 offenbart eine Entsalzung in einem Unterdruckkühlkreislauf, welche außerhalb des Gehäuses der Brennstoffzelle stattfindet.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Folgen unbeabsichtigt in das Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers eingetretenen Fluides zu lindern.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch einen elektrochemischen Energiespeicher mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 gelöst. Das Gehäuse umfasst hierzu einen Ionenaustauscher, welcher in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Ionenaustauscher ist imstande, Fluiden die in ihnen gelösten Ionen zu entziehen und somit deren elektrische Leitfähigkeit zu senken. Erfindungsgemäß ist der Ionenaustauscher also eingerichtet, unbeabsichtigt in das Gehäuse eingetretenes Fluid zu entsalzen beziehungsweise zu entionisieren. Auf diese Weise ist eine elektrische Wechselwirkung des Fluides mit den elektrochemischen Speicherzellen des elektrochemischen Energiespeichers ausgeschlossen. Zwar verbleibt das Fluid innerhalb des (z. B. wasserdicht ausgeführten) Gehäuses, jedoch richtet es keine Schäden an und beeinträchtigt insbesondere den bestimmungsgemäßen Betrieb des elektrochemischen Energiespeichers nicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Ionenaustauscher ist bevorzugt in einer im Betrieb tiefstgelegenen Kavität angeordnet, sodass eingetretenes Fluid zunächst in Kontakt mit dem Ionenaustauscher gerät, von diesem entionisiert wird und gegebenenfalls erst anschließend mit den elektrochemischen Speicherzellen in Kontakt kommt. Zu diesem Zeitpunkt ist die elektrische Leitfähigkeit des Fluides jedoch erfindungsgemäß bereits derart abgesenkt, dass ihr Kontakt mit den Speicherzellen unproblematisch ist.
Bevorzugt wird ein sogenannter "Mischbett-Ionenaustauscher" zur Verwendung vorgeschlagen, welcher eingerichtet ist, dem eingetretenen Fluid sowohl positive als auch negative Ionen zu entziehen. Dies erhöht die Sicherheit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme zur Entsalzung chemisch unterschiedlicher Fluide. Der Ionenaustauscher kann beispielsweise in einem eigenen Behälter mit wasserdurchlässigen Seitenwänden angeordnet sein. Auf diese Weise ist durch betriebsbedingte Vibrationen und andere Bewegungen des Gehäuses sichergestellt, dass eine wiederkehrende Durchspülung des Ionenaustauschers durch das Fluid eine sichere und andauernde Entsalzung des Fluides gewährleistet. Auch der Deckel und/oder der Boden des Behälters können bzw. kann wasserdurchlässig ausgestaltet sein. Der Behälter kann den Ionenaustauscher jedoch gegen mechanische Einflüsse, Stöße und Quetschungen schützen, wodurch seine Funktion über einen langen Zeitraum gewährleistet ist.
Das Gehäuse kann sowohl gegen das Eintreten als auch gegen das Austreten von Fluid grundsätzlich geschützt sein. Mit anderen Worten kann bevorzugt kein Ablauf für unbeabsichtigt in das Gehäuse eingetretenes Fluid vorgesehen sein. Einerseits erhöht ein solcher Ablauf die Fertigungskosten, da z. B. Ventile und/oder Dichtungen erforderlich sind, andererseits erhöht ein Ablauf die Gefahr, ein Eindringen unerwünschten Fluides zu begünstigen. Der erfindungsgemäß vorgesehene Ionenaustauscher ermöglicht daher die Bereitstellung einer besonders kostengünstigen Anordnung zur elektrochemischen Speicherung von Energie.
Auch die Gefahr, die ein Eintreten bzw. Austreten von Kühlfluid für das System bedeuten kann, wird erfindungsgemäß verringert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrochemischer Energiespeicher vorgeschlagen, welcher beispielsweise als Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel (z. B. PKW, Transporter, LKW) ausgestaltet ist. Der elektrochemische Energiespeicher umfasst ein Gehäuse, wie es oben in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist. In dem Gehäuse ist mindestens ein Ionenaustauscher vorhanden, während bevorzugt mehrere Ionenaustauscher vorgesehen sind. Zudem ist in dem Gehäuse mindestens eine elektrochemische Zelle angeordnet. Diese dient der Aufnahme beziehungsweise Abgabe elektrischer Energie und ist gegen Fehlfunktionen aufgrund unbeabsichtigt eingetretenen elektrisch leitfähigen Fluides durch den beziehungsweise die Ionenaustauscher geschützt. Es ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die daraus entstehenden Vorteile entsprechend dem erstgenannten Erfindungsaspekt, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z. B. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Land- und/oder Luftfahrzeug) vorgeschlagen, welches einen elektrochemischen Energiespeicher umfasst, wie er in Verbindung mit dem zweitgenannten Erfindungsaspekt oben im Detail beschrieben worden ist. Auch in diesem Zusammenhang ergeben sich die Merkmale, die Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend dem in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt vorgestellten Gehäuse, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Ansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels;
2 eine Detailansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers; und
3 eine perspektivische Zeichnung einer Bodengruppe eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen PKW 10 als Fortbewegungsmittel, welcher über einen Elektromotor 1 elektrische antreibbar ist. Der Elektromotor 1 wird mit elektrischer Energie aus einer Traktionsbatterie 3 als elektrochemischer Energiespeicher gespeist, welche durch ein elektronisches Steuergerät 2 aufbereitet wird.
2 zeigt eine Traktionsbatterie 3 als elektrochemischen Energiespeicher, der elektrische Kontakte 8a, 8b zur Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie an der Oberseite eines Gehäuses 4a, 4b aufweist. Das Gehäuse 4a, 4b bildet ein Volumen 11 aus, in welchem elektrochemische Speicherzellen 5 angeordnet sind. Über einen Flansch 7 ist eine Bodengruppe 4a des Gehäuses 4a, 4b angebracht, welche eine Wanne 9 als im Betrieb tiefstgelegene Kavität aufweist, in welcher ein Ionenaustauscher 6 angeordnet ist. Der Ionenaustauscher 6 selbst ist wiederum in einer Kunststoffbox 6a, 6b angeordnet, deren Seitenwände 6a wasserdurchlässig ausgestaltet sind, um durch im Betrieb üblicherweise auftretende Wechselkräfte ein kontinuierliches beziehungsweise iteratives Durchspülen des Ionenaustauschers 6 und somit ein zuverlässiges Entsalzen des Fluides (nicht dargestellt) zu ermöglichen. Der Ionenaustauscher 6 ist als Mischbett-Ionenaustauscher in der Lage, dem Fluid sowohl positive als auch negative Ionen zu entziehen und dessen elektrische Leitfähigkeit in einen unkritischen Bereich abzusenken.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Bodengruppe 4a, wie sie schematisch bereits in Verbindung mit 2 diskutiert worden ist. Schraubflansche 7 richten die Bodengruppe 4a ein, an einer Oberseite 4b eines Gehäuses fluiddicht angebracht zu werden. In der Wanne 9 sind mehrere Ionenaustauscher 6 in Kunststoffboxen 6a, 6b angeordnet, welche durch im Wesentlichen parallel am Boden der Wanne 9 angeordnete Halteschienen 12 fixiert sind. Die Halteschienen 12 dienen zudem der Aufnahme der Gewichtskräfte über den Ionenaustauschern 6 angeordneter (nicht dargestellter) elektrochemischer Speicherzellen (siehe 2).
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Elektronisches Steuergerät
3: Traktionsbatterie
4a: Bodengruppe
4b: Oberteil des Gehäuses
5: elektrochemische Speicherzelle
6: Ionenaustauscher
6a: wasserdurchlässige Seitenwand der Kunststoffbox
6b: Ober- / Unterseite der Kunststoffbox
7: Flansch
8a, 8b: elektrische Kontakte
9: Wanne
10: PKW
11: Volumen für elektrochemische Speicherzellen
12: Halteschienen

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 10201276 A1 [0003]
EP 1303887 B1 [0004]

Claims

Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher (3) umfassend einen Ionenaustauscher (6), welcher in dem Gehäuse (4a, 4b) angeordnet und eingerichtet ist, unbeabsichtigt in das Gehäuse (4a, 4b) eingetretenes Fluid zu entsalzen.
Gehäuse nach Anspruch 1, wobei der Ionenaustauscher (6) in einer im Betrieb tiefst gelegenen Kavität (9) angeordnet ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Ionenaustauscher (6) eingerichtet ist, dem eingetretenen Fluid positive und negative Ionen zu entziehen.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ionenaustauscher (6) in einem Behälter (6a, 6b) mit wasserdurchlässigen Seitenwänden (6a) angeordnet ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ionenaustauscher (6) unterhalb eines Volumens (11) angeordnet ist, welches für die Aufnahme elektrochemischer Speicherzellen (5) vorgesehen ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches eingerichtet ist, gegen ein Eintreten und ein Austreten von Fluid geschützt zu sein.
Elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel, umfassend ein Gehäuse (4a, 4b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem ein oder mehrere Ionenaustauscher (6) und ein oder mehrere elektrochemische Zellen (5) angeordnet sind.
Fortbewegungsmittel, insbesondere elektrisch antreibbares Fahrzeug (10), umfassend einen elektrochemischen Energiespeicher (3) nach Anspruch 7.