DE102015204678A1 - Batteriekonditionierung mit Sorptionsmittelregeneration - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriekonditionierungssystem (1), insbesondere zur Entfeuchtung und/oder Temperierung eines Batteriesystems (100). Um ein Sorptionsmittel (1) rechtzeitig und bedarfsgerecht zu regenerieren, umfasst das Batteriekonditionierungssystem (1) ein Sorptionsmittel (2) zur reversiblen Sorption eines Sorptivs, insbesondere von Wasser, ein Gewichtmesselement (3) zur Messung des Gewichts des Sorptionsmittels (2) und eine Sorptionsmittelheizung (4) zum Beheizen des Sorptionsmittels (2). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein entsprechendes Batteriesystem (100), Betriebsverfahren und Steuergerät.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriekonditionierungssystem, ein Batteriesystem, ein Betriebsverfahren sowie ein Steuergerät.
  • Stand der Technik
  • In Fahrzeugen mit Elektroantrieb, wie Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, werden wiederaufladbare Traktions-Batteriesysteme, wie Lithium-Ionen-Batteriesysteme, zum Fahrzeugantrieb eingesetzt.
  • An solche Batteriesysteme werden sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade-Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer gestellt.
  • Aufgrund von Temperatur- und Luftdruck-Änderungen kann zwischen der Umgebung und dem Innenraum eines Batteriesystems eine Druckdifferenz entstehen. Ein Druckausgleich kann dabei durch eine Druckausgleichseinheit, eine so genannte Pressure Balancing Unit (PBU), bewirkt werden welche ein definiertes Einströmen von Umgebungsluft in das Batteriesystem beziehungsweise ein definiertes Ausströmen von Luft aus dem Batteriesystem ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Batteriekonditionierungssystem, insbesondere zur Entfeuchtung und/oder Temperierung eines Batteriesystems, zum Beispiel ein Batterieentfeuchtungssystem und/oder Batterietemperiersystem, welches ein Sorptionsmittel zur, insbesondere reversiblen, beispielsweise thermisch reversiblen, Sorption eines Sorptivs, insbesondere von Wasser, umfasst.
  • Durch das Sorptionsmittel kann beispielsweise Wasser in Form von Feuchte, welche beispielsweise über eine Druckausgleichseinheit, eine so genannte Pressure Balancing Unit (PBU), aus der Umgebungsluft in das Batteriesystem gelangen könnte, aus der Atmosphäre im Inneren des Batteriesystems entzogen und das Batteriesystem auf diese Weise entfeuchtet und konditioniert werden. So kann vorteilhafterweise eine Bildung von Kondenswasser, welche ansonsten gegebenenfalls an gekühlten Oberflächen stattfinden könnte, vermieden werden. Das Sorptionsmittel kann insbesondere zur, beispielsweise thermisch, reversiblen Sorption eines Sorptivs, insbesondere von Wasser, ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel ein Sorptionsmittel sein, in welches ein Sorptiv, insbesondere Wasser, reversibel einlagerbar und auslagerbar ist. So kann das Sorptionsmittel vorteilhafterweise sorbiertes Sorptiv, zum Beispiel durch Erhitzen, in Form von Dampf wieder abgeben und beispielsweise getrocknet und auf dieser Weise zur erneuten Sorption von Sorptiv regeneriert werden. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel auch zur exothermen Sorption eines Sorptivs, insbesondere von Wasser, ausgelegt sein. Dabei kann das Sorptionsmittel bei der Sorption Wärme abgeben, was wie später erläutert vorteilhafterweise auch zur Temperierung des Batteriesystems genutzt werden kann. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel ein Adsorptionsmittel und/oder Absorptionsmittel sein. Zum Beispiel kann das Sorptionsmittel einen Zeolithen umfassen beziehungsweise ein Zeolith sein.
  • Beispielsweise kann das Batteriekonditionierungssystem ein Gewichtmesselement zur Messung des Gewichts des Sorptionsmittels umfassen. Durch die Sorption des Sorptivs erhöht sich das Gewicht des Sorptionsmittels, welches durch das Gewichtmesselement gemessen werden kann. So kann vorteilhafterweise der Sättigungsgrad des Sorptionsmittels mit dem Sorptiv ermittelt werden. Zudem kann so beispielsweise ermittelt werden inwieweit das Sorptionsvermögen des Sorptionsmittels, beispielsweise das Wasseradsorptionsvermögen des Zeolithen, erschöpft ist. Insbesondere kann so vorteilhafterweise ermittelt werden, ob eine Regeneration des Sorptionsmittels erforderlich ist.
  • Weiterhin kann das Batteriekonditionierungssystem eine Sorptionsmittelheizung zum Beheizen des Sorptionsmittels umfassen. Beispielsweise kann die Sorptionsmittelheizung eine elektrische Heizung, zum Beispiel ein elektrisches Heizelement, zum Beispiel in Form einer Spule, Platte oder Folie, sein. Durch die Sorptionsmittelheizung kann dabei vorteilhafterweise das Sorptionsmittel erhitzt werden, wobei in dem Sorptionsmittel sorbiertes Sorptiv desorbiert und auf diese Weise das Sorptionsmittel regeneriert werden kann. Danach kann das Sorptionsmittel erneut zur Sorption und Wärmeabgabe eingesetzt werden.
  • Durch das Gewichtmesselement kann somit vorteilhafterweise die Sorptivsättigung des Sorptionsmittels, beispielsweise die Wassersättigung des Zeolithen, erkannt und rechtzeitig und bedarfsangepasst eine Sorptiv-Desorption beziehungsweise Regeneration des Sorptionsmittels durchgeführt werden.
  • So kann vorteilhafterweise eine effizient regenerierbare, optimierte Entfeuchtung und beispielsweise eine weitestgehend wartungsfreie Klimatisierung eines Batteriesystems, zum Beispiel eines Traktions-Batteriesystems, mittels eines Sorptionsmittels, insbesondere mittels Zeolith, ermöglicht werden.
  • Durch die Entfeuchtung und damit Trocknung im Batteriesystem können vorteilhafterweise Kondenswasser und unerwünschte Nebenreaktionen, welche damit einhergehen können, wie eine Korrosion von Metallteilen, ein Aufquellen von Kunststoff-Oberflächen, eine Reduktion des Isolationswiderstands zwischen den Batteriezellen, zwischen dem positiven Potential (HV+) zur Masse (Ground) und zwischen dem negativen Potential (HV–) zur Masse (Ground), welche ansonsten gegebenenfalls sogar zu Kurzschlüssen führen könnten, vermieden und auf diese Weise die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Batteriesystems, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, deutlich verbessert werden.
  • Beispielsweise kann das Batteriekonditionierungssystem in das Batteriesystem einbaubar beziehungsweise eingebaut sein. Dies kann vorteilhafterweise mit einem geringen Montageaufwand und Betriebsaufwand erzielt werden.
  • Insbesondere kann das Batteriekonditionierungssystem zur Konditionierung, beispielsweise zur Entfeuchtung und/oder Temperierung, einer Traktionsbatterie und/oder einer Starterbatterie eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, beispielsweise für Benzin oder Diesel, und/oder eines Hybridfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro-Hybridfahrzeugs, ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Batterietemperiersystem zur Konditionierung, beispielsweise zur Entfeuchtung und/oder Temperierung, eines Lithium-Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, ausgelegt sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst wobei das Sorptionsmittel einen Zeolithen. Insbesondere kann das Sorptionsmittel ein Zeolith sein. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel einen trockenen beziehungsweise dehydrierten, beispielsweise wasserfreien, Zeolithen, zum Beispiel in Form eines Granulats beziehungsweise einer Granulatschicht, umfassen oder sein.
  • Zeolithe sind kristalline Metall-Alumo-Silikate, insbesondere Alkali-Aluminium-Silikate, welche sich durch große innere Oberflächen, beispielsweise von 800 m2/g bis 1200 m2/g, und starke elektro-statische Felder im Kristallgitter auszeichnen können. Zeolithe können ein starkes Adsorptionsvermögen für Gase, Dämpfe und gelöste Stoffe mit bestimmten Molekülgrößen haben. Ihre Kristallkäfige können insbesondere große Ringöffnungen, beispielsweise von 3 Å bis 10 Å aufweisen, in welche Wasserdampfmoleküle aufgenommen und aus denen Wasserdampfmoleküle auch wieder abgeben werden können. Zeolithe können vorteilhafterweise eine hohe Tendenz zum Ansaugen von Wasserdampf beziehungsweise starke hygroskopische Eigenschaften aufweisen. Vollständig desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe, welche beispielsweise bei 300 °C unter Vakuum getrocknet wurden, können beispielsweise ein Wasseradsorptionsvermögen von 25 Gew.-%, bezogen auf das Zeolithgewicht, aufweisen. Daher können desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe besonders effizient als Sorptionsmittel und auch als Trockenmittel, insbesondere zur Entfeuchtung eines Batteriesystems, eingesetzt werden. Das Sorbieren von Wasser und die Einlagerung von Wasserdampfmolekülen in die Zeolith-Struktur kann insbesondere exotherm, also unter Wärmeabgabe, beispielsweise von Adsorptionswärme, erfolgen. Dabei können die Kationen und die anionische Gerüststruktur der Zeolithe hydratisiert werden. Wegen starken elektrostatischen Feldern können die aufgenommenen Moleküle, beispielsweise Wassermoleküle, starken Feldkräften im Kristallgerüst ausgesetzt sein.
  • Dennoch können vorteilhafterweise auch wassergesättigte Zeolithe durch Erhitzen reversibel das eingelagerte Wasser in Form von Wasserdampf wieder abgeben, so dass sie getrocknet und regeneriert und zur erneuten Wasserdampfaufnahme bereit gestellt werden können. Die Trocknung von Zeolithen kann dabei vorteilhafterweise staubfrei erfolgen. Das Zeolith-Gittergerüst kann dabei vorteilhafterweise – beispielsweise selbst bei mehreren Tausend Adsorptions- und Desorptions-Zyklen – stabil bleiben, insbesondere insofern die Dehydratation bei einem geringen Druck und einer Temperatur von ≤ 200 °C durchgeführt wird. Zudem sind Zeolithe vorteilhafterweise umweltverträgliche, ungiftige und unbrennbare Mineralien mit einer geringen Dichte, die in großen Mengen und zahlreichen Modifikationen in der Natur vorkommen und auch in zahlreichen Modifikationen großtechnisch synthetisch hergestellt werden können. Daher können Zeolithe zur Konditionierung von Batteriesystemen, wie Traktionsbatterien, insbesondere auch mit einer hohen Packdichte, besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe können zudem, beispielsweise in einem von Wasser getrennten Zustand, Energiespeicher mit einer hohen Energiedichte und einem geringen Energieverlust, welcher insbesondere weitaus geringer als bei Warmwasserspeichern sein kann, darstellen, da die Sorption exotherm erfolgen kann. Beispielsweise kann durch Zusammenführen von desorbierten beziehungsweise dehydrierten Zeolithen und Wasser eine Adsorptionswärme von bis zu 4200 kJ pro kg Wasser freigesetzt werden. Daher sind Zeolithe auch für die später erläuterte Temperierung besonders geeignet. Zum Beispiel könnte in einer überschlägigen Heizenergiebedarfsrechnung zum Erwärmen eines Batteriesystems mit einem Gewicht mBatt von 200 kg und einer spezifischen Wärmekapazität cBatt ≈ 0,9 kJ/(kg·K) um eine Temperaturdifferenz ⌷T von 30 K, beispielsweise von –30 °C bis 0 °C, eine Wärmemenge ⌷QBatt = mBatt·cBatt·⌷T von 5,4 MJ = 1,5 kWh, plus ein Überschuss zur Kompensation von Wärmeverlusten von 0,25 kWh, also insgesamt 1,75 kWh benötigt werden, was bei einer Zeolith-Energiedichte bei 15 %-iger Wasseraufnahme von 120 kWh/m3 einem Zeolith-Volumen VZeolith von 1,75/120 m3 = 0,0146 m3, also etwa 15 dm3, und einem Zeolith-Gewicht mZeolith von ⌷Zeolith·VZeolith = 650 kg/m3·0,015 m3 = 9,75 kg, also etwa 10 kg, entspäche. Dabei bedürfte es – unter der Annahme einer Adsorptionsenthalpie haZeo von 4200 kJ pro kg Wasser ≈ 1,16 kWh pro kg Wasser – einer Wassermenge mWasser von ⌷QBat/haZeo von 1,75 kWh/1,16 kWh pro kg Wasser = 1,51 kg Wasser, also – mit Sicherheitszuschlag etwa 2 l Wasser.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Sorptionsmittel einen Zeolithen mit einer Ringöffnung von etwa ≥ 2,6 Å bis ≤ 3,5 Å, zum Beispiel von etwa 3 Å. So können vorteilhafterweise Wasserdampfmoleküle, deren kinetischer Durchmesser 2,6 Å betragen kann, in die Zeolithstruktur aufgenommen und adsorbiert werden. Zudem kann so verhindert werden, dass größere Moleküle, wie das bei vielen Verbrennungsvorgängen und somit auch in der Luft vorkommende Reiz- und Rauchgas Schwefeldioxid (SO2) mit einem kinetischen Durchmesser von 3,6 Å, welche ansonsten den Zeolithen unnötig sättigen oder sogar bereits sorbierte Wasserdampfmoleküle aus der Kristallstruktur verdrängen könnten, aufgenommen werden. Ein hierfür geeigneter Zeolith ist beispielsweise Kaliumzeolith A.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst daher das Sorptionsmittel Kaliumzeolith A. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel dabei ein Kaliumzeolith A sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Sorptionsmittelheizung zum Beheizen des Sorptionsmittels aktivierbar, insbesondere einschaltbar, insofern das, durch das Gewichtsmesselement gemessene Gewicht des Sorptionsmittels eine Gewichtsobergrenze überschreitet. So kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass die Sorptionsmittelheizung nur bei Bedarf aktiviert wird. Dadurch kann wiederum vorteilhafterweise Energie eingespart werden. Beispielsweise kann die Gewichtsobergrenze bei 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, liegen. Zum Beispiel kann die Gewichtsobergrenze bei 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, liegen. Insbesondere kann die Gewichtsobergrenze bei 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, liegen. Durch eine Verringerung der Gewichtsobergrenze kann vorteilhafterweise – beispielsweise auch bei einem Umgebungsluftdruck von ca. 1 bar, die Ausheiztemperatur, beispielsweise auf eine Temperatur unter 100 °C, gesenkt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Sorptionsmittelheizung zum Beheizen des Sorptionsmittels aktivierbar, insbesondere einschaltbar, sein, insofern das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Beheizen durch die Sorptionsmittelheizung wieder deaktivierbar, insbesondere abschaltbar, insofern das, durch das Gewichtsmesselement gemessene Gewicht des Sorptionsmittels eine Gewichtsuntergrenze unterschreitet. So kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass das Beheizen nur so lange wie nötig durchgeführt wird. Dadurch kann ebenfalls vorteilhafterweise Energie eingespart werden. Beispielsweise kann die Gewichtsuntergrenze bei 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, liegen. So kann vorteilhafterweise ein Adsorptionsvermögen von etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, erzielt werden. Gegebenenfalls kann die Gewichtsuntergrenze bei 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des, insbesondere vollständig, desorbierten beziehungsweise dehydrierten, Sorptionsmittels, liegen. So kann das Sorptionsmittel lediglich teilweise dehydriert werden, was es vorteilhafterweise ebenfalls ermöglicht – beispielsweise auch bei einem Umgebungsluftdruck von ca. 1 bar, die Ausheiztemperatur, beispielsweise auf eine Temperatur unter 100 °C, zu senken und insbesondere Energie einzusparen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen Sorptionsmittelbehälter zur Aufnahme des Sorptionsmittels. Dabei kann insbesondere das Gewichtmesselement zur Messung des Gewichts des Sorptionsmittelbehälters und damit zur Messung des Gewichts des Sorptionsmittels ausgelegt sein. Die Sorptionsmittelheizung kann dabei insbesondere zum Beheizen des Sorptionsmittelbehälters und damit zum Beheizen des Sorptionsmittels ausgelegt sein. Der Sorptionsmittelbehälter kann zumindest teilweise gasdurchlässig, insbesondere luftdurchlässig beziehungsweise dampfdurchlässig, insbesondere wasserdampfdurchlässig, ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann der Sorptionsmittelbehälter zumindest teilweise aus einem Lochblechmaterial ausgebildet sein. Insbesondere kann der Sorptionsmittelbehälter lösbar montiert sein. So kann das Sorptionsmittel bei Bedarf vorteilhafterweise auf einfache Weise ausgetauscht werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist der Sorptionsmittelbehälter durch eine Führung, beispielsweise durch Führungsschienen, vertikal geführt. Dabei kann der Sorptionsmittelbehälter insbesondere auf das Gewichtsmesselement auflegbar sein beziehungsweise darauf aufliegen. Das Gewichtmesselement kann dabei insbesondere ein elektrischer und/oder mechanischer Federschalter, beispielsweise in Form einer Biegefeder, durch welche ein elektrischer Kontakt schließbar ist, sein. Dabei kann sich der Sorptionsmittelbehälter durch die Führung, beispielsweise in den Führungsschienen, je nach Sorptionsmittelgewicht gegen den Federschalter vertikal bewegen, beispielsweise wobei der Federschalter beim Überschreiten der Gewichtsobergrenze einen elektrischen Kontakt schließt. So kann ein Gewichtsmessung des Sorptionsmittels während des Betriebes vorteilhafterweise auf besonders einfache Weise realisiert werden. So kann vorteilhafterweise auf besonders einfache Weise ermittelt werden, ob eine Regeneration des Sorptionsmittels erforderlich ist oder nicht.
  • Der Federschalter kann insbesondere eine Hysterese aufweisen, welche nach gängigen mechanischen Methoden. zum Beispiel mit einstellbaren Schaltpunkten, realisiert werden kann. Zum Beispiel kann durch die Hysterese des Federschalters erzielt werden, dass dieser erst bei einem Gewicht, welches der Gewichtsuntergrenze des Sorptionsmittels, zum Beispiel einer 3-%igen Sättigung mit Wasser, entspricht, den elektrischen Kontakt wieder öffnet.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen Außenbehälter. Dabei kann insbesondere das Sorptionsmittel beziehungsweise der Sorptionsmittelbehälter in dem Außenbehälter aufgenommen sein. Der Außenbehälter kann insbesondere eine, mit einem Absperrorgan ausgestattete Gaseinlassöffnung, insbesondere zum Einlassen von zu entfeuchtendem Gas aus dem Batteriesystem, umfassen. Das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung kann beispielsweise ein Magnetventil oder eine Klappe sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen Kondensator, insbesondere zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel ausgeheiztem (Sorptiv-)Dampf, beispielsweise Wasserdampf. Dabei kann das Sorptionsmittel beziehungsweise der Sorptionsmittelbehälter insbesondere dampfleitend mit dem Kondensator verbunden oder verbindbar sein. Der Kondensator kann insbesondere eine, mit einem Absperrorgan ausgestattete Dampfeinlassöffnung, insbesondere zum Einlassen von, aus dem Sorptionsmittel ausgeheiztem (Sorptiv-)Dampf, beispielsweise Wasserdampf, in den Kondensator umfassen.
  • Durch den Kondensator kann vorteilhafterweise aus dem Sorptionsmittel ausgeheizter (Sorptiv-)Dampf, beispielsweise Wasserdampf, wieder zu Sorptiv, beispielsweise Wasser, kondensiert und aufgesammelt werden. Das kondensierte Sorptiv, beispielsweise Wasser, kann dann aus dem Batteriekonditionierungssystem abgeführt und/oder insbesondere für eine später erläuterte Heiz- und/oder Kühlfunktion (erneut) als Sorptiv verwendet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin ein Verdampfungsmaterial zum Verdampfen eines Sorptivs, insbesondere von Wasser. Dabei kann dem Verdampfungsmaterial insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, durch eine, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestattete, Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zuführbar sein.
  • Dies ermöglicht es das Batteriekonditionierungssystem zur gezielten und nahezu verlustlosen Erzeugung von Wärme durch Sorption, beispielsweise Adsorption und/oder Absorption, und/oder von Kälte durch Verdampfung einzusetzen. Insbesondere kann dabei das Phänomen der Verdampfungskälte zur Erzeugung von Kälte, insbesondere zur Kühlung, beispielsweise des Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, und/oder das Phänomen der Sorptionswärme, beispielsweise der Zeolith-Wasser-Adsorption beziehungsweise -Absorption, zur Erzeugung von Wärme, insbesondere zur Heizung, beispielsweise des Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, genutzt werden.
  • Beispielsweise kann dadurch, dass dem Verdampfungsmaterial, insbesondere flüssiges, Sorptiv, beispielsweise Wasser, zugeführt wird, erzielt werden, dass das, insbesondere flüssige, Sorptiv, beispielsweise Wasser, an dem Verdampfungsmaterial verdampft. Das Verdampfen erfolgt dabei insbesondere endotherm beziehungsweise unter Wärmeaufnahme. Dadurch kann sich insbesondere das Verdampfungsmaterial abkühlen. Durch das Verdampfungsmaterial kann folglich ein Kühlen realisiert werden. Beispielsweise kann dabei von dem Verdampfungsmaterial Kälte zur äußeren Umgebung, zum Beispiel Fahrzeugumgebung, und/oder, beispielsweise zu der später erläuterten thermischen Kontaktplatte, abführbar sein.
  • Das, insbesondere dampfförmige, Sorptiv, beispielsweise Wasserdampf, kann dann zu dem Sorptionsmittel strömen. Von dem Sorptionsmittel kann das Sorptiv insbesondere exotherm beziehungsweise unter Wärmeabgabe sorbiert werden. Dadurch kann sich insbesondere das Sorptionsmittel erwärmen. Durch das Sorptionsmittel kann folglich ein Heizen realisiert werden. Beispielsweise kann dabei Wärme von dem Sorptionsmittel zu der später erläuterten thermischen Kontaktplatte abführbar sein.
  • Auf diese Weise kann das Batteriekonditionierungssystem vorteilhafterweise zum Entfeuchten, zum Heizen und/oder zum Kühlen, zum Beispiel zum Temperieren, beispielsweise eines Batteriesystems, zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und/oder Hybridfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder einer Starterbatterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann dies ohne einen nennenswerten Verbrauch von elektrischer Energie, beispielsweise aus dem Batteriesystem und/oder einer externen Quelle, und/oder ohne Reichweitenverlust realisiert werden. Zudem können diese Funktionen vorteilhafterweise durch ein (einziges) Sorptionsmittel, beispielsweise Zeolith, realisiert werden. Zeolithe können vorteilhafterweise eine hohe Tendenz aufweisen in einer exothermen Reaktion Wasserdampf zu adsorbieren und in Form von Wasser in ihr Kristallgerüst einzulagern, wobei sie Adsorptionswärme, beispielsweise zur Heizung des Batteriesystems, abgeben können.
  • Das Batterietemperiersystem ermöglicht es vorteilhafterweise die Temperatur eines Batteriesystems während dessen Betriebs in einem für den Betrieb optimalen Temperaturbereich, beispielsweise von etwa ≥ 5 °C bis etwa ≤ 40 °C, zu temperieren beziehungsweise zu halten. Beispielsweise kann durch das Batterietemperiersystem das Batteriesystem, insbesondere dessen Zellen, bei tiefen (Umgebungs-/Außen-)Temperaturen, zum Beispiel von unter 0 °C, insbesondere von unter –10 °C, beispielsweise von –30 °C, auf eine Temperatur innerhalb des optimalen Temperaturbereichs, beispielsweise von 20 °C, erwärmt beziehungsweise bei hohen Temperaturen, zum Beispiel von über 35 °C, insbesondere von über 40 °C, auf eine Temperatur innerhalb des optimalen Temperaturbereichs abgekühlt werden.
  • So kann vorteilhafterweise eine kalendarische Alterung des Batteriesystems, welche beispielsweise bei Lithium-Ionen-Batterien bei höheren Temperaturen, zum Beispiel von > 40 °C, signifikant zunehmen kann, verringert und so wiederum die Lebensdauer des Batteriesystems, beispielsweise bis zum Erreichen eines Lebensdauerziels von 15 Jahren, erhöht werden.
  • Zudem kann so vorteilhafterweise auch eine Alterung des Batteriesystems, beispielsweise in Folge einer Beaufschlagung mit hohen Entladeströmen bei tiefen Temperaturen, zum Beispiel von < 5 °C, verringert und auch so die Lebensdauer des Batteriesystems erhöht werden. Darüber hinaus kann so vorteilhafterweise die elektrische Leistung von Batteriezellen, beispielsweise von Lithium-Ionen-Batteriezellen, welche – beispielsweise aufgrund eines höheren Innenwiderstands und einer verminderten Stromabgabe – bei tiefen (Außen-)Temperaturen, zum Beispiel von < 5 °C, signifikant abnehmen kann, erhöht werden. So kann beispielsweise bei Fahrzeugen vorteilhafterweise erzielt werden, dass auch bei (Außen-)Temperaturen von unter –10 °C noch ein Kaltstartstrom bereitgestellt werden kann, welcher ausreichend hoch ist, um das Fahrzeug, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeug, und/oder eine Starterbatterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, zum Beispiel eines Hybridfahrzeugs, zu starten, ohne dass zum Aufheizen in der Batterie gespeicherte elektrische Energie verwendet oder extern vorhandene Energiequellen, wie etwa das öffentliche Stromnetz, dafür maßgeblich herangezogen werden müssten.
  • Insgesamt kann so vorteilhafterweise ein Batteriesystem, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs und/oder Hybridfahrzeugs, und/oder eine Starterbatterie eines Fahrzeug, beispielsweise mit Verbrennungsmotor, auf elektrische Energie sparende Weise temperiert und dadurch wiederum die Lebensdauer, die Sicherheit, die Zuverlässigkeit, die elektrische Leistung, der Lade-Entlade-Wirkungsgrad beziehungsweise der nutzbare Energieinhalt des Batteriesystems, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, insbesondere auch bei tiefen Umgebungstemperaturen beziehungsweise Außentemperaturen, verbessert werden.
  • Gegebenenfalls ist auch eine Standheizungsfunktion, zum Beispiel zur Scheiben-, Außenspiegel- und/oder Türschloss-Enteisung, durch das Batteriekonditionierungssystem möglich.
  • Das Verdampfungsmaterial kann beispielsweise ein faserbasiertes Flächengebilde, zum Beispiel ein Vliesstoff und/oder ein textiles Flächengebilde, sein. Beispielsweise kann das Verdampfungsmaterial ein Vliesstoff sein. Ein faserbasiertes Flächengebilde, wie ein Vliesstoff, kann vorteilhafterweise sowohl, insbesondere flüssiges, Sorptiv zu, insbesondere dampfförmigem, Sorptiv verdampfen, als auch, insbesondere flüssiges Sorptiv in sich halten und auf diese Weise ein Austreten von, insbesondere flüssigem, Sorptiv, verhindern. Das Verdampfungsmaterial kann zum Beispiel ein Kunststoffvlies sein.
  • Kunststoffvliese können vorteilhafterweise kostengünstig hergestellt werden und ein geringes Gewicht aufweisen.
  • Das Sorptionsmittel und das Verdampfungsmaterial können, insbesondere über einen dampfdurchlässigen Raum, insbesondere einen wasserdampfdurchlässigen Raum, voneinander beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann zwischen dem Sorptionsmittel und dem Verdampfungsmaterial eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht, beispielsweise eine dampfdurchlässige, insbesondere wasserdampfdurchlässige, und zum Beispiel flüssigkeitsdichte, Membran, angeordnet sein. Dabei kann beispielsweise dem Sorptionsmittel über die Dampfkanäle aufweisende Trennschicht dampfförmiges Sorptiv, insbesondere Wasser, aus dem Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, zuführbar sein. So kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass das, insbesondere dampfförmige, Sorptiv zu dem Sorptionsmittel strömen und beispielsweise eine Wärmeübertragung von dem Sorptionsmittel auf das Verdampfungsmaterial reduziert werden kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Sorptionsmittel, beispielsweise über einen Wärmetauscher, thermisch an einen Heizkreislauf angebunden. Insbesondere kann der Heizkreislauf eine Pumpe, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, und/oder ein Absperrorgan umfassen. Beispielsweise kann dabei das Batteriekonditionierungssystem einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus dem Sorptionsmittel umfassen. Insbesondere kann dieser Wärmetauscher an den Heizkreislauf angeschlossen und/oder zum Heizen des Heizkreislaufes durch das Sorptionsmittel ausgelegt sein. So kann vorteilhafterweise die Sorptionswärme in den Heizkreislauf eingespeist werden.
  • Die durch die Verdampfung entstehende Verdampfungskälte kann gegebenenfalls an die Fahrzeugumgebung abgeführt werden. Dies kann insbesondere in einem Heizbetrieb des Batteriekonditionierungssystems vorteilhaft sein.
  • Die durch die Verdampfung entstehende Verdampfungskälte kann jedoch auch zum Kühlen des Batteriesystems verwendet werden. Dies kann insbesondere in einem Kühlbetrieb des Batteriekonditionierungssystems vorteilhaft sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform ist daher das Verdampfungsmaterial, beispielsweise über einen Wärmetauscher, thermisch an einen Kühlkreislauf angebunden. Insbesondere kann der Kühlkreislauf eine Pumpe, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, und/oder ein Absperrorgan umfassen. Beispielsweise kann dabei das Batteriekonditionierungssystem einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlkreislaufes durch das Verdampfungsmaterial umfassen. Insbesondere kann dieser Wärmetauscher an den Kühlkreislauf angeschlossen sein. So kann vorteilhafterweise dem Kühlkreislauf Wärme durch die Verdampfungskälte entzogen werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin eine thermische Kontaktplatte, insbesondere zur Temperierung von Batteriezellen des Batteriesystems (Packs), beispielsweise zur Temperierung von mindestens einem Batteriemodul (Batterie-Subunit) aus mehreren Batteriezellen. Zum Beispiel kann die thermische Kontaktplatte eine so genannte Temperierplatte beziehungsweise Heizplatte beziehungsweise Kühlplatte sein. Dabei kann das Sorptionsmittel, beispielsweise über den Sorptionsmittelbehälter und/oder Außenbehälter und/oder den Heizkreislauf und/oder den Kühlkreislauf, in, beispielsweise direktem oder indirektem, thermischen Kontakt mit der thermischen Kontaktplatte stehen. Durch einen thermischen Kontakt zwischen dem Sorptionsmittelbehälter und/oder Außenbehälter und der thermischen Kontaktplatte kann vorteilhafterweise bei der Entfeuchtung entstehende Adsorptionswärme, zum Beispiel durch eine aktive Kühlung über das Thermomanagement des Batteriesystems, abgeführt werden. So kann die Temperatur der Batteriezellen vorteilhafterweise auch bei der Regeneration des Sorptionsmittels in einem optimalen Betriebstemperaturbereich gehalten werden, was sich vorteilhaft auf deren Lebensdauer auswirken kann. Durch einen thermischen Kontakt zwischen dem Heizkreislauf und der thermischen Kontaktplatte kann vorteilhafterweise im Heizbetrieb Adsorptionswärme zur Heizung des Batteriesystems verwendet werden. Durch einen thermischen Kontakt zwischen dem Kühlkreislauf und der thermischen Kontaktplatte kann vorteilhafterweise im Kühlbetrieb Verdampfungskälte zur Kühlung des Batteriesystems verwendet werden.
  • Insbesondere kann die thermische Kontaktplatte – und damit insbesondere auch die Batteriezellen des Batteriesystems – durch den Heizkreislauf und/oder den Kühlkreislauf temperierbar sein.
  • Die thermische Kontaktplatte kann insbesondere mit einem Temperatursensor ausgestattet sein. So kann vorteilhafterweise die Temperatur der Kontaktplatte ermittelt werden.
  • Da die Wasserdampfsättigung der Luft bei tiefen Temperaturen immer mehr abnimmt und bei –40°C gegen null gehen kann, kann bei derartig tiefen Temperaturen Luft nicht als Feuchtigkeitsträger verwendet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, zur Aufnahme von Sorptiv, insbesondere Wasser. So kann vorteilhafterweise auch bei tiefen Temperaturen noch Sorptiv, insbesondere Wasser, für den Heizbetrieb zur Verfügung gestellt werden.
  • Der Kondensator kann insbesondere flüssigkeitsleitend mit dem Sorptivvorrat, beispielsweise dem Wasservorrat, verbunden oder verbindbar sein. Dabei kann dem Sorptivvorrat, beispielsweise dem Wasservorrat, in dem Kondensator kondensiertes Sorptiv, beispielsweise Wasser, insbesondere durch eine Leitung, zuführbar sein. Insbesondere kann der Sorptivvorrat, beispielsweise der Wasservorrat, unterhalb des Kondensators angeordnet sein.
  • Dem Verdampfungsmaterial kann Sorptiv, insbesondere Wasser, aus dem Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, über die, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestattete, Sorptivzufuhr, insbesondere Wasserzufuhr, zuführbar sein. Die Sorptivzufuhr, insbesondere Wasserzufuhr, kann dabei insbesondere zum Zuführen von Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, zu dem Verdampfungsmaterial ausgelegt sein. Beispielsweise kann der Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, ein Volumen von etwa 2 l aufweisen. Insbesondere kann der Wasservorrat mit destilliertem Wasser gefüllt oder füllbar sein.
  • Weiterhin kann das Batteriekonditionierungssystem einen Sorptivtemperatursensor, insbesondere Wassertemperatursensor, zur Messung der Temperatur des Sorptivs, insbesondere von Wasser, beispielsweise des Sorptivvorrats, insbesondere des Wasservorrats, umfassen.
  • Da Wasser bei tiefen Temperaturen zu Eis gefriert, kann der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, insbesondere beheizbar sein. So kann vorteilhafterweise vor einem Start des Batteriekonditionierungssystems bei tiefen Temperaturen gefrorenes Sorptiv, beispielsweise Eis, zum Beispiel zu flüssigem Wasser, aufgetaut werden, beispielsweise damit genügend Dampf, beispielsweise Wasserdampf, für den Heizbetrieb gebildet werden kann.
  • Um auch den Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, ohne wesentlichen Verbrauch von elektrischer Energie beheizen zu können, kann insbesondere ein latenter und/oder thermochemischer Wärmespeicher vorgesehen sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst daher das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher, insbesondere zum Beheizen des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats. So kann das Batteriekonditionierungssystem vorteilhafterweise auch bei Temperaturen unter 0 °C ohne wesentlichen Verbrauch von elektrischer Energie zum Heizen des Batteriesystems eingesetzt werden. Dabei kann der Sorptivvorrat, insbesondere Wasservorrat, mit dem latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher beispielsweise thermisch, insbesondere wärmeleitend, verbindbar oder verbunden sein. Beispielsweise kann dies mittels mindestens eines, insbesondere wärmeleitenden, Metallstabes, beziehungsweise mittels, insbesondere wärmeleitenden, Metallstäben, insbesondere welche/r sich von dem Wärmespeicher in den Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, hinein erstrecken können, realisiert werden. Die Metallstäbe können beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine Metallstab beziehungsweise die Metallstäbe aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von ≥ 10 W/mK ausgebildet sein. So kann vorteilhafterweise eine ausreichende Wärmeleitung von dem Material des Wärmespeichers, zum Beispiel einem Phasenwechselmaterial, auf das Sorptiv, beispielsweise Wasser, in dem Sorptivvorrat realisiert werden. Der mindestens eine Metallstab beziehungsweise die Metallstäbe können beispielsweise fest und dicht in den Sorptivvorrat eingebracht werden und, insbesondere im gefüllten Zustand des Vorrats, vollständig mit Sorptiv, beispielsweise Wasser, umgeben sein.
  • Der Wärmespeicher kann zur Speicherung von Wärmeenergie und zur auslösbaren Freigabe von gespeicherter Wärmeenergie ausgelegt sein. Beispielsweise kann der Wärmespeicher mit einer Auslöseeinrichtung zur Auslösung einer Freigabe von in dem Wärmespeicher gespeicherter Wärmeenergie ausgestattet sein.
  • Der Wärmespeicher kann beispielsweise ein Phasenwechselmaterial (PCM, Englisch: Phase Change Material) umfassen. Derartige Materialien können an ihrem Schmelzpunkt während des Phasenübergangs vom festen in den flüssigen Zustand ohne merkliche Temperaturänderung so lange bis alle Moleküle in den flüssigen Zustand übergegangen sind, beispielsweise in ihrem Kristallwasser gelöst sind, Wärmeenergie aufnehmen und anschließend dauerhaft speichern. Durch Einleitung einer Druckwelle in das geschmolzene Phasenwechselmaterial, zum Beispiel bei –30 °C, kann der inverse Prozess gestartet und das Phasenwechselmaterial wieder zum Erstarren, das heißt zum Auskristallisieren unter Abgabe der gespeicherten Wärme gebracht werden, wobei sich das Material wieder bis zu seiner Schmelztemperatur aufheizt.
  • Das Material des Wärmespeichers, beispielsweise das Phasenwechselmaterial, kann insbesondere in einer, beispielsweise flexiblen und/oder elastischen, gegebenenfalls feuchtedichten, Umhüllung, zum Beispiel in einer Kunststoffhülle, wie einem Kunststoffbeutel, verpackt sein. So können vorteilhafterweise Volumenänderungen beim Schmelzen und Erstarren kompensiert werden. Die Umhüllung des Wärmespeichers kann beispielsweise feuchtedicht und zum Beispiel nicht-vakuumdicht sein.
  • Der Wärmespeicher kann insbesondere außerhalb des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, angeordnet sein.
  • Als Auslöseeinrichtung kann beispielsweise ein, insbesondere vorgespanntes beziehungsweise vorspannbares, Metallplättchen, beispielsweise mit einem so genannten Knallfrosch-Effekt beziehungsweise Knackfrosch-Effekt, dienen, welches zum Beispiel mechanisch und/oder elektrisch, beispielsweise durch einen Elektromagneten und/oder Hubmagneten, auslösbar ist. Das vorgespannte Metallplättchen kann beispielsweise an einer Innenwand der Umhüllung des Wärmespeichers befestigt sein. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Druckwelle zur Freigabe der gespeicherten Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher und damit das Aufheizen des Sorptivs und die Bildung von Dampf ausgelöst werden. Durch die Volumenzunahme des Phasenwechselmaterials beim Erstarren kann das Metallplättchen beispielsweise wieder vorspannbar sein. So kann das Metallplättchen und damit die Auslöseeinrichtung vorteilhafterweise wieder automatisch in seine beziehungsweise ihre Auslösestellung gebracht werden.
  • Ein geeignetes Phasenwechselmaterial könnte zum Beispiel Kalium-Fluorid-Tetrahydrat (KF·4H2O) sein, welches eine Schmelztemperatur von etwa 16 °C aufweist. Zum Aufheizen von circa 2 kg Eis von –30°C auf +16°C bräuchte man überschlagsweise eine Energie Q = Q1 + Q2 + Q3 von: Q1 = m·cEis·⌷T = (2 kg·2060J/kg·K)·30K = 124 kJ plus Q2 = m·cSchmelz = 2 kg·333,5 J/kg = 667 J ≈ 1kJ plus Q3 = m·cWasser·⌷T = (2 kg·4187 J/kg·K)·16 K = 134 kJ, was insgesamt etwa 259 kJ ergäbe. Da Kalium-Fluorid-Tetrahydrat eine Schmelzwärme von 228 kJ/kg aufweisen kann, würde man für das Aufheizen des Eises auf 16 °C etwa 1,15 kg Kalium-Fluorid-Tetrahydrat benötigen. Um eine schnellere Beheizung des Vorrats, zum Beispiel in 20 min auf 16 °C, zu erzielen, würde man beispielsweise eine Energie von 259 kJ = 0,072 kWh·[3·20 min] = 0,22 kW·[20 min] benötigen, was einer Menge an Kalium-Fluorid-Tetrahydrat von 0,22 kW·[20min]/[228 kJ/kg] = 1,16 kg entspräche. Inklusive eines Sicherheitsaufschlags könnten beispielsweise 2 kg Kalium-Fluorid-Tetrahydrat eingesetzt werden.
  • Ein weiteres geeignetes Phasenwechselmaterial könnte zum Beispiel L(+)-2,3-Butandiol sein. 2,3-Butandiole sind aliphatische Alkohole mit zwei Hydroxygruppen (OH-Gruppen) und der Formel CH3CH(OH)CH(OH)CH3 (Summenformel = C4H10O2). L(+)-2,3-Butandiol weist einen etwas höheren Schmelzpunkt als Kalium-Fluorid-Tetrahydrat, nämlich von 19,7 °C auf.
  • Der Wärmespeicher kann beispielsweise temperaturgesteuert und/oder zeitgesteuert und/oder ferngesteuert aktivierbar sein.
  • Zum Beispiel kann der Wärmespeicher mit Wärme aus einem Fahrgastinnenraum beheizbar beziehungsweise regenerierbar sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist der Außenbehälter und/oder der Wasservorrat, weiterhin eine, mit einem Absperrorgan ausgestattete, Wasserabführöffnung, insbesondere zum Abführen von, beispielsweise dampfförmigem und/oder flüssigem, Wasser auf. Die Wasserabführöffnung kann insbesondere zum Abführen von Wasser aus dem Batteriekonditionierungssystem und beispielsweise auch aus dem Batteriesystem, insbesondere nach außen, zum Beispiel in die Umgebung, insbesondere bei einer Regeneration des Sorptionsmittels und/oder beim Erreichen eines maximalen Füllstandes des Vorrats, ausgelegt sein.
  • So kann vorteilhafterweise eine relativ schnelle Abführung von mit Wasserdampf befeuchteter Luft aus dem Außenbehälter beziehungsweise von überschüssigem (Kondens-)Wasser, welches sich bei einem teiloffenen System nach und nach durch das Entfeuchten darin ansammeln kann, realisiert werden. So kann vorteilhafterweise eine im Wesentlichen wartungsfreie Batteriekonditionierung erzielt werden.
  • Insofern die Wasserabführöffnung zum Abführen von dampfförmigem Wasser, beispielsweise aus dem Außenbehälter, ausgelegt ist, kann die Wasserabführöffnung beispielsweise ein Kanal nach außen, zum Beispiel, welcher eine direkte Verbindung zwischen dem Außenbehälter und damit auch von Sorptionsmittelbehälter zur Umgebung, beispielsweise eines Fahrzeugs, darstellen. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass beim Regenerieren Wasserdampf wieder in das Batteriesystem eindringen und von dort nach dem Regenerieren erneut vom Sorptionsmittel aufgenommen werden kann. Dabei kann das Absperrorgan der Wasserabführöffnung beispielsweise ein Magnetventil sein.
  • Insofern die Wasserabführöffnung zum Abführen von flüssigem Wasser, beispielsweise aus dem Wasservorrat, ausgelegt ist, kann die Wasserabführöffnung beispielsweise eine Überlaufleitung mit Rücklaufschutz sein.
  • Gegebenenfalls kann an die Wasserabführöffnung ein Unterdruck anlegbar sein. So kann vorteilhafterweise die Wasser(dampf)abführung beschleunigt und die Heizungsdauer sowie gegebenenfalls Energie eingespart werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin eine Elektronik, insbesondere zur temperaturabhängigen Steuerung des Absperrorgans der Gaseinlassöffnung und/oder des Absperrorgans der Wasserabführöffnung. Beispielsweise kann die Elektronik einen elektrischen Bimetall-Wechselschalter (BWS) hierfür umfassen. Die Elektronik kann beispielsweise in einem Batteriemanagementsystem (BMS) oder einem Batterie-Management-Steuergerät (BMS-ECU) integriert sein.
  • Beispielsweise kann das Absperrorgan der Wasserabführöffnung und/oder das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung durch die Elektronik steuerbar sein. Zum Beispiel kann die Elektronik das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung und/oder das Absperrorgan der Wasserabführöffnung, zum Beispiel die beiden Magnetventile, in Abhängigkeit von Messergebnissen des Temperatursensors auf der thermischen Kontaktplatte ansteuern.
  • Beispielsweise kann die Elektronik das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung und/oder das Absperrorgan der Wasserabführöffnung in Abhängigkeit von einer, von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur und/oder dem Aktivierungszustand der Sorptionsmittelheizung, beispielsweise bei einem Einschalten der Sorptionsmittelheizung, steuern. Zum Beispiel kann das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung durch die Elektronik steuerbar sein, bei einem Überschreiten einer von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur und/oder bei einer Aktivierung, beispielsweise bei einem Einschalten, der Sorptionsmittelheizung zu schließen. Das Absperrorgan der Wasserabführöffnung kann zum Beispiel durch die Elektronik steuerbar sein, bei einem Überschreiten einer von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur und/oder bei einer Aktivierung, beispielsweise bei einem Einschalten, der Sorptionsmittelheizung zu öffnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist der Sorptionsmittelheizung und/oder dem Absperrorgan der Gaseinlassöffnung und/oder dem Absperrorgan der Wasserabführöffnung und/oder dem Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung und/oder dem Absperrorgan der Sorptivzufuhr Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, zuführbar ist. So kann vorteilhafterweise weitere elektrische Energie aus dem Batteriesystem eingespart werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Batteriekonditionierungssystem weiterhin einen Lüfter, insbesondere zur Gasumwälzung, beispielsweise Luftumwälzung, im Innenraum des Batteriesystems und/oder zum Einströmen von Gas, beispielsweise Luft, in die Gaseinlassöffnung. So kann vorteilhafterweise die Effizienz des Entfeuchtungsbetriebes erhöht werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Batteriesystem, welches mindestens eine Batteriezelle und mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriekonditionierungssystem umfasst. Beispielsweise kann das Batteriesystem eine Traktionsbatterie, zum Beispiel eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, zum Beispiel eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder eine Starterbatterie, zum Beispiel eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und/oder eines Hybridfahrzeugs, zum Beispiel eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder ein Lithium-Batteriesystem, zum Beispiel ein Lithium-Ionen-Batteriesystem, sein.
  • Das Batteriesystem kann insbesondere ein Batteriegehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen, beispielsweise von mindestens einem Batteriemodul aus Batteriezellen, umfassen. Das Batteriegehäuse kann insbesondere den Innenraum des Batteriesystems umgeben.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Batteriesystem, insbesondere das Batteriegehäuse, eine Druckausgleichseinheit, eine so genannte Pressure Balancing Unit (PBU), insbesondere für einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Batteriesystems, insbesondere des Batteriegehäuses.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Batteriesystem weiterhin einen Lüfter, insbesondere zur Gasumwälzung, beispielsweise Luftumwälzung, im Innenraum des Batteriesystems und/oder zum Einströmen von Gas, beispielsweise Luft, in die Gaseinlassöffnung des Batteriekonditionierungssystems. So kann vorteilhafterweise die Effizienz des Entfeuchtungsbetriebes erhöht werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Batteriekonditionierungssystems, insbesondere zur Entfeuchtung und/oder Temperierung eines Batteriesystems, beispielsweise eines erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystems, und/oder eines Batteriesystems, beispielsweise eines erfindungsgemäßen Batteriesystems.
  • In dem Verfahren kann insbesondere das Gewicht eines beziehungsweise des Sorptionsmittels gemessen werden. Das Gewicht des Sorptionsmittels kann beispielsweise permanent beziehungsweise in einem, sich kontinuierlich wiederholenden Intervall gemessen werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform wird das Sorptionsmittel in einem Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt, insofern das Gewicht des Sorptionsmittels eine Gewichtsobergrenze überschreitet. Die Gewichtsobergrenze kann beispielsweise derart gewählt werden, dass diese zum Beispiel dem Gewicht des Sorptionsmittels bei einer etwa 25-%igen, beispielsweise bei einer etwa 20-%igen, zum Beispiel bei einer etwa 15-%igen, Sättigung mit Sorptiv, beispielsweise mit Wasser, entspricht.
  • Im Rahmen einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform wird das Sorptionsmittel in einem Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt, insofern das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist. Dass das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist kann beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem ermittelt werden. Ein Laden an einer externen Ladestation kann vorteilhafterweise eine gute Möglichkeit bieten, das Sorptionsmittel mit Strom von einer externen Quelle auszuheizen und dabei gegebenenfalls gespeichertes Wasser zurückzugewinnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das Beheizen im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beendet, insofern das Gewicht des Sorptionsmittels eine Gewichtsuntergrenze unterschreitet. Die Gewichtsuntergrenze kann beispielsweise derart gewählt werden, dass diese zum Beispiel dem Gewicht des Sorptionsmittels bei einer etwa 3-%igen, beispielsweise bei einer etwa 10-%igen, Sättigung mit Sorptiv, beispielsweise Wasser, entspricht.
  • Das Gewicht des Sorptionsmittels kann beispielsweise durch das Gewichtsmesselement des Batteriekonditionierungssystems gemessen werden.
  • Das Beheizen kann beispielsweise durch die Sorptionsmittelheizung des Batteriekonditionierungssystems erfolgen. Zum Beheizen kann zum Beispiel – beispielsweise über eine geeignete Betriebsstrategie – Energie aus dem Batteriesystem und/oder Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entstehen kann, und/oder Energie aus einer externen Ladestation verwendet werden. Um eine hohe Lebensdauer zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, dass das Beheizen des Sorptionsmittels langsam erfolgt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann gegebenenfalls auch beim Betrieb des Batteriesystems entstehende Wärme zur Sorptionsmittelregeneration genutzt werden. Gegebenenfalls kann dabei die Sorptionsmittelregeneration gleichermaßen zum Kühlen des Batteriesystems genutzt werden
  • Im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb kann die Sorptionsmittelheizung beispielsweise durch das Gewichtsmesselement aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden.
  • Im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb und/oder insofern die Temperatur des Sorptionsmittels, welche beispielsweise mittels des Temperatursensors ermittelbar ist, eine Temperaturobergrenze, zum Beispiel von etwa 40 °C, überschreitet, kann insbesondere das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung, insbesondere zum Einlassen von zu entfeuchtendem Gas aus dem Batteriesystem, geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Dampf aus dem erwärmten Sorptionsmittels in das Batteriesystem gelangen kann.
  • Das Absperrorgan der Wasserabführöffnung, insbesondere zum Abführen von, beispielsweise dampfförmigem und/oder flüssigem, Wasser, insbesondere aus dem Batteriekonditionierungssystem und/oder aus dem Batteriesystem, insbesondere nach außen, zum Beispiel in die Umgebung, kann beispielsweise im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb geöffnet werden. So kann vorteilhafterweise aus dem Sorptionsmittel im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb ausgeheizter Dampf, beispielsweise Wasserdampf, schnell nach außen in die Umgebung entweichen.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beispielsweise das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung geöffnet werden. So kann vorteilhafterweise aus dem Sorptionsmittel im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb freigegebenes dampfförmiges Sorptiv, insbesondere Wasser, in den Kondensator überführt werden.
  • In dem Kondensator kann dann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, kondensiert und dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, zugeführt werden.
  • Das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, insbesondere der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, kann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb insbesondere geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Sorptiv, insbesondere Wasser, über das Verdampfungsmaterial zu dem, zu regenerierenden Sorptionsmittel gelangen kann.
  • In einem Entfeuchtungsbetrieb des Batteriekonditionierungssystems, welcher insbesondere dann durchgeführt werden kann, wenn das Batteriekonditionierungssystem nicht im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beziehungsweise in einem später erläuterten Heizbetrieb oder Kühlbetrieb ist, kann insbesondere das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung geöffnet werden beziehungsweise sein. Bei einer offenen Verbindung zum Batteriesystem kann vorteilhafterweise Feuchte durch das Sorptionsmittel aus dem Batteriesystem entzogen werden.
  • Das Absperrorgan der Wasserabführöffnung kann im Entfeuchtungsbetrieb insbesondere geschlossen werden beziehungsweise sein. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Feuchte von außen durch die Wasserabführöffnung eindringen kann.
  • Das Absperrorgan des Heizkreislaufes, und beispielsweise auch das Absperrorgan des Kühlkreislaufes, und/oder die Pumpe des Heizkreislaufes, und beispielsweise auch die Pumpe des Kühlkreislaufes, können im Entfeuchtungsbetrieb insbesondere deaktiviert, insbesondere ausgeschaltet, beziehungsweise geschlossen werden beziehungsweise sein. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass die Batteriezellen durch Wärme der Sorptionsmittelheizung erwärmt werden.
  • Das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, insbesondere der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, und/oder das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung können im Entfeuchtungsbetrieb insbesondere geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Sorptiv, insbesondere Wasser, durch die Sorptivzufuhr beziehungsweise aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise durch die Wasserzufuhr beziehungsweise aus dem Wasservorrat, und/oder aus dem Kondensator zu dem Sorptionsmittel gelangen kann.
  • Der Lüfter kann im Entfeuchtungsbetrieb insbesondere eingeschaltet werden. So kann vorteilhafterweise die Effizienz der Entfeuchtung verbessert werden.
  • In einem Heizbetrieb des Batteriekonditionierungssystems kann insbesondere die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, geöffnet werden.
  • Der Heizbetrieb kann beispielsweise durchgeführt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur und/oder die Temperatur mindestens einer Batteriezelle unterhalb einer Temperaturuntergrenze, beispielsweise von 0 °C, zum Beispiel von 5 °C, liegt.
  • Beispielsweise kann im Heizbetrieb die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, geöffnet werden, insofern die Temperatur mindestens einer Batteriezelle unterhalb einer Temperaturuntergrenze, beispielsweise von 0 °C, zum Beispiel von 5 °C, liegt.
  • So kann dem Verdampfermaterial Sorptiv, beispielsweise Wasser, zugeführt werden, welches an dem Verdampfungsmaterial verdampft und dampfförmig dem Sorptionsmittel zugeführt und von diesem unter Abgabe von zum Heizen nutzbarer Wärme sorbiert werden kann. Durch die abgegebenen Wärme kann dann das Batteriesystem vorteilhafterweise beheizt werden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass das Batteriesystem, welches zum Beispiel eine Traktionsbatterie sein kann, in einem günstigen Temperaturbereich betrieben werden kann.
  • Zum Beispiel kann die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, zumindest im Fall einer Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur TU in einem Bereich von –30 °C ≤ TU ≤ 0 °C und/oder im Fall einer Zellentemperatur TZ in einem Bereich von –30 °C ≤ TZ ≤ 0 °C geöffnet werden.
  • Der Heizbetrieb kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Batteriekonditionierungssystem nicht im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb oder im Entfeuchtungsbetrieb ist.
  • Die Temperatur der mindestens einen Batteriezelle kann beispielsweise mittels des Temperatursensors der thermischen Kontaktplatte ermittelt beziehungsweise gemessen werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung wird die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, im Heizbetrieb wieder geschlossen, insofern die Temperatur der mindestens einen Batteriezelle eine Temperaturobergrenze, beispielsweise von 0 °C, gegebenenfalls von 5 °C, erreicht. Vorteilhafterweise können sich die Batteriezellen ausgehend von einer Temperatur von 0 °C durch Energieabgabe selbstständig weiter, beispielsweise auf 5 °C, erwärmen. Es kann daher ausreichend sein die Batteriezellen durch die Sorptionswärme lediglich auf 0 °C zu erwärmen, was es ermöglicht Sorptionsmittel, beispielsweise etwa 2 l Sorptionsmittelvolumen beziehungsweise etwa 2 kg Sorptionsmittelgewicht, einzusparen.
  • Im Heizbetrieb kann insbesondere das Absperrorgan des Heizkreislaufes geöffnet und/oder die Pumpe des Heizkreislaufes aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden. So kann vorteilhafterweise die bei der Sorption im Sorptionsmittel entstehende Sorptionswärme zum Heizen verwendet werden.
  • Im Heizbetrieb kann beispielsweise das Absperrorgan des Kühlkreislaufes geschlossen und/oder die Pumpe des Kühlkreislaufes deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet werden.
  • Das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung und/oder das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung können im Heizbetrieb beispielsweise geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben.
  • Die Sorptivzufuhr beziehungsweise der Sorptivvorrat, beispielsweise die Wasserzufuhr beziehungsweise der Wasservorrat, kann im Heizbetrieb, beispielsweise durch den Wärmespeicher, beheizt werden. Zum Beispiel kann die Sorptivzufuhr beziehungsweise der Sorptivvorrat, beispielsweise die Wasserzufuhr beziehungsweise der Wasservorrat, im Heizbetrieb, beispielsweise durch den Wärmespeicher, beheizt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, beispielsweise des Wassers, welche insbesondere mittels des Sorptivtemperatursensor, beispielsweise Wassertemperatursensors, ermittelbar ist, eine Temperaturuntergrenze, zum Beispiel von etwa 0 °C, gegebenenfalls von etwa 5 °C, unterschreitet.
  • Der Wärmespeicher kann im Heizbetrieb beispielsweise durch Einleiten einer Druckwelle aktiviert werden, zum Beispiel insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, beispielsweise des Wassers, eine Temperaturuntergrenze, zum Beispiel von etwa 0 °C, gegebenenfalls von etwa 5 °C, unterschreitet.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Wärmespeicher beispielsweise zeitgesteuert und/oder ferngesteuert gestartet werden. Eine Zeitsteuerung könnte beispielsweise an Tagen mit einem konstanten Tagesrhythmus vorteilhaft sein.
  • Das Material des Wärmespeichers, beispielsweise das Phasenwechselmaterial, kann beispielsweise nach jedem Einsatz regeneriert werden. Ob das Phasenwechselmaterial eingesetzt wurde, kann beispielsweise mittels des Batteriemanagementsystems (BMS) erfasst und/oder ermittelt werden.
  • Das Material des Wärmespeichers kann zum Beispiel mit Wärme aus einem Fahrgastinnenraum beheizt werden.
  • Zum Beispiel kann das Material des Wärmespeichers in einem Wärmespeicherregenerationsbetrieb mit Wärme aus dem Fahrgastinnenraum beheizt werden, insofern die Temperatur des Fahrgastinnenraums eine Temperaturuntergrenze, welche beispielsweise größer oder gleich der Schmelztemperatur des Materials ist, und zum Beispiel bei etwa 20 °C liegen kann, überschreitet. So kann vorteilhafterweise das Material des Wärmespeichers, insbesondere ohne den Einsatz zusätzlicher Energie, regeneriert und zur erneuten Wärmeabgabe vorbereitet werden. Beispielsweise kann ein Phasenwechselmaterial (PCM) wieder verflüssigt werden.
  • Kalium-Fluorid-Tetrahydrat (KF·4H2O) kann zum Beispiel eine Schmelztemperatur von etwa 16 °C aufweisen. Eine geeignete Menge an Kalium-Fluorid-Tetrahydrat kann vorteilhafterweise durch Wärme aus einem Fahrgastinnenraum mit einer Temperatur von 18 °C bis 21 °C bereits nach einer Stunde wieder verflüssigt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zur Wärmespeicherregeneration auch Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, genutzt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmespeicher auch, insbesondere automatisch, während des Sorptionsmittelregenerationsbetriebes mittels der Restwärme des, in dem Kondensator kondensierten und in den Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, überführten Sorptivs, beispielsweise Wassers, regeneriert werden. Dabei kann die Wärme von dem Sorptiv, beispielsweise Wasser, zum Beispiel über die Metallstäbe, auf das Material des Wärmespeichers übertragen werden.
  • Im Rahmen einer speziellen, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung wird Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, zum Beheizen, insbesondere des Materials des Wärmespeichers und/oder des Sorptionsmittels und/oder der Batteriezellen, und/oder zum Öffnen und/oder Schließen des Absperrorgans der Gaseinlassöffnung und/oder der Wasserabführöffnung und/oder der Dampfeinlassöffnung und/oder der Sorptivzufuhr verwendet.
  • In einem Kühlbetrieb des Batteriekonditionierungssystems kann insbesondere die Sorptivzufuhr, insbesondere die Wasserzufuhr, beispielsweise das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, geöffnet werden.
  • Der Kühlbetrieb kann beispielsweise durchgeführt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur und/oder die Temperatur mindestens einer Batteriezelle oberhalb einer Temperaturobergrenze, beispielsweise von 35 °C, zum Beispiel von 40 °C, liegt.
  • Beispielsweise kann im Kühlbetrieb die Sorptivzufuhr, insbesondere die Wasserzufuhr, beispielsweise das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise des Sorptivvorrats, zum Beispiel der Wasserzufuhr beziehungsweise des Wasservorrats, geöffnet werden, insofern die Temperatur mindestens einer Batteriezelle oberhalb einer Temperaturobergrenze, beispielsweise von 35 °C, zum Beispiel von 40 °C, liegt.
  • So kann dem Verdampfermaterial Sorptiv, insbesondere Wasser, zugeführt werden, welches an dem Verdampfungsmaterial verdampft, wobei die resultierende Verdampfungskälte zum Kühlen genutzt werden kann. Dadurch kann dann das Batteriesystem vorteilhafterweise gekühlt werden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass das Batteriesystem, welches zum Beispiel eine Traktionsbatterie sein kann, in einem günstigen Temperaturbereich betrieben werden kann.
  • Der Kühlbetrieb kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Batteriekonditionierungssystem nicht im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb oder im Entfeuchtungsbetrieb ist.
  • Im Kühlbetrieb kann insbesondere das Absperrorgan des Kühlkreislaufes geöffnet und/oder die Pumpe des Kühlkreislaufes aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden. Dabei kann im Kühlbetrieb das Absperrorgan des Heizkreislaufes geschlossen und/oder die Pumpe des Heizkreislaufes deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet werden beziehungsweise sein.
  • Das Absperrorgan der Gaseinlassöffnung und/oder das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung können im Kühlbetrieb beispielsweise geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird, beispielsweise laufend, zum Beispiel alternativ oder zusätzlich zu dem Gewicht des Sorptionsmittels, der elektrische Widerstand, insbesondere der Isolationswiderstand, zwischen Batteriezellen und/oder von einem positiven Potential, beispielsweise von HV+, zur Masse (Ground) und/oder von einem negativen Potential, beispielsweise HV–, zur Masse (Ground) gemessen. Aus dem elektrischen Widerstand kann dann beispielsweise der Sättigungsgrad des Sorptionsmittels ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann daher das Sorptionsmittel beispielsweise in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand beheizt werden. Zum Beispiel kann das Sorptionsmittel – alternativ oder zusätzlich zu einem Überschreiten einer Gewichtsobergrenze des Sorptionsmittels – beheizt werden, insofern der elektrische Widerstand, insbesondere der Isolationswiderstand, zwischen Batteriezellen und/oder von einem positiven Potential, beispielsweise von HV+, zur Masse (Ground) und/oder von einem negativen Potent, beispielsweise HV–, zur Masse (Ground) einen Grenzwert überschreitet. So kann vorteilhafterweise eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Sättigungsgrades des Sorptionsmittels bereitgestellt werden. Zudem kann diese Isolationswiderstandsabnahme als redundantes Steuerkriterium und/oder Sicherheitskriterium für den Fall, dass die Messung des Gewichts des Sorptionsmittels ausfallen sollte, herangezogen werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird, zum Beispiel alternativ oder zusätzlich zu dem Gewicht des Sorptionsmittels, eine spezifische Schwellwertfunktion beispielsweise auf der Basis eines numerischen Sättigungsmodells ermittelt. Dies kann beispielsweise in dem Batteriemanagementsystem in Form einer SW-Funktion implementiert sein. Zum Beispiel kann dabei im Fall eines Überschreitens einer festgelegten Sättigungsschwelle eine Meldung über, beispielsweise ein Diagnosesystem, ausgegeben und die Sorptionsmittelregeneration gestartet werden. So kann vorteilhafterweise eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Sättigungsgrades des Sorptionsmittels bereitgestellt werden. Zudem kann dies als redundantes Steuerkriterium und/oder Sicherheitskriterium für den Fall, dass die Messung des Gewichts des Sorptionsmittels ausfallen sollte, herangezogen werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystem, dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise ein Batteriemanagementsystem, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ausgelegt ist.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Steuergeräts wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystem, dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
  • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystems mit einem Gewichtsmesselement und einer Sorptionsmittelheizung; und
  • 2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystems mit einem Gewichtsmesselement und einer Sorptionsmittelheizung sowie einem Kondensator, Wasservorrat, Wärmespeicher und Verdampfungsmaterial.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystems 1, welches zur Entfeuchtung eines Batteriesystems 100, beispielsweise eines so genannten Batteriepacks, aus mehreren Batteriemodulen 111, welche jeweils mehrere Batteriezellen 110 umfassen, ausgelegt ist. 1 veranschaulicht, dass das Batteriesystem ein Batteriegehäuse 100*, beispielsweise ein so genanntes Packgehäuse, umfasst, welches mit einer in 1 nicht dargestellten Druckausgleichseinheit, einer so genannten Pressure Balancing Unit (PBU), für einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Batteriesystems, insbesondere des Batteriegehäuses, ausgestattet ist.
  • 1 zeigt, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 ein Sorptionsmittel 2 zur reversiblen Sorption eines Sorptivs umfasst. Dabei kann das Sorptionsmittel 2 beispielsweise ein Zeolith, zum Beispiel Kaliumzeolith A, beispielsweise in Form von Zeolith-Kügelchen oder Zeolith-Granulat, sein. Das Sorptiv kann insbesondere Wasser sein. Daher kann das Sorptionsmittel insbesondere auch als Trockenmittel bezeichnet werden. Wassergesättigte Zeolithe können vorteilhafterweise sorbiertes Wasser durch Erhitzen in Form von Wasserdampf wieder reversibel abgeben und auf diese Weise getrocknet und für eine erneute Wasserdampfaufnahme regeneriert werden.
  • 1 illustriert, dass das Sorptionsmittel 2 in einem Sorptionsmittelbehälter 5 aus einem Lochblechmaterial aufgenommen ist, welcher 5 durch eine Führung in Form von Führungsschienen 6 vertikal geführt ist und auf einem als Gewichtsmesselement beziehungsweise Gewichtssensor dienendem elektrischen und/oder mechanischen Federschalter 3 aufliegt.
  • 1 zeigt, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 weiterhin eine elektrische Sorptionsmittelheizung 4 zum Beheizen und damit zum Dehydrieren und insbesondere Regenerieren des Sorptionsmittels 2 umfasst.
  • 1 veranschaulicht, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 weiterhin einen Außenbehälter 7, in dem der Sorptionsmittelbehälter 5 mit dem Sorptionsmittel 2 aufgenommen ist, umfasst. Dabei kann der Sorptionsmittelbehälter 5 auch als innerer Sorptionsmittelbehälter beziehungsweise inneren Trockenmittelbehälter und der Außenbehälter 7 auch als äußerer Sorptionsmittelbehälter beziehungsweise äußerer Trockenmittelbehälter bezeichnet werden.
  • 1 zeigt, dass der Außenbehälter 7 eine Gaseinlassöffnung 8 zum Einlassen von zu entfeuchtendem Gas aus dem Batteriesystem 100 bei der Entfeuchtung, welche mit einem Absperrorgan in Form eines Magnetventils 8a mit Magneten 8b ausgestattet ist, und eine Wasserabführöffnung 9 zum Abführen von dampfförmigem Wasser aus dem Batteriekonditionierungssystem 1 in die Umgebung, welche ebenfalls mit einem Absperrorgan in Form eines Magnetventils 9a mit Magneten 9b ausgestattet ist, umfasst.
  • 1 illustriert weiterhin, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 zusätzlich eine thermische Kontaktplatte 10 zur Temperierung von mindestens einem Batteriemodul 111 aus mehreren Batteriezellen 110 umfasst, welche mit einem Temperatursensor 11 ausgestattet ist. 1 deutet an, dass dabei das Sorptionsmittel 2 über den Sorptionsmittelbehälter 5 und/oder dem Außenbehälter 7 und/oder die Führungsschienen 6 in thermischem Kontakt mit der thermischen Kontaktplatte 10 steht.
  • 1 illustriert, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 weiterhin eine Elektronik 12, beispielsweise einen elektrischen Bimetall-Wechselschalter (BWS), zur temperaturabhängigen Steuerung des Magneten 8b und Magnetventils 8a der Gaseinlassöffnung 8 sowie des Magneten 9a und Magnetventils 9a der Wasserabführöffnung 9 umfasst. Das Magnetventil 8a der Gaseinlassöffnung 8 kann beispielsweise ein relativ großflächiges Magnetventil sein.
  • 1 deutet an, dass die Elektronik 12 sowohl zum Empfang eines Signals δ von dem Temperatursensor 11 als auch zum Empfang eines Signals X von einem, in 1 nicht dargestellten Batteriemanagementsystem (BMS) ausgelegt ist. Dabei kann das Signal X beispielsweise signalisieren, ob das Batteriesystem 100 an einer externen Ladestation geladen wird.
  • Durch die in 1 nicht dargestellte Druckausgleichseinheit kann Umgebungsluft mit einem Wasserdampfanteil beziehungsweise Feuchtegehalt in den Innenraum des Batteriegehäuse 100* gelangen. In einem Entfeuchtungsbetrieb des Batteriekonditionierungssystems 1 kann die feuchte Luft aus dem Innenraum des Batteriegehäuses 100* durch die geöffnete Gaseinlassöffnung 8 zu dem Sorptionsmittel 2 gelangen, so dass das darin enthaltene Wasser von dem Sorptionsmittel 2 sorbiert und dadurch die Luft getrocknet werden kann.
  • In einem Sorptionsmittelregenerationsbetrieb kann dann die Gaseinlassöffnung 8 geschlossen, die Wasserabführöffnung 9 geöffnet und das Sorptionsmittel 2 durch die Sorptionsmittelheizung 4 aufgeheizt werden, wobei Wasserdampf durch die Wasserabführöffnung 9 aus dem Batteriekonditionierungssystem 1 und damit auch aus dem Batteriesystem 100 abgeführt werden kann.
  • Die Erforderlichkeit eines Sorptionsmittelregenerationsbetriebes kann dabei durch den, als Gewichtsmesselement dienenden Federschalter 3 bestimmt werden, welcher beim Überschreiten einer Gewichtsobergrenze, beispielsweise wenn das Sorptionsmittel zu etwa 15 % mit Wasser gesättigt ist, einen elektrischen Kontakt schließt, wodurch die Sorptionsmittelheizung 4 eingeschaltet wird. Dabei kann die eingeschaltete Sorptionsmittelheizung 4 auch auf die Elektronik 12, beispielsweise den elektrischen Bimetall-Wechselschalter (BWS), wirken. Dabei kann beispielsweise einer der Kontakte des elektrischen Bimetall-Wechselschalters das Magnetventil 9a der Wasserabführöffnung 9 zum Öffnen und ein anderer Kontakt des elektrischen Bimetall-Wechselschalters das Magnetventil 8a der Gaseinlassöffnung 8 zum Schließen ansteuern. Das Beheizen des Sorptionsmittels 2 beispielsweise wieder beendet werden, insofern das Gewicht des Sorptionsmittels 2 eine Gewichtsuntergrenze unterschreitet.
  • Die in 2 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriekonditionierungssystem 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 1 gezeigten Ausführungsform, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 zusätzlich zur Entfeuchtung auch zur Temperierung eines Batteriesystems 100 ausgelegt ist.
  • 2 zeigt, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 zusätzlich einen Kondensator 13 zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel 2 ausgeheiztem Wasserdampf, einen, unterhalb des Kondensators 13 angeordneten Wasservorrat 17 zur Aufnahme von Wasser, einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher 18, zum Beispiel ein Latentwärmespeicher, zum Beheizen des Wasservorrats 17 und ein Verdampfungsmaterial 15 zum Verdampfen von Wasser umfasst. Dabei ist das Sorptionsmittel 2 über eine, mit einem Absperrorgan 14a, beispielsweise einer Öffnungsklappe, ausgestattete Dampfeinlassöffnung 14 dampfleitend mit dem Kondensator 13 verbindbar. Der Kondensator 13 ist dabei flüssigkeitsleitend mit dem Wasservorrat 17 verbunden oder verbindbar, wobei in dem Kondensator 13 kondensiertes Wasser durch eine Leitung 13a dem Wasservorrat 17 zuführbar ist. Durch eine, mit einem Absperrorgan 16a, beispielsweise einer Verschlussklappe, ausgestattete Wasserzufuhr 16 ist dabei dem Verdampfungsmaterial 15 Wasser aus dem Wasservorrat 17 zuführbar. Das Verdampfungsmaterial 15 und das Sorptionsmittel 2 sind dabei über einen wasserdampfdurchlässigen Raum voneinander beabstandet angeordnet.
  • 2 zeigt, dass das Sorptionsmittel 2, insbesondere über einen Wärmetauscher 19 zur Batterieheizung, thermisch an einen Heizkreislauf H mit einer Hydraulikpumpe H1 und einem Absperrventil H2 angebunden ist, wobei das Verdampfungsmaterial 15 thermisch an einen Kühlkreislauf K mit einer Hydraulikpumpe K1 und einem Absperrventil K2 angebunden ist. Dabei stehen der Heizkreislauf H und der Kühlkreislauf K jeweils in thermischem Kontakt mit der thermischen Kontaktplatte 10, so dass die thermische Kontaktplatte 10 – und damit insbesondere auch die Batteriezellen 110 beziehungsweise das Batteriemodul 111 des Batteriesystems 100 – durch den Heizkreislauf H und/oder den Kühlkreislauf K temperierbar sind.
  • 2 illustriert, dass das Batteriekonditionierungssystem 1 beziehungsweise das Batteriesystem weiterhin einen Lüfter 20 zur Luftumwälzung bei der Entfeuchtung aufweist. Zudem kann das Batteriekonditionierungssystem 1 zum Empfang eines Signals X von einem, in 2 nicht dargestellten Batteriemanagementsystem (BMS) ausgelegt sein. Auch hierbei kann das Signal X beispielsweise signalisieren, ob das Batteriesystem 100 an einer externen Ladestation geladen wird.
  • Zum Heizen kann das Heizkreislauf-Absperrventil H2 geöffnet und die Heizkreislauf-Hydraulikpumpe H1 eingeschaltet werden. Dabei kann das Kühlkreislauf-Absperrventil K2 insbesondere geschlossen und die Kühlkreislauf-Hydraulikpumpe K1 ausgeschaltet werden. Insofern der Heizbetrieb bei einer Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur von unter 0 °C, zum Beispiel bei –30 °C, aufgenommen werden soll, kann in dem Wasservorrat 17 aufgenommenes Wasser in Form von Eis zunächst durch den Wärmespeicher 18, dessen Wärmeabgabe beispielsweise durch Einleitung einer Druckwelle gestartet werden kann, aufgeheizt und geschmolzen werden. Das Absperrorgan 16a der Wasserzufuhr 16 beziehungsweise des Wasservorrats 17 kann beispielsweise geöffnet werden, sobald ein nicht dargestellter Sorptiv- beziehungsweise Wassertemperatursensor, eine Temperatur von größer 0 °C, beispielsweise etwa +5 °C, meldet. Dann kann sich im Verdampfungsmaterial 15 Wasserdampf bilden und zu dem Sorptionsmittel 2 strömen, wo dieser unter Wärmeabgabe sorbiert werden und die Batterieheizung anlaufen kann. Dabei kann ein Thermofluid des Heizkreislaufes H die entstandene Adsorptionswärme über den Wärmetauscher 19 aufnehmen und beim Durchströmen der thermischen Kontaktplatte 10 an die Batteriezellen 110 abgeben. Das Absperrorgan 8a der Gaseinlassöffnung 8 und das Absperrorgan 14a der Dampfeinlassöffnung 14 können dabei geschlossen bleiben.
  • Bei einer Fahrgastraumtemperatur von etwa 20°C kann auf geeignete Weise Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum entnommen und zur Wiederverflüssigung des Materials des Wärmespeichers 19, welches beispielsweise ein Phasenwechselmaterial (PCM) sein kann, verwendet werden. So kann der Wärmespeicher 19 vorteilhafterweise zur erneuten Wärmeabgabe vorbereitet werden.
  • Zum Kühlen kann entsprechend das Kühlkreislauf-Absperrventil K2 geöffnet und die Kühlkreislauf-Hydraulikpumpe K1 eingeschaltet werden. Das Heizkreislauf-Absperrventil H2 kann dabei insbesondere geschlossen werden, wobei die Heizkreislauf-Hydraulikpumpe H1 ausgeschaltet werden kann. Dabei kann das Thermofluid des Kühlkreislaufes K in dem Verdampfungsmaterial 15 entstehende Adsorptionskälte aufnehmen und damit beim Durchströmen der thermischen Kontaktplatte 10 die Batteriezellen 110 kühlen. Dabei kann das Absperrorgan 16a der Wasserzufuhr 16 beziehungsweise des Wasservorrats 17 geöffnet bleiben. Das Absperrorgan 8a der Gaseinlassöffnung 8 und das Absperrorgan 14a der Dampfeinlassöffnung 14 können auch hierbei – wie beim Heizen – geschlossen bleiben.
  • Beispielsweise falls weder geheizt noch gekühlt werden soll, kann das Sorptionsmittel 2 zur Entfeuchtung der Batterieinnenatmosphäre verwendet werden. Dabei können der Heizkreislauf H und der Kühlkreislauf K außer Betrieb genommen werden. Das Absperrorgan 16a der Wasserzufuhr 16 beziehungsweise des Wasservorrats 17 sowie das Absperrorgan 14a der Dampfeinlassöffnung 14 zum Kondensator 13 können dabei geschlossen und das Absperrorgan 8a der Gaseinlassöffnung 8, zum Batteriesystem 100 geöffnet sowie der Lüfter 20 zur Luftumwälzung eingeschaltet werden. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Anwendungsfällen liegt nun kein geschlossenes System, sondern ein teiloffenes System vor, da nun Luft aus dem Innenraum des Batteriegehäuses 100*, welcher über eine nicht dargestellte Druckausgleichseinheit (PBU) eine gewisse Verbindung zur Umgebungsluft hat, durch das Sorptionsmittel 2 geleitet wird. Auf diese Weise kann die Luft innerhalb des Batteriesystems 100 entfeuchtet und eventuell vorhandenes Kondenswasser entfernt werden.
  • Zur Erkennung der Erforderlichkeit einer Dehydrierung des Sorptionsmittels kann auch hierbei eine, beispielsweise laufende, Gewichtsmessung dienen. Zum Beispiel kann bei einer etwa 15 %-igen Gewichtszunahme des Sorptionsmittels 2 ein Sorptionsmittelregenerationsbetrieb gestartet werden. Dabei kann das Absperrorgan 8a der Gaseinlassöffnung 8 und das Absperrorgan 16a der Wasserzufuhr 16 beziehungsweise des Wasservorrats 17 geschlossen werden. Das Absperrorgan 14a der Dampfeinlassöffnung 14 zum Kondensator 13 kann geöffnet werden. Über einen als Gewichtsmesselement dienenden Federschalter 3 kann die elektrisch betriebene Sorptionsmittelheizung 4 eingeschaltet werden. Durch das Beheizen des Sorptionsmittels 2 kann Wasserdampf austreten, in dem Kondensator 13 kondensieren und in den Wasserbehälter 17 zur Wiederverwendung zurückgeführt werden. Das Ausheizen kann beispielsweise beendet werden, wenn das Gewicht des Sorptionsmittels 2 zum Beispiel nur noch etwa 10 % über seinem komplett wasserfreien Gewicht liegt. Dies kann beispielsweise durch einen Hysterese-behafteten Federschalter 3 bewirkt werden, welcher dann wieder öffnet und dadurch die Sorptionsmittelheizung 4 abschaltet. So kann vorteilhafterweise bedarfsgerecht und nur solange wie nötig beheizt werden. Gegebenenfalls kann, zum Beispiel im Fall eines stehenden Fahrzeugs, dessen Batterie an einer Ladestation geladen wird, das Batteriemanagementsystem der Elektronik im Batteriesystem 100 signalisieren, dass die Sorptionsmittelheizung 4 eingeschaltet werden soll. So kann bei jedem Laden des Batteriesystems 100 an einer Ladestation automatisch, beispielsweise ohne dass der Federschalter 3 anspricht oder ein entsprechendes Signal von einem Temperatursensor auf der thermischen Kontaktplatte 10 erfolgt, das Sorptionsmittel 2 ohne Verbrauch von Batterieenergie und ohne Reichweitenreduktion ausgeheizt und Wasser für die thermochemische Klimatisierung des Batteriesystems 100 zurück gewonnen werden. Insofern das Batteriesystem 100 regelmäßig an einer netzgespeisten Ladestation geladen wird, kann dies gegebenenfalls zur Sorptionsmittelregeneration, zur Wärmespeicherregeneration sowie zur Wasserrückgewinnung und damit zur stetigen Bereitschaft zur Klimatisierung des Batteriesystems 100, beispielsweise einer Traktionsbatterie, ausreichend sein. So kann vorteilhafterweise ein Verbrauch von Energie des Batteriesystems 100 vermieden werden. Gegebenenfalls kann auch ein Absinken des Isolationswiderstandes zwischen den Zellen 110 und von HV+ zu Ground sowie HV– zu Ground, welcher gegebenenfalls laufend gemessen werden kann, als Indiz für die Sorptionsmittelsättigung und den Sollstart des Ausheizvorgangs verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise können bei dem in 2 dargestellten System sämtliche Prozesse, wie Heizen, Kühlen, Entfeuchten der Luft im Batteriegehäuse 100*, Wiegen und Dehydrieren des Sorptionsmittels 2, Wasserrückgewinnung und Wärmespeicherregeneration, beispielsweise Verflüssigung des Phasenwechselmaterials (PCM), im eingebautem Zustand und beispielsweise während eines Fahrzeugbetriebs erfolgen. So kann vorteilhafterweise auf einen Komponentenausbau verzichtet werden. Zudem kann dabei für die verschiedenen Funktionen vorteilhafterweise nur ein Sorptionsmittel 2 und nur ein Wasservorrat 17 eingesetzt werden.

Claims (15)

  1. Batteriekonditionierungssystem (1), insbesondere zur Entfeuchtung und/oder Temperierung eines Batteriesystems (100), umfassend – ein Sorptionsmittel (2) zur Sorption eines Sorptivs, – ein Gewichtmesselement (3) zur Messung des Gewichts des Sorptionsmittels (2) und – eine Sorptionsmittelheizung (4) zum Beheizen des Sorptionsmittels (2).
  2. Batteriekonditionierungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Sorptionsmittelheizung (4) zum Beheizen des Sorptionsmittels (1) aktivierbar ist, insofern das, durch das Gewichtsmesselement (3) gemessene Gewicht des Sorptionsmittels (2) eine Gewichtsobergrenze überschreitet, insbesondere wobei das Beheizen durch die Sorptionsmittelheizung (4) wieder deaktivierbar ist, insofern das, durch das Gewichtsmesselement (3) gemessene Gewicht des Sorptionsmittels (2) eine Gewichtsuntergrenze unterschreitet.
  3. Batteriekonditionierungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin einen Sorptionsmittelbehälter (5) zur Aufnahme des Sorptionsmittels (2) umfasst, wobei der Sorptionsmittelbehälter (5) durch eine Führung (6) vertikal geführt ist, wobei der Sorptionsmittelbehälter (5) auf das Gewichtsmesselement (3) auflegbar ist oder darauf aufliegt und wobei das Gewichtmesselement (3) ein elektrischer und/oder mechanischer Federschalter ist.
  4. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin einen Außenbehälter (7) umfasst, wobei der Außenbehälter (7) eine, mit einem Absperrorgan (8a) ausgestattete Gaseinlassöffnung (8) zum Einlassen von zu entfeuchtendem Gas aus dem Batteriesystem (100) umfasst.
  5. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin einen Kondensator (13) zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel (2) ausgeheiztem Dampf umfasst, wobei der Kondensator (13) eine, mit einem Absperrorgan (14a) ausgestattete Dampfeinlassöffnung (14) zum Einlassen von, aus dem Sorptionsmittel (2) ausgeheiztem Dampf in den Kondensator (13) umfasst.
  6. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin ein Verdampfungsmaterial (15) zum Verdampfen von Sorptiv umfasst, wobei dem Verdampfungsmaterial (15) Sorptiv durch eine, mit einem Absperrorgan (16a) ausgestattete Sorptivzufuhr (16) zuführbar ist.
  7. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Sorptionsmittel (2) thermisch an einen Heizkreislauf (H) angebunden ist und wobei das Verdampfungsmaterial (15) thermisch an einen Kühlkreislauf (K) angebunden ist.
  8. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin eine thermische Kontaktplatte (10) zur Temperierung von Batteriezellen (110) des Batteriesystems (100) umfasst, wobei die thermische Kontaktplatte (10) mit einem Temperatursensor (11) ausgestattet ist.
  9. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin einen Sorptivvorrat (17) zur Aufnahme von Sorptiv umfasst, wobei dem Sorptivvorrat (17) in dem Kondensator (13) kondensiertes Sorptiv zuführbar ist und/oder wobei dem Verdampfungsmaterial (15) Sorptiv aus dem Sorptivvorrat (17) über die Sorptivzufuhr (16) zuführbar ist.
  10. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher (18) zum Beheizen des Sorptivvorrats (17) umfasst.
  11. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Außenbehälter (7) und/oder der Sorptivvorrat (17) weiterhin eine, mit einem Absperrorgan (9a) ausgestattete Sorptivabführöffnung (9) zum Abführen von Sorptiv umfasst.
  12. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Batteriekonditionierungssystem (1) weiterhin eine Elektronik (12), insbesondere einen elektrischen Bimetall-Wechselschalter, zur temperaturabhängigen Steuerung des Absperrorgans (8a) der Gaseinlassöffnung (8) und des Absperrorgans (9a) der Wasserabführöffnung (9) umfasst.
  13. Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Sorptionsmittel (2) einen Zeolithen, insbesondere Kaliumzeolith A, umfasst und/oder wobei das Sorptiv Wasser ist.
  14. Batteriesystem (100), umfassend mindestens eine Batteriezelle (110) und mindestens ein Batteriekonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Betriebsverfahren zum Betreiben eines Batteriekonditionierungssystems (1) zur Entfeuchtung und/oder Temperierung eines Batteriesystems (100), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und/oder eines Batteriesystems (100), insbesondere nach Anspruch 14, in dem das Gewicht eines Sorptionsmittels (2) gemessen wird, wobei insofern das Gewicht des Sorptionsmittels (2) eine Gewichtsobergrenze überschreitet das Sorptionsmittel (2) in einem Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt wird, insbesondere wobei im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb das Beheizen beendet wird, insofern das Gewicht des Sorptionsmittels (2) eine Gewichtsuntergrenze unterschreitet.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018215374A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Mann+Hummel Gmbh Lufttrocknerkartusche und vorrichtung umfassend eine lufttrocknerkartusche
WO2019034462A1 (de) * 2017-08-18 2019-02-21 Fahrenheit Gmbh Verfahren und vorrichtung zur temperierung einer batterieanordnung
WO2019051520A1 (de) * 2017-09-14 2019-03-21 Miba Aktiengesellschaft Akkumulator
DE102017221607A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Audi Ag Kraftfahrzeug, Ladesäule und Verfahren zum Nutzen von Alkalilauge als Energielieferant und Wärmespeicher
WO2020020995A1 (de) 2018-07-27 2020-01-30 Fahrenheit Gmbh Temperierelement mit sorptionsmaterial, insbesondere zur temperierung einer batteriezelleneinheit eines kraftfahrzeugs
DE102018220163A1 (de) * 2018-11-23 2020-05-28 Mahle International Gmbh Speichertemperier-Anordnung
CN111740056A (zh) * 2020-06-28 2020-10-02 上海交通大学 一种基于金属有机骨架材料的吸附式电池热管理系统
US11296368B2 (en) 2017-06-13 2022-04-05 Miba Emobility Gmbh Rechargeable battery comprising a cooling device
US11444342B2 (en) 2017-07-03 2022-09-13 Miba Emobility Gmbh Storage battery comprising a cooling device connected to the bus bar
US20230030003A1 (en) * 2021-07-28 2023-02-02 GM Global Technology Operations LLC Battery module with thermal energy storage member
US11581597B2 (en) 2017-09-05 2023-02-14 Miba Emobility Gmbh Accumulator
DE102021210062A1 (de) 2021-09-13 2023-03-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Elektronikbaugruppe mit einer elektroosmotischen Durchlassvorrichtung
EP4187678A1 (de) * 2021-11-30 2023-05-31 MANN+HUMMEL GmbH Klimamodul, batteriegehäuse und hochspannungsbatteriegehäuse
AT525828A1 (de) * 2022-02-10 2023-08-15 Avl List Gmbh Vorrichtung zum Entfeuchten eines Batteriegehäuses

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200789A1 (de) * 2014-01-17 2015-07-23 Robert Bosch Gmbh Gehäuse für wenigstens ein Batteriemodul oder ein Batteriesystem sowie Batteriepack mit einem ein Batteriesystem umgebenden Gehäuse

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5485726B2 (ja) * 2010-01-26 2014-05-07 高砂熱学工業株式会社 除湿装置および除湿装置の劣化判定方法
US8247097B1 (en) * 2011-06-10 2012-08-21 Tesla Motors, Inc. Method of controlling battery pack humidity utilizing an active reactivation system
CN102872687A (zh) * 2011-07-15 2013-01-16 湖北骆驼蓄电池研究院有限公司 一种锂离子电池生产用干燥系统
CN202329048U (zh) * 2011-11-11 2012-07-11 中山市电赢科技有限公司 一种干燥箱的除湿系统
CN104138828A (zh) * 2013-05-10 2014-11-12 杨洪钧 电极片/电池芯去水干燥的方法和设备
DE102014203927A1 (de) * 2014-03-04 2015-09-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Trocknung einer Batterie sowie Batterie, Batteriesystem und Fahrzeug
CN104051817B (zh) * 2014-05-29 2016-07-06 北京新能源汽车股份有限公司 一种具有防水功能的动力电池装置及其控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200789A1 (de) * 2014-01-17 2015-07-23 Robert Bosch Gmbh Gehäuse für wenigstens ein Batteriemodul oder ein Batteriesystem sowie Batteriepack mit einem ein Batteriesystem umgebenden Gehäuse

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017004945A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Mann+Hummel Gmbh Lufttrocknerkartusche und Vorrichtung umfassend eine Lufttrocknerkartusche
WO2018215374A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Mann+Hummel Gmbh Lufttrocknerkartusche und vorrichtung umfassend eine lufttrocknerkartusche
US11296368B2 (en) 2017-06-13 2022-04-05 Miba Emobility Gmbh Rechargeable battery comprising a cooling device
US11444342B2 (en) 2017-07-03 2022-09-13 Miba Emobility Gmbh Storage battery comprising a cooling device connected to the bus bar
WO2019034462A1 (de) * 2017-08-18 2019-02-21 Fahrenheit Gmbh Verfahren und vorrichtung zur temperierung einer batterieanordnung
CN111149251A (zh) * 2017-08-18 2020-05-12 华氏有限公司 用于对电池组件调温的方法和设备
JP2020532060A (ja) * 2017-08-18 2020-11-05 ファーレンハイト ゲーエムベーハー バッテリアセンブリの温度を制御するための方法および装置
US11581597B2 (en) 2017-09-05 2023-02-14 Miba Emobility Gmbh Accumulator
WO2019051520A1 (de) * 2017-09-14 2019-03-21 Miba Aktiengesellschaft Akkumulator
US11637337B2 (en) 2017-09-14 2023-04-25 Miba Emobility Gmbh Accumulator
DE102017221607A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Audi Ag Kraftfahrzeug, Ladesäule und Verfahren zum Nutzen von Alkalilauge als Energielieferant und Wärmespeicher
DE102017221607B4 (de) 2017-11-30 2023-03-16 Audi Ag Kraftfahrzeug, Ladesäule und Verfahren zum Nutzen von Alkalilauge als Energielieferant und Wärmespeicher
WO2020020995A1 (de) 2018-07-27 2020-01-30 Fahrenheit Gmbh Temperierelement mit sorptionsmaterial, insbesondere zur temperierung einer batteriezelleneinheit eines kraftfahrzeugs
DE102018220163A1 (de) * 2018-11-23 2020-05-28 Mahle International Gmbh Speichertemperier-Anordnung
CN111740056B (zh) * 2020-06-28 2021-10-26 上海交通大学 一种基于金属有机骨架材料的吸附式电池热管理系统
CN111740056A (zh) * 2020-06-28 2020-10-02 上海交通大学 一种基于金属有机骨架材料的吸附式电池热管理系统
US20230030003A1 (en) * 2021-07-28 2023-02-02 GM Global Technology Operations LLC Battery module with thermal energy storage member
CN115692948A (zh) * 2021-07-28 2023-02-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有热能存储部件的电池组模块
DE102021210062A1 (de) 2021-09-13 2023-03-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Elektronikbaugruppe mit einer elektroosmotischen Durchlassvorrichtung
EP4187678A1 (de) * 2021-11-30 2023-05-31 MANN+HUMMEL GmbH Klimamodul, batteriegehäuse und hochspannungsbatteriegehäuse
AT525828A1 (de) * 2022-02-10 2023-08-15 Avl List Gmbh Vorrichtung zum Entfeuchten eines Batteriegehäuses
AT525828B1 (de) * 2022-02-10 2023-10-15 Avl List Gmbh Vorrichtung zum Entfeuchten eines Batteriegehäuses

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