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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines Fahrzeugs.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge, insbesondere elektrisch betreibbare Fahrzeuge wie Elektro- oder Hybridfahrzeuge, Batteriezellen umfassen, die elektrische Energie speichern, die zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Die Batteriezellen sind hierbei in der Regel Teil eines Batteriezellverbundes, der mehrere Batteriezellen umfassen kann. Üblicherweise umfasst das Fahrzeug mehrere solcher Batteriezellverbünde.
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Beim Betrieb einer Batteriezelle, insbesondere bei der Zufuhr und Entnahme von elektrischer Energie, kann sich die Batteriezelle erwärmen. Eine zu starke Erwärmung kann jedoch die Betriebsqualität beeinträchtigen. Daher ist es wünschenswert, die Batteriezelle, insbesondere während ihres Betriebes, zu kühlen.
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Weiter ist bekannt, mindestens einen Kühlmittelkreislauf vorzusehen, über den Abwärme der Batteriezelle in die Umgebung abgeführt werden kann.
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Nachteilig ist, dass Kühlfluid eines solchen Kühlmittelkreislaufes aus dem Kühlmittelkreislauf austreten und in Kontakt mit der Batteriezelle oder anderen Elementen kommen kann, die strom- bzw. spannungsführend sind. In diesem Fall kann das Hochvoltpotential von üblicherweise 130 V bis 700 V überall dort auftreten, wo Kühlmittel vorhanden ist, welches in Kontakt mit diesem Hochvoltpotential steht. Dies beeinträchtigt in nachteiliger Weise eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs.
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Weiter ist es möglich, dass es bei Kontakt zwischen dem Kühlfluid und den strom- bzw. spannungsführenden Elementen zu elektrochemischen Reaktionen kommen kann, insbesondere zu starker Korrosion und Elektrolyse. Bei der Elektrolyse kann unter bestimmten Bedingungen auch Knallgas entstehen. Auch dies beeinträchtigt in nachteiliger Weise eine Betriebssicherheit des Fahrzeuges.
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Eine Leckage des Kühlmittelkreislaufes kann insbesondere bei einem Crash des Fahrzeugs auftreten. Allerdings kann eine Leckage auch aufgrund der Alterung von Kühlmittelleitungen oder aufgrund von Undichtigkeiten der Kühlmittelleitungen bzw. von fluidtechnischen Verbindungsstellen auftreten.
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Die
DE 10 2013 018 414 A1 beschreibt einen Kühlkreislauf für ein elektrisches System in einem Fahrzeug, welcher zur Kühlung von zumindest einer Batterie und einer Komponente der Leistungselektronik vorgesehen ist und welcher zumindest einen Kühlwärmetauscher zum Abkühlen eines flüssigen Kühlmittels und eine Kühlmittelfördereinrichtung sowie Wärmetauscher im Bereich der zu kühlenden Komponenten aufweist. Weiter ist ein Ablassventil für das flüssige Kühlmittel vorgesehen, welches in Abhängigkeit einer Fehlersensorik auslösbar ist.
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Die
DE 10 2013 201 411 A1 offenbart ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und seitlichen Wandungen, welches zur Aufnahme einer Batterie ausgebildet ist. Weiter weist das Gehäuse wenigstens einen Sensor auf, wobei der wenigstens eine Sensor ausgebildet ist, eine Flüssigkeitsansammlung in dem Gehäuse zu detektieren, wenn die Flüssigkeitsansammlung einen vordefinierten Flüssigkeitsstand innerhalb des Gehäuses überschreitet.
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Die
DE 10 2013 001 311 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher über ein in seinem Inneren befindliches flüssiges Kühlmittel kühlbar ist.
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Die
EP 2 738 033 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von Zellen, eine Elektronikeinheit, eine Einrichtung zur Erfassung eines Isolationswiderstands zwischen mit zumindest einer Zelle elektrisch leitend verbundenen Teilen des Batteriesystems und einem Bezugspotential, eine Vorrichtung zum Zu- und/oder Abführen von Wärme von und/oder zu den Zellen mittels eines flüssigen Wärmeträgers, sowie zumindest ein erstes Absperrventil, wobei der Wärmeträger in zumindest einem Kreislauf zirkulierbar ist, und wobei der Kreislauf durch das erste Absperrventil unterbrechbar ist, wobei die Elektronikeinheit dazu eingerichtet ist, bei Erkennung einer Unterschreitung eines Grenzwerts des Isolationswiderstands eine Betätigung des ersten Absperrventils von einer Offen-Stellung in eine Sperr-Stellung zu bewirken.
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Die US 2011 / 0293 974 A1 offenbart ein Batteriepack mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer Vielzahl von Sekundärbatterien; eine Kühleinheit für die Sekundärbatterien mit einem Einlass und einem Auslass, durch die das Kühlfluid fließt; und eine Terminaleinheit, die lösbar mit der Kühleinheit verbindbar ist.
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Die
DE 10 2009 035 480 A1 offenbart eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie, mit wenigstens zwei Batteriemodulen, welche elektrisch parallel geschaltet sind, mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung der Batteriemodule, wobei Mittel vorgesehen sind, durch welche die Kühlung der Batteriemodule jeweils in Abhängigkeit ihres Alterungszustandes beeinflussbar ist.
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Die
DE 10 2013 014 903 A1 offenbart eine Batterie mit einer Einrichtung zur Entfernung von ausgetretenem Kühlmittel aus dem Inneren des Batteriegehäuses.
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Die
DE 10 2013 015 755 A1 offenbart eine elektrische Batterie für ein Fahrzeug mit mehreren in einem Batteriegehäuse angeordneten Einzelzellen und zumindest einer, innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Temperiereinheit zur Temperierung der Einzelzellen, wobei die Temperiereinheit mit einem Temperierkreislauf gekoppelt und von einem innerhalb des Temperierkreislaufs befindlichen Temperiermedium durchströmbar ist.
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines Fahrzeugs zu schaffen, welche eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs erhöhen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle. Die Batteriezelle kann Teil eines Batteriezellverbunds sein, der mehrere Batteriezellen umfassen kann. Weiter kann die Batteriezelle eine Batteriezelle eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges sein. Das Fahrzeug kann mehrere Batteriezellen oder mehrere Batteriezellverbünde aufweisen.
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Die mindestens eine Batteriezelle ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann auch als sogenannter Batterietrog bezeichnet werden. In dem Gehäuse können noch weitere Batteriezellen und/oder weitere Batteriezellverbunde angeordnet sein. Weiter können in dem Gehäuse auch weitere Elemente, z. B. Sensoren und Regler, für den Betrieb der Batteriezelle, angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann einen Gehäuseboden, einen Gehäusedeckel sowie Gehäuseseitenwände umfassen. Diese können ein Innenvolumen umfassen, in dem die mindestens eine Batteriezelle angeordnet ist. Beispielsweise kann die Batteriezelle oder ein die Batteriezelle umfassender Batteriezellverbund an dem Gehäuseboden montiert sein.
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Die Vorrichtung umfasst mindestens einen gehäuseinternen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufes und mindestens einen gehäuseexternen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufes. Der Kühlmittelkreislauf bezeichnet hierbei eine Gesamtheit von Elementen, die zur Aufnahme und Abfuhr von Wärmeenergie aus dem Bereich der mindestens einen Batteriezelle dienen. Selbstverständlich kann der Kühlmittelkreislauf hierbei noch Elemente zur Aufnahme und Abfuhr von Wärmeenergie aus dem Bereich weiterer Fahrzeugbestandteile umfassen, insbesondere Elemente zur Aufnahme und Abfuhr von Wärmeenergie aus dem Bereich eines Wechselrichters.
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Der Kühlmittelkreislauf kann hierbei insbesondere Kühlmittelleitungen zur fluidtechnischen Leitung eines Kühlmittels umfassen, welches auch als Kühlfluid bezeichnet werden kann. Weiter kann der Kühlmittelkreislauf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidflusses, beispielsweise eine Pumpe, umfassen. Weiter kann der Kühlmittelkreislauf eine Einrichtung zur Entnahme von thermischer Energie aus dem Kühlfluid umfassen, beispielsweise einen Kühlwärmetauscher. Weiter kann der Kühlmittelkreislauf Wärmetauscher umfassen, die im Bereich eines zu kühlenden Elements, insbesondere im Bereich der mindestens einen Batteriezelle, angeordnet sind. Über den Wärmetauscher kann somit das zu kühlende Element thermisch mit dem Kühlfluid verbunden sein.
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Der gehäuseinterne Abschnitt des Kühlmittelkreislaufes kann hierbei alle Elemente des Kühlmittelkreislaufes umfassen, die im Innenvolumen des Gehäuses angeordnet sind, insbesondere Kühlmittelleitungen und Wärmetauscher. Der mindestens eine gehäuseexterne Abschnitt kann hierbei zumindest einen Teil oder alle außerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordneten Elemente des Kühlmittelkreislaufes umfassen.
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Der gehäuseinterne Abschnitt ist mit dem gehäuseexternen Abschnitt fluidtechnisch verbindbar. Insbesondere kann in einem geöffneten Zustand des nachfolgend noch erläuterten Mittels zur Sperrung der gehäuseinterne Abschnitt mit zumindest einem Teilabschnitt des gehäuseexternen Abschnitts fluidtechnisch verbunden sein.
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Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Sperrung eines Fluiddurchflusses, wobei durch das Mittel zur Sperrung eines Fluiddurchflusses ein Fluidfluss zwischen zumindest einem Teil des gehäuseinternen Abschnitts und zumindest einem Teil des gehäuseexternen Abschnitts sperrbar ist.
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Hierbei ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses im gehäuseexternen Abschnitt angeordnet. Insbesondere kann das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses entlang einer Flussrichtung, die vom gehäuseexternen Abschnitt zum gehäuseinternen Abschnitt orientiert ist, vor dem Übergang vom gehäuseexternen zum gehäuseinternen Abschnitt angeordnet sein, insbesondere mit einem vorbestimmten, vorzugsweise minimalen, Abstand.
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Alternativ ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses am Übergang vom gehäuseexternen zum gehäuseinternen Abschnitt angeordnet. Der Übergang kann beispielsweise eine Öffnung im Gehäusedeckel, in einer Seitenwand des Gehäuses oder in der Bodenwand des Gehäuses umfassen, wobei die Öffnung zum Durchfluss von Kühlfluid dient oder wobei sich ein Abschnitt einer Kühlmittelleitung durch die Öffnung erstreckt. Wesentlich ist, dass nach Sperrung des Fluiddurchflusses die Menge an Kühlfluid, die aus dem gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt eintritt, minimiert wird, insbesondere auch dann, wenn die Einrichtung zur Erzeugung des Fluidflusses weiter betrieben wird.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Menge des Kühlfluides, die potentiell in Kontakt mit der Batteriezelle treten kann, minimiert wird, was wiederum eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs erhöht.
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Somit kann der gehäuseinterne Abschnitt von dem gehäuseexternen Abschnitt über mindestens ein Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses fluidtechnisch trennbar sein. Insbesondere kann in einem geschlossenen Zustand des nachfolgend noch erläuterten Mittels zur Sperrung der gehäuseinterne Abschnitt von dem zumindest einen Teilabschnitt des gehäuseexternen Abschnitts fluidtechnisch getrennt sein.
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Vorzugsweise kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, der gehäuseinterne Abschnitt über mindestens einen Zulauf und mindestens einen Ablauf mit dem gehäuseexternen Abschnitt fluidtechnisch verbunden sein. Durch den Zulauf kann Kühlfluid im Normalbetrieb des Kühlmittelkreislaufs aus dem gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt strömen. Durch den Ablauf kann Kühlfluid im Normalbetrieb des Kühlmittelkreislaufs aus dem gehäuseinternen Abschnitt in den gehäuseexternen Abschnitt strömen.
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In einem Normalbetrieb der Vorrichtung zur Kühlung fließt das Kühlfluid von dem gehäuseexternen Abschnitt durch den Zulauf in den gehäuseinternen Abschnitt und von dem gehäuseinternen Abschnitt über den Ablauf in den gehäuseexternen Abschnitt. Vorzugsweise ist über das mindestens eine Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses der Fluiddurchfluss von dem gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt sperrbar.
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Das Mittel zur Sperrung kann verschiedene Zustände einnehmen. In einem geöffneten Zustand kann der Fluiddurchfluss durch das Mittel zur Sperrung freigegeben sein. In einem geschlossenen Zustand kann der Fluiddurchfluss gesperrt sein. Das Mittel zur Sperrung kann ansteuerbar, insbesondere elektrisch ansteuerbar, sein. Insbesondere sind die verschiedenen Zustände des Mittels zur Sperrung durch entsprechende Steuersignale einstellbar.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Fluidfluss in den gehäuseinternen Abschnitt und somit in das Gehäuse gesperrt werden kann. Insbesondere bei einer Leckage des gehäuseinternen Abschnitts kann somit verhindert werden, dass weiteres Kühlfluid in das Gehäuse der Batteriezelle gelangt, wodurch in vorteilhafter Weise die Menge an Kühlfluid reduziert wird, die potentiell mit der Batteriezelle in Kontakt treten kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs mit einer solchen Vorrichtung und einer Batteriezelle erhöht.
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Erfindungsgemäß ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses als Rückschlagventil ausgebildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache und kostengünstige Bereitstellung des Mittels zur Sperrung des Fluiddurchflusses.
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Weiter erfindungsgemäß ist der gehäuseinterne Abschnitt über mindestens einen Zulauf und mindestens einen Ablauf mit dem gehäuseexternen Abschnitt, insbesondere mit verschiedenen Teilabschnitten des gehäuseexternen Abschnitts, fluidtechnisch verbunden. Durch das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses ist der Fluiddurchfluss durch den Zulauf sperrbar. Der Zulauf kann insbesondere ein Element zur fluidtechnischen Verbindung des gehäuseinternen Abschnitts und des gehäuseexternen Abschnitts bezeichnen oder umfassen. Dieses Element zur Verbindung kann, wie vorhergehend erläutert, eine Durchgangsöffnung im Gehäusedeckel, einer Seitenwand des Gehäuses oder im Gehäuseboden umfassen oder eine Kühlmittelleitung, die sich durch eine solche Durchgangsöffnung erstreckt.
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Hierdurch wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass bei Betrieb der Einrichtung zur Erzeugung des Fluidflusses weiteres Kühlfluid in das Gehäuse eintreten kann. Dies wiederum reduziert, wie vorhergehend erläutert, in vorteilhafter Weise die Menge an Kühlfluid, die potentiell mit der Batteriezelle in Kontakt treten kann.
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Weiter erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens ein weiteres Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses, wobei durch das weitere Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses der Fluiddurchfluss durch den Ablauf sperrbar ist. Entsprechend dem Zulauf kann der Ablauf eine weitere Durchgangsöffnung im Gehäusedeckel, einer Seitenwand des Gehäuses oder dem Gehäuseboden sein oder umfassen. Durch diese weitere Durchgangsöffnung oder ein Abschnitt einer Kühlmittelleitung, die sich durch die weitere Durchgangsöffnung erstreckt, kann Kühlfluid im Normalbetrieb des Kühlmittelkreislaufes aus dem gehäuseinternen Abschnitt in den gehäuseexternen Abschnitt strömen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der gehäuseinterne Abschnitt vollständig von dem gehäuseexternen Abschnitt fluidtechnisch trennbar ist. Wird auch der Fluiddurchfluss durch den Ablauf gesperrt, so wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass Kühlfluid durch den Ablauf vom gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt einströmen kann. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Einrichtung zur Erzeugung des Fluidflusses nicht betrieben wird und eine Schwerkraft einen Fluidfluss vom gehäuseexternen Abschnitt durch den Ablauf in den gehäuseinternen Abschnitt erzeugt.
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Hierdurch reduziert sich in vorteilhafter Weise weiter die Menge des in dem Gehäuse vorhandenen Kühlfluides, wodurch sich, wie vorhergehend bereits erläutert, die Betriebssicherheit des Fahrzeugs erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der gehäuseexterne Abschnitt mindestens einen Bypass-Abschnitt zur fluidtechnischen Umführung des gehäuseinternen Abschnitts. Der Bypass-Abschnitt kann insbesondere derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass Kühlfluid auch dann durch den Kühlmittelkreislauf strömen kann, wenn der gehäuseinterne Abschnitt vom gehäuseexternen Abschnitt fluidtechnisch getrennt wird. Mit anderen Worten kann in diesem Fall durch den Bypass-Abschnitt ein geschlossener Kühlmittelkreislauf bereitgestellt werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Unterbrechung des Kühlmittelkreislaufes aufgrund einer Sperrung des Fluiddurchflusses in den gehäuseinternen Abschnitt vermieden werden. Dies ermöglicht wiederum, dass weitere Elemente des Fahrzeugs, die mittels des Kühlmittelkreislaufes gekühlt werden, beispielsweise ein Wechselrichter, weiterhin betrieben werden können. Hierdurch erhöht sich wiederum die Betriebssicherheit des Fahrzeugs.
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Weiter kann die Vorrichtung Mittel zur Steuerung des Fluidflusses, beispielsweise Ventile, umfassen. Diese Mittel zur Steuerung können beispielsweise derart angesteuert werden, dass Kühlfluid durch den Bypass-Abschnitt geleitet wird, wenn das mindestens eine Mittel zur Sperrung in einen gesperrten Zustand versetzt wird oder in einen gesperrten Zustand versetzt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Detektion eines Fluidaustritts aus dem gehäuseinternen Abschnitt. Das Mittel zur Detektion kann somit zur Detektion einer Leckage des Kühlmittelkreislaufes im Gehäuse dienen, in dem die Batteriezelle angeordnet ist. Durch das Mittel zur Sperrung ist der Fluiddurchfluss sperrbar, falls ein Fluidaustritt detektiert wird.
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Das Mittel zur Detektion eines Fluidaustritts kann hierbei als Mittel zur Detektion einer Fluidansammlung sein, die sich in dem Gehäuse, aber außerhalb des gehäuseinternen Abschnitts, befindet. Insbesondere kann ein Austritt detektiert werden, wenn eine Menge des Kühlfluides in dem Gehäuse, aber außerhalb des gehäuseinternen Abschnitts, größer als eine vorbestimmte Menge ist. Das Mittel zur Detektion eines Fluidaustritts kann beispielsweise als Sensor zur Detektion einer Kühlfluidansammlung in dem Gehäuse, aber außerhalb des gehäuseinternen Abschnitts, ausgebildet sein.
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Das Mittel zur Detektion eines Fluidaustritts kann mit einer Steuereinrichtung signal- und/oder datentechnisch verbunden sein, wobei die Steuereinrichtung das mindestens eine Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses in Abhängigkeit des detektierten Fluidaustrittes ansteuert. Insbesondere kann das Mittel zur Sperrung derart angesteuert werden, dass es in einen gesperrten Zustand versetzt wird, wenn ein Fluidaustritt detektiert wird.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Mittel zur Sperrung gesperrt werden kann, wenn eine Leckage des Kühlmittelkreislaufes im Bereich des gehäuseinternen Abschnitts detektiert wird. In diesem Fall kann zeitlich schnell die Sperrung vorgenommen werden, sodass die Menge an Kühlfluid, die potentiell mit der Batteriezelle in Kontakt treten kann, auf die im gehäuseinternen Abschnitt zu diesem Zeitpunkt vorhandene Menge begrenzt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mittel zur Detektion eines Fluidaustritts eine Einrichtung zur Erfassung eines Widerstandes zwischen einem Referenzpotential und einem Potential der mindestens einen Batteriezelle. Der Widerstand kann auch als Isolationswiderstand bezeichnet werden. Das Referenzpotential kann insbesondere das Potential einer Fahrzeugmasse sein. Dieses Referenzpotential kann beispielsweise das Potential des Gehäusebodens des Gehäuses sein, in dem die Batteriezelle angeordnet ist. Das Potential der mindestens einen Batteriezelle kann insbesondere ein positives Potential oder Hochvoltpotential der Batteriezelle sein. Auch kann das Potential ein Hochvoltpotential sein, welches von dem Batteriezellverbund oder allen Batteriezellverbunden im Gehäuse bereitgestellt wird.
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Beispielsweise kann ein Fluidaustritt detektiert werden, wenn der Widerstand kleiner als ein vorbestimmter Widerstandsschwellwert ist. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Potential der mindestens einen Batteriezelle und dem Referenzpotential über ausgetretenes Kühlfluid besteht. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Detektion eines Fluidaustritts.
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Auch ist es möglich, einen Fluidaustritt über eine Isolationsmatte zu detektieren, wobei die Isolationsmatte in einem Bereich der Bodenwand des Gehäuses angeordnet sein kann. Ein Widerstand der Isolationsmatte kann bei Vorhandensein von Kühlfluid auf oder in der Isolationsmatte geringer sein als beim Nicht-Vorhandensein. Somit kann ein Fluidaustritt detektiert werden, falls ein Widerstand der Isolationsmatte geringer als ein vorbestimmter Widerstandsschwellwert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses im Betrieb des Fahrzeuges ansteuerbar. Der Betrieb kann einen Zustand bezeichnen, in dem die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. Alternativ, vorzugsweise jedoch kumulativ, ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses während eines Ladevorgangs der mindestens einen Batteriezelle, also während einer Zufuhr von elektrischer Energie, ansteuerbar. Weiter alternativ, vorzugsweise jedoch weiter kumulativ, ist das Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses im Nichtbetrieb des Fahrzeugs ansteuerbar. Der Nichtbetrieb kann beispielsweise einen Zustand bezeichnen, in dem die Zündung abgeschaltet bzw. ausgeschaltet ist.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Betriebssicherheit nicht nur ausschließlich während des Betriebes, sondern auch während eines Ladevorgangs oder im Nichtbetrieb des Fahrzeugs erhöht wird. Dies ist insbesondere relevant für Servicepersonal, welches im Nichtbetrieb des Fahrzeugs Arbeiten im Bereich des Gehäuses durchführt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur fluidtechnischen Verbindung des Gehäuses mit einem Außenvolumen des Gehäuses. Das Außenvolumen kann auch als Umgebung bezeichnet werden. Das Mittel zur fluidtechnischen Verbindung kann zur fluidtechnischen Verbindung des Innenvolumens des Gehäuses mit dem Außenvolumen dienen. Das Mittel zur fluidtechnischen Verbindung kann insbesondere als Ablassventil ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Weiter kann das Mittel zur fluidtechnischen Verbindung eine Einrichtung zur Förderung von Kühlfluid aus dem Innenvolumen zum Außenvolumen umfassen. Auch kann das Mittel zur fluidtechnischen Verbindung eine Ablassschraube umfassen oder sein. Ein Ablassventil kann insbesondere ein ansteuerbares Ablassventil, insbesondere ein elektrisch ansteuerbares Ablassventil, sein.
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Beispielsweise kann das Mittel zur fluidtechnischen Verbindung in einen geöffneten Zustand versetzt werden, wenn ein Fluidaustritt aus dem gehäuseinternen Abschnitt detektiert wird.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ausgetretenes Kühlfluid aus dem Gehäuse abgeleitet werden kann. Hierdurch reduziert sich die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen dem ausgetretenen Kühlfluid und der mindestens einen Batteriezelle. Dies wiederum erhöht in vorteilhafter Weise eine Betriebssicherheit.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines Fahrzeugs. Das Verfahren ist hierbei mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchführbar.
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Insbesondere ist mindestens eine Batteriezelle in einem Gehäuse angeordnet, wobei ein gehäuseinterner Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs fluidtechnisch mit einem gehäuseexternen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs verbunden ist.
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Weiter wird zumindest ein Teil des Fluiddurchflusses von dem gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt durch mindestens ein Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses gesperrt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Menge des in den gehäuseinternen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufes eintretenden Kühlfluides minimiert wird. Hierdurch reduziert sich in vorteilhafter Weise auch die Menge an Kühlfluid, die potentiell mit der Batteriezelle in Kontakt treten kann, was wie bereits erläutert eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs erhöht.
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Weiter wird der zumindest eine Teil des Fluiddurchflusses von dem gehäuseexternen Abschnitt in den gehäuseinternen Abschnitt gesperrt, falls ein Fluidaustritt aus dem gehäuseinternen Abschnitt detektiert wird.
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Wie vorhergehend erläutert, kann der Fluidaustritt beispielsweise detektiert werden, wenn ein Widerstand zwischen einem Referenzpotential und einem Potential der mindestens einen Batteriezelle kleiner als vorbestimmter Schwellwert ist. In diesem Fall kann das Mittel zur Sperrung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden.
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Weiter werden ein erstes und ein weiteres Mittel zur Sperrung in einen gesperrten Zustand versetzt werden, wobei in diesem Fall ein Fluiddurchfluss durch einen Zulauf und einen Ablauf gesperrt ist.
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Weiter kann ein Fluidfluss durch mindestens einen Bypass-Abschnitt zur fluidtechnischen Umführung des gehäuseinternen Abschnitts geleitet werden, wenn der Fluiddurchfluss gesperrt wird.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kühlmittelkreislaufes.
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In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Kühlmittelkreislaufes 1 zur Kühlung eines Batteriezellverbundes 2 mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 3 sowie eines Wechselrichters 4 eines nicht dargestellten Fahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine der Batteriezellen 3 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Der Kühlmittelkreislauf 1 umfasst Kühlmittelleitungen, die durch durchgezogene Linien dargestellt sind. Über gestrichelte Linien sind Signalleitungen dargestellt, die zur Übertragung von Steuersignalen dienen können.
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Der Kühlmittelkreislauf 1 umfasst einen gehäuseexternen Abschnitt 5 und einen gehäuseinternen Abschnitt 6. Der gehäuseexterne Abschnitt 5 umfasst eine Pumpe 7 sowie einen Kühlwärmetauscher 8 zum Abkühlen des Kühlfluides, welches durch die Kühlmittelleitungen strömt. Weiter dargestellt ist, dass der Wechselrichter 4 an den gehäuseexternen Abschnitt 5 des Kühlmittelkreislaufes 1 angeschlossen ist.
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Der gehäuseinterne Abschnitt 6 umfasst insbesondere einen als Kühlrippen 9 ausgebildeten Wärmetauscher, der im Bereich der zu kühlenden Batteriezellen 3 angeordnet ist. Über die Kühlrippen 9 kann einer Umgebung der Kühlrippen 9 Wärmeenergie entzogen und dem Kühlfluid zugeführt werden, welches durch die Kühlrippen 9 strömt. Dies führt zur Kühlung der Batteriezellen 3.
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Weiter dargestellt ist, dass der gehäuseinterne Abschnitt 6 über einen Zulauf 10 und einen Ablauf 11 mit verschiedenen Teilabschnitten des gehäuseexternen Abschnitts 5 fluidtechnisch verbunden ist. Durch Pfeile ist eine Richtung des Fluidflusses des Kühlfluids im Normalbetrieb dargestellt. Im Normalbetrieb strömt somit Kühlfluid durch den Zulauf vom gehäuseexternen Abschnitt 5 in den gehäuseinternen Abschnitt 6, während durch den Ablauf Kühlfluid aus dem gehäuseinternen Abschnitt 6 in den gehäuseexternen Abschnitt 5 strömt.
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Die Vorrichtung umfasst ein erstes Rückschlagventil 12 und ein weiteres Rückschlagventil 13. Das erste Rückschlagventil 12 ist an einem Übergang vom gehäuseexternen Abschnitt 5 zum gehäuseinternen Abschnitt 6 angeordnet, wobei das erste Rückschlagventil 12 den Fluiddurchfluss durch den Zulauf 10 sperren kann. Das weitere Rückschlagventil 13 ist an einem weiteren Übergang vom gehäuseexternen zum gehäuseinternen Abschnitt 5, 6 angeordnet, wobei das weitere Rückschlagventil 13 den Fluiddurchfluss durch den Ablauf sperren kann.
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Weiter umfasst die Vorrichtung Wegeventile 14 sowie einen Bypass-Abschnitt 15. Die Wegeventile 14 sind hierbei derart ansteuerbar, dass ein Fluidfluss entweder durch den gehäuseinternen Abschnitt 6 des Kühlmittelkreislaufes oder durch den gehäuseextern angeordneten Bypass-Abschnitt 15 geleitet wird.
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Weiter dargestellt ist ein Batterietrog 16, der eine Bodenwand 17, Seitenwände 18 sowie einen Deckel 19 umfasst. Hierbei ist dargestellt, dass die Rückschlagventile 12, 13 im Bereich einer Öffnung des Deckels 19 angeordnet sind.
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Weiter umfasst die Vorrichtung ein Ablassventil 20, welches in einer Durchgangsöffnung der Bodenwand 17 angeordnet ist.
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Die Batteriezellen 3 sind in einem Innenvolumen 21 des Gehäuses 16 angeordnet. Ist der gehäuseinterne Abschnitt 6 des Kühlmittelkreislaufes 1 undicht, so kann Kühlfluid aus dem gehäuseinternen Abschnitt 6 in das Innenvolumen 21 austreten und in Kontakt mit den Batteriezellen 3 kommen. Weiter kann sich das ausgetretene Kühlfluid im Bereich der Bodenwand 17 sammeln. Das Ablassventil 20 ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass derart ausgetretenes Kühlfluid wieder aus dem Innenvolumen 21 des Gehäuses 16 abgelassen werden kann.
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Die Vorrichtung umfasst weiter eine Steuereinrichtung 22, die daten- und/oder signaltechnisch mit den Rückschlagventilen 12, 13, den Wegeventilen 14, dem Ablassventil 20 und einer Einrichtung 23 zur Erfassung eines Isolationswiderstandes verbunden ist. Mittels der Einrichtung 23 zur Erfassung des Isolationswiderstandes ist ein Widerstand zwischen einem Hochvoltpotential des Batteriezellverbundes 2 und einem Referenzpotential, insbesondere der Fahrzeugmasse, erfassbar. Dieses Referenzpotential kann beispielsweise ein Potential der Bodenwand 17 sein. Ist der erfasste Isolationswiderstand kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert, so kann die Steuereinrichtung 20 die Rückschlagventile derart ansteuern, dass diese einen geschlossenen Zustand einnehmen. Somit kann kein Kühlfluid mehr von dem gehäuseexternen Abschnitt 5 in den gehäuseinternen Abschnitt 6 einströmen. Hierdurch wird die Menge des potentiell aus dem gehäuseinternen Abschnitt 6 in das Innenvolumen 21 austretenden Kühlfluids begrenzt. Weiter kann die Steuereinrichtung 22 in diesem Fall die Wegeventile 14 derart ansteuern, dass das Kühlfluid durch den Bypass-Abschnitt 15 geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelkreislauf
- 2
- Batteriezellverbund
- 3
- Batteriezelle
- 4
- Wechselrichter
- 5
- gehäuseexterner Abschnitt
- 6
- gehäuseinterner Abschnitt
- 7
- Pumpe
- 8
- Kühlwärmetauscher
- 9
- Kühlrippen
- 10
- Zulauf
- 11
- Ablauf
- 12
- erstes Rückschlagventil
- 13
- weiteres Rückschlagventil
- 14
- Wegeventil
- 15
- Bypass-Abschnitt
- 16
- Gehäuse
- 17
- Bodenwand
- 18
- Seitenwand
- 19
- Deckel
- 20
- Ablassventil
- 21
- Innenvolumen
- 22
- Steuereinrichtung
- 23
- Einrichtung zur Erfassung eines Isolationswiderstandes
