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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für die Temperierung einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs, einen Brandschutzeinsatz zum Einsatz in einer solchen Temperiervorrichtung sowie ein Verfahren für die Herstellung einer solchen Temperiervorrichtung.
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Im Rahmen der Anmeldung kann die Batterievorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, ein Wasser- und/oder Unterwasserfahrzeug, insbesondere ein Boot, oder ein Flugzeug verwendet werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die Batterievorrichtung in einem Anhänger verwendet werden kann. Die Batterievorrichtung kann beispielsweise als Antriebsbatterie oder Versorgungsbatterie verwendet werden.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Batterievorrichtungen hinsichtlich der Einstellung der Temperatur der Batterievorrichtung mit Temperiervorrichtungen ausgestattet sein sollen. So sind Batterievorrichtungen für eine Reduktion des Verschleißes und eine Verbesserung der Nutzbarkeit in einem idealen Temperaturfenster zu halten. Bei kalten Außenbedingungen führt dies dazu, dass ein Heizen der Batterievorrichtung sowie bei hoher Leistungsabgabe bzw. hohen Außentemperaturen ein Kühlen der Batterievorrichtung notwendig ist. Üblicherweise erfolgt dieser Temperiervorgang mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Temperiermittel, welches mithilfe von Temperiermittelleitungen in entsprechende Wärmeübergangszonen der Batterievorrichtung geleitet wird.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass die Batterievorrichtungen zusätzlich zur Temperierung noch eine Brandschutzfunktionalität aufweisen müssen. So bestehen Batterievorrichtungen aus einzelnen Batteriemodulen bzw. einzelnen Batteriezellen, in welchen die chemischen Komponenten für die zur Verfügung zu stellende elektrische Leistung angeordnet sind. Unter mechanischer Beeinflussung, zum Beispiel bei einem Unfall oder in einer Crashsituation, kann es durch Beschädigung der Batterievorrichtungen dazu kommen, dass die einzelnen chemischen Komponenten miteinander reagieren und hohe Temperaturen entstehen. Diese hohen Temperaturen können zu einer Brandsituation in der Batterievorrichtung und/oder am Fahrzeug führen. Hierfür sind zur Vermeidung einer solchen Risikosituation üblicherweise Löschvorrichtungen bzw. Brandschutzkonzepte vorgesehen. Diese beinhalten jedoch den Nachteil, dass sie zusätzliches Gewicht, zusätzliche Kosten und vor allem auch zusätzlichen Platzbedarf mit sich bringen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise den Brandschutz bei einer Batterievorrichtung zu gewährleisten.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Brandschutzeinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brandschutzeinsatz sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist eine Temperiervorrichtung für die Temperierung einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen. Hierfür weist die Temperiervorrichtung wenigstens eine Temperiermittelleitung für die Förderung von Temperiermittel zum Austausch von Wärme mit der Batterievorrichtung auf. Die Temperiermittelleitung ist mit wenigstens einem Temperiermitteleingang für den Eintritt von Temperiermittel und mit wenigstens einem Temperiermittelausgang für den Austritt von Temperiermittel ausgestattet. Dabei weist die Temperiermittelleitung weiter wenigstens einen Brandschutzabschnitt auf mit einer Schüttung von Brandschutzpartikeln mit einem definierten Schmelzbereich zum Abbau von Wärme in einem Brandfall durch Phasenübergang.
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Erfindungsgemäß basiert also die Temperiervorrichtung auf den bekannten Lösungen zur Verfügungstellung einer Temperierfunktionalität bei einer Batterievorrichtung. Dabei kann es sich um eine Batterievorrichtung für ein Fahrzeug handeln, welches einen elektrischen Antrieb als Hauptantrieb oder als Nebenantrieb aufweist. Die Batterievorrichtung ist mit der Temperiervorrichtung im Bereich der Temperiermittelleitung über einen Wärmeübergangsabschnitt wärmeübertragend verbunden, so dass Temperiermittel, welches zum Beispiel von einer Temperiermittelpumpe im Zwangsumlauf über den Temperiermitteleingang durch die Temperiermittelleitung zum Temperiermittelausgang gepumpt wird, über das Temperiermittel eingebracht bzw. ausgebracht werden kann. Der gewünschte Wärmeaustausch kann auch als primäre Temperierfunktionalität der Temperiervorrichtung verstanden werden.
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Zusätzlich zu der Temperierfunktion weist die Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung noch in sekundärer Weise eine Brandschutzfunktion auf. Somit kann die Temperiervorrichtung zwei Funktionalitäten als Baueinheit zur Verfügung stellen, so dass eine separate Brandschutzeinheit mit einer separaten Brandschutzfunktionalität hinsichtlich Größe, Kosten und Platzbedarf vermieden werden kann.
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Für diese Brandschutzfunktionalität sind in einem Brandschutzabschnitt Brandschutzpartikel in Form einer Schüttung eingebracht. Der Brandschutzabschnitt kann dabei in dem Bereich der Wärmeübertragung, also im Wärmeübertragungsabschnitt mit der Batterievorrichtung, ausgebildet bzw. angeordnet sein. Bevorzugt überlappt der Brandschutzabschnitt oder ist vollständig in den Wärmeübertragungsabschnitt eingebracht. Jedoch ist es grundsätzlich auch denkbar, dass der Brandschutzabschnitt an anderen Stellen angeordnet ist oder sich sogar vollständig oder im Wesentlichen vollständig über die Temperiermittelleitung erstreckt. Für diese Brandschutzfunktionalität ist im Brandschutzabschnitt eine Schüttung aus Brandschutzpartikeln angeordnet. Brandschutzpartikel zeichnen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass sie einen definierten Schmelzbereich und/oder einen definierten Schmelzpunkt aufweisen. Das bedeutet, dass beim Erreichen einer definierten Temperatur, welche oberhalb oder im Bereich des Schmelzbereichs bzw. der Schmelztemperatur der Brandschutzpartikel liegt, diese beginnen zu schmelzen. Im normalen Betriebszustand der Temperiervorrichtung sind die Brandschutzpartikel also in einer festen Phase vorliegend, während sie bei Überschreiten des definierten Schmelzbereiches in einem Phasenübergang in flüssiger oder sogar gasförmiger Phase vorliegen. Für diesen Phasenübergang wird Wärme benötigt, um den Phasenübergang mit der entsprechenden Enthalpie zu versorgen. Diese Wärme wird der Umgebung entzogen, so dass auf diese Weise eine Kühlfunktion die umgebenden Bauteile, insbesondere die Batterievorrichtung und/oder den Wärmeübertragungsabschnitt, kühlt.
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Das Einbringen der Brandschutzpartikel erfolgt in Form einer Schüttung, was insbesondere zwei große Vorteile mit sich bringt. Zum einen kann das Einbringen einfach, kostengünstig und schnell erfolgen, da schüttfähige, insbesondere rieselfähige Brandschutzpartikel einfach und kostengünstig in die Temperiermittelleitung eingebracht werden können. Ein weiterer Vorteil der Einbringung in einer Schüttung ist es, dass eine Schüttung einen kompletten Strömungsabschluss innerhalb der Temperiermittelleitung vermeidet, da die einzelnen Brandschutzpartikel in Form der Schüttung eine Schüttungsporosität aufweisen, durch welche das Temperiermittel weiterströmen kann. Somit kann an gleicher Stelle, insbesondere im Wärmeübertragungsabschnitt der Temperiermittelleitung bzw. der Batterievorrichtung durch die Schüttung der Brandschutzpartikel zum einen die Brandschutzfunktionalität und zum anderen die primäre Hauptfunktion der Temperierung zur Verfügung gestellt werden, da das Temperiermittel fließen und für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehen kann.
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Unter einem definierten Schmelzbereich ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Temperaturbereich und/oder ein Temperaturpunkt zu verstehen. Dieser definiert den Phasenübergang der Brandschutzpartikel von der festen Phase in die flüssige bzw. gasförmige Phase. Ein Schmelzbereich oder Schmelzpunkt in einer definierten Weise ist vorzugsweise so eingestellt, dass der Phasenübergang stattfindet, bevor das Risiko eines Brennens der umgebenden Bauteile eintritt. So ist der definierte Schmelzbereich vorzugsweise mit einer Temperatur versehen, welche kleiner ist als der Schmelzbereich der umgebenden Wandung der Temperiermittelleitung und/oder der umgebenden Bauteile, insbesondere der Batterievorrichtung, der entsprechenden benachbarten Batteriemodule oder des Gehäuses der benachbarten Batteriemodule. Somit kann eine lokale und insbesondere auch dezentrale Wirkungsweise der Brandschutzpartikel direkt an dem Ort stattfinden, an welchem die Temperatur ansteigt. Ist vorzugsweise die gesamte Temperiervorrichtung und insbesondere ein Großteil der Temperiermittelleitungen mit einer entsprechenden Schüttung mit Brandschutzpartikeln versehen, so kann lokal dort, wo eine Überhitzung der Batterievorrichtung von innen oder von außen auftritt, durch den Phasenübergang der schmelzenden Brandschutzpartikel eine direkte, lokale und auch dezentrale Kühlfunktionalität gewährleistet werden. Diese ist nicht nur dezentral und lokal, sondern darüber hinaus auch unmittelbar verfügbar, so dass nicht erst bei einem zentralistisch angeordneten Brandschutzsystem entsprechende Kühl- oder Brandschutzflüssigkeit an den gewünschten Ort gebracht werden muss.
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Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die im Wesentlichen automatisierte und regelungsfreie Funktionalität. So werden die Brandschutzpartikel ausschließlich durch die entsprechende Temperatursituation ausgelöst, also schmelzen, wenn die Temperatur den definierten Schmelzbereich erreicht oder übersteigt. Ein Detektieren eines Brandes durch elektrische Sensoren und ein entsprechendes Regeln eines Brandschutzsystems ist nicht mehr notwendig. Vielmehr kann hier mit höchster Sicherheit durch den Phasenübergang die Funktionalität des Brandschutzes mit der Schüttung der Brandschutzpartikel zur Verfügung gestellt werden, und gleichzeitig die Funktionalität der Temperiervorrichtung hinsichtlich der Hauptfunktion der Temperierung der Batterievorrichtung unbeeinträchtigt oder im Wesentlichen unbeeinträchtigt bleiben.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung der definierte Schmelzbereich mehr als 10 % über der maximalen Betriebstemperatur in der Temperiermittelleitung liegt und/oder weniger als 10 % unterhalb der Brandtemperatur in der Temperiermittelleitung liegt. Darunter sind die Maximalgrenzen zu verstehen, um ein sicheres und frühzeitiges Funktionieren des Brandschutzes gewährleisten zu können. Diese beiden Grenzen können insbesondere kombiniert, aber auch separat voneinander eingehalten werden. Das Definieren eines Schmelzbereiches durch entsprechende Materialwahl der Brandschutzpartikel in der Schüttung von 10 % über der maximalen Betriebstemperatur der Temperiermittelleitung vermeidet es mit einem entsprechenden Sicherheitsabstand, dass die Brandschutzpartikel im normalen Betriebsfall in den Phasenübergang gelangen. Insbesondere ist der definierte Schmelzbereich damit größer als die maximale Betriebstemperatur in der Temperiermittelleitung. Auch am anderen Ende des definierten Schmelzbereiches dient ein entsprechender Sicherheitsabstand von 10 % der verbesserten Funktionalität. So kann eine Brandtemperatur in der Temperiermittelleitung ermittelt werden, welche zum Beispiel durch die Schmelz- bzw. Zündtemperatur der benachbarten Leitungswandung der Temperiermittelleitung oder der benachbarten Batteriemodule, Batteriezellen oder Batteriegehäuse definiert werden kann. Sobald diese Temperatur erreicht wird, besteht die Gefahr, dass die benachbarten Komponenten schmelzen oder sich entzünden. Um dies zu vermeiden, soll die Kühlfunktionalität des Brandschutzes der Brandschutzpartikel vorher ausgelöst werden, weshalb der definierte Schmelzbereich unterhalb dieser Brand- oder Schmelztemperatur oder Zündtemperatur der umgebenden Bauteile liegt. Auch hier ist vorzugsweise ein Sicherheitspuffer von ca. 10 % vorgesehen, um mit einer vereinfachten Auslösung und hoher Sicherheit zum einen eine Fehlauslösung bei zu tiefen Temperaturen und zum anderen eine rechtzeitige Auslösung im Brandfall gewährleisten zu können.
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Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung die Brandschutzpartikel zumindest teilweise porös ausgebildet sind. Die Porosität führt zu einer vergrößerten Oberfläche, so dass eine entsprechende Brandschutzfunktionalität noch einfacher definiert und eingestellt werden kann. Insbesondere führt dies zu einem schnelleren Schmelzen, wenn der definierte Schmelzbereich erreicht wird, so dass auch eine größere Menge von Schmelzenthalpie und dementsprechend von Kühlfunktionalität in kürzerer Zeit zur Verfügung gestellt werden kann. Durch die Porosität kann darüber hinaus Einfluss genommen werden auf die gewünschten Schmelzpunkte bzw. Schmelzbereiche, so dass eine bevorzugte Materialwahl durch die Porosität noch hinsichtlich eines bevorzugten und definierten Schmelzbereiches einstellbar wird. Grundsätzlich können die einzelnen Poren der Brandschutzpartikel sowohl in offener als auch in geschlossener Weise ausgebildet werden. Auch die Kombination von geöffneten und geschlossenen Poren bei Brandschutzpartikeln sowie von porenfreien und porösen Brandschutzpartikeln ist im Sinne der vorliegenden Erfindung selbstverständlich denkbar.
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Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung die Brandschutzpartikel zumindest teilweise hohl, insbesondere mit einem abgeschlossenen Hohlraum, ausgebildet sind. Ein solcher Hohlraum kann auch durch viele einzelne kleine Hohlräume in Form von abgeschlossenen Poren zur Verfügung gestellt werden. Der Hohlraum bzw. hohle Poren führen dazu, dass durch die abgeschlossene und damit gasdichte Ausbildung ein Eindringen von Temperiermittel in diesen Hohlraum vermieden werden kann. Somit wird bei gefüllter Temperiervorrichtung, also bei eingefülltem Temperiermittel das jeweilige Gasvolumen nicht mit Temperiermittel gefüllt, so dass sich das Gesamtgewicht der Temperiervorrichtung um den auf diese Weise gesparten Anteil des Temperiermittelgewichts reduziert. Darüber hinaus kann auch ein solcher Hohlraum, welcher als abgeschlossener und gasdichter Hohlraum ausgebildet ist, eine zusätzliche Brandschutzfunktionalität aufweisen, wenn ein entsprechendes Brandschutzgas in diesem Hohlraum angeordnet ist. Dabei kann es sich zum Beispiel um Inertgas, zum Beispiel Stickstoff, handeln. Auch andere Brandschutzgase, welche insbesondere einen positiven, weil kühlenden oder reaktionsreduzierenden Effekt auf die benachbarten Chemikalien in der Batterievorrichtung ausüben, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich denkbar.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung die Brandschutzpartikel eine regelmäßige geometrische Form, insbesondere kugelförmig oder im Wesentlichen kugelförmig, aufweisen. Das ist insbesondere dahingehend von Vorteil, da die Schüttungsdichte der geschütteten Brandschutzpartikel auf diese Weise leichter vorhersagbar wird. Auch die Schichtung bzw. Packung der Brandschutzpartikel ist auf diese Weise leichter vorhersagbar. Hinsichtlich der Kosten in der Herstellung bringt eine regelmäßige geometrische Form für die Brandschutzpartikel ebenfalls Vorteile mit sich. Nicht zuletzt kann durch eine regelmäßige geometrische Form, insbesondere in kugelförmiger oder im Wesentlichen kugelförmiger Weise, auch eine gute Vorhersage hinsichtlich der Schmelzfunktionalität bzw. des Schmelzprozesses beim Phasenübergang zur Verfügung gestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung die Brandschutzpartikel eine gemischte Körnung aufweisen. Darunter ist zu verstehen, dass die einzelnen Brandschutzpartikel unterschiedliche Korngrößen, also unterschiedliche Korndurchmesser bzw. Partikeldurchmesser aufweisen. Dies bezieht sich insbesondere auch darauf, dass die einzelnen Brandschutzpartikel unterschiedliche geometrische Außenkonturen aufweisen können. Eine gemischte Körnung ist hinsichtlich der Herstellung der Brandschutzpartikel als besonders einfach und kostengünstig anzusehen. Dabei kann eine Siebung in grober Weise und hinsichtlich gewünschter Obergrenzen und gewünschter Untergrenzen die gemischte Körnung einstellen, um eine gute Vorhersagbarkeit der Beeinflussung des Brandschutzes in der Temperiermittelleitung im Brandschutzabschnitt abgeben zu können.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, die Brandschutzpartikel eine gesiebte Körnung, insbesondere mit einer definierten Korngröße und/oder mit einer Korngröße im Bereich von 110 %, aufweisen. Dabei handelt es sich um eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltungsform zum voranstehenden Absatz. Eine gesiebte Körnung erlaubt es, die einzelnen Brandschutzpartikel sozusagen aufeinander abzustellen, so dass eine dichtere Packung mit einer geringeren Schüttungsporosität in der Schüttung zur Verfügung gestellt werden kann. Auch kann durch eine gesiebte Körnung eine genauere Vorhersage getroffen werden, in welcher Weise und mit welcher quantitativen und auch qualitativen Intensität die Beeinflussung des Brandschutzes im Brandschutzabschnitt der Temperiermittelleitung zur Verfügung gestellt werden kann.
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Darüber hinaus von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung die Brandschutzpartikel eine Leitfähigkeit und/oder eine Durchlassfähigkeit für akustische und/oder optische Signale aufweisen. Insbesondere bei der Verwendung von Datenkommunikation innerhalb des Temperiermittels bringt dies Vorteile mit sich, da sich die Widerstandsfunktionalität der Brandschutzpartikel auf die Beeinflussung des Brandschutzes in dem Brandschutzabschnitt reduziert. Der Widerstand gegen den Durchlass von akustischen und/oder optischen Signalen ist durch die Durchlassfähigkeit reduziert oder sogar minimiert. So ist zum Beispiel eine visuelle Kommunikation auf Basis von Lichtwellen und/oder eine akustische Kommunikation auf Basis von Schallwellen innerhalb des Temperiermittels möglich. Die Durchlassfähigkeit bezieht sich dabei insbesondere auch auf eine geringe Streuung und/oder einen geringeren Widerstand gegen eine solche Signalisierung.
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Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung der Brandschutzabschnitt zumindest eine Abschnittswandung quer oder im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung aufweist für ein Stabilisieren der Position der Brandschutzpartikel. Die Position der Brandschutzpartikel ist dabei insbesondere als Menge der Schüttung der Brandschutzpartikel im Brandschutzabschnitt zu verstehen. Quer zur Strömungsrichtung wird also auf diese Weise ein Mitfördern der Brandschutzpartikel zusammen mit dem Temperiermittel vermieden oder zumindest reduziert. Auch flache und/oder spitze Anstellwinkel einer solchen Abschnittswandung sind im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich. Entscheidend ist dabei insbesondere die nicht-parallele oder unparallele Ausgestaltungsform der Abschnittswandung korrelierend mit der Strömungsrichtung des Temperiermittels. Auch kann auf diese Weise eine erhöhte Stabilität gegen Fliehkräfte oder andere Querbeschleunigungen zur Verfügung gestellt werden, welche beim Betrieb des Fahrzeugs, in welchem eine solche Temperiervorrichtung verbaut ist, auftreten können.
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Darüber hinaus von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung der Brandschutzabschnitt, der Temperiermitteleingang und/oder der Temperiermittelausgang eine Rückhaltevorrichtung aufweist, für ein Rückhalten der Brandschutzpartikel gegen eine Mitförderung mit dem Temperiermittel. Eine solche Rückhaltevorrichtung kann auch als Filtervorrichtung oder Gittervorrichtung bezeichnet und verstanden werden. Sie verhindert zumindest teilweise ein Austreten der Schüttung bzw. einzelner Brandschutzpartikel der Schüttung. Insbesondere in Richtung einer Pumpvorrichtung für das Erzeugen eines Flusses des Temperiermittels kann diese Rückhaltevorrichtung ein Eindringen der Brandschutzpartikel in eine solche Pumpe vermeiden. Am Ausgang und/oder am Eingang der Temperiermittelleitung, insbesondere in Strömungsrichtung gesehen, bringt diese Rückhaltevorrichtung damit die beschriebenen Vorteile mit sich.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brandschutzeinsatz zum Einsatz in einem Brandschutzabschnitt einer Temperiermittelleitung einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung. Ein solcher Brandschutzeinsatz weist eine Einsatzkammer mit einer Schüttung von Brandschutzpartikeln mit einem definierten Schmelzbereich zum Abbau von Wärme in einem Brandfall durch Phasenübergang auf. Damit bringt ein erfindungsgemäßer Brandschutzeinsatz die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung erläutert worden sind. Ein solcher Brandschutzeinsatz kann zum einen in der Herstellung eine modulare Produktionsweise zur Verfügung stellen, und gleichzeitig auch ein Nachrüsten bestehender Temperiervorrichtung erlauben.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung der Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Einbringen einer Schüttung von Brandschutzpartikeln in die Temperiermittelleitung,
- - Anordnen der eingebrachten Brandschutzpartikel in dem wenigstens einen Brandschutzabschnitt mit einem definierten Schmelzbereich zum Abbau von Wärme in einem Brandfall durch Phasenübergang.
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Durch das Herstellen einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung erläutert worden sind. Das Einbringen der Schüttung erfolgt dabei insbesondere in rieselnder bzw. schüttender Weise, wenn es sich bei den Brandschutzpartikeln um rieselfähiges Material handelt. In Bezug auf den jeweiligen Einsatz erfolgt durch das Einbringen der Schüttung und die entsprechende Auswahl der Brandschutzpartikeln eine Vorabdefinition und Einstellung des Brandschutzes durch die ausgewählten Beeinflussungspartikel für die Schüttung
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Darüber hinaus von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Einbringen der Brandschutzpartikel durch den Temperiermitteleingang und/oder den Temperiermittelausgang erfolgt. Damit wird ein zusätzlicher Eingang für das Einbringen der Schüttung vermieden, so dass durch den Verzicht hierauf die Komplexität der Temperiervorrichtung und auch die Komplexität in der Durchführung des Verfahrens reduziert werden kann. Die Einbringung und die Konstruktion werden auf diese Weise deutlich vereinfacht.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Beeinflussungspartikel in Form eines Brandschutzeinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung eingebracht werden. Das Verwenden eines Brandschutzeinsatzes kann in einer Vorkonfektionierung stattfinden, so dass bei der Endherstellung der Temperiervorrichtung und/oder der Batterievorrichtung der Brandschutzeinsatzes als solches ohne eine Verschüttgefahr oder einen erhöhten Aufwand durch das Handling von rieselfähigen Brandschutzpartikeln verwendbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
- 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
- 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brandschutzpartikels,
- 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brandschutzpartikels,
- 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung und
- 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einem Brandschutzeinsatz.
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Die 1, 2, 5 und 6 zeigen unterschiedliche Formen einer Temperiervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese basieren alle auf einer Lösung, welche zwei Grundfunktionalitäten für die Temperiervorrichtung 10 miteinander vereinbart. All diesen vier Darstellungen ist es gemeinsam, dass eine Batterievorrichtung 200 hier mit unterschiedlichen Batteriemodulen bzw. Batteriezellen benachbart zu einer Temperiermittelleitung 20 der Temperiervorrichtung 10 angeordnet ist. Dieser Bereich kann auch als Wärmeübertragungsabschnitt verstanden werden, in welchem Wärme von einem Temperiermittel in die Batterievorrichtung 200 eingebracht oder aus der Batterievorrichtung 200 in das Temperiermittel eingebracht werden kann. Somit kann durch die Temperiermittelvorrichtung 10 und durch das Durchströmen eines Temperiermittels in der Temperiermittelleitung 20 eine Heizfunktionalität und/oder eine Kühlfunktionalität für die Batterievorrichtung 200 zur Verfügung gestellt werden.
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Um ein Durchströmen durch die Temperiermittelleitung 20 zur Verfügung stellen zu können, ist diese vorzugsweise über den Temperiermitteleingang 22 mit einer Temperiermittelpumpe verbunden, welche das entsprechende Temperiermittel über den Temperiermitteleingang 22 durch die Temperiermittelleitung 20 hindurch über den Temperiermittelausgang 24 im Kreislauf pumpen kann.
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Für den Brandschutz ist innerhalb der Temperiermittelleitung 20 ein Brandschutzabschnitt 26 vorgesehen, in welchem eine Schüttung 30 aus Brandschutzpartikeln 32 angeordnet ist. Diese Schüttung 30 weist eine Schüttungsporosität auf, welche als freie Strömungsporosität zu verstehen ist, durch welche das Temperiermittel durch die Temperiermittelleitung 20 hindurchströmen kann. Somit stellen zwar die Brandschutzpartikel 32 in Form der Schüttung 30 grundsätzlich einen strömungstechnischen Widerstand dar, vermeiden jedoch eine vollständige Blockade der Temperiermittelleitung 20, so dass trotz der Anwesenheit der Schüttung 30 im Brandschutzabschnitt 26 ein weiteres Strömen des Temperiermittels durch die Temperiermittelleitung 20, und insbesondere auch durch den Brandschutzabschnitt 26 möglich ist. Die Strömungsrichtung ist dabei durch die entsprechenden Pfeilrichtungen angegeben. Während der freie Strömungsquerschnitt SQ vor und nach dem Brandschutzabschnitt 26 vollständig zur Verfügung steht, verbleibt durch die Schüttungsporosität im Bereich des Brandschutzabschnitts 26 noch ein restlicher freier Querschnitt, der zwar kleiner, aber immer noch vorhanden ist, so dass auch hier weiterhin das Strömen von Temperiermittel frei oder im Wesentlichen frei möglich ist.
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Um einen Brandschutz zur Verfügung zu stellen, sind die einzelnen Brandschutzpartikel 32 mit einem definierten Schmelzbereich ausgestattet. Dieser liegt oberhalb der normalen Betriebstemperatur des Temperiermittels und unterhalb der Schmelztemperatur der benachbarten Wandung der Temperiermittelleitung bzw. der Zündtemperatur der benachbarten Batteriemodule der Batterievorrichtung 200. In einem Brandfall, zum Beispiel durch erhöhte Temperatureinwirkung von der Außenseite oder durch eine chemische Reaktion in der benachbarten Batterievorrichtung 200, wird die Temperatur auch in der Temperiermittelleitung 20 ansteigen. Dies geschieht deutlich schneller und höher als im normalen Betriebsfall, so dass die Temperatur den definierten Schmelzbereich der Brandschutzpartikel 32 in der Schüttung 30 erreichen und übersteigen wird. Sobald dies geschieht, fangen die Brandschutzpartikel 32 lokal und exakt an der Stelle der höchsten Temperatur an zu schmelzen und benötigen für diesen Schmelzvorgang als Phasenübergang die entsprechende Schmelzenthalpie bzw. Phasenübergangsenthalpie. Um diese Energie zur Verfügung zu stellen, muss sie der Umgebung entzogen werden, so dass ein Kühleffekt und damit ein Brandschutzeffekt lokal, dezentral und automatisiert gesteuert bzw. regelungsfrei zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die Ausführungsformen der 2, 5 und 6 basieren auf der gleichen Kombination der Brandschutzfunktionalität mit der Temperierfunktionalität. Jedoch sind hier unterschiedliche Details noch näher dargestellt. Während in der 1 eine regelmäßige Schüttung 30 mit gleichen und/oder im Wesentlichen gleichen und kugelförmigen Beeinflussungspartikeln 32 dargestellt ist, zeigt die 5 zum Beispiel eine unregelmäßigere Schüttung 30. Hier sind zwar ebenfalls regelmäßige geometrische Formen, zum Beispiel kugelförmig oder zylinderförmig, für die einzelnen Brandschutzpartikel 32 vorgesehen, jedoch sind sie mit unterschiedlichen Größen ausgestattet, so dass, wie die 5 gut zeigt, eine größere Schüttungsporosität entsteht, was zu einer erleichterten Strömung mit schnelleren Strömungsgeschwindigkeiten sowie größeren Volumenströmen an Temperiermittel durch den Brandschutzabschnitt 26 einhergeht. In der 5 ist darüber hinaus gut zu erkennen, dass zur Vermeidung einer Deplatzierung der Brandschutzpartikel 32 der Schüttung hier Abschnittswandungen 28 vorgesehen sind, welche gleichzeitig auch als Rückhaltevorrichtungen 40 dienen. Dabei handelt es sich um Gittereinsätze mit einer entsprechenden Gittergröße, welche ein Mitfördern der Brandschutzpartikel 32 mit dem strömenden Temperiermittel vermeidet und unterbindet.
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Die 2 zeigt, dass für eine erleichterte Strömung trotzdem eine Kombination mit der Brandschutzfunktionalität auch ein zentraler Freiraum, zum Beispiel eine zentrale Röhre, zur Verfügung gestellt werden kann, welche von den Brandschutzpartikeln 32 als Schüttung 30 umgeben wird.
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In der 6 ist eine Lösung dargestellt, welche insbesondere hinsichtlich des Herstellverfahrens große Vorteile mit sich bringt. So sind hier die Brandschutzpartikel 32 der Schüttung 30 als Brandschutzabschnitt 26 in einer Einsatzkammer 110 eines Beeinflussungseinsatzes 100 angeordnet. So kann ein Vorkonfektionieren dieses Brandschutzeinsatzes zur Verfügung gestellt werden, ohne dass die Schüttung erst während der finalen Herstellung der Temperiervorrichtung ausgebildet werden muss. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung und Verbesserung der Herstellung.
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In den 3 und 4 sind alternative Möglichkeiten dargestellt, wie die einzelnen Brandschutzpartikel weiter verbessert werden können. So zeigt die 3 einen Brandschutzpartikel 32 mit einem zentralen Hohlraum. Dieser ist gasdicht abgeschlossen und kann zum Beispiel ein Brandschutzgas oder ein Inertgas aufweisen. Durch die gasdichte Abschlussfunktionalität des Hohlraums ist sichergestellt, dass kein Temperiermittel in diesen Hohlraum eindringen kann, so dass durch die entsprechende Verdrängung das Gesamtgewicht der Temperiervorrichtung 10 reduziert werden kann. In der 4 ist ein Brandschutzpartikel 32 in poröser Ausgestaltung dargestellt, wobei hier sowohl offene als auch geschlossene Poren eingesetzt werden können.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Temperiervorrichtung
- 20
- Temperiermittelleitung
- 22
- Temperiermitteleingang
- 24
- Temperiermittelausgang
- 26
- Brandschutzabschnitt
- 28
- Abschnittswandung
- 30
- Schüttung
- 32
- Brandschutzpartikel
- 40
- Rückhaltevorrichtung
- 100
- Brandschutzeinsatz
- 110
- Einsatzkammer
- 200
- Batterievorrichtung
- SQ
- Strömungsquerschnitt
