DE102019107614A1

DE102019107614A1 - Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiespeichers sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019107614A1
Application number: DE102019107614.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Philipp Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem Speichergehäuse (2), welches einen Aufnahmeraum (3) aufweist, mit wenigstens einer in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten Speichereinrichtung (4) zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer Kühleinrichtung (9), welche wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers (1) durchströmbaren Kühlkanal (10) aufweist, außerdem umfassend wenigstens einen Gassensor (14), mittels welchem die infolge einer Leckage der Kühleinrichtung (9) aus der Kühleinrichtung (9) ausgetretene und in dem Aufnahmeraum (3) aufgenommene Kühlflüssigkeit erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, mit wenigstens einem solchen Energiespeicher.
Die AT 514746 B1 offenbart eine Anschlusseinheit, mit zumindest einem Kühlmittelanschluss für die Zufuhr oder Abfuhr eines Kühlmediums zu beziehungsweise von einem Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie, und mit zumindest einer Aufnahme für einen Sensor. Der Sensor kann ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder ein Gassensor sein.
Des Weiteren ist der DE 10 2008 059 965 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Lithium-Ionen-Batterie eines Fahrzeugs als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren werden mehrere Einzelzellen auf einer Kühlplatte aufgestellt. Die Kühlplatte ist in einem Innenraum eines zu der Batterie gehörigen Batteriegehäuses angeordnet und wird mit einer mit CO₂ betriebenen Klimaanlage des Fahrzeugs wärmeleitend verbunden. Außerdem offenbart die US 6 826 948 B1 eine Leckagedetektionseinrichtung für ein Flüssigkeitskühlsystem.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiespeichers und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass auf besonders einfache und insbesondere kostengünstige Weise ein besonders sicherer Betrieb des Energiespeichers realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Energiespeicher zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen und vorzugsweise für einen Personenkraftwagen. Der Energiespeicher weist wenigstens ein Speichergehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum aufweist beziehungsweise begrenzt. Beispielsweise ist der Energiespeicher als eine Batterie beziehungsweise als ein Akkumulator ausgebildet, sodass das Speichergehäuse auch als Batteriegehäuse bezeichnet wird. Der Energiespeicher umfasst darüber hinaus wenigstens eine in dem Aufnahmeraum angeordnete Speichereinrichtung, mittels welcher die elektrische Energie beziehungsweise der elektrische Strom, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden kann. Die Speichereinrichtung umfasst beispielsweise eine insbesondere als Batteriezelle ausgebildete Speicherzelle. Insbesondere kann die Speichereinrichtung mehrere, einzelne Speicherzellen, insbesondere Batteriezellen, umfassen. Ferner ist es denkbar, dass die Speichereinrichtung wenigstens ein Speichermodul oder mehrere Speichermodule umfasst, wobei das Speichermodul wenigstens eine oder mehrere Speicherzellen, insbesondere Batteriezellen, umfassen kann. Die Speichermodule beziehungsweise die Speicherzellen sind beispielsweise elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise weist die Speichereinrichtung wenigstens ein Gehäuse auf, in welchem ein, insbesondere flüssiger, Elektrolyt aufgenommen sein kann. Das Gehäuse ist beispielsweise ein Zellengehäuse der jeweiligen Speicherzelle. Alternativ oder zusätzlich ist in dem Gehäuse eine Elektrodenanordnung aufgenommen, welche zumindest teilweise in den Elektrolyten eingetaucht sein kann. Die Elektrodenanordnung umfasst beispielsweise wenigstens oder genau zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Die Elektrodenanordnung und der Elektrolyt werden dabei zum Speichern der elektrischen Energie genutzt.
Der Energiespeicher umfasst darüber hinaus eine Kühleinrichtung, welche wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers durchströmbaren Kühlkanal aufweist, Insbesondere können mittels der Kühlflüssigkeit und mittels des Kühlkanals der Aufnahmeraum und/oder das Speichergehäuse und/oder die Speichereinrichtung gekühlt werden. In einem gewünschten Soll-Zustand sind die Kühleinrichtung und somit insbesondere der Kühlkanal für die Kühlflüssigkeit dicht, sodass ein Austreten der Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung, insbesondere aus dem Kühlkanal, und ein daraus resultierendes Eintreten beziehungsweise Einströmen der Kühlflüssigkeit in den Aufnahmeraum an sich vermieden ist.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als sogenannter Traktionsspeicher, insbesondere als Traktionsbatterie, ausgebildet. Dies bedeutet, dass vorzugsweise mittels des Energiespeichers wenigstens eine zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine mit der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgbar ist, um dadurch das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben. Um dabei besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist der Energiespeicher vorzugsweise als Hochvolt-Komponente, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet. Dabei weist der Energiespeicher vorzugsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- beziehungsweise Nennspannung, auf, welche vorzugsweise größer als 50 Volt ist und besonders vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt.
Um nun auf besonders einfache und insbesondere kostengünstige Weise einen besonders sicheren Betrieb des Energiespeichers und somit des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, weist der Energiespeicher erfindungsgemäß wenigstens einen Gassensor auf. Mittels des Gassensors kann die infolge einer Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung ausgetretene und in dem Aufnahmeraum an sich beziehungsweise außerhalb der Kühleinrichtung aufgenommene Kühlflüssigkeit erfasst werden. Mit anderen Worten, kommt es zu einem von dem Soll-Zustand abweichenden, eigentlich ungewünschten Zustand des Energiespeichers, wobei die Kühleinrichtung, insbesondere der Kühlkanal, in dem von dem Soll-Zustand abweichenden Zustand wenigstens eine Leckage aufweist, so kann zumindest ein Teil der zunächst in der Kühleinrichtung, insbesondere dem Kühlkanal, aufgenommenen Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung, insbesondere aus dem Kühlkanal, austreten und in den Aufnahmeraum beziehungsweise in das Speichergehäuse an sich eintreten beziehungsweise einströmen.
Insbesondere weist die Kühleinrichtung beispielsweise einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkreislauf auf. Dabei umfasst der Kühlkreislauf den Kühlkanal beziehungsweise der Kühlkanal ist in dem Kühlkreislauf angeordnet. Infolge der genannten Leckage kann die Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf, welcher beispielsweise in dem Soll-Zustand für die Kühlflüssigkeit dicht ist, austreten und in den Aufnahmeraum einströmen. Der Gassensor ist nun dazu ausgebildet, die infolge der Leckage aus der Kühleinrichtung, insbesondere aus dem Kühlkanal, ausgetretene und in den Aufnahmeraum eingeströmte und somit in dem Aufnahmeraum aufgenommene Kühlflüssigkeit zu erfassen. Hierfür ist der Gassensor beispielsweise dazu ausgebildet, wenigstens eine Komponente der Kühlflüssigkeit zu erfassen, wobei die Komponente beispielsweise zumindest infolge der Leckage, das heißt zumindest infolgedessen, dass die Kühlflüssigkeit aufgrund der Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung austritt und in den Aufnahmeraum eintritt, gasförmig ist beziehungsweise wird und in der Folge mittels des Gassensors erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Auf diese Weise kann mittels des einfachen und kostengünstigen Gassensors auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Leckage erfasst und somit erkannt werden. Mit anderen Worten kann mittels des Gassensors durch das mittels des Gassensors bewirkte Erfassen der Kühlflüssigkeit die Leckage erfasst werden. Infolge des Erfassens der Leckage beziehungsweise infolge des Erfassens der in dem Aufnahmeraum aufgenommenen Kühlflüssigkeit kann wenigstens eine Sicherheitsmaßnahme, insbesondere aktiv, eingeleitet beziehungsweise durchgeführt werden. Die Sicherheitsmaßnahme umfasst beispielsweise, dass zumindest die Speichereinrichtung oder der Energiespeicher insgesamt von einem auch als Bordnetz bezeichneten, elektrischen Stromnetz des Kraftfahrzeugs getrennt wird.
Dadurch, dass die Kühleinrichtung beziehungsweise der Kühlkanal von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, ist eine sogenannte Flüssigkühlung oder Flüssigkeitskühlung des Energiespeichers realisierbar oder vorgesehen. Mit anderen Worten, die Kühlflüssigkeit ist ein flüssiges Kühlmedium, mittels welchem der Energiespeicher besonders effektiv und effizient gekühlt werden kann. Dabei liegen der Erfindung insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Eine Flüssigkühlung oder Flüssigkeitskühlung zur Kühlung eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers ermöglicht eine effektive und effiziente Kühlung des beispielsweise als Batteriespeicher ausgebildeten Energiespeichers, sodass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit des Energiespeichers realisiert werden kann. Kommt es zu einer Leckage der Flüssigkeitskühlung, sollte eine solche Leckage detektiert werden, da es ansonsten durch die elektrische Spannung, insbesondere an den Zellen beziehungsweise an der Speichereinrichtung, zu einer Elektrolyse der Kühlflüssigkeit kommen kann. In der Folge kann Knallgas entstehen. Durch die zuvor genannte Sicherheitsmaßnahme können die Elektrolyse und somit die Entstehung von Knallgas vermieden werden.
Eine Erfassung beziehungsweise Detektion der Leckage kann beispielsweise dadurch erfasst beziehungsweise erkannt werden, dass ein Druckverlust und/oder ein Leistungsabfall der Flüssigkeitskühlung erkannt wird. Mit anderen Worten, wird beispielsweise erfasst, dass ein Druck der Flüssigkeitskühlung beziehungsweise der Kühlflüssigkeit einen insbesondere vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet und/oder dass eine Leistung, insbesondere Kühlleistung, der Flüssigkeitskühlung eine insbesondere vorgegebene oder vorgebbare Grenze unterschreitet, so kann infolgedessen auf eine Leckage der Flüssigkeitskühlung rückgeschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, wenigstens eine oder mehrere Sensorelemente, insbesondere Sensormatten, zu verwenden. Das jeweilige Sensorelement ist beispielsweise in dem Aufnahmeraum angeordnet und verändert seine Leitfähigkeit und/oder Kapazität, wenn die Kühlflüssigkeit infolge einer Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung, insbesondere aus dem Kühlkanal, austritt, in den Aufnahmeraum einströmt und in der Folge das Sensorelement benetzt. Mit anderen Worten ändert das Sensorelement seine Leitfähigkeit und/oder Kapazität, wenn es infolge der Leckage mit Kühlflüssigkeit benetzt wird. Denkbar ist auch eine Detektion einer in dem Aufnahmeraum herrschenden Luftfeuchte. Alternativ oder zusätzlich kann ein Material mit Dochtwirkung um den Kühlkanal beziehungsweise um wenigstens eine von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Leitung der Kühleinrichtung gewickelt werden, wobei beispielsweise mittels des Materials eine elektrische Leitfähigkeit oder eine elektrische Leitfähigkeit des Materials, insbesondere elektrisch, gemessen wird. Beispielsweise kann der Kühlkanal durch eine auch als Kühlleitung bezeichnete Leitung gebildet sein. Tritt beispielsweise infolge einer Leckage Kühlflüssigkeit aus der Leitung aus, so kommt es zu einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere des Materials. Diese Änderung der elektrischen Leitfähigkeit kann mittels des Materials beziehungsweise mittels der Auswerteeinrichtung erkannt werden.
Es wurde jedoch gefunden, dass eine sehr große Menge der Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung austreten muss, um eine dieses Austreten bewirkende Leckage über den Druck in der Kühleinrichtung beziehungsweise über die verminderte Kühlleistung erkennen zu können. Die Verwendung von großflächigen Sensorelementen wie beispielsweise Sensormatten ist sehr gewichts- und kostenintensiv. Die in dem Aufnahmeraum herrschende Luftfeuchte als Indikator für eine Leckage ist ebenfalls weniger gut geeignet, da das Speichergehäuse und somit der Aufnahmeraum nicht luftdicht verschlossen sind, sondern durch wenigstens eine Membran ist ein Austausch von Luft zwischen dem Aufnahmeraum und einer Umgebung des Speichergehäuses möglich. Bei Temperaturwechseln kann es hier bereits zu einer Betauung kommen, sodass bereits der komplette Wertebereich im Normalbereich liegen kann. Auch die Verwendung eines Materials mit Dochtwirkung an dem Kühlkanal beziehungsweise an der Leitung ist material-, kosten- und gewichtsintensiv. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher vermieden werden, wobei eine etwaige Leckage der Kühleinrichtung sicher, präzise sowie kosten- und gewichtsgünstig mittels des Gassensors erfasst werden kann.
Um eine etwaige Leckage beziehungsweise die Leckage der Kühleinrichtung besonders präzise und kostengünstig erfassen zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit wenigstens eine Komponente aufweist, welche zumindest infolge der Leckage der Kühleinrichtung mittels des Gassensors erfassbar ist. Die Kühlflüssigkeit umfasst beispielsweise wenigstens einen mehrwertigen Alkohol, welcher gegenüber einem einwertigen Alkohol höherwertig und somit wenigstens zweiwertig ist. Mit anderen Worten kann ein mehrwertiger Alkohol ein wenigstens oder genau zweiwertiger Alkohol sein. Bei dem zweiwertigen Alkohol kann es sich insbesondere um Glykol handeln. Dadurch kann ein Einfrieren der Kühlflüssigkeit bei geringen Temperaturen sicher vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlflüssigkeit Wasser, das heißt H₂O, umfassen. Insbesondere ist die Kühlflüssigkeit ein Gemisch, welches zumindest Wasser und wenigstens einen mehrwertigen, das heißt mindestens zweiwertigen, Alkohol umfasst. Außerdem ist die Kühlflüssigkeit mit der zuvor genannten Komponente versetzt. Mit anderen Worten ist die Komponente der Kühlflüssigkeit beigesetzt. Die Komponente ist vorzugsweise ein von Wasser unterschiedlicher Stoff. Außerdem ist die Komponente vorzugsweise ein von einem mehrwertigen Alkohol unterschiedlicher Stoff. Dabei ist es vorgesehen, dass die Kühleinrichtung und somit der Energiespeicher die Kühlflüssigkeit umfassen beziehungsweise die Kühlflüssigkeit ist Bestandteil der Kühleinrichtung und somit des erfindungsgemäßen Energiespeichers. Die Komponente ist beispielsweise zumindest infolge der Leckage gasförmig beziehungsweise die Komponente wird beispielsweise zumindest infolge der Leckage und dabei in dem Aufnahmeraum gasförmig, sodass die Komponente, insbesondere im gasförmigen Zustand, mittels des Gassensors erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird.
Um die Leckage der Kühleinrichtung besonders frühzeitig, präzise und kostengünstig erkennen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Komponente wenigstens eine flüchtige organische Verbindung (VOC - Volatile Organic Compound) aufweist.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine flüchtige organische Komponente ein einwertiger Alkohol, insbesondere Ethanol, ist. Dadurch kann eine etwaige Leckage der Kühleinrichtung besonders frühzeitig, präzise sowie kosten- und gewichtsgünstig erfasst werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung einen Siedepunkt auf, welcher in einem Bereich von einschließlich 50 Grad Celsius bis einschließlich 260 Grad Celsius, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 70 Grad Celsius bis einschließlich 200 Grad Celsius, liegt. Dadurch kann eine etwaige Leckage der Kühleinrichtung besonders frühzeitig, das heißt bereits dann erkannt werden, wenn eine nur geringe Menge der Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung ausgeströmt und in der Folge in dem Aufnahmeraum außerhalb der Kühleinrichtung aufgenommen ist.
Unter dem Merkmal, dass mittels des Gassensors die infolge der Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung ausgetretene und in dem Aufnahmeraum aufgenommene Kühlflüssigkeit erfassbar ist, kann insbesondere verstanden werden, dass mittels des Gassensors die Kühlflüssigkeit erfasst werden kann, die infolge der Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung, insbesondere aus dem Kühlkanal, ausgeströmt ist und sich infolgedessen in dem Aufnahmeraum und dabei außerhalb der Kühleinrichtung, insbesondere außerhalb des Kühlkanals beziehungsweise außerhalb des Kühlkreislaufs, befindet.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung einen Siedepunkt aufweist, welcher geringer als 100 Grad Celsius, insbesondere geringer als 80 Grad Celsius, ist. Hierdurch ist die flüchtige organische Verbindung besonders flüchtig, sodass beispielsweise bereits dann eine hinreichend große Menge an flüchtigen und vorzugsweise gasförmigen sowie mittels des Gassensors erfassbaren Bestandteilen aus der flüchtigen organischen Verbindung infolge der Leckage in dem Aufnahmeraum sammeln beziehungsweise entstehen und mittels des Gassensors erfasst werden kann, wenn eine nur geringe Menge der Kühlflüssigkeit infolge der Leckage aus der Kühleinrichtung ausgetreten und in der Folge außerhalb der Kühleinrichtung in dem Aufnahmeraum aufgenommen ist. Mit anderen Worten kann somit bereits kurze Zeit nach dem Auftreten der Leckage eine Menge an flüchtigen Bestandteilen aus der flüchtigen organischen Verbindung in dem Aufnahmeraum entstehen, wobei diese Menge hinreichend groß ist, um mittels des Gassensors erfasst werden zu können. Somit kann die Leckage besonders kurze Zeit nach ihrer Entstehung erkannt werden.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung bei 24 Grad Celsius Umgebungstemperatur und 1.013 Millibar Umgebungsdruck flüssig ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung in einer Umgebung, in welcher 24 Grad Celsius Umgebungstemperatur und 1.013 Millibar Umgebungsdruck herrschen, flüssig ist. Hierdurch kann der Gassensor die Verbindung beziehungsweise flüchtige, beziehungsweise gasförmige Bestandteile der Verbindung und somit die Kühlflüssigkeit und in der Folge die Leckage besonders frühzeitig und präzise erfassen.
Um die Kosten des Energiespeichers besonders gering halten und die Komponente und somit die Kühlflüssigkeit und die Leckage besonders frühzeitig und sicher erfassen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gassensor als ein Metalloxid-Sensor beziehungsweise als ein Metalloxid-Gassensor ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei der Gassensor als ein Metalloxid-Halbleitergassensor (MOX) ausgebildet sein. Hierdurch können die Komponente und in der Folge die Leckage besonders präzise und kostengünstig erfasst werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Energiespeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung betrieben. Bei dem Verfahren weist der Energiespeicher ein Speichergehäuse mit einem Aufnahmeraum auf. Außerdem weist der Energiespeicher wenigstens eine in dem Aufnahmeraum angeordnete Speichereinrichtung zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern der elektrischen Energie auf. Außerdem weist der Energiespeicher im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kühleinrichtung auf, welche wenigstens eine von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers durchströmbaren Kühlkanal aufweist.
Um nun auf besonders kostengünstige Weise einen besonders sicheren Betrieb des Energiespeichers realisieren zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels wenigstens eines Gassensors die Kühlflüssigkeit, welche infolge einer Leckage der Kühleinrichtung aus der Kühleinrichtung ausgetreten und in dem Aufnahmeraum, insbesondere außerhalb der Kühleinrichtung, aufgenommen ist, erfasst wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Energiespeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Insbesondere können bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher der Materialeinsatz und die Installationskosten gering gehalten werden, da vorzugsweise genau beziehungsweise lediglich ein Sensor in Form des Gassensors zum Einsatz kommt, um die Kühlflüssigkeit und in der Folge die Leckage zu erfassen. Vorzugsweise ist der Gassensor ein kostengünstiger Metalloxid-Sensor. Der Metalloxid-Sensor ist vorzugsweise ein VOC-Sensor, welcher auf wenigstens einem Metalloxid basiert und dazu ausgebildet ist, die zuvor genannte wenigstens eine flüchtige oder organische Verbindung zu erfassen. Die Komponente, insbesondere die flüchtige organische Verbindung, ist ein flüchtiges Additiv der Kühlflüssigkeit. Zumindest dann, wenn die Kühlflüssigkeit und somit das Additiv infolge der Leckage aus der Kühleinrichtung austreten und in der Folge in dem Aufnahmeraum außerhalb der Kühleinrichtung angeordnet sind, verflüchtigen sich flüchtige Bestandteile des Additivs aus dem Additiv und somit aus der Kühlflüssigkeit. Die flüchtigen Bestandteile sind beispielsweise gasförmig und sammeln sich in dem Aufnahmeraum und können bereits in geringer Menge mittels des Gassensors erfasst werden. In der Folge kann die Leckage besonders frühzeitig erkannt werden.
Dadurch, dass der Aufnahmeraum einen zumindest im Wesentlichen abgeschlossenen Raum darstellt, kann der Gassensor zumindest nahezu beliebig in dem Speichergehäuse, insbesondere dem Aufnahmeraum, angeordnet werden, sodass der Gassensor eine Konstruktion des Speichergehäuses nicht übermäßig beeinflusst, insbesondere im Vergleich zu der Verwendung einer Sensormatte oder eines Materials mit Dochtwirkung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen Energiespeicher 1 zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher 1 umfasst. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Der Energiespeicher 1 ist dabei ein Traktionsspeicher, mittels welchem die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher 1 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, um dadurch das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch anzutreiben. Um dabei besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, sind die elektrische Maschine und der Energiespeicher 1 vorzugsweise als Hochvolt-Komponenten ausgebildet. Die jeweilige Hochvolt-Komponente weist dabei vorzugsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- oder Nennspannung, auf, welche vorzugsweise größer als 50 Volt ist und besonders vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Insbesondere kann der Energiespeicher 1 als eine Batterie beziehungsweise als ein Akkumulator ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass mittels des Energiespeichers 1 die elektrische Energie elektrochemisch zu speichern ist beziehungsweise gespeichert wird.
Der Energiespeicher 1 weist ein Speichergehäuse 2 auf, welches auch als Batteriegehäuse bezeichnet wird. Außerdem weist der Energiespeicher 1 einen Aufnahmeraum 3 auf, welcher durch das Speichergehäuse 2 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Somit weist das Speichergehäuse 2 den Aufnahmeraum 3 auf. Der Energiespeicher 1 umfasst darüber hinaus wenigstens eine in dem Aufnahmeraum 3 angeordnete Speichereinrichtung 4 zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern der elektrischen Energie. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Speichereinrichtung 4 beispielsweise ein Speichermodul, welches als ein Batteriemodul ausgebildet sein kann. Insbesondere kann der Energiespeicher 1 mehrere Speichermodule umfassen, welche in dem Aufnahmeraum 3 angeordnet und/oder elektrisch miteinander verbunden sein können.
Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Speichereinrichtung 4 mehrere Speicherzellen 5 auf, welche beispielsweise als Batteriezellen ausgebildet sind. Insbesondere ist die jeweilige Speicherzelle 5 als eine Lithium-Ionen-Speicherzelle ausgebildet, sodass der Energiespeicher 1 beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist. Die jeweilige Speicherzelle 5 ist beispielsweise eine Batteriezelle. Die jeweilige Speicherzelle 5 weist beispielsweise ein Zellengehäuse 6 auf, in dessen durch das jeweilige Zellengehäuse 6 begrenzten Innenraum 7 ein in der Fig. nicht erkennbarer und vorzugsweise flüssiger Elektrolyt aufgenommen ist. Außerdem ist in dem jeweiligen Innenraum 7 eine jeweilige, in der Fig. besonders schematisch dargestellte Elektrodenanordnung 8 der jeweiligen Speicherzelle 5 aufgenommen. Beispielsweise ist die Elektrodenanordnung 8 zumindest teilweise in den Elektrolyten eingetaucht und somit in dem Elektrolyten aufgenommen. Die jeweilige Elektrodenanordnung 8 weist beispielsweise wenigstens oder genau zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Dabei wird mittels des Elektrolyten und der jeweiligen Elektrodenanordnung 8 die elektrische Energie gespeichert. Insbesondere kann die elektrische Energie mittels der Elektrodenanordnung 8 und mittels des Elektrolyten aus der jeweiligen Speicherzelle 5 abgeführt und somit der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Außerdem kann die elektrische Energie mittels der Elektrodenanordnung 8 und mittels des Elektrolyten in die jeweilige Speicherzelle 5 eingespeichert werden.
Der Energiespeicher 1 weist darüber hinaus eine Kühleinrichtung 9 auf, welche wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers 1 durchströmbaren Kühlkanal 10 umfasst. Insbesondere umfasst die Kühleinrichtung 9 einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkreislauf 11, welcher den Kühlkanal 10 umfasst. Mit anderen Worten ist der Kühlkanal 10 in dem Kühlkreislauf 11 angeordnet. In dem Kühlkreislauf 11 ist beispielsweise auch eine Pumpe 12 angeordnet, mittels welcher die Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf 11 und somit durch den Kühlkanal 10 hindurchgefördert werden kann. Beispielsweise ist die Pumpe 12 eine elektrisch betreibbare Pumpe. Außerdem ist in dem Kühlkreislauf 11 wenigstens ein von der Kühlflüssigkeit durchströmbarer Kühler 13 angeordnet, mittels welchem die Kühlflüssigkeit gekühlt werden kann. Der mittels der Kühlflüssigkeit und mittels des Kühlkanals 10 und somit mittels der Kühleinrichtung 9 kühlbare Teil des Energiespeichers 1 kann zumindest die Speichereinrichtung 4 umfassen, sodass die Speichereinrichtung 4 mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt werden kann.
Um nun auf besonders einfache und insbesondere kosten- und gewichtsgünstige Weise einen besonders sicheren Betrieb des Energiespeichers 1 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, weist der Energiespeicher 1, insbesondere wenigstens oder genau, einen Gassensor 14 auf, mittels welchem die infolge einer Leckage der Kühleinrichtung 9, insbesondere des Kühlkanals 10, aus der Kühleinrichtung 9 ausgetretene und in dem Aufnahmeraum 3 außerhalb der Kühleinrichtung 9 aufgenommene Kühlflüssigkeit erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird.
Die Kühlflüssigkeit umfasst beispielsweise Wasser und wenigstens oder genau einen mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen, Alkohol. Bei dem mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen, Alkohol kann es sich beispielsweise um Glykol handeln. Mit anderen Worten ist die Kühlflüssigkeit vorzugsweise ein, insbesondere flüssiges, Gemisch, welches zumindest Wasser und den mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen, Alkohol, insbesondere Glykol, umfassen kann. Hierdurch kann die Speichereinrichtung 4 effektiv und effizient gekühlt werden, und ein Einfrieren der Kühlflüssigkeit bei geringen Temperaturen kann sicher vermieden werden.
Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit beziehungsweise das Gemisch wenigstens eine von dem mehrwertigen Alkohol und von dem Wasser unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Komponente aufweist, welche zumindest infolge der Leckage der Kühleinrichtung, insbesondere in dem Aufnahmeraum 3 und außerhalb der Kühleinrichtung 9, gasförmig ist oder wird und in der Folge mittels des Gassensors 14 erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Hierzu weist die Komponente wenigstens eine flüchtige organische Verbindung auf, welche vorzugsweise ein einwertiger Alkohol, insbesondere Ethanol, ist. Tritt somit infolge einer Leckage der Kühleinrichtung 9 zumindest ein Teil der zunächst in der Kühleinrichtung 9 beziehungsweise in dem Kühlkreislauf 11 aufgenommenen Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung 9 aus, sodass zumindest der Teil der Kühlflüssigkeit außerhalb der Kühleinrichtung 9 in dem Aufnahmeraum 3 aufgenommen ist, so verflüchtigen sich flüchtige Bestandteile der Verbindung aus der Verbindung und somit aus der Kühlflüssigkeit. Die flüchtigen und vorzugsweise gasförmigen Bestandteile aus der Verbindung beziehungsweise aus der Kühlflüssigkeit sammeln sich, insbesondere im gasförmigen Zustand, in dem Aufnahmeraum 3 und können in bereits geringer Konzentration beziehungsweise Menge in dem Aufnahmeraum 3 mittels des Gassensors 14 erfasst werden. In der Folge kann die in dem Aufnahmeraum 3 und außerhalb der Kühleinrichtung 9 aufgenommene Kühlflüssigkeit erfasst werden, sodass in der Folge die Leckage besonders frühzeitig erkannt werden kann. Um die Kosten und das Gewicht des Energiespeichers 1 besonders gering zu halten, ist der Gassensor vorzugsweise als ein Metalloxid-Gassensor, das heißt als ein Metalloxid-Sensor ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeicher
2: Speichergehäuse
3: Aufnahmeraum
4: Speichereinrichtung
5: Speicherzelle
6: Zellengehäuse
7: Innenraum
8: Elektrodenanordnung
9: Kühleinrichtung
10: Kühlkanal
11: Kühlkreislauf
12: Pumpe
13: Kühler
14: Gassensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

AT 514746 B1 [0002]
DE 102008059965 A1 [0003]
US 6826948 B1 [0003]

Claims

Energiespeicher (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem Speichergehäuse (2), welches einen Aufnahmeraum (3) aufweist, mit wenigstens einer in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten Speichereinrichtung (4) zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer Kühleinrichtung (9), welche wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers (1) durchströmbaren Kühlkanal (10) aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens einen Gassensor (14), mittels welchem die infolge einer Leckage der Kühleinrichtung (9) aus der Kühleinrichtung (9) ausgetretene und in dem Aufnahmeraum (3) aufgenommene Kühlflüssigkeit erfassbar ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit wenigstens eine Komponente aufweist, welche zumindest infolge der Leckage der Kühleinrichtung (9) mittels des Gassensors (14) erfassbar ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente wenigstens eine flüchtige organische Verbindung aufweist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung ein einwertiger Alkohol, insbesondere Ethanol, ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung einen Siedepunkt aufweist, welcher in einem Bereich von einschließlich 50 Grad Celsius bis einschließlich 260 Grad Celsius, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 70 Grad Celsius bis einschließlich 200 Grad Celsius, liegt.
Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung einen Siedepunkt aufweist, welcher geringer als 100 Grad Celsius, insbesondere geringer als 80 Grad Celsius, ist.
Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüchtige organische Verbindung bei 24 Grad Celsius Umgebungstemperatur und 1013 Millibar Umgebungsdruck flüssig ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (14) als ein Metalloxid-Sensor ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, bei welchem der Energiespeicher (1) aufweist: - ein Speichergehäuse (2), welches einen Aufnahmeraum (3) aufweist; - wenigstens eine in dem Aufnahmeraum (3) angeordnete Speichereinrichtung (4) zum Speichern der elektrischen Energie; und - eine Kühleinrichtung (9), welche wenigstens einen von einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen zumindest eines Teils des Energiespeichers (1) durchströmbaren Kühlkanal (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet dass mittels wenigstens eines Gassensor (14) die Kühlflüssigkeit, welche infolge einer Leckage der Kühleinrichtung (9) aus der Kühleinrichtung (9) ausgetreten und in dem Aufnahmeraum (3) aufgenommen ist, erfasst wird.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.