DE102019216051A1 - Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie - Google Patents

Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie Download PDF

Info

Publication number
DE102019216051A1
DE102019216051A1 DE102019216051.4A DE102019216051A DE102019216051A1 DE 102019216051 A1 DE102019216051 A1 DE 102019216051A1 DE 102019216051 A DE102019216051 A DE 102019216051A DE 102019216051 A1 DE102019216051 A1 DE 102019216051A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fluid
cooling
pressure
condensing
traction battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019216051.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Moritz Lipperheide
Hartmut Wolf
Felix Haas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kautex Textron GmbH and Co KG
Original Assignee
Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kautex Textron GmbH and Co KG filed Critical Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority to DE102019216051.4A priority Critical patent/DE102019216051A1/de
Priority to PCT/EP2020/078983 priority patent/WO2021074264A1/de
Publication of DE102019216051A1 publication Critical patent/DE102019216051A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zur Anbringung an einem Fahrzeug (1) zur Bildung einer Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) des Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Einlass (32) für gasförmiges Fluid (19), einem Auslass (33) für kondensiertes Fluid (19), und einem Wärmetauscherelement (31) zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid (19) und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung (35) davon. Die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) eine Druckausgleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum (34) der Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und der äußeren Umgebung (35) aufweist. Die vorliegende Erfindung offenbart außerdem eine Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) eines Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Kühlkreislauf (42), wobei die Kühlvorrichtung (6) eine Druckausgleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an einem Fahrzeug zur Bildung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einem Einlass für gasförmiges Fluid, einem Auslass für kondensiertes Fluid, und einem Wärmetauscherelement zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung davon.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einen Kühlkreislauf umfassend eine Verdampfungsvorrichtung zur Anbringung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie, wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an dem Fahrzeug außerhalb des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie, und wenigstens eine Verbindungsleitung, die in der Verdampfungsvorrichtung verdampftes Fluid zu der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und kondensiertes Fluid von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zurück zu der Verdampfungsvorrichtung leitet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer oben angegebenen Kühlvorrichtung, wobei die Traktionsbatterie mit ihrem Gehäusekörper und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung außerhalb der Traktionsbatterie in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrichtung angebracht ist, und ein Fluid in der Kühlvorrichtung aufgenommen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung und einem darin aufgenommenen Fluid, umfassend die Schritte Verdampfen des flüssigen Fluides in einer Verdampfungsvorrichtung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen der Traktionsbatterie, Transportieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu wenigstens einer Kondensierungsvorrichtung, die an dem Fahrzeug angebracht ist, Kondensieren des verdampften Fluides in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung, und Transportieren des kondensierten Fluides von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zu der Verdampfungsvorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Hochleistungsbatterien bekannt. In solchen Hochleistungsbatterien, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterien von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb Verwendung finden, werden beim Laden und Entladen hohe Leistungen umgesetzt. Solche Hochleistungsbatterien können aktuell mit Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt betrieben werden. Außerdem können aktuell Lade- und Entladeströme von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere auftreten. Für zukünftige Entwicklungen sind prinzipiell auch höhere Spannungen und Ströme möglich.
  • In den Hochleistungsbatterien verursachen die großen Lade- und Entladeströme große thermische Verluste, die zu einer Erwärmung der Hochleistungsbatterien führen. Um die Batterien vor thermischer Beschädigung zu schützen und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es wichtig, die Hochleistungsbatterien in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten. Um ein Überschreiten des Temperaturbereichs zu vermeiden, muss Wärme aus den Batterien abgeführt werden. Dies ist umso wichtiger, je größere Ströme und damit einhergehend größere thermische Verluste auftreten, damit die Batterien auch bei solchen großen Strömen in dem gewünschten Temperaturbereich bleiben. Aktuelle Batteriezellen in Lithium-Ionen Technik arbeiten am besten in einem engen Temperaturbereich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Temperaturhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen. Bei solchen Bedingungen können ein sicherer Betrieb der Hochleistungsbatterien und eine lange Lebensdauer mit gleichbleibender Performance erreicht werden.
  • Um diese Bedingungen sicherzustellen und ein Überschreiten des Temperaturbereichs zu vermeiden, werden Batteriezellen von aktuellen Hochleistungsbatterien im Betrieb, d.h. beim Laden und/oder Entladen, gekühlt. Dabei werden aktuell verschiedene Arten der Kühlung verwendet. So kann beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung mit einem von einem flüssigen Wärmetransportmedium durchströmten Wärmeübertrager erfolgen. Der Wärmeübertrager ist meist unter den Batteriezellen angeordnet, wobei der Wärmeübertrager über einen Kontaktwärmeübergang wärmeleitfähig mit den Batteriezellen verbunden ist. Dabei wird die Wärmekapazität des flüssigen Wärmetransportmediums verwendet, um von den Batteriezellen bzw. der jeweiligen Batterie insgesamt abgegebene Wärme über eine Temperaturdifferenz aufzunehmen und entweder direkt an die Umgebung oder über einen Klimakreislauf abzugeben. Als Wärmetransportmedium werden dabei beispielsweise elektrisch leitfähiges Wasser oder eine ebenfalls elektrisch leitfähige Wasser-Glykol-Mischung verwendet, weshalb eine zuverlässige Trennung des Wärmetransportmediums von den Batteriezellen erforderlich ist.
  • Eine ähnliche Kühlung kann auch mit Luft als Wärmetransportmedium realisiert werden. Da Luft im Gegensatz zu Wasser nicht elektrisch leitend ist, können die Batteriezellen in direktem Kontakt mit dem Wärmetransportmedium stehen und beispielsweise davon umströmt werden. Ein Wärmeübertrager ist daher nicht zwingend erforderlich.
  • Bei aktuell verfügbaren Systemen erfolgt eine aktive Zirkulation des Wärmetransportmediums, um die abgegebene Wärme durch Konvektion abzuführen. Bei der aktiven Zirkulation wird das Wärmetransportmedium aktiv zirkuliert, um die Wärme von den Batteriezellen abzuführen.
  • Als Weiterentwicklung der Flüssigkeitskühlung mit einem Wärmeübertrager in Kontakt zu den Batteriezellen kann das flüssige Wärmetransportmedium durch die Wärmeaufnahme von dem Wärmeübertrager verdampft werden, was zu höheren Wärmeübergängen und durch die Verdampfungsenthalpie zu einer hohen Wärmeaufnahme pro Masse des Wärmetransportmediums führt. Nach einer Kondensation kann das Wärmetransportmedium wieder dem Wärmeübertrager im flüssigen Zustand zugeführt werden.
  • Teilweise sind auch Systeme zur Kühlung mit einem flüssigen Wärmetransportmedium in der Entwicklung, beispielsweise bei der industriellen Anwendung für Hochvolt-Traktionsbatterien, die auf einen Wärmeübertrager in Kontakt mit den Batteriezellen verzichten. Vergleichbar mit der Verwendung von Luft als Wärmetransportmedium, erfolgt die Kühlung über eine direkte Umströmung der zu kühlenden Komponenten mit dem flüssigen Wärmetransportmedium. Eine wichtige Eigenschaft des flüssigen Wärmetransportmediums ist daher dessen Dielektrizität, da das Wärmetransportmedium in direktem Kontakt mit den Batteriezellen steht, d.h. mit elektrisch leitenden und potentialführenden Komponenten. Darüber hinaus kann auch bei dem dielektrischen, flüssigen Wärmetransportmedium dessen Verdampfungsenthalpie und der damit verbundene hohe Wärmeübergang genutzt werden, wenn das Wärmetransportmedium durch den Wärmeeintrag von den zu kühlenden Batteriezellen während des Wärmeüberganges verdampft. Eine solche Kühlung wird als Zwei-Phasen Immersionskühlung bezeichnet.
  • Bei solchen Systemen mit einer aktiven Zirkulation sind sowohl Gewicht und Energieverbrauch durch zusätzliche Aggregate wie Kompressor oder Pumpe erhöht. Außerdem erfolgt bei einem Stromausfall im Fahrzeug keine Kühlung der Batteriezellen, was insbesondere im Zusammenhang mit einer vorher erfolgten hohen Leistungsabgabe problematisch ist und zu einem Wärmestau führen kann.
  • Prinzipiell sind auch Systeme mit einer passiven Zirkulation bekannt, bei denen in der Kühlvorrichtung gasförmiges Fluid aufgrund seiner geringeren Dichte aus der Verdampfungsvorrichtung in die Kondensierungsvorrichtung strömt, und kondensiertes Fluid schwerkraftgetrieben von der Kondensierungsvorrichtung zurück in die Verdampfungsvorrichtung strömt. Bei der Verwendung eines Fluides mit einer Siedetemperatur im Bereich einer Umgebungstemperatur bei Normdruck können sich Druckänderungen in der Kühlvorrichtung ergeben, so dass ein Druck in der Kühlvorrichtung von einem Unterdruck bis hin zu einem Überdruck von mehreren bar variieren kann. Eine Bereitstellung einer Kühlvorrichtung und/oder einer Traktionsbatterie wird aber durch eine erforderliche Unterdruckstabilität erschwert, was den Komplexitätsgrad davon bei der Herstellung erhöht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensierungsvorrichtung, eine Kühlvorrichtung, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug und ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, die eine effiziente Kühlung von Batteriezellen der Traktionsbatterie bei einem geringen Gewicht und einer hohen Zuverlässigkeit ermöglichen.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Kondensierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kondensierungsvorrichtung sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
  • Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an einem Fahrzeug zur Bildung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einem Einlass für gasförmiges Fluid, einem Auslass für kondensiertes Fluid, und einem Wärmetauscherelement zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung davon gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Kondensierungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensierungsvorrichtung eine Druckausgleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum der Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlvorrichtung sind in den von Anspruch 10 abhängigen Ansprüchen 11 bis 13 beschrieben.
  • Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Fluid gelöst. Die Kühlvorrichtung weist einen Kühlkreislauf auf, umfassend eine Verdampfungsvorrichtung zur Anbringung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie, wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an dem Fahrzeug außerhalb des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie, und wenigstens eine Verbindungsleitung, die in der Verdampfungsvorrichtung verdampftes Fluid zu der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und kondensiertes Fluid von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zurück zu der Verdampfungsvorrichtung leitet.
  • Die Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druckausgleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird zusätzlich durch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
  • Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zusätzlich durch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer oben angegebenen Kühlvorrichtung, wobei die Traktionsbatterie mit ihrem Gehäusekörper und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung außerhalb der Traktionsbatterie in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrichtung angebracht ist, und ein Fluid in der Kühlvorrichtung aufgenommen ist, gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den von Anspruch 15 abhängigen Ansprüchen 16 bis 22 beschrieben.
  • Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung und einem darin aufgenommenen Fluid gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte Verdampfen des flüssigen Fluides in einer Verdampfungsvorrichtung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen der Traktionsbatterie, Transportieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu wenigstens einer Kondensierungsvorrichtung, die an dem Fahrzeug angebracht ist, und Kondensieren des verdampften Fluides in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung, und Transportieren des kondensierten Fluides von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zu der Verdampfungsvorrichtung.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt zum Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.
  • Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlkreislauf zur Kühlung von Traktionsbatterien von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen dadurch zu verbessern, dass ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der äußeren Umgebung durchgeführt wird. Dies kann verschiedene Vorteile für den Kühlkreislauf und die Traktionsbatterie bewirken. So kann bei einem sich in der Kühlvorrichtung und damit in der Traktionsbatterie bildenden Unterdruck eine Belüftung erfolgen, d.h. es wird Belüftungsgas zugeführt, beispielsweise Umgebungsluft, wodurch der Druck darin steigt. Damit können kritische Unterdrücke in der Kühlvorrichtung und damit in der Traktionsbatterie vermieden werden. Entsprechend können Anforderungen an eine unterdruckstabile Ausgestaltung des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie oder auch der Kühlvorrichtung reduziert werden, wodurch ein Komplexitätsgrad davon bei der Herstellung reduziert wird. Die Belüftung kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Innenraums des Kühlkreislaufs erfolgen. Der Innenraum ist ein prinzipiell beliebiger Teil des Kühlkreislaufs, durch den das Fluid strömt, und schließt einen Innenraum der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung ein.
  • Außerdem kann bei einem sich in der Kühlvorrichtung und damit in der Traktionsbatterie bildenden Überdruck eine Entlüftung erfolgen, d.h. es wird Gas aus dem Kühlkreislauf abgelassen, wodurch der Druck darin fällt. Das Ablassen des Gases erfolgt bei einem Kühlkreislauf vorzugsweise aus der Kondensierungsvorrichtung, in der sich gasförmiges Fluid zum Kondensieren sammelt. Dadurch können hohe Drücke in dem Kühlkreislauf vermieden werden. Außerdem ist es möglich, Belüftungsgas von einer vorherigen Belüftung aus dem Kühlkreislauf als Entlüftungsgas abzulassen. Das Belüftungsgas weist üblicherweise eine niedrigere Siedetemperatur als das Fluid auf. Das Entlüften zum Ablassen des Belüftungsgases gewährleistet eine hohe Effizienz des Kühlkreislaufes und eine ausreichende Kühlung der Traktionsbatterie. Phasenübergänge des Fluides in der Kühlvorrichtung können einfach erreicht werden, insbesondere beim Kondensieren in der Kondensierungsvorrichtung. Nach dem Belüften mit dem Belüftungsgas erfolgt in der Kühlvorrichtung eine Vermischung des Belüftungsgases mit dem gasförmigen Fluid zu einem Gasgemisch. Dadurch wird der Wärmeübergang insbesondere in der Kondensierungsvorrichtung prinzipiell verschlechtert. Entsprechend kann eine Entlüftung über die Druckausgleichsvorrichtung durch Ablassen von Entlüftungsgas durchgeführt werden. Bevorzugt wird bei der Entlüftung das beim vorherigen Belüften aufgenommene Belüftungsgas abgelassen, um die Konzentration des gasförmigen Fluides in dem Kühlkreislauf zu erhöhen. Prinzipiell kann aber auch gasförmiges Fluid oder eine Mischung aus gasförmigem Fluid und dem Belüftungsgas als Entlüftungsgas abgelassen werden. Dabei kann zusätzlich das Entlüftungsgas gesammelt werden, um dieses dem Kühlkreislauf als Belüftungsgas wieder zuzuführen. Es können prinzipiell beliebige Gase oder Gasgemische als Be- und Entlüftungsgas verwendet werden.
  • Die Druckausgleichsvorrichtung weist beispielsweise eine Druckausgleichsöffnung auf, über welche der Druckausgleich durchgeführt werden kann. Die Druckausgleichsvorrichtung kann separate Vorrichtungen zur Belüftung und zur Entlüftung aufweisen, oder diese Funktionen integral bereitstellen.
  • Die Kondensierungsvorrichtung umfasst das Wärmetauscherelement zur Abgabe von Wärme aus dem gasförmigen Fluid an die Umgebung. Das gasförmige Fluid tritt über den Einlass in das Wärmetauscherelement ein, kondensiert unter Abgabe von Wärme, und tritt als kondensiertes Fluid über den Auslass aus dem Wärmetauscherelement aus. Einlass und Auslass können als eine einzelne Öffnung ausgeführt sein, die beide Funktionen realisiert. Typischerweise sind der Einlass und der Auslass durch separate Öffnungen realisiert.
  • Das Fahrzeug ist ein prinzipiell beliebiges Fahrzeug mit elektrischem Antrieb. Das Fahrzeug kann ausschließlich einen elektrischen Antrieb aufweisen, oder als sogenanntes Hybridfahrzeug eine Kombination aus verschiedenen Antriebsarten aufweisen.
  • Die Traktionsbatterie ist vorzugsweise eine Hochleistungsbatterie, die mit Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere betrieben werden kann. Für zukünftige Entwicklungen sind prinzipiell auch höhere Spannungen und Ströme möglich. Um die Hochleistungsbatterie vor thermischer Beschädigung zu schützen und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, wird die Traktionsbatterie in einem gewünschten Temperaturbereich gehalten. Aktuelle Batteriezellen solcher Traktionsbatterien sind beispielsweise in Lithium-Ionen Technik hergestellt und arbeiten am besten in einem engen Temperaturbereich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Temperaturhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen.
  • Die Batteriezellen können einzeln oder als Einheiten/Blöcke/Module mit mehreren Batteriezellen in dem Gehäusekörper der Traktionsbatterie aufgenommen sein. Dazu kann der Gehäusekörper geeignete Aufnahmepositionen aufweisen, in denen die Batteriezellen jeweils einzeln oder zu mehreren oder als Batteriemodul aufgenommen sind.
  • Bei der Kühlvorrichtung kann die Druckausgleichsvorrichtung prinzipiell unterschiedlich angeordnet sein, beispielsweise als Teil der Kondensierungsvorrichtung. Die Kühlvorrichtung kann zusätzlich weitere Kondensierungsvorrichtungen umfassen, die mit Druckausgleichsvorrichtung oder als konventionelle Kondensierungsvorrichtungen ohne Druckausgleichsvorrichtung ausgeführt sind.
  • Die Verdampfungsvorrichtung ist ein Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, in dem Wärme von den Batteriezellen der Traktionsbatterie an das flüssige Fluid übertragen wird, so dass dieses verdampfen kann. Eine solche Verdampfungsvorrichtung ist auch als Verdampfer bekannt. Die Kondensierungsvorrichtung ist ebenfalls ein Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, der Wärme von dem gasförmigen Fluid aufnimmt und an eine Umgebung abgibt, so dass das gasförmige Fluid kondensiert. Eine solche Kondensierungsvorrichtung ist auch als Dampfkondensator oder Verflüssiger bekannt.
  • Die Traktionsbatterie mit der Verdampfungsvorrichtung ist vorzugsweise in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet, besonders bevorzugt unterhalb einer Fahrgastzelle, d.h. zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Fahrzeugs. Die Verdampfungsvorrichtung kann in dem Gehäusekörper der Traktionsbatterie als separates Bauteil eingebracht sein. Alternativ kann die Verdampfungsvorrichtung fest in dem Gehäusekörper eingebaut sein. Die Verdampfungsvorrichtung kann eine Mehrzahl einzelner Verdampfungselemente umfassen, die gemeinsam die Verdampfungsvorrichtung bilden. Die Verdampfungselemente können dabei beispielsweise in Kontakt mit Batteriezellen der Traktionsbatterie sein und Mikrokanäle aufweisen oder die Mikrokanäle in Kontakt mit den Batteriezellen bilden. In den Mikrokanälen kann das flüssige Fluid in einer besonders effizienten Weise verdampfen und von den Batteriezellen abgegebenen Wärme aufnehmen.
  • In der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung kondensiert das Fluid unter Abgabe von Wärme an die Umgebung. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung ist dabei außerhalb des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie angeordnet. Die Kühlvorrichtung kann nur eine Kondensierungsvorrichtung umfassen. Bei einer Ausgestaltung der Kühlvorrichtung mit mehreren Kondensierungsvorrichtungen können diese auf geeignete Weise an dem Fahrzeug verteilt oder gemeinsam angeordnet sein, um gemeinsam eine erforderliche Gesamtgröße zum Kondensieren des gasförmigen Fluides bereitzustellen. Eine verteilte Anbringung der Kondensierungsvorrichtungen erleichtert die Anbringung an dem Fahrzeug, da die Kondensierungsvorrichtungen einfach an ein Design des Fahrzeugs angepasst werden können und Freiräume des Fahrzeugs nutzen können.
  • Die wenigstens eine Verbindungsleitung verbindet die Verdampfungsvorrichtung und die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung. Dabei können sowohl das flüssige Fluid und das gasförmige Fluid zumindest teilweise durch jeweils eine Verbindungsleitung strömen. Vorteilhaft ist jede Kondensierungsvorrichtung mit zwei Verbindungsleitungen angeschlossen, einer Steigleitung für den Transport gasförmigen Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu der Kondensierungsvorrichtung und eine Fallleitung für den Rücktransport des flüssigen Fluides. Durch die Verbindung der Verdampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung über die Verbindungsleitungen wird insgesamt ein entsprechender Fluidkreislauf in dem Kühlkreislauf gebildet, um Wärme von den Batteriezellen der Traktionsbatterie abzuführen und an die Umgebung abzugeben.
  • Der Kühlkreislauf ist vorzugsweise nach der Art eines Naturumlaufs ohne aktive Zirkulation des Fluides ausgeführt. Entsprechend erfolgt bei dem Verfahren ein passives Transportieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung sowie ein passives Transportieren des kondensierten Fluides von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zu der Verdampfungsvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist damit nach der Art eines Thermosiphons ausgebildet. Das Thermosiphon ist eine passive Konstruktion, die einen Wärmeaustausch durch Nutzung von natürlicher Konvektion in einem vertikalen Fluidkreislauf zwischen der Verdampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung ermöglicht. Die Funktion des Thermosiphons beruht auf einem Dichteunterschied zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Fluides, wobei das gasförmige Fluid in der wenigstens einen Verbindungsleitung aufgrund seiner geringen Dichte zu der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung strömt bzw. aufsteigt und das kondensierte Fluid von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung schwerkraftgetrieben in die Verdampfungsvorrichtung zurückströmt bzw. absinkt. Dabei kann das flüssige Fluid in den Gehäusekörper der Traktionsbatterie zurückströmen bzw. absinken, wo sie sich in einem Plenum mit flüssigem Fluid sammelt, um von dort in die Verdampfungsvorrichtung einzutreten.
  • Bei vertikaler Anordnung einer mit Dampf gefüllten Steigleitung und einer flüssigkeitsgefüllten Fallleitung herrschen am Boden der beiden Leitungen unterschiedliche statische Drücke aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Dampf-, bzw. Flüssigkeitssäule vor. Werden Steigleitung und Fallleitung am Boden verbunden, wird ein Druckausgleich dadurch hergestellt, dass flüssiges Fluid aus der Fallleitung in Richtung der Dampfsäule in der Steigleitung strömt. Beim Verdampfen und weiteren Erwärmen des Fluides steigt die Konzentration des gasförmigen Fluides in der Verdampfungsvorrichtung. Durch eine stetige Verdampfung des flüssigen Fluides am Boden der Steigleitung bzw. in der Verdampfungsvorrichtung und eine Kondensation des gasförmigen Fluides am oben Ende der Steigleitung bzw. in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und anschließender Rückführung des kondensierten Fluides in die Fallleitung wird der Kreislauf geschlossen und ein dynamischer Umlauf in der Kühlvorrichtung erzeugt.
  • Der Vorteil des Thermosiphons ist die Vermeidung einer konventionellen Pumpe oder eines Kompressors zur aktiven Zirkulation des Fluides, wodurch die Komplexität und die Kosten eines Thermosiphons niedrig gehalten werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kühlvorrichtung unabhängig von einem aktiven Betrieb des Fahrzeugs funktioniert. Beispielsweise kann die Traktionsbatterie mit der Kühlvorrichtung nicht nur beim Laden an einer Ladestation gekühlt werden, sondern auch nach dem Ende des Ladevorgangs, also ohne dass das Fahrzeug aktiv betrieben werden muss, beispielsweise zum Fahren. Somit kann in der Traktionsbatterie nach dem Betrieb verbliebene Wärme weiter abgeführt werden.
  • Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung mit einem ausreichenden Höhenunterschied zu der Verdampfungsvorrichtung angeordnet, um einen Thermosiphon zu bilden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung in einem Bereich oberhalb einer Hinterachse des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb von Radhäusern der Hinterachse, angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung beispielsweise in einem Bereich oberhalb einer Vorderachse des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb von Radhäusern der Vorderachse, vorzugsweise an einem windschutzscheibenseitigen Ende einer Motorhaube des Fahrzeugs, angebracht sein. Durch die Anbringung in diesen Bereichen oberhalb der Vorderachse und/oder der Hinterachse des Fahrzeugs kann typischerweise ein geeigneter Höhenunterschied zwischen der Verdampfungsvorrichtung und der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung erreicht werden, um eine passive Zirkulation des Fluides in der Kühlvorrichtung nach der Art des Thermosiphons zu erreichen. Außerdem ermöglicht die Anbringung der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung in diesem Bereich eine einfache Zufuhr von Umgebungsluft zur Kühlung der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und zur Abfuhr von Wärme. Insbesondere beim Fahren kann ein dadurch entstehender Luftstrom der Umgebungsluft einfach zu der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung geleitet werden, um diese zu belüften und eine gute Kühlung zu bewirken. Beispielsweise kann die Umgebungsluft über die Radhäuser zu der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung geleitet werden. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung ist in beiden Fällen in Längsrichtung des Fahrzeuges möglichst nahe an der Traktionsbatterie montiert, sodass auch bei einer Neigung des Fahrzeuges noch ein ausreichender Höhenunterschied zwischen der Verdampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung sichergestellt ist. So kann bei typischen Fahrzeugen bei einer solchen Anbringung der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung auch bei einer Neigung von beispielsweise 18° noch eine Mindesthöhendifferenz zwischen einem Flüssigkeitsspiegel des Fluides in der Verdampfungsvorrichtung in dem Gehäusekörper und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung erreicht werden, so dass die Funktion der Kühlvorrichtung bei einer passiven Ausgestaltung als Thermosiphon sichergestellt ist.
  • Das Fluid ist ein Wärmetransportmedium und hat vorzugsweise eine Siedetemperatur von 10°C bis 80°C bei Umgebungsdruck. Durch das Verdampfen des Fluides wird eine maximale Kühlwirkung erzielt, weshalb eine niedrige Siedetemperatur vorteilhaft ist. Die Siedetemperatur des Fluides ist vorzugsweise niedriger als eine maximale Betriebstemperatur der Batteriezellen. Durch das Sieden bei diesen Temperaturen bereits bei Umgebungsdruck, d.h. bei üblicherweise etwa einem bar, kann eine passive Kühlung mit der angegebenen Kühlvorrichtung effizient durchgeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung ein Druckausgleichsventil auf. Das Druckausgleichsventil kann derart ausgeführt sein, dass es sich öffnet, wenn ein Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder unter einen Minimaldruck fällt, beispielsweise unter 0,8 bar. Dadurch werden Anforderungen beispielsweise des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie in Bezug auf Unterdruckstabilität reduziert, da zu große Unterdrücke vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Druckausgleichsventil ausgeführt sein zu öffnen, wenn der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung auf oder über einen Maximaldruck steigt. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf, bis zu dem üblicherweise keine Undichtigkeiten auftreten. Vorzugsweise kann die Druckausgleichsvorrichtung zwei Druckausgleichsventile aufweisen, wobei das eine Druckausgleichsventil beim Erreichen oder Unterschreiten des Minimaldrucks öffnet und das andere Druckausgleichsventil beim Erreichen oder Überschreiten des Maximaldrucks öffnet. Das Öffnen bzw. Schließen des Druckausgleichsventils bzw. der Druckausgleichsventile kann dabei beispielsweise druckgesteuert erfolgen, d.h. ohne aktive Steuerung. Zur Minimierung von Fluidverlusten ist das Druckausgleichsventil vorzugsweise am einem oberen Ende der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet, so dass eine stoffliche Trennung bei einem Entlüftungsgasgemisch aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und darin befindlicher Fremdgase stattfinden kann. Fremdgas ist jedes Gas oder Gasgemisch in dem Kühlkreislauf, das kein gasförmiges Fluid ist, insbesondere Umgebungsluft. Das Fremdgas wurde insbesondere als Belüftungsgas in den Kühlkreislauf eingelassen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf oder die Steuervorrichtung ist der Druckausgleichsvorrichtung zugeordnet, und das Druckausgleichsventil ist ein steuerbares Druckausgleichsventil, das über die Steuervorrichtung ansteuerbar ist. Das Druckausgleichsventil kann von der Steuervorrichtung aktiv angesteuert werden. Damit können mit einem Druckausgleichsventil verschiedene Funktionen realisiert werden. Basis dafür kann eine Druckmessung innerhalb des Kühlkreislaufs sein. Wenn die Steuervorrichtung ermittelt, dass der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder unter den Minimaldruck fällt, beispielsweise unter 0,8 bar, kann sie das Druckausgleichsventil ansteuern zu öffnen, um eine Belüftung durchzuführen. Wenn die Steuervorrichtung ermittelt, dass der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder über den Maximaldruck steigt, kann sie alternativ oder zusätzlich das Druckausgleichsventil ansteuern zu öffnen, um eine Entlüftung durchzuführen. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung eine Be- wie auch eine Entlüftung abhängig von weiteren Parametern durchführen. So kann die Steuervorrichtung das Druckausgleichsventil beispielsweise unter Berücksichtigung eines Tag-Nachtzyklus oder abhängig von einem Betriebszustand des Fahrzeugs ansteuern. Wenn eine Systemtemperatur und der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf bedingt durch einen Anstieg einer Umgebungstemperatur ansteigen, kann die Steuervorrichtung das Druckausgleichsventil ansteuern, nicht zu öffnen, um eine Austritt von gasförmigem Fluid in die Umgebung zu vermeiden. Die Steuervorrichtung kann das Druckausgleichsventil ansteuern, lediglich im Betrieb, d.h. beim Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, den maximalen Betriebsdruck nicht zu überschreiten, während ansonsten ein höherer Druck erlaubt wird. Dadurch kann ein übermäßiger Verlust von gasförmigem Fluid aus dem Innenraum verhindert werden, wenn der Druck wieder fällt, beispielsweise durch ein Absinken einer Umgebungs temperatur.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Trocknungseinrichtung auf, die in einem Einströmpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist. Die Trocknungseinrichtung kann beispielsweise als Trocknungskartusche, in der Feuchtigkeit gebunden wird, ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Trocknungskartusche als wechselbare Trocknungskartusche in dem Einströmpfad angebracht. Ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Kondensierungsvorrichtung und darüber in den Kühlkreislauf ist zu minimieren, da die Feuchtigkeit die Kühlleistung in dem Kühlkreislauf reduziert. Die Feuchtigkeit, d.h. üblicherweise Wasser, ist prinzipiell elektrisch leitfähig, so dass ein Gemisch der Feuchtigkeit mit dem Fluid eine niedrigere Dielektrizitätszahl und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das flüssige Fluid allein aufweist. Das Eindringen von Feuchtigkeit kann also sogar zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie durch einen elektrischen Kurzschluss führen. Dies bedeutet eine potentielle Gefahr für Fahrzeuginsassen. Durch die Trocknungseinrichtung kann also ein zuverlässiger Betrieb der Kühlvorrichtung bei einer Belüftung sichergestellt werden, wobei die Belüftung auch bei einer hohen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft durchgeführt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung einen kaminartig ausgeführten Ausströmpfad auf. Der kaminartig ausgeführte Ausströmpfad weist eine verglichen mit seinem Durchmesser oder seiner Breite oder seiner Tiefe große Länge und eine Anordnung mit einer in einer vertikalen Komponente auf. Durch die Anordnung mit einer vertikalen Komponente ergibt sich eine Erstreckung in vertikaler Richtung. Dadurch kann in dem kaminartig ausgeführten Ausströmpfad eine stoffliche Trennung eines aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und der Fremdgase des aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches erfolgen, insbesondere ein Belüftungsgas, das bei einer vorherigen Belüftung in den Kühlkreislauf eingetreten ist. Bei einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches kann ein großer Teil des gasförmigen Fluides in der Druckausgleichsvorrichtung verbleiben oder daraus wieder absinken, so dass nur ein geringer Teil gasförmiges Fluid mit dem Entlüftungsgasgemisch austritt. Zur Verbesserung der Trennung des gasförmigen Fluides aus dem Entlüftungsgasgemisch kann der Ausströmpfad wendelartig ausgeführt sein. Dadurch wird der Ausströmpfad mit einer großen Länge bereitgestellt, wodurch die stoffliche Trennung des aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches aufgrund des Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und der Fremdgase erleichtert wird. Außerdem kann sich das gasförmige Fluid in dem Ausströmpfad zusätzlich abkühlen und kondensieren. Das kondensierte Fluid kann dann im flüssigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung in die entsprechende Kondensierungsvorrichtung und damit in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden, wodurch Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung weiter reduziert werden. Entsprechend ist ein Druckausgleichsventil vorzugsweise zwischen einer Austrittsöffnung der Druckausgleichsvorrichtung, im weiteren auch Druckausgleichsöffnung, und dem kaminartig ausgeführten Ausströmpfad angeordnet. Vorzugsweise ist die Druckausgleichsvorrichtung in einer A-Säule und/oder einer C-Säule des Fahrzeuges, d.h. am vorderen bzw. hinteren Ende einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs, angeordnet. Durch die Reduzierung von Fluidverlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreislauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Kühlung der Traktionsbatterie erreicht werden kann. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Filtereinrichtung auf, die in einem Ausströmpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist und gasförmiges Fluid zurückhält. Die Filtereinrichtung kann somit Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs verhindern oder zumindest reduzieren, indem sie das gasförmige Fluid aus einem Entlüftungsgasgemisch filtert. Durch die Reduzierung von Fluidverlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreislauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Kühlung der Traktionsbatterie erreicht werden kann. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Entladevorrichtung auf, die ausgeführt und angeordnet ist, in der Filtereinrichtung zurückgehaltenes Fluid zurückzugewinnen. Die Entladevorrichtung kann beispielsweise eine Temperiereinrichtung umfassen, um die Filtereinrichtung durch aktive Wärmezufuhr zu entladen, so dass sie das zurückgehaltene Fluid wieder abgibt. Das Entladen wird vorzugsweise in einem Betriebszustand durchgeführt, in dem keine Entlüftung über die Druckausgleichsvorrichtung erfolgt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung eine Kühleinheit auf, die in oder an einem Ausströmpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann das ausströmende Entlüftungsgasgemisch vor dem Austreten aus dem Kühlkreislauf gekühlt werden, so dass das gasförmige Fluid kondensieren kann und aus dem Entlüftungsgasgemisch entfernt wird. Das in der Kühlvorrichtung verwendete Fluid weist gegenüber üblichem Fremdgas wie Umgebungsluft eine höhere Kondensationstemperatur bzw. Siedetemperatur auf, so dass das gasförmige Fluid beim Kühlen vor dem Fremdgas kondensiert. Das kondensierte Fluid kann dann im flüssigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden, so dass nur geringe Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung auftreten. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden werden. Durch die Reduzierung von Fluidverlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreislauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Kühlung der Traktionsbatterie erreicht bzw. sichergestellt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wärmetauscherelement integral mit der Druckausgleichsvorrichtung ausgeführt, oder das Wärmetauscherelement und die Druckausgleichsvorrichtung sind separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln miteinander verbunden. Die integrale Ausführung des Wärmetauscherelements mit der Druckausgleichsvorrichtung ermöglicht eine einfache Handhabung und Montage der Kondensierungsvorrichtung. Eine separate Ausführung des Wärmetauscherelements mit der Druckausgleichsvorrichtung kann eine Montage der Kondensierungsvorrichtung auch in schwer zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs erleichtern. Es kann beispielsweise zunächst die Druckausgleichsvorrichtung am Fahrzeug montiert werden, beispielsweise an oder in einer A-Säule oder einer C-Säule, und erst nach der Montage des Wärmetauscherelements damit verbunden werden. Die Verbindungsmittel können beispielsweise als Verbindungsschelle ausgeführt sein, um einen Schlauchabschnitt an einem Rohrabschnitt anzubringen. Alternativ können die Verbindungsmittel beispielsweise eine Flanschverbindung umfassen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlvorrichtung ist die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung wie oben angegeben ausgeführt. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung weist also die Druckausgleichsvorrichtung auf, so dass der Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung über die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung erfolgt. Aufgrund ihrer Anordnung oberhalb in der Kühlvorrichtung, d.h. oberhalb der Verdampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Verbindungsleitung, kann somit sowohl eine Belüftung wie auch eine Entlüftung des Innenraums auf einfache Weise erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung einen Vorratsbehälter auf zur Abgabe von Fluid in den Kühlkreislauf, insbesondere zur Abgabe von flüssigem Fluid in den Kühlkreislauf. Durch den Vorratsbehälter können Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs ausgeglichen werden, um eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides innerhalb der Kühlvorrichtung sicherzustellen. Durch die Abgabe des Fluides aus dem Vorratsbehälter kann bei entsprechender Ansteuerung eines Druckausgleichsventils der Druckausgleichsvorrichtung eine gezielte Verdrängung von Fremdgas aus dem Innenraum der Kühlvorrichtung durchgeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung eine Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen auf, und die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen sind insbesondere zur verteilten Montage an dem Fahrzeug ausgeführt, besonders bevorzugt in Längsrichtung des Fahrzeugs vor und hinter der Verdampfungsvorrichtung. Durch die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen kann die Kühlvorrichtung besonders zuverlässig ausgestaltet werden. Zunächst kann mit mehreren Kondensierungsvorrichtungen die Kühlleistung der Kühlvorrichtung insgesamt vergrößert werden. Darüber hinaus kann die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen durch die verteilte Montage sicherstellen, dass beispielsweise unabhängig von einer Neigung des Fahrzeugs immer zumindest eine der Kondensierungsvorrichtungen relativ zu der Verdampfungsvorrichtung vorteilhaft positioniert ist, sodass ein Kondensieren des gasförmigen Fluides wie auch ein Rücktransport von kondensiertem Fluid zu der Verdampfungsvorrichtung ermöglicht wird. Bei einer Anbringung der Kondensierungsvorrichtungen in Längsrichtung sowohl vor als auch hinter der Verdampfungsvorrichtung, also vor und hinter dem Gehäusekörper der Traktionsbatterie, ist auch bei einer größeren Neigung des Fahrzeugs, wie es beim Fahren bergauf oder bergab vorkommen kann, zumindest eine der Kondensierungsvorrichtungen mit einem geeigneten Höhenunterschied zu der Verdampfungsvorrichtung positioniert, der Betrieb der Kühlvorrichtung als Thermosiphon gewährleistet.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung ein Belüften des Innenraums mit einem Belüftungsgas, insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Minimaldrucks. Der Minimaldruck beträgt beispielsweise 0,8 bar und stellt einen Unterdruck in dem Kühlkreislauf dar. Der Minimaldruck betrifft einen Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. einen Systemdruck in dem Kühlkreislauf. Dadurch werden Anforderungen beispielsweise des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie in Bezug auf Unterdruckstabilität reduziert, da der Druck prinzipiell nicht unter den Minimaldruck fällt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Belüften des Innenraums mit einem Belüftungsgas, insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Minimaldrucks ein Entfeuchten des eintretenden Belüftungsgases, insbesondere Umgebungsluft. Es erfolgt ein Trocknen des eintretenden Belüftungsgases, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Kondensierungsvorrichtung und darüber in den Kühlkreislauf zu minimieren. Die Feuchtigkeit ist insbesondere Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft. Die Feuchtigkeit, d.h. üblicherweise Wasser, ist prinzipiell elektrisch leitfähig, so dass ein Gemisch der Feuchtigkeit mit dem flüssigen Fluid eine niedrigere Dielektrizitätszahl und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Fluid allein aufweist. Das Eindringen von Feuchtigkeit kann also sogar zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie durch einen elektrischen Kurzschluss führen. Dies bedeutet eine potentielle Gefahr für Fahrzeuginsassen. Es wird ein zuverlässiger Kühlbetrieb auch im Falle einer Belüftung der Kühlvorrichtung auch bei einer hohen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft sichergestellt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung ein Entlüften des Innenraums beim Erreichen oder Überschreiten eines Maximaldrucks. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf, bis zu dem üblicherweise keine Undichtigkeiten auftreten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Schritte zum Ermitteln eines Systemdrucks, Ermitteln einer Systemtemperatur, Bestimmen eines Anteils gasförmigen Fluides basierend auf dem Systemdruck, der Systemtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides in einem Gasgemisch mit einem Fremdgas basierend auf dem Systemdruck und der Systemtemperatur, und Entlüften des Innenraums beim Erreichen eines Anteils gasförmigen Fluides unterhalb eines Grenzanteils. Wenn sich in der Kühlvorrichtung ein Gasgemisch mit einem die Kühlleistung beeinträchtigend geringen Anteil des Fluides befindet, kann es sinnvoll sein, das Fremdgas, d.h. andere Gase als das verdampfte Fluid, abzulassen. Dies kann über eine gezielte Entlüftung erfolgen, indem bereits vor dem Erreichen des maximalen Betriebsdrucks entlüftet wird. Durch das Ablassen des Fremdgases wird der Wärmeübergang in der Kühlvorrichtung, insbesondere in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung, prinzipiell verbessert. Entsprechend kann eine Entlüftung der Kühlvorrichtung über die Druckausgleichsvorrichtung durchgeführt werden. Dabei werden vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen getroffen, um ein Entweichen des gasförmigen Fluides zusammen mit dem Fremdgas zu verhindern und dadurch die Konzentration von gasförmigem Fluid in der Kühlvorrichtung zu erhöhen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Entlüften des Innenraums ein Rückgewinnen von gasförmigem Fluid aus einem Gasgemisch. Das Gasgemisch zirkuliert in der Kühlvorrichtung und umfasst neben dem gasförmigen Fluid zusätzlich Fremdgas, beispielsweise Belüftungsgas, das beim Belüften in die Kühlvorrichtung eingetreten ist. Verschiedene Maßnahmen sind möglich, um das gasförmige Fluid aus dem Gasgemisch rückzugewinnen. Dies umfasst ein Filtern des Gasgemisches, um das gasförmige Fluid am Austritt aus der Kondensierungsvorrichtung zu hindern, beispielsweise mit einem Aktivkohlefilter, einem Zeolithmaterial oder einem Membranfilter. Das Zeolithmaterial ist vorzugsweise so ausgeführt, dass es bei einem Maximaldruck in der Kühlvorrichtung und einer dazugehörigen Systemtemperatur eine höhere Adsorption des gasförmigen Fluides hat als bei einem Minimaldruck und einer dazugehörigen Systemtemperatur. Zur Unterstützung kann eine aktive Temperierung des Zeolithmaterials beim Entlüften erfolgen. Der Membranfilter hält das gasförmige Fluid aufgrund seiner Molekülgröße aus dem Gasgemisch beim Entlüften des Innenraums zurück. Das Fremdgas ist typischerweise Umgebungsluft mit ihren Hauptbestandteilen N2 und O2 in geringer Molekülgröße, das heißt mit einer geringen Teilchengröße gegenüber einem molekularen Fluid mit einer komplexen Molekülstruktur, so dass das Fremdgas durch den Membranfilter durchtreten kann, und nur das gasförmige Fluid zurückgehalten wird. Ein solcher Membranfilter weist insbesondere eine Porenstruktur auf, durch welche das Fremdgas hindurchtreten kann, nicht aber das gasförmige Fluid. Außerdem kann die Filtereinrichtung als chemischer Filter ausgeführt sein, an dem eine Filterung des flüssigen Fluides durch Adsorption erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann eine stoffliche Trennung des Gemisches aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und damit gemischten Fremdgases durchgeführt werden. Weiter alternativ oder zusätzlich umfasst das Rückgewinnen des gasförmigem Fluides aus dem Gasgemisch ein Kühlen des Gasgemisches, um das gasförmige Fluid in der Druckausgleichsvorrichtung zu kondensieren.
  • Das rückgewonnene Fluid kann in jedem der beschriebenen Fälle aus der Druckausgleichsvorrichtung in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden, so dass nur geringe Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung auftreten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Zuführen von Fluid aus einem Fluidvorrat. Durch das Zuführen von Fluid aus dem Fluidvorrat können Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung ausgeglichen werden, um eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides sicherzustellen. Verluste von Fluid durch Entlüften der Kühlvorrichtung können kompensiert werden. Der Fluidvorrat ist vorzugsweise in einem Vorratsbehälter aufgenommen.
  • Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie und einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2: eine schematische Darstellung der Traktionsbatterie des Fahrzeugs aus 1 mit darin angeordneten Batteriezellen und einer Kühlvorrichtung mit mehreren Kühlelementen in drei Ansichten; und
    • 3: eine schematische Darstellung der Kühlvorrichtung des Fahrzeugs aus 1 mit einer Neigung durch eine Hanglage und einer daraus resultierenden Fluidverteilung;
    • 4: eine schematische Einzeldarstellung einer Druckausgleichsvorrichtung der Kühlvorrichtung des Fahrzeugs aus 1 als Schnittansicht; und
    • 5: ein Diagramm, in dem ein Verlauf von Temperatur und Druck in der Kühlvorrichtung aus 1 dargestellt sind.
  • In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.
  • 1 zeigt ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 1 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrisch antreibbare Fahrzeug 1 kann ein Fahrzeug 1 mit ausschließlich einem elektrischen Antrieb sein, oder ein sogenanntes Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb in Kombination mit einem konventionellen Antrieb, insbesondere einem Verbrennungsmotor.
  • Das Fahrzeug 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2 zur Bereitstellung von elektrischer Energie zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs 1. Die Traktionsbatterie 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Hochleistungsbatterie, die mit Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere betrieben werden kann.
  • Die Traktionsbatterie 2 umfasst einen Gehäusekörper 3, in dem eine Mehrzahl Batteriezellen 4 aufgenommen ist. Die Batteriezellen 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Lithium-Ionen Technik hergestellt und arbeiten am besten in einem Temperaturbereich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Temperaturhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen 4. Die Batteriezellen 4 des ersten Ausführungsbeispiels sind in dem Gehäusekörper 3 in mehreren Batteriemodulen 5 angeordnet, wie in 1 dargestellt ist. Die Batteriezellen 4 sind parallel und in Reihe verschaltet, um den Betrieb mit den Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere zu ermöglichen.
  • Das Fahrzeug 1 umfasst weiterhin eine Kühlvorrichtung 6. Die Kühlvorrichtung 6 ist teilweise in 3 separat dargestellt. Die Kühlvorrichtung 6 umfasst eine in dem Gehäusekörper 3 angebrachte Verdampfungsvorrichtung 7. Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in einem Bodenbereich 8 des Fahrzeugs 1 angebracht. Dabei ist die Traktionsbatterie 2 mit ihrem Gehäusekörper 3 und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung 7 unterhalb einer Fahrgastzelle 9 des Fahrzeugs 1 angeordnet, im Detail zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse 10, 11 des Fahrzeugs 1.
  • Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 als separates Bauteil eingebracht. Alternativ kann die Verdampfungsvorrichtung 7 fester Bestandteil des Grundkörpers 3 sein.
  • Die Kühlvorrichtung 6 umfasst weiterhin zwei Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, die außerhalb des Gehäusekörpers 3 der Traktionsbatterie 2 angebracht sind. Jede Kondensierungsvorrichtung 12, 13 umfasst ein Wärmetauscherelement 31 mit einem Einlass 32 und einem Auslass 33 und eine Druckausgleichsvorrichtung 20 zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum 34 der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 und einer äußeren Umgebung 35. Die Druckausgleichsvorrichtung 20 ist alleine in 4 dargestellt. In der detaillierten Darstellung in 3 ist die Druckausgleichsvorrichtung 20 der Übersicht halber nicht dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärmetauscherelement 31 integral mit der Druckausgleichsvorrichtung 20 ausgeführt. Alternativ sind das Wärmetauscherelement 31 und die Druckausgleichsvorrichtung 20 separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln miteinander verbunden. Weitere Details zur Druckausgleichsvorrichtung 20 sind nachstehend angegeben.
  • Die zwei Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sind verteilt an dem Fahrzeug 1 montiert. Dabei ist eine vordere Kondensierungsvorrichtung 12 in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 vor der Traktionsbatterie 3 mit der Verdampfungsvorrichtung 7 positioniert, während eine hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in Längsrichtung 11 des Fahrzeugs 1 hinter der Traktionsbatterie 3 mit der Verdampfungsvorrichtung 7 positioniert ist.
  • Die vordere Kondensierungsvorrichtung 12 ist in einem Bereich oberhalb von Radhäusern der Vorderachse 10 des Fahrzeugs 1 an einem windschutzscheibenseitigen Ende einer Motorhaube 15 des Fahrzeugs 1 angebracht. Die vordere Kondensierungsvorrichtung 12 ist in diesem Bereich in Längsrichtung 14 des Fahrzeuges 1 nahe an der Traktionsbatterie 3 installiert. Die vordere Kondensierungsvorrichtung 12 ist dabei unmittelbar unterhalb der Motorhaube 15 angeordnet.
  • Zusätzlich ist die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in einem Bereich oberhalb von Radhäusern der Hinterachse 11 des Fahrzeugs 1 angebracht, wobei die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in diesem Bereich in Längsrichtung 14 des Fahrzeuges 1 nahe an der Traktionsbatterie 3 montiert ist. Es ergibt sich für beide Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 unabhängig voneinander ein Höhenunterschied h, der beispielhaft für die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in 1 dargestellt ist.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist die Verdampfungsvorrichtung 7 in einer vertikalen Richtung 16 entsprechend unterhalb der beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 angeordnet.
  • Zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sind Verbindungsleitungen 17, 18 angeordnet, die eine Fluidverbindung bilden. Die Verbindungsleitungen 17, 18 umfassen im Detail eine Steigleitung 17 und eine Fallleitung 18, die zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und jeder der beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 angeordnet sind.
  • Die Steigleitungen 17 sind jeweils in einem oberen Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 von der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 abgewandten Seite mit dem Gehäusekörper 3 und in einem oberen Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 der Verdampfungsvorrichtung 7 bzw. dem Gehäusekörper 3 zugewandten Seite mit der entsprechenden Kondensierungsvorrichtung 12, 13 verbunden. Dabei sind die Steigleitungen 17 so angeordnet, dass sie bezogen auf eine Seitenrichtung des Fahrzeugs 1 in einem äußeren Bereich davon angeordnet sind.
  • Die Fallleitungen 18 sind in einem unteren Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 zugewandten Seite mit dem Gehäusekörper 3 und in einem unteren Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 von der Verdampfungsvorrichtung 7 bzw. dem Gehäusekörper 3 abgewandten Seite mit der entsprechenden Kondensierungsvorrichtung 12, 13 verbunden. Dabei sind die Fallleitungen 18 so angeordnet, dass sie bezogen auf eine Seitenrichtung des Fahrzeugs 1 in einem äußeren Bereich davon angeordnet sind.
  • In der Kühlvorrichtung 6 ist ein Fluid 19 aufgenommen, wie in den 2 und 3 dargestellt ist. Das Fluid 19 ist ein Wärmetransportmedium und hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Siedetemperatur in einem Bereich zwischen 10°C und 80°C bei Umgebungsdruck. Das Fluid 19 ist hier ein dielektrisches Fluid 19, das elektrisch nicht leitfähig ist. Das Fluid 19 ist im flüssigen Zustand in einem Plenum 30 in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 gesammelt, wie in 2 dargestellt ist.
  • Die Druckausgleichsvorrichtung 20 der ersten und zweiten Kondensierungsvorrichtung 12 ist alleine in 4 dargestellt. Beide Druckausgleichsvorrichtungen 20 sind gleichartig ausgeführt. Dabei handelt es sich bei der Darstellung in 4 um eine beispielhafte Darstellung der Druckausgleichsvorrichtung 20. Alternative Ausführungen der Druckausgleichsvorrichtung 20 mit abweichenden Anordnungen ihrer Komponenten sind möglich.
  • Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist einen kaminartig ausgeführten Ein- und Ausströmpfad 36 auf. Der kaminartig ausgeführte Ein- und Ausströmpfad 36 weist eine verglichen mit seinem Durchmesser oder seiner Breite oder seiner Tiefe große Ausdehnung in Längsrichtung 45 auf. Die Druckausgleichsvorrichtung 20 der vorderen Kondensierungsvorrichtung 12 ist in einer A-Säule 43 des Fahrzeugs 1 angeordnet und darin aufgenommen, während die Druckausgleichsvorrichtung 20 der hinteren Kondensierungsvorrichtung 13 in einer C-Säule 44 des Fahrzeugs 1 angeordnet und darin aufgenommen ist. Die Druckausgleichsvorrichtungen 20 sind somit am vorderen bzw. hinteren Ende der Fahrgastzelle 9 angeordnet. Dabei ist der Ein- und Ausströmpfad 36 jeweils mit einer vertikalen Komponente in der A-Säule 43 bzw. der C-Säule 44 des Fahrzeugs 1 angeordnet, d.h. der Ein- und Ausströmpfad 36 weist eine Erstreckung in vertikaler Richtung 16 auf, wie in 1 dargestellt ist.
  • Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist am oberen Ende des Ein- und Ausströmpfads 36 eine Druckausgleichsöffnung 21 auf. Über die Druckausgleichsöffnung 21 kann ein Belüftungsgas 46, das in diesem Ausführungsbeispiel Umgebungsluft ist, eingelassen (Belüftung) und ein Entlüftungsgas 47 aus der Kühlvorrichtung 6 abgelassen werden (Entlüftung). Um die Be- und Entlüftung zu kontrollieren, weist die Druckausgleichsvorrichtung 20 ein steuerbares Druckausgleichsventil 22 auf. Das Druckausgleichsventil 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar unterhalb der Druckausgleichsöffnung 21 angeordnet. Weiterhin umfasst die Druckausgleichsvorrichtung 20 eine Steuervorrichtung 37, die das Druckausgleichsventil 22 ansteuert. Das Druckausgleichsventil 22 wird von der Steuervorrichtung 37 aktiv angesteuert.
  • Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst eine Filtereinrichtung 38, die prinzipiell unterschiedlich ausgestaltet sein kann. Die Filtereinrichtung 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem Ein- und Ausströmpfad 36 der jeweiligen Druckausgleichsvorrichtung 20 angeordnet und hält das gasförmige Fluid 19 beim Entlüften der Kühlvorrichtung 6 zurück. Die Filtereinrichtung 38 filtert dadurch das gasförmige Fluid 19 aus einem in der Kühlvorrichtung 6 und damit auch in der Druckausgleichsvorrichtung 20 befindlichen Gasgemisch 48.
  • Die Filtereinrichtung 38 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Aktivkohlefilter, ein Zeolithmaterial, eine Filtermembran, einen chemischen Filter oder eine beliebige Kombination aus mehreren dieser Filterelemente. Das Zeolithmaterial ist dabei so ausgeführt, dass es bei einem Maximaldruck in der Kühlvorrichtung 6 und einer dazugehörigen Systemtemperatur eine höhere Adsorption des gasförmigen Fluides 19 hat als bei einem Minimaldruck und einer dazugehörigen Systemtemperatur. Zur Unterstützung kann eine aktive Temperierung des Zeolithmaterials beim Entlüften erfolgen. Der Membranfilter hält das gasförmige Fluid 19 aus dem Gasgemisch 48 aufgrund unterschiedlicher Molekülgrößen beim Entlüften des Innenraums 34 zurück. Verbleibendes Fremdgas ist typischerweise Umgebungsluft mit ihren Hauptbestandteilen N2 und O2 in geringer Molekülgröße, das heißt mit einer geringen Teilchengröße gegenüber einem molekularen Fluid 19 mit einer komplexen Molekülstruktur, so dass das Fremdgas als Entlüftungsgas 47 durch den Membranfilter durchtreten kann, und nur das gasförmige Fluid 19 zurückgehalten wird. Entsprechendes gilt bei der Verwendung von einem Gas in Reinform, beispielsweise Stickstoff, als Fremdgas. Ein solcher Membranfilter weist insbesondere eine Porenstruktur auf, durch welche das Fremdgas hindurchtreten kann, nicht aber das gasförmige Fluid 19. Der chemische Filter filtert das Fluid 19 durch Adsorption.
  • Die Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst weiterhin eine Entladevorrichtung 39, die als Temperiereinrichtung ausgeführt ist. Durch die Entladevorrichtung 39 kann in der Filtereinrichtung 38 zurückgehaltenes Fluid 19 zurückgewonnen werden. Die Entladevorrichtung 39 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Bereich der Filtereinrichtung 38 außenseitig an dem Ein- und Ausströmpfad 36 angeordnet, um die Filtereinrichtung 38 durch aktive Wärmezufuhr zu entladen, so dass sie das zurückgehaltene Fluid 19 wieder abgibt, wodurch das Fluid 19 in dem Innenraum 34 verbleibt und nur das Fremdgas als Entlüftungsgas 47 an die Umgebung 35 abgegeben wird.
  • Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst zusätzlich eine Kühleinheit 40, die in diesem Ausführungsbeispiel außenseitig an dem jeweiligen Ein- und Ausströmpfad 36 angeordnet ist, um den Ein- und Ausströmpfad 36 zu kühlen. Die Kühleinheit 40 ist dabei in einem Bereich unmittelbar unterhalb der Filtereinrichtung 38 angeordnet.
  • Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist noch eine Trocknungseinrichtung 41 auf, die in dem Ein- und Ausströmpfad 36 der Druckausgleichsvorrichtung 20 angeordnet ist. Die Trocknungseinrichtung 41 ist in diesem Ausführungsbeispiel als wechselbare Trocknungskartusche zum Binden von Feuchtigkeit ausgeführt, die im Bereich der Kühleinheit 40 innerhalb des Ein- und Ausströmpfades 36 angeordnet ist.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Filtereinrichtung 38 mit der Entladevorrichtung 39, der Kühleinheit 40 und der Trocknungseinrichtung 41 entlang des Ein- und Ausströmpfads 36 willkürlich gewählt. Abweichende Anordnungen davon sind in Längsrichtung 45 in dem Ein- und Ausströmpfad 36 ohne weiteres möglich.
  • Nachstehend wird ein Betrieb eines Kühlkreislaufs 42 der Kühlvorrichtung 3 zum Kühlen der Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 2 beschrieben. Der Kühlkreislauf 42 umfasst die Verdampfungsvorrichtung 7, die in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 angebracht ist, die zwei an dem Fahrzeug 1 außerhalb des Gehäusekörpers 3 der Traktionsbatterie 2 angebrachten Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 und die Verbindungsleitungen 17, 18.
  • Im Betrieb, d.h. beim Laden oder Entladen der Traktionsbatterie 2, fällt Wärme an. Diese Wärme wird von den Batteriezellen 4 mittels der Verdampfungsvorrichtung 7 an das Fluid 19 übertragen. Dazu umfasst die Verdampfungsvorrichtung 7 eine Mehrzahl Verdampfungselemente 23, die jeweils einzeln zwischen zwei Batteriezellen 4 angeordnet sind. Daher sind die Verdampfungselemente 23 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt. Die entsprechenden Batteriemodule 5 umfassen also neben den Batteriezellen 4 zusätzlich die Verdampfungselemente 23. Die Batteriemodule 5 sind mit Schraubmitteln 29 an dem Gehäusekörper 3 befestigt.
  • In den Verdampfungselementen 23 sind Mikrokanalstrukturen ausgebildet, die seitlich geöffnet sind. Durch den Kontakt der Verdampfungselemente 23 mit den benachbarten Batteriezellen 4 werden die Mikrokanalstrukturen seitlich verschlossen, wodurch in den Verdampfungselementen 23 Mikrokanäle 24 ausgebildet werden. Die Mikrokanäle 24 erstrecken sich in vertikaler Richtung 16 und sind an ihren beiden Endseiten geöffnet.
  • Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Immersionsverdampfer ausgeführt. Die Mikrokanäle 24 stehen in Fluidkontakt mit dem Plenum 30. Dadurch dringt flüssiges Fluid 19 in die Mikrokanäle 24 ein, wo es durch die von den Batteriezellen 4 angegebene Wärme erwärmt wird. Bei der Aufnahme der Wärme von den Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 2 verdampft das flüssige Fluid 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7. Dabei wird flüssiges Fluid 19 mitgerissen, das die Mikrokanäle 24 innenseitig benetzt. Nach der Benetzung kann die Wärmeübertragung über die gesamte Länge der Mikrokanäle 24 erfolgen und es wird eine sehr effiziente Kühlung erzielt. Alternativ können die Batteriezellen 4 und die Verdampfungselemente 23 teilweise in das flüssige Fluid 19 in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 eingetaucht sein, so dass die Mikrokanäle 24 teilweise mit flüssigem Fluid 19 gefüllt sind. Auch dabei kann flüssiges Fluid 19 aus dem Plenum 30 in die Mikrokanäle 24 nachströmen.
  • Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist also ein Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, in dem Wärme von den Batteriezellen 4 an das flüssige Fluid 19 übertragen wird. Entsprechend ist eine solche Verdampfungsvorrichtung 7 auch als Verdampfer bekannt.
  • Auch die beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sind Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, die Wärme von dem gasförmigen Fluid 19 aufnehmen und an die Umgebung 35 abgeben, so dass das gasförmige Fluid 19 kondensiert. Eine solche Kondensierungsvorrichtung 12, 13 ist auch als Dampfkondensator oder Verflüssiger bekannt.
  • Das kondensierte Fluid 19 kann durch die Fallleitung 18 von der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung 12, 13 zu der Verdampfungsvorrichtung 7 zurückströmen. Der Transport des flüssigen Fluides 19 erfolgt dabei allein aufgrund der Schwerkraft, durch die das flüssige Fluid 19 wieder zurück in den Gehäusekörper 3 strömt, wo es erneut der Verdampfungsvorrichtung 7 zur Verfügung gestellt wird.
  • Der Kühlkreislauf 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel nach der Art eines Naturumlaufs ohne aktive Zirkulation des Fluides 19 ausgeführt. Entsprechend erfolgt bei dem Verfahren ein passives Transportieren des verdampften Fluides 19 von der Verdampfungsvorrichtung 7 zu den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sowie ein passives Transportieren des kondensierten Fluides 19 von den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 zu der Verdampfungsvorrichtung 7. Die Kühlvorrichtung 6 ist damit nach der Art eines Thermosiphons ausgebildet. Das Thermosiphon ist eine passive Konstruktion, die einen Wärmeaustausch durch Nutzung von natürlicher Konvektion in einem vertikalen Fluidkreislauf zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 ermöglicht. Die Funktion des Thermosiphons beruht auf dem Dichteunterschied zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Fluides 19, wobei das gasförmige Fluid 19 in den Steigleitungen 17 aufgrund seiner geringen Dichte zu den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 strömt bzw. aufsteigt und das kondensierte Fluid 19 von den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 schwerkraftgetrieben durch die Fallleitung 18 in die Verdampfungsvorrichtung 7 zurückströmt bzw. absinkt. Dabei kann das flüssige Fluid 19 in den Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 zurückströmen bzw. absinken, wo es in dem Plenum 30 aus flüssigem Fluid 19 aufgenommen wird, um von dort in die Verdampfungsvorrichtung 7 einzutreten.
  • In dem Thermosiphon herrschen bei vertikaler Anordnung der mit Dampf gefüllten Steigleitungen 17 und flüssigkeitsgefüllten Fallleitungen 18 am Boden der Leitungen 17, 18, die an die Verdampfungsvorrichtung 7 angeschlossen sind, unterschiedliche Drücke aufgrund der unterschiedlichen Dichte entsprechender Dampf- bzw. Flüssigkeitssäulen vor. Beim Verdampfen und weiteren Erwärmen des Fluides 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7 steigt die Konzentration des gasförmigen Fluides 19. Zwischen den Steigleitungen 17 und den Fallleitungen 18 wird ein Druckausgleich dadurch hergestellt, dass flüssiges Fluid 19 aus den Fallleitungen 18 in die Verdampfungsvorrichtung 7 und damit in Richtung der Dampfsäule in den Steigleitungen 17 strömt und gasförmiges Fluid 19 in die Steigleitungen 17 verdrängt. Das gasförmige Fluid 19 strömt aus den Steigleitungen 17 in die Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, wo es wieder kondensiert, so dass der Kühlkreislauf 42 geschlossen wird.
  • Durch eine stetige Verdampfung des flüssigen Fluides 19 am Boden der Steigleitungen 17, d.h. in der Verdampfungsvorrichtung 7, und eine Kondensation des gasförmigen Fluides 19 am oben Ende der Steigleitungen 17, d.h. in den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, sowie der anschließenden Rückführung des kondensierten Fluides 19 aus den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 in die Fallleitungen 18, wird somit ein kontinuierlicher Kreislauf des Fluides 19 in der Kühlvorrichtung 6 nach der Art des Thermosiphons gebildet und ein dynamischer Umlauf in der Kühlvorrichtung 6 erzeugt. Eine aktive Zirkulation des Fluides 19 durch eine Pumpe oder einen Kompressor ist nicht erforderlich.
  • Wie oben beschrieben wird dabei eine Zwei-Phasen-Kühlung gebildet, wobei das flüssige Fluid 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7 Wärme von den Batteriezellen 4 aufnimmt, so dass es verdampft, und in den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 Wärme an die Umgebung 35 des Fahrzeugs 1 abgibt, wodurch das gasförmige Fluid 19 wieder kondensiert. Bei der Zirkulation in dem Kühlkreislauf 42 nimmt das flüssige Fluid 19 beim Verdampfen Verdampfungswärme auf, die es beim Kondensieren aus seinem gasförmigen Zustand in den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 wieder abgibt. Die Verdampfungswärme kann somit von den Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 2 abgeführt und an die äußere Umgebung 35 abgegeben werden.
  • Nachfolgend wird das Be- und Entlüften der Kühlvorrichtung 6 unter Bezug auf das Diagramm in 5 unter Verwendung der Druckausgleichsvorrichtung 20 im Detail beschrieben. Das Be- und Entlüften der Kühlvorrichtung 6 unterstützt den oben beschriebenen Betrieb des Kühlkreislaufs 42 nach der Art des Naturumlaufs.
  • Ausgehend von Punkt A in 5, der beispielsweise bei oder nach einem Betrieb des Fahrzeugs 1 erreicht ist, wird das Fluid 19 in der Traktionsbatterie 2 von der Kühlvorrichtung 6 entlang einer Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 abgekühlt. Es kondensiert mehr Fluid 19, als das Fluid 19 verdampft, so dass der Druck sinkt. Dabei kann es beispielsweise aufgrund von niedrigen Umgebungstemperaturen dazu kommen, dass der Druck in der Kühlvorrichtung 6 so stark fällt, dass ein Punkt B entlang der Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 erreicht wird, bei dem der Druck auf oder unter einen Minimaldruck von hier 0,8 bar fällt. Die Steuervorrichtung 37 erfasst über einen in der Kühlvorrichtung 6, beispielsweise in einer der Steigleitungen 17, angeordneten Drucksensor den Druck in dem Innenraum 34 der Kühlvorrichtung 6, der auch als Systemdruck bezeichnet wird. Zusätzlich erfasst die Steuervorrichtung 37 über einen in der Kühlvorrichtung 6, beispielsweise in einer der Steigleitungen 17, angeordneten Temperatursensor eine Temperatur in der Kühlvorrichtung 6, die auch als Systemtemperatur bezeichnet wird.
  • Um ein weiteres Absinken des Drucks zu verhindern, steuert die Steuervorrichtung 37 das Druckausgleichsventil 22 an, um dieses zu öffnen. Dadurch kann Umgebungsluft als Belüftungsgas 46 durch die Druckausgleichsöffnung 21 und das Druckausgleichsventil 22 in den Ein- und Ausströmpfad 36 einströmen, wo das Belüftungsgas 46 in der Trocknungseinrichtung 41 getrocknet wird. Dabei vermischt sich das Belüftungsgas 46 mit dem gasförmigen Fluid zu dem Gasgemisch 48 in dem Innenraum 34 der Kühlvorrichtung 6. Es erfolgt ein Übergang zu Punkt C, wobei der Druck konstant bleibt, obwohl die Temperatur in der Kühlvorrichtung 6 sinkt. Punkt C liegt auf einer Saturations-Druckkurve 50 für Fluid 19 mit Fremdgas.
  • Bei einem Übergang zu Punkt D entlang der Saturations-Druckkurve 50 für Fluid 19 mit Fremdgas wird das Fluid 19 in der Kühlvorrichtung 6 erwärmt, wodurch auch der Druck darin steigt. Es wird also Wärme von den Batteriezellen 4 an das Fluid 19 übertragen, so dass eine Verdampfung von flüssigem Fluid 19 stattfindet, wobei mehr Fluid 19 verdampft als kondensiert. Die Steuervorrichtung 37 ermittelt dabei kontinuierlich den Systemdruck und die Systemtemperatur. Basierend auf dem Systemdruck, der Systemtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides 19 in dem Gasgemisch 48 in dem Innenraum 34 abhängig von dem Systemdruck und der Systemtemperatur bestimmt die Steuervorrichtung 37 einen Anteil gasförmigen Fluides 19 in dem Gasgemisch 48. Wenn der Anteil des gasförmigen Fluides 19 unterhalb eines Grenzanteils liegt, also zu niedrig ist, steuert die Steuervorrichtung 37 das Druckausgleichsventil 22 an zu öffnen, um eine Entlüftung durchzuführen. Dies erfolgt über eine gezielte Entlüftung beim Erreichen des Punktes D, wobei bereits vor dem Erreichen des maximalen Betriebsdrucks entlüftet wird und das Gasgemisch 48 in die Druckausgleichsvorrichtung 20 strömt.
  • Wenn das Gasgemisch 48 in dem Ein- und Ausströmpfad 36 aufsteigt, erfolgt bereits eine stoffliche Trennung davon aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides 19 und des zuvor aufgenommenen Belüftungsgases 46. Bei einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Gasgemisches 48 kann ein großer Teil des gasförmigen Fluides 19 in der Druckausgleichsvorrichtung 20 verbleiben oder daraus wieder absinken, so dass nur ein geringer Teil gasförmiges Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 weiter aufsteigt.
  • Dazu wird die Kühleinheit 40 aktiviert, so dass der Ein- und Ausströmpfad 36 gekühlt wird. Dadurch kann das gasförmige Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 zusätzlich an dem Ein- und Ausströmpfad 36 kondensieren und so aus dem Gasgemisch 48 entfernt werden. Das in der Kühlvorrichtung 6 verwendete Fluid 19 weist gegenüber der Umgebungsluft eine höhere Siedetemperatur auf, so dass das gasförmige Fluid 19 bei Kühlen vor dem zuvor aufgenommenen Belüftungsgas 46 kondensiert. Das kondensierte Fluid 19 wird dann im flüssigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung 20 in den Kühlkreislauf 42 zurückgeführt, so dass nur geringe Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung 6 auftreten.
  • Zusätzliches gasförmiges Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 wird durch die Filtereinrichtung 38 herausgefiltert. Ein Entladen der Filtereinrichtung 38 zur Abgabe des gefilterten Fluides 19 wird vorzugsweise in einem Betriebszustand durchgeführt, in dem keine Entlüftung über die Druckausgleichsvorrichtung 20 erfolgt.
  • Durch die stoffliche Trennung, das Kondensieren des Fluides 19 und das Filtern des Fluides 19 werden Fluidverluste beim Entlüften weitgehend vermieden und das gasförmige Fluid 19 wird aus dem Gasgemisch 48 zurückgewonnen. Entsprechend wird als Entlüftungsgas 47 im Wesentlichen die zuvor als Belüftungsgas 46 aufgenommene Umgebungsluft an die äußere Umgebung 35 abgegeben, so dass eine Konzentration des Fluides 19 in dem Kühlkreislauf 42 erhöht wird. Das rückgewonnene Fluid 19 wird aus der Druckausgleichsvorrichtung 20 in den Kühlkreislauf 42 zurückgeführt. Entsprechend wird wieder Punkt A der Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 erreicht.
  • Zusätzlich ist die Steuervorrichtung 37 ausgeführt, beim Erreichen eines Maximaldrucks das Druckausgleichsventil 22 anzusteuern zu öffnen. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf 42, bis zu dem üblicherweise keine Undichtigkeiten auftreten. Dies ist als Punkt E in 5 dargestellt.
  • Wie sich aus den beiden Saturations-Druckkurven 49, 50 für reines Fluid 19 und für Fluid 19 mit Fremdgas ergibt, werden bei reinem Fluid 19 höhere Drücke erst bei höheren Temperaturen erreicht, als bei einer Mischung aus Fluid 19 mit Fremdgas.
  • In einer alternativen Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 6 einen nicht dargestellten Vorratsbehälter auf zur Abgabe von flüssigem Fluid 19 in den Kühlkreislauf 42, um Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs 42 auszugleichen und eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides 19 innerhalb der Kühlvorrichtung 6 sicherzustellen.
  • Durch die so gebildete Kühlvorrichtung 6 kann ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden, der insbesondere auch bei größeren Neigungen des Fahrzeugs 1 nicht beeinträchtigt wird, wie sich aus den 1 und 3 ergibt. So kann bei typischen Fahrzeugen 1 bei der Kühlvorrichtung 6 des ersten Ausführungsbeispiels mit den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 auch bei einer Neigung von beispielsweise 18° noch eine Höhendifferenz h' zwischen einem Flüssigkeitsspiegel 25 des Fluides 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7 in dem Gehäusekörper 3 und den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, insbesondere dem Auslass 33 der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 für kondensiertes Fluid 19, aufrecht erhalten werden, wie in 3 dargestellt ist. Dort ist eine Normallage 27 dargestellt mit einer Schräglage 28 von +18° gegenüber der Normallage 27. Wie in 3 eingezeichnet ist, befindet sich der Auslass 33 der vorderen Kondensierungsvorrichtung 12 für kondensiertes Fluid 19 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 25 des flüssigen Fluides 19 in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2, wodurch das kondensierte Fluid 19 schwerkraftgetrieben in den Gehäusekörper 3 strömen kann. In 1 sind Schräglagen 28 von +18° bzw. -18° gegenüber der Normallage 27 dargestellt.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Druckausgleichsvorrichtung 20 an einer prinzipiell beliebigen Stelle des Kühlkreislaufs 42 angeordnet. Der Innenraum 34 ist ein prinzipiell beliebiger Teil des Kühlkreislaufs 42, durch den das Fluid 19 strömt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Traktionsbatterie
    3
    Gehäusekörper
    4
    Batteriezelle
    5
    Batteriemodul
    6
    Kühlvorrichtung
    7
    Verdampfungsvorrichtung
    8
    Bodenbereich
    9
    Fahrgastzelle
    10
    Vorderachse
    11
    Hinterachse
    12
    vordere Kondensierungsvorrichtung
    13
    hintere Kondensierungsvorrichtung
    14
    Längsrichtung
    15
    Motorhaube
    16
    vertikale Richtung
    17
    Steigleitung, Verbindungsleitung
    18
    Fallleitung, Verbindungsleitung
    19
    Fluid
    20
    Druckausgleichsvorrichtung
    21
    Druckausgleichsöffnung
    22
    Druckausgleichsventil
    23
    Verdampfungselement
    24
    Mikrokanal
    25
    Flüssigkeitsspiegel
    27
    Normallage
    28
    Schräglage
    29
    Schraubmittel
    30
    Plenum
    31
    Wärmetauscherelement
    32
    Einlass
    33
    Auslass
    34
    Innenraum
    35
    Umgebung
    36
    Ein- und Ausströmpfad
    37
    Steuervorrichtung
    38
    Filtereinrichtung
    39
    Entladevorrichtung
    40
    Kühleinheit
    41
    Trocknungseinrichtung
    42
    Kühlkreislauf
    43
    A-Säule
    44
    C-Säule
    45
    Längsrichtung
    46
    Belüftungsgas
    47
    Entlüftungsgas
    48
    Gasgemisch
    49
    Saturations-Druckkurve für Fluid (rein)
    50
    Saturations-Druckkurve für Fluid mit Fremdgas
    h
    Höhenunterschied ohne Fahrzeugneigung
    h'
    Höhenunterschied bei Fahrzeugneigung

Claims (22)

  1. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zur Anbringung an einem Fahrzeug (1) zur Bildung einer Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) des Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Einlass (32) für gasförmiges Fluid (19), einem Auslass (33) für kondensiertes Fluid (19), und einem Wärmetauscherelement (31) zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid (19) und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung (35) davon, wobei die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) eine Druckausgleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum (34) der Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.
  2. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) ein Druckausgleichsventil (22) aufweist.
  3. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Steuervorrichtung (37) aufweist oder die Steuervorrichtung (37) der Druckausgleichsvorrichtung (20) zugeordnet ist, und das Druckausgleichsventil (22) ein steuerbares Druckausgleichsventil (22) ist, das über die Steuervorrichtung (37) ansteuerbar ist.
  4. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Trocknungseinrichtung (41) aufweist, die in einem Einströmpfad (36) der Druckausgleichsvorrichtung (20) angeordnet ist.
  5. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) einen kaminartig ausgeführten Ausströmpfad (36) aufweist.
  6. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Filtereinrichtung (38) aufweist, die in einem Ausströmpfad (36) der Druckausgleichsvorrichtung (20) angeordnet ist und gasförmiges Fluid (19) zurückhält.
  7. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Entladevorrichtung (39) aufweist, die ausgeführt und angeordnet ist, in der Filtereinrichtung (38) zurückgehaltenes Fluid (19) zurückzugewinnen.
  8. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Kühleinheit (40) aufweist, die in oder an einem Ausströmpfad (36) der Druckausgleichsvorrichtung (20) angeordnet ist.
  9. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement (31) integral mit der Druckausgleichsvorrichtung (20) ausgeführt ist, oder das Wärmetauscherelement (31) und die Druckausgleichsvorrichtung (20) separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln miteinander verbunden sind.
  10. Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) eines Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Kühlkreislauf (42) umfassend eine Verdampfungsvorrichtung (7) zur Anbringung in einem Gehäusekörper (3) der Traktionsbatterie (2), wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zur Anbringung an dem Fahrzeug (1) außerhalb des Gehäusekörpers (3) der Traktionsbatterie (2), und wenigstens eine Verbindungsleitung (17, 18), die in der Verdampfungsvorrichtung (7) verdampftes Fluid (19) zu der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und kondensiertes Fluid (19) von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zurück zu der Verdampfungsvorrichtung (7) leitet, wobei die Kühlvorrichtung (6) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Druckausgleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.
  11. Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
  12. Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (6) einen Vorratsbehälter aufweist zur Abgabe von Fluid (19) in den Kühlkreislauf (42), insbesondere zur Abgabe von flüssigem Fluid (19) in den Kühlkreislauf (42).
  13. Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (6) eine Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen (12, 13) aufweist, und die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen (12, 13) insbesondere zur verteilten Montage an dem Fahrzeug (1) ausgeführt sind, besonders bevorzugt in Längsrichtung (14) des Fahrzeugs (1) vor und hinter der Verdampfungsvorrichtung (7).
  14. Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) mit einer Traktionsbatterie (2) und einer Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei die Traktionsbatterie (2) mit ihrem Gehäusekörper (3) und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung (7) in einem Bodenbereich (8) des Fahrzeugs (1) angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) außerhalb der Traktionsbatterie (2) in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrichtung (7) angebracht ist, und ein Fluid (19) in der Kühlvorrichtung (6) aufgenommen ist.
  15. Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) eines Fahrzeugs (1) mit einer Kühlvorrichtung (6) und einem darin aufgenommenen Fluid (19), umfassend die Schritte Verdampfen des flüssigen Fluides (10) in einer Verdampfungsvorrichtung (7) in einem Gehäusekörper (3) der Traktionsbatterie (2) durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen (4) der Traktionsbatterie (2), Transportieren des verdampften Fluides (19) von der Verdampfungsvorrichtung (7) zu wenigstens einer Kondensierungsvorrichtung (12, 13), die an dem Fahrzeug (1) angebracht ist, Kondensieren des verdampften Fluides (19) in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung (35), und Transportieren des kondensierten Fluides (19) von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zu der Verdampfungsvorrichtung (7), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Schritt zum Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Belüften des Innenraums (34) mit einem Belüftungsgas (46), insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Minimaldrucks umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüften des Innenraums (34) mit einem Belüftungsgas (46), insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Minimaldrucks ein Entfeuchten des eintretenden Belüftungsgases (46), insbesondere Umgebungsluft, umfasst.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Durchführen des Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und der äußeren Umgebung (35) umfasst.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Entlüften des Innenraums (34) beim Erreichen oder Überschreiten eines Maximaldrucks umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Schritte umfasst zum Ermitteln eines Systemdrucks, Ermitteln einer Systemtemperatur, Bestimmen eines Anteils gasförmigen Fluides (19) basierend auf dem Systemdruck, der Systemtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides (19) in einem Gasgemisch (48) mit einem Fremdgas basierend auf dem Systemdruck und der Systemtemperatur, und Entlüften des Innenraums (34) beim Erreichen eines Anteils gasförmigen Fluides (19) unterhalb eines Grenzanteils.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüften des Innenraums (34) ein Rückgewinnen von gasförmigem Fluid (19) aus einem Gasgemisch (48) umfasst.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt zum Zuführen von Fluid (19) aus einem Fluidvorrat umfasst.
DE102019216051.4A 2019-10-17 2019-10-17 Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie Pending DE102019216051A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019216051.4A DE102019216051A1 (de) 2019-10-17 2019-10-17 Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie
PCT/EP2020/078983 WO2021074264A1 (de) 2019-10-17 2020-10-15 Kondensierungsvorrichtung, kühlvorrichtung für eine traktionsbatterie, elektrisch antreibbares fahrzeug mit einer traktionsbatterie sowie einer kühlvorrichtung und verfahren zur kühlung einer traktionsbatterie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019216051.4A DE102019216051A1 (de) 2019-10-17 2019-10-17 Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019216051A1 true DE102019216051A1 (de) 2021-04-22

Family

ID=73020165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019216051.4A Pending DE102019216051A1 (de) 2019-10-17 2019-10-17 Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019216051A1 (de)
WO (1) WO2021074264A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021130807A1 (de) 2021-11-24 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023107206A1 (de) 2023-03-22 2024-09-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Ausgleichsbehältervorrichtung und Elektromaschinenanordnung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253518A (en) * 1979-01-26 1981-03-03 Matra Cooling installation working through a change in phase
DE4441162A1 (de) * 1994-11-18 1996-06-05 Daimler Benz Ag Kühleinrichtung für eine aus mehreren Zellen aufgebaute Batterie
US20140342201A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical storage device thermal management systems
DE112017005113T5 (de) * 2016-10-06 2019-06-27 Denso Corporation Maschinentemperatursteuerungsvorrichtung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001022A1 (de) * 2014-01-27 2015-07-30 Liebherr-Transportation Systems Gmbh & Co. Kg Fahrzeugkühlkreislauf
US10231357B2 (en) * 2015-03-20 2019-03-12 International Business Machines Corporation Two-phase cooling with ambient cooled condensor
CN105644381A (zh) * 2015-12-23 2016-06-08 奇瑞汽车股份有限公司 一种电动汽车及其热管理系统
CN109346801A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 天津星火九州技术有限公司 一种动力电池控温系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253518A (en) * 1979-01-26 1981-03-03 Matra Cooling installation working through a change in phase
DE4441162A1 (de) * 1994-11-18 1996-06-05 Daimler Benz Ag Kühleinrichtung für eine aus mehreren Zellen aufgebaute Batterie
US20140342201A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical storage device thermal management systems
DE112017005113T5 (de) * 2016-10-06 2019-06-27 Denso Corporation Maschinentemperatursteuerungsvorrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021130807A1 (de) 2021-11-24 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021074264A1 (de) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013206630B4 (de) Kühl- und Heizsystem für ein Hybrid-Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kühl- und Heizsystems
DE102009039364A1 (de) Fahrzeug mit wenigstens einem Kühlkreislauf zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems
DE102020117471A1 (de) Wärmepumpenanordnung mit indirekter Batterieerwärmung für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung
EP3057815B1 (de) Kraftfahrzeug mit einer klimaanlage
EP3718163A1 (de) Verfahren zur temperierung einer batterieanordnung und temperierte batterieanordnung
DE102018106534A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE112017004537T5 (de) Vorrichtungstemperaturregler
WO2014166596A1 (de) Fahrzeugklimatisierungseinrichtung
DE102019216051A1 (de) Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktionsbatterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie
WO2017102449A1 (de) Verfahren zum temperieren eines energiesystems
DE102017005593A1 (de) Hochvoltbatterievorrichtung für einen Kraftwagen
WO2021074263A1 (de) Kühlvorrichtung für eine transaktionsbatterie eines fahrzeugs
EP3669417A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur temperierung einer batterieanordnung
DE102015014781A1 (de) Elektrisch angetriebenes Fahrzeug
DE102012006132A1 (de) Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem
DE102018201608A1 (de) Isoliersystem für ein Batteriesystem sowie Verfahren zum Steuern eines solchen Isoliersystems
DE102008044482B4 (de) Kombinierter Verdampfer/Absorber einer mobilen Absorptionsklimaanlage
DE102016002862A1 (de) Brennstoffzellensystem
WO2023104474A1 (de) Kühlanordnung zum kühlen einer batterie eines kraftfahrzeugs, kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben einer kühlanordnung
DE102017011282A1 (de) Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug
DE102021104941A1 (de) Besprühvorrichtung, Ladestation und Verfahren zum Bereitstellen einer Verdunstungskühlung
DE102013217594A1 (de) Brennstoffzellensystem mit Temperiervorrichtung undVerfahren zum Temperieren einesBrennstoffzellensystems
DE102011078267A1 (de) Kühlung von elektrischen Speichereinheiten in einem Fahrzeug
DE102014215677A1 (de) Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Kühlung des Batteriesystems
DE102014002042A1 (de) Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication