DE102020001062A1 - Electrical energy storage of a partially electrically operated motor vehicle - Google Patents

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Alexander Müller
Patrick Wittmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) eines teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (12), mit zumindest einem Energiespeichergehäuse (14), in dessen Innenraum (16) zumindest ein Zellmodul (18) angeordnet ist, und mit einer fluidisch betriebenen Kühleinrichtung (20), welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus (B1) aktiv ein Kühlfluid (26) in den Innenraum (16) zu befördern, und mit einer an dem Energiespeichergehäuse (14) ausgebildeten einstellbaren Austrittsöffnung (28), welche dazu ausgebildet ist, bei einem thermischen Durchgehen des zumindest einen Zellmoduls (18) das Energiespeichergehäuse (14) gegenüber einer Umgebung (30) des elektrischen Energiespeichers (10) zu öffnen, wobei in einem zweiten Betriebsmodus (B2), in welchem die Förderpumpe (24) passiv und die einstellbare Austrittsöffnung (28) geöffnet ist, die Kühleinrichtung (20) das Kühlfluid (26), auf Basis eines mechanisch erzeugten Systemüberdrucks des Kühlfluides (26) im Kühlkreislauf (22), in den Innenraum (16) des Energiespeichergehäuse (14) und durch einstellbare Austrittsöffnung (28) in die Umgebung (30) befördert.The invention relates to an electrical energy store (10) of a partially electrically operated motor vehicle (12), with at least one energy storage housing (14), in whose interior (16) at least one cell module (18) is arranged, and with a fluidically operated cooling device (20) , which is designed to actively convey a cooling fluid (26) into the interior space (16) in a first operating mode (B1), and with an adjustable outlet opening (28) formed on the energy storage housing (14) which is designed for this purpose a thermal run-through of the at least one cell module (18) to open the energy storage housing (14) in relation to the surroundings (30) of the electrical energy storage (10), wherein in a second operating mode (B2) in which the feed pump (24) is passive and the adjustable The outlet opening (28) is open, the cooling device (20) the cooling fluid (26), based on a mechanically generated system overpressure of the cooling fluid (26) in the cooling Oil circuit (22), conveyed into the interior (16) of the energy storage housing (14) and through an adjustable outlet opening (28) into the environment (30).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electrical energy store of a partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Elektrische Energiespeicher können im Falle eines thermischen Durchgehens einer, beispielsweise Li-Ionen Zelle, überhitzt werden, wodurch ein Brand resultieren kann. Zur Vermeidung eines solchen Resultates soll ein Anstecken beziehungsweise eine Propagation anderer benachbarter Li-Ionen Zellen verhindert werden. Dies ist vermeidbar, indem die durch das thermische Durchgehen der Zelle ausströmende Heißgase und die Elektrolyte gezielt weggeleitet werden, sowie auch die daraus entstehende Wärme. Bei den derzeit gängigen Zellmodulen findet eine Entlüftung nur bei eingeschalteten Kraftfahrzeugen statt, wodurch die Zellen mittels einer laufenden Kühlmittelpumpe gekühlt werden. Die im thermischen Durchgehen entstehenden Heißgase werden zumeist nicht gekühlt. Derzeitige elektrische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen Batterien, nutzen zumeist eine indirekte Kühlung. Bei einem ausgeschalteten Kraftfahrzeug findet demnach keine Kühlung von Zellmodulen mittels der Kühlmittelpumpe innerhalb des elektrischen Energiespeichers statt. Bei einem thermischen Durchgehen eines einzelnen Zellmoduls, ist die Wahrscheinlichkeit einer Ansteckung beziehungsweise einer Propagation groß und dadurch auch eine Überhitzung des gesamten elektrischen Energiespeichers, welche beispielsweise zu dem zuvor genannten Brand und/oder zu der Explosion führen könnte.Electrical energy storage devices can be overheated in the event of a thermal runaway cell, for example a Li-ion cell, which can result in a fire. To avoid such a result, the plugging or propagation of other neighboring Li-ion cells should be prevented. This can be avoided in that the hot gases and the electrolytes flowing out due to the thermal passage of the cell are specifically diverted away, as well as the resulting heat. In the case of the currently common cell modules, ventilation only takes place when the motor vehicle is switched on, as a result of which the cells are cooled by means of a running coolant pump. The hot gases that arise during thermal runaway are mostly not cooled. Current electrical energy storage devices, such as lithium-ion batteries, mostly use indirect cooling. When the motor vehicle is switched off, there is accordingly no cooling of cell modules by means of the coolant pump within the electrical energy store. In the event of a thermal runaway of an individual cell module, there is a high probability of infection or propagation and, as a result, overheating of the entire electrical energy store, which could lead, for example, to the aforementioned fire and / or to the explosion.

Die aus der DE 10 2017 116 981 A1 bekannten Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für eine Temperierung eines Batteriesystems mit zumindest einem Batterieteilsystem, die Temperiervorrichtung aufweisend eine Temperierleitung zum Leiten eines Temperierfluids und eine Pumpvorrichtung zum Erzeugen einer Strömung des Temperierfluids in der Temperierleitung zumindest in einer ersten Strömungsrichtung, wobei die Temperierleitung zumindest einen mit dem zumindest einen Batterieteilsystem thermisch leitend verbindbaren Temperierabschnitt zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wärmeenergie zu dem oder von dem Batterieteilsystem aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem, aufweisend zumindest ein Batterieteilsystem und eine Temperiervorrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperieren und/oder Löschen eines derartigen Batteriesystems, wobei für ein Temperieren des Batteriesystems die Pumpvorrichtung eine Strömung des Temperierfluids in der Temperierleitung in der ersten Strömungsrichtung erzeugt.The ones from the DE 10 2017 116 981 A1 known invention relates to a temperature control device for temperature control of a battery system with at least one battery subsystem, the temperature control device having a temperature control line for conducting a temperature control fluid and a pump device for generating a flow of the temperature control fluid in the temperature control line at least in a first flow direction, the temperature control line at least one with the at least has a temperature control section which can be connected in a thermally conductive manner for supplying and / or removing thermal energy to or from the battery subsystem. The invention also relates to a battery system, having at least one battery subsystem and a temperature control device. In addition, the invention relates to a method for temperature control and / or extinguishing of such a battery system, the pump device generating a flow of the temperature control fluid in the temperature control line in the first flow direction for temperature control of the battery system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher eines teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine passive Kühlung des elektrischen Energiespeichers möglich ist.The object of the present invention is to further develop an electrical energy store of a partially electrically operated motor vehicle of the type mentioned at the beginning in such a way that passive cooling of the electrical energy store is possible.

Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electrical energy store with the features of claim 1. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Energiespeichergehäuse, in dessen Innenraum zumindest ein Zellmodul angeordnet ist. Der elektrische Energiespeicher umfasst zudem noch eine fluidisch betriebene Kühleinrichtung mit einem Kühlkreislauf, welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus des elektrischen Energiespeichers mittels einer Förderpumpe der Kühleinrichtung aktiv ein Kühlfluid in den Innenraum zu befördern. Weiterhin umfasst der elektrische Energiespeicher eine an dem Energiespeichergehäuse ausgebildete einstellbare Austrittsöffnung, welche dazu ausgebildet ist, bei einem thermischen Durchgehen des zumindest einen Zellmoduls das Energiespeichergehäuse gegenüber einer Umgebung des elektrischen Energiespeichers zu öffnen. Die Kühleinrichtung befördert in einem zweiten Betriebsmodus der elektrische Energiespeicher, in welchem die Förderpumpe passiv und die einstellbare Austrittsöffnung geöffnet ist, das Kühlfluid in den Innenraum des Energiespeichergehäuses und durch eine einstellbare Austrittsöffnung in die Umgebung des elektrischen Energiespeichers. Dies findet auf Basis eines mechanisch erzeugten Systemüberdrucks des Kühlfluides im Kühlkreislauf statt. Mittels eines Strömungsverlaufs des Kühlfluids durch die Förderpumpe wird eine passive Kühlung ermöglicht. Aktive Systeme, wie beispielsweise Temperaturüberwachungen oder einem Einschalten eines Kühlsystems, erfordern einen hohen Strombedarf und hohe sogenannte Aufwach-Raten, um eine schnelle Reaktion auf ein thermisches Durchgehen zu ermöglichen. Mittels einer passiven Kühlung ist es möglich diese Vorgehensweisen zu umgehen.The invention relates to an electrical energy store of a partially electrically operated motor vehicle, with at least one energy storage housing, in the interior of which at least one cell module is arranged. The electrical energy store also includes a fluidically operated cooling device with a cooling circuit, which is designed to actively convey a cooling fluid into the interior by means of a feed pump of the cooling device in a first operating mode of the electrical energy store. Furthermore, the electrical energy store comprises an adjustable outlet opening formed on the energy storage housing, which is designed to open the energy storage housing with respect to the surroundings of the electrical energy store in the event of a thermal runaway of the at least one cell module. In a second operating mode of the electrical energy store, in which the feed pump is passive and the adjustable outlet opening is open, the cooling device conveys the cooling fluid into the interior of the energy storage housing and through an adjustable outlet opening into the vicinity of the electrical energy store. This takes place on the basis of a mechanically generated system overpressure of the cooling fluid in the cooling circuit. Passive cooling is made possible by means of a flow path of the cooling fluid through the feed pump. Active systems, such as temperature monitoring or switching on a cooling system, require a high power consumption and high so-called wake-up rates in order to enable a quick reaction to a thermal runaway. It is possible to circumvent these procedures by means of passive cooling.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die dem elektrischen Energiespeicher angeordneten, einstellbare Austrittsöffnung als eine Berstscheibe ausgebildet ist.Another advantageous embodiment provides that the adjustable outlet opening arranged on the electrical energy store is designed as a rupture disk.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der im zweiten Betriebsmodus mechanisch erzeugte Systemüberdruck des Kühlfluides im Kühlkreislauf mittels eines oberhalb des elektrischen Energiespeichers positionierten Ausgleichsbehälters erzeugt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the system overpressure of the cooling fluid, which is mechanically generated in the second operating mode, is generated in the cooling circuit by means of an expansion tank positioned above the electrical energy store.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Ausgleichsbehälter wenigstens ein Kolbenelement umfasst.Another advantageous embodiment provides that the expansion tank comprises at least one piston element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ausgleichsbehälter wenigstens ein Federelement umfasst.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the expansion tank comprises at least one spring element.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Ausgleichsbehälter wenigstens eine druckregulierende Entlüftungsöffnung umfasst.Another advantageous embodiment provides that the expansion tank comprises at least one pressure-regulating ventilation opening.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorherigen Aspekt.Another aspect relates to a motor vehicle with an electrical energy store according to the previous aspect.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Energiespeichers sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs anzusehen.Advantageous configurations of the electrical energy store are to be regarded as advantageous configurations of the motor vehicle.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the Invention to leave.

Dabei zeigen:

  • 1 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer Ausgestaltungsform eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs in einem aktiven ersten Betriebsmodus des elektrischen Energiespeichers;
  • 2 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltungsform des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs in einem passiven zweiten Betriebsmodus des elektrischen Energiespeichers;
  • 3 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm eines dem elektrischen Energiespeicher angeordneten Zellmoduls;
  • 4 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer ersten Ausgestaltungsform für eine Regulierung eines Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers;
  • 5 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer zweiten Ausgestaltungsform für die Regulierung des Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers; und
  • 6 in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer dritten Ausgestaltungsform für die Regulierung des Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers;
Show:
  • 1 a schematic view of a block diagram of an embodiment of an electrical energy store of a motor vehicle in an active first operating mode of the electrical energy store;
  • 2 a schematic view of a block diagram of a further embodiment of the electrical energy store of the motor vehicle in a passive second operating mode of the electrical energy store;
  • 3 a schematic view of a block diagram of a cell module arranged on the electrical energy store;
  • 4th a schematic view of a block diagram of a first embodiment for regulating a system overpressure of the electrical energy store;
  • 5 a schematic view of a block diagram of a second embodiment for regulating the system overpressure of the electrical energy store; and
  • 6th a schematic view of a block diagram of a third embodiment for regulating the system overpressure of the electrical energy store;

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer Ausgestaltungsform eines elektrischen Energiespeichers 10 eines Kraftfahrzeugs 12, in einem aktiven ersten Betriebsmodus B1 des elektrischen Energiespeichers 10. Der elektrische Energiespeicher 10 umfasst zumindest ein Energiespeichergehäuse 14, in dessen Innenraum 16 zumindest ein Zellmodul 18 angeordnet ist. Das Energiespeichergehäuse 14 umfasst zudem noch eine fluidisch betriebene Kühleinrichtung 20 mit einem Kühlkreislauf 22, welche dazu ausgebildet ist, in dem ersten Betriebsmodus B1 des elektrischen Energiespeichers 10, mittels einer Förderpumpe 24 der Kühleinrichtung 20, aktiv ein Kühlfluid 26 in den Innenraum 16 des Energiespeichergehäuse 14 zu befördern. Insbesondere umfasst das Energiespeichergehäuse 14 eine an dem Energiespeichergehäuse 14 ausgebildeten einstellbaren Austrittsöffnung 28, welche dazu ausgebildet ist, bei einem thermischen Durchgehen des zumindest einen Zellmoduls 18, das Energiespeichergehäuse 14 gegenüber einer Umgebung 30 des elektrischen Energiespeichers 10, zu öffnen. 1 shows a schematic view of a block diagram of an embodiment of an electrical energy store 10 of a motor vehicle 12th , in an active first operating mode B1 of the electrical energy storage 10 . The electrical energy storage 10 comprises at least one energy storage housing 14th , in its interior 16 at least one cell module 18th is arranged. The energy storage case 14th also includes a fluidically operated cooling device 20th with a cooling circuit 22nd , which is designed to be in the first operating mode B1 of the electrical energy storage 10 , by means of a feed pump 24 the cooling device 20th , active a cooling fluid 26th in the interior 16 of the energy storage housing 14th to transport. In particular, the energy storage housing comprises 14th one on the energy storage housing 14th trained adjustable outlet opening 28 , which is designed for a thermal runaway of the at least one cell module 18th , the energy storage housing 14th versus an environment 30th of the electrical energy storage 10 , to open.

Die in 1 gezeigte Ausgestaltungsform des elektrischen Energiespeichers 10 umfasst noch einen dem Kühlkreislauf 22 angeordneten Wärmetauscher 32, mittels welchem beispielsweise das Kühlfluid 26 in dem ersten Betriebsmodus B1 temperiert wird. Weiterhin ist dem elektrischen Energiespeicher 10 ein Ausgleichsbehälter 34 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist das Kühlfluid 26 in den Kühlkreislauf 22 zu befördern beziehungsweise einzuströmen. Der Kühlkreislauf 22 wird mittels der Förderpumpe 24 in einem ersten Betriebsmodus B1 des elektrischen Energiespeichers 10 gesteuert, wodurch das Kühlfluid 26 in Strömungsrichtung in den Wärmetauscher 32 befördert und in eine voreingestellte Temperatur reguliert wird. Das temperierte Kühlfluid 26 wird in den Innenraum 16 des Energiespeichergehäuses 14 befördert, wodurch es das zumindest ein Zellmodul 18 mittels dessen eigenen Temperatur temperiert. Der Kühlkreislauf 22 fördert das Kühlfluid 26 anschließend aus dem Energiespeichergehäuse 14 zur Förderpumpe 24 zurück, wodurch der Kühlkreislauf 23 im ersten Betriebsmodus B1 des elektrischen Energiespeichers 10 geschlossen wird. Ein Austausch von Kühlfluid 26, welcher sich im Ausgleichsbehälter 34 befindet, mit dem sich im Kühlkreislauf 22 befindenden Kühlfluid 26 ist möglich aber nicht zwingend notwendig.In the 1 Shown embodiment of the electrical energy store 10 also includes the cooling circuit 22nd arranged heat exchanger 32 , by means of which, for example, the cooling fluid 26th in the first mode of operation B1 is tempered. Furthermore, the electrical energy store 10 an expansion tank 34 arranged, which is designed for the cooling fluid 26th in the cooling circuit 22nd to convey or to flow in. The cooling circuit 22nd is made by means of the feed pump 24 in a first operating mode B1 of the electrical energy storage 10 controlled, whereby the cooling fluid 26th in the direction of flow into the heat exchanger 32 conveyed and regulated to a preset temperature. The tempered cooling fluid 26th will be in the interior 16 of the energy storage housing 14th promoted, making it the at least one cell module 18th tempered by means of its own temperature. The cooling circuit 22nd promotes the cooling fluid 26th then from the energy storage housing 14th to the feed pump 24 back, whereby the cooling circuit 23 in the first operating mode B1 of the electrical energy storage 10 is closed. An exchange of cooling fluid 26th , which is in the expansion tank 34 with which is in the cooling circuit 22nd located cooling fluid 26th is possible but not absolutely necessary.

2 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltungsform des elektrischen Energiespeichers 10 des Kraftfahrzeugs 12, in einem passiven zweiten Betriebsmodus B2 des elektrischen Energiespeichers 10. Analog zu der in 1 gezeigten Ausgestaltungsform des elektrischen Energiespeichers 10, zeigt 2 im Wesentlichen den gleichen Aufbau des elektrischen Energiespeichers 10. Hierbei umfasst das Energiespeichergehäuse 14, die fluidisch betriebene Kühleinrichtung 20 mit dem Kühlkreislauf 22, welche in der in 2 dargestellten Ausgestaltungsform dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebsmodus B2 des elektrischen Energiespeichers 10 passiv ein Kühlfluid 26 in den Innenraum 16 des Energiespeichergehäuses 14 zu befördern. 2 shows a schematic view of a block diagram of a further embodiment of the electrical energy store 10 of the motor vehicle 12th , in a passive second operating mode B2 of the electrical energy storage 10 . Analogous to the in 1 Shown embodiment of the electrical energy store 10 , shows 2 essentially the same structure as the electrical energy store 10 . Here, the energy storage housing comprises 14th , the fluidically operated cooling device 20th with the cooling circuit 22nd , which are in the in 2 illustrated embodiment is designed to be in a second operating mode B2 of the electrical energy storage 10 passively a cooling fluid 26th in the interior 16 of the energy storage housing 14th to transport.

Der elektrische Energiespeicher 10 umfasst den Ausgleichsbehälter 34, wobei dieser räumlich oberhalb des elektrischen Energiespeichers 10 angeordnet ist. Der Kühlkreislauf 22 wird mittels des Ausgleichsbehälters 34 in dem zweiten Betriebsmodus B2 des elektrischen Energiespeichers 10 geregelt. Das Kühlfluid 26 wird mittels eines Drucks, welcher durch den Höhenunterschied zwischen dem Ausgleichsbehälter 34 und dem Energiespeichergehäuse 10 entsteht, in den Kühlkreislauf 23 und entgegen der Strömungsrichtung der Förderpumpe 24 befördert. Ein solcher Druck kann beispielsweise mittels verschiedenen Höhenunterschieden und Drosselstellen geregelt werden, wodurch auch ein Volumenstrom eingestellt wird. Das Kühlfluid 26 strömt in den Innenraum 16 des Energiespeichergehäuses 14, wodurch das Kühlfluid 26, welches sich bereits im Innenraum 16 befindet und aufgrund des thermischen Durchgehen des zumindest einen Zellmoduls 18 erhitzt ist, durch die im Betriebsmodus B2 geöffnete Austrittsöffnung 28 in eine Umgebung 30 des elektrischen Energiespeichers 10 hinausströmt. Die Austrittsöffnung 28 ist demnach zwischen dem ersten Betriebsmodus B1 und dem zweiten Betriebsmodus B2 einstellbar, und ist beispielsweise als eine Berstscheibe ausgebildet.The electrical energy storage 10 includes the expansion tank 34 , this spatially above the electrical energy store 10 is arranged. The cooling circuit 22nd is made by means of the expansion tank 34 in the second mode of operation B2 of the electrical energy storage 10 regulated. The cooling fluid 26th is by means of a pressure which is caused by the difference in height between the expansion tank 34 and the energy storage case 10 arises, in the cooling circuit 23 and against the flow direction of the feed pump 24 promoted. Such a pressure can be regulated, for example, by means of various height differences and throttling points, whereby a volume flow is also set. The cooling fluid 26th flows into the interior 16 of the energy storage housing 14th , whereby the cooling fluid 26th , which is already in the interior 16 is located and due to the thermal runaway of the at least one cell module 18th is heated by being in operating mode B2 opened outlet opening 28 in an environment 30th of the electrical energy storage 10 flows out. The outlet opening 28 is therefore between the first operating mode B1 and the second mode of operation B2 adjustable, and is designed, for example, as a rupture disc.

3 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm des dem elektrischen Energiespeicher 10 angeordneten Zellmoduls 18. Insbesondere wird der Innenraum 16 des Energiespeichergehäuses 14, welchem in der in 3 gezeigten schematischen Ansicht mehrere Zellmodule 18 angeordnet sind, dargestellt. Die Austrittsöffnung 28 ist an einer der Wände des Energiespeichergehäuse 14 angeordnet und ist zwischen dem ersten Betriebsmodus B1 und dem zweiten Betriebsmodus B2 einstellbar, wobei bei dem zweiten Betriebsmodus B2 die Austrittsöffnung 28 geöffnet wird und das Kühlfluid 26, welches sich im Innenraum 16 befindet, in eine Umgebung 30 des Energiespeichergehäuse 14 ausströmt. Mittels der Druckdifferenz des Ausgleichsbehälters 34 strömt frisches Kühlfluid 26 nach, wodurch die Zellmodule 18 temperiert werden und eine Propagation verringert wird. 3 shows a schematic view of a block diagram of the electrical energy store 10 arranged cell module 18th . In particular, the interior 16 of the energy storage housing 14th , which in the in 3 Schematic view shown several cell modules 18th are arranged, shown. The outlet opening 28 is on one of the walls of the energy storage housing 14th arranged and is between the first operating mode B1 and the second mode of operation B2 adjustable, with the second operating mode B2 the outlet opening 28 is opened and the cooling fluid 26th , which is in the interior 16 is located in an environment 30th of the energy storage housing 14th emanates. By means of the pressure difference in the expansion tank 34 fresh cooling fluid flows 26th after, making the cell modules 18th be tempered and propagation is reduced.

Der in 2 und in 3 dargestellte zweite Betriebsmodus B2 des elektrischen Energiespeichers 10 kann, mittels des in einer höheren Position angeordneten Ausgleichsbehälters 34, gesteuert werden, wobei auch mittels eines Mechanismus, wie beispielsweise einer Vorspannung, der Druck konstant oder variabel regelbar ist. Weitere Ausgestaltungsformen beziehungsweise Lösungsvarianten für eine Regulierung eines Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers 10 werden in 4, 5 und 6 gezeigt.The in 2 and in 3 illustrated second operating mode B2 of the electrical energy storage 10 can, by means of the expansion tank arranged in a higher position 34 , are controlled, whereby the pressure can also be controlled in a constant or variable manner by means of a mechanism such as, for example, a preload. Further embodiments or solution variants for regulating a system overpressure of the electrical energy store 10 will be in 4th , 5 and 6th shown.

4 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer ersten Ausgestaltungsform für eine Regulierung des Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers 10. Insbesondere wird hier er Systemdruck aufgrund des Höhenunterschieds zwischen Ausgleichsbehälter 34 und Energiespeichergehäuse 14 erzeugt. Dem Ausgleichsbehälter 34 ist eine druckregulierende Entlüftungsöffnung 36 nach Umgebung 30 angeordnet, mittels welcher eine Druckdifferenz möglich ist. 4th shows a schematic view of a block diagram of a first embodiment for regulating the system overpressure of the electrical energy store 10 . In particular, it becomes the system pressure here due to the height difference between the expansion tank 34 and energy storage housing 14th generated. The expansion tank 34 is a pressure regulating vent 36 according to environment 30th arranged, by means of which a pressure difference is possible.

5 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer zweiten Ausgestaltungsform für die Regulierung des Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers 10. Insbesondere wird hier ein Systemüberdruck aufgrund eines an dem Ausgleichsbehälter 34 angeordneten Federelements 38 erzeugt, mittels welchem das Kühlfluid 26 durch die Federkraft des Federelements 38 in den Kühlkreislauf 23 befördert wird. 5 shows a schematic view of a block diagram of a second embodiment for regulating the system overpressure of the electrical energy store 10 . In particular, there is a system overpressure due to an on the expansion tank 34 arranged spring element 38 generated, by means of which the cooling fluid 26th by the spring force of the spring element 38 is conveyed into the cooling circuit 23.

6 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockdiagramm einer dritten Ausgestaltungsform für die Regulierung des Systemüberdrucks des elektrischen Energiespeichers 10. Insbesondere wird hier ein Systemüberdruck aufgrund eines dem Ausgleichsbehälter 34 angeordneten Kolbenelement 40 erzeugt, mittels welchem das Kühlfluid 26 durch die Masse des Kolbenelements 40 in den Kühlkreislauf 22 befördert wird. 6th shows a schematic view of a block diagram of a third embodiment for regulating the system overpressure of the electrical energy store 10 . In particular, there is a system overpressure due to the expansion tank 34 arranged piston element 40 generated, by means of which the cooling fluid 26th by the mass of the piston element 40 in the cooling circuit 22nd is promoted.

Insbesondere ist es möglich alle drei in 4, 5 und 6 gezeigten Ausgestaltungsform miteinander zu kombinieren, wobei das Grundprinzip dasselbe ist. Der Ausgleichsbehälter 34 wird dabei so dimensioniert, dass über einen zu bestimmenden Zeitraum eine Temperierung beziehungsweise eine Kühlung sichergestellt werden kann. Das nachströmende Kühlfluid 26 sorgt für eine Temperierung der Modulzellen 28 und der daraus resultierenden Heißgase, sodass das Risiko einer thermischen Propagation geringer wird. Das Energiespeichergehäuse 14 ist dazu ausgebildet, dass in einem zweiten Betriebsmodus B2 ein Pfad entsteht, mittels welchem das Kühlfluid 26 gezielt aus dem Energiespeichergehäuse 14 gedrückt beziehungsweise befördert wird. Dies ist bei einem direktgekühltem Zellmodul 18 möglich, da das Kühlfluid 26 das Zellmodul 18 voll umschließt und temperiert.In particular, it is possible to have all three in 4th , 5 and 6th to combine the embodiment shown with each other, the basic principle being the same. The expansion tank 34 is dimensioned in such a way that temperature control or cooling can be ensured over a period to be determined. The subsequent cooling fluid 26th ensures temperature control of the module cells 28 and the resulting hot gases, so that the risk of thermal propagation is reduced. The energy storage case 14th is designed to be in a second operating mode B2 a path is created by means of which the cooling fluid 26th targeted from the Energy storage housing 14th is pressed or promoted. This is the case with a directly cooled cell module 18th possible because the cooling fluid 26th the cell module 18th fully encloses and tempered.

Insbesondere Zeigt die Erfindung eine passive Funktion zur Kühlung eines Zellmoduls im Ventingfall beziehungsweise in einem Entlüftungszustand.In particular, the invention shows a passive function for cooling a cell module in the case of venting or in a venting state.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Elektrischer EnergiespeicherElectrical energy storage
1212th
KraftfahrzeugMotor vehicle
1414th
EnergiespeichergehäuseEnergy storage housing
1616
Innenrauminner space
1818th
ZellmodulCell module
2020th
KühleinrichtungCooling device
2222nd
KühlkreislaufCooling circuit
2424
FörderpumpeFeed pump
2626th
KühlfluidCooling fluid
2828
AustrittsöffnungOutlet opening
3030th
UmgebungSurroundings
3232
WärmeaustauscherHeat exchanger
3434
Ausgleichsbehältersurge tank
3636
EntlüftungsöffnungVent
3838
FederelementSpring element
4040
KolbenelementPiston element
B1B1
Erster BetriebsmodusFirst operating mode
B2B2
Zweiter BetriebsmodusSecond operating mode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017116981 A1 [0003]DE 102017116981 A1 [0003]

Claims (6)

Elektrischer Energiespeicher (10) eines teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (12), mit zumindest einem Energiespeichergehäuse (14), in dessen Innenraum (16) zumindest ein Zellmodul (18) angeordnet ist, und mit einer fluidisch betriebenen Kühleinrichtung (20) mit einem Kühlkreislauf (22), welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus (B1) des elektrischen Energiespeichers (10) mittels einer Förderpumpe (24) der Kühleinrichtung (20) aktiv ein Kühlfluid (26) in den Innenraum (16) zu befördern, und mit einer an dem Energiespeichergehäuse (14) ausgebildeten einstellbaren Austrittsöffnung (28), welche dazu ausgebildet ist, bei einem thermischen Durchgehen des zumindest einen Zellmoduls (18) das Energiespeichergehäuse (14) gegenüber einer Umgebung (30) des elektrischen Energiespeichers (10) zu öffnen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebsmodus (B2) des elektrischen Energiespeichers (10), in welchem die Förderpumpe (24) passiv und die einstellbare Austrittsöffnung (28) geöffnet ist, die Kühleinrichtung (20) das Kühlfluid (26), auf Basis eines mechanisch erzeugten Systemüberdrucks des Kühlfluides (26) im Kühlkreislauf (22), in den Innenraum (16) des Energiespeichergehäuse (14) und durch einstellbare Austrittsöffnung (28) in die Umgebung (30) des elektrischen Energiespeichers (10) befördert.Electrical energy store (10) of a partially electrically operated motor vehicle (12), with at least one energy storage housing (14), in the interior (16) of which at least one cell module (18) is arranged, and with a fluidically operated cooling device (20) with a cooling circuit ( 22), which is designed to actively convey a cooling fluid (26) into the interior (16) in a first operating mode (B1) of the electrical energy store (10) by means of a feed pump (24) of the cooling device (20), and with a to open on the energy storage housing formed adjustable outlet opening (14) (28) which is adapted in a thermal runaway of the at least one cell module (18), the energy storage housing (14) to an environment (30) of the electrical energy store (10), characterized characterized in that in a second operating mode (B2) of the electrical energy store (10), in which the feed pump (24) is passive and the adjustable Aust opening (28) is open, the cooling device (20) the cooling fluid (26), based on a mechanically generated system overpressure of the cooling fluid (26) in the cooling circuit (22), into the interior (16) of the energy storage housing (14) and through an adjustable outlet opening (28) conveyed into the environment (30) of the electrical energy store (10). Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem elektrischer Energiespeicher(10) angeordneten einstellbare Austrittsöffnung (28) als eine Berstscheibe ausgebildet ist.Electrical energy storage (10) according to Claim 1 , characterized in that the adjustable outlet opening (28) arranged on the electrical energy store (10) is designed as a bursting disc. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im zweiten Betriebsmodus (B2) mechanisch erzeugte Systemüberdruck des Kühlfluides (26) im Kühlkreislauf (22) mittels eines oberhalb des elektrischen Energiespeichers (10) positionierten Ausgleichsbehälter (34) erzeugt wird.Electrical energy storage (10) according to Claim 1 , characterized in that the system overpressure of the cooling fluid (26) mechanically generated in the second operating mode (B2) is generated in the cooling circuit (22) by means of an expansion tank (34) positioned above the electrical energy store (10). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälters (34) wenigstens eine druckregulierende Entlüftungsöffnung (36) umfasst.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion tank (34) comprises at least one pressure-regulating ventilation opening (36). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (34) wenigstens ein Federelement (38) umfasst.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation tank (34) comprises at least one spring element (38). Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (34) wenigstens ein Kolbenelement (40) umfasst.Electrical energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion tank (34) comprises at least one piston element (40).
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