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Die Erfindung betrifft eine Batterie nach der in Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie ein Verfahren zur Demontage einer Batterie.
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Batterien, insbesondere Batterien und/oder Akkumulatoren für Fahrzeuge sowie Verfahren zur Demontage solcher Batterien sind generell aus dem Stand der Technik bekannt. Eine solche Batterie umfasst ein Gehäuse, welches einen Innenraum begrenzt. Innerhalb des Innenraums sind in der Regel eine oder mehrere galvanische Zellen angeordnet, welche eine Gleichspannungsquelle ausbilden. Zur elektrischen Verschaltung weisen die galvanischen Zellen Elektroden auf. Die Zellen können dabei zur Erhöhung einer elektrischen Spannung durch eine Kontaktierung der Elektroden in Reihe geschaltet sein. Ferner ist es möglich, dass eine oder mehrere galvanische Zellen in einem Batteriezellenmodul angeordnet sind und eine oder mehrere solcher Batteriezellenmodule im Innenraum der Batterie vorgesehen sind.
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Die galvanischen Zellen bzw. die Batteriezellenmodule heizen sich während dem Betrieb auf. Um diese Wärme abzuführen, sind viele Batterien, insbesondere Batterien und/oder Akkumulatoren für Fahrzeuge, mit einem Kühlsystem versehen. Dabei handelt es sich in der Regel um fluidführende Kanäle oder Schläuche welche innerhalb des Gehäuses verlaufen, oder die an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet sind. Um die im Betrieb anfallende Abwärme effektiv an das durch das Kühlsystem fließende Kühlmittel zu übergeben, sind die galvanischen Zellen bzw. die Batteriezellenmodule mit dem Batteriegehäuse bzw. mit dem von der Batterie umfassten Kühlsystem großflächig verbunden. Hierzu wird häufig eine Schicht aus Wärmeleitpaste zwischen den galvanischen Zellen bzw. den Batteriezellenmodulen und dem Batteriegehäuse bzw. dem Kühlsystem angeordnet. Mit Hilfe der Wärmeleitpaste lässt sich eine kontaktierte Oberfläche vergrößern sowie aufgrund einer hohen thermischen Leitfähigkeit der Wärmeleitpaste eine Wärmeabgabe von den galvanischen Zellen an das Kühlsystem vergrößern. Während der Lebensdauer der Batterie härtet die Wärmeleitpaste aus, wodurch diese wie ein Kleber fungiert und die galvanischen Zellen bzw. die Batteriezellenmodule mit dem Gehäuse bzw. dem Kühlsystem verklebt.
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Dies erschwert die Demontage der Batteriezellen, da die galvanischen Zellen bzw. die Batteriezellenmodule nur schwer aus der Batterie entfernt werden können. Dies ist in der Regel unproblematisch sollte die Batterie vollständig entsorgt werden, da in diesem Fall einzelne Bauteile der Batterie zerstört werden können. Aus Umwelt- und Kostengründen ist es möglich Batterien jedoch auch wiederaufzubereitet. Dabei ist darauf zu achten, dass die einzelnen Batteriekomponenten möglichst intakt bleiben. So werden gealterte oder beschädigte galvanische Zellen bzw. Batteriezellenmodule aus der Batterie entnommen und durch neue ersetzt. Hierzu sind die galvanischen Zellen bzw. die Batteriezellenmodule vom Gehäuse bzw. vom Kühlsystem zu lösen. Im Stand der Technik finden sich mehrere Möglichkeiten, um galvanische Zellen beziehungsweise Batteriezellenmodule von einer Batterie zu lösen.
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So offenbart die
CN 105880972 A eine Vorrichtung zur Demontage von Batterien. Diese umfasst ein Gestell mit einer Klemmvorrichtung zur Aufnahme der Batterie sowie einer Lanze bestehend aus einem Druckkanal, welche in die in der Vorrichtung eingeklemmte Batterie eingeführt wird. Hierzu wird die Batterie mit Hilfe der Lanze punktiert. Anschließend wird der innerhalb der Lanze angeordnete Druckkanal mit einem Überdruck beaufschlagt, wodurch innerhalb der Batterie angeordnete galvanische Zellen bzw. Batteriezellenmodule vom Gehäuse der Batterie gelöst werden. Dies erlaubt ein schnelles und einfaches Lösen der galvanischen Zellen bzw. der Batteriezellenmodule vom Batteriegehäuse. Nachteilig ist dabei jedoch, dass eine komplexe Vorrichtung zur Demontage der Batteriezellen notwendig ist, ferner besteht die Gefahr, Teile der Batterie während des Punktiervorgangs dauerhaft zu zerstören. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Batterie zu tief punktiert wird.
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Die
WO 2010/125395 A1 offenbart eine Batterie für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Auswechseln von der Batterie umfasster Batteriezellenmodule. Die Batterie umfasst eine Vielzahl von Kanälen zur Aufnahme jeweils eines oder mehrerer Batteriezellenmodule in jedem Kanal. Die Batteriezellenmodule sind mit einem Flansch versehen, welcher ein Überströmen des Batteriezellenmoduls bei einem einseitig auf der Batteriezelle anliegenden Über- bzw. Unterdrucks verhindert. Die Batterie lässt sich an einer Seite öffnen, wodurch die einzelnen Kanäle zur Aufnahme der Batteriezellenmodule freigelegt werden. Zur Entnahme der Batteriezellenmodule aus der Batterie werden an den freigelegten Kanälen Rohre bzw. Schläuche angelegt, welche mit einem Unterdruck beaufschlagt werden und somit die Batteriezellenmodule aus der Batterie herausgesaugt werden. Die Batteriezellenmodule werden anschließend wie eine Rohrpost durch den Unterdruck transportiert. Der Ladevorgang von Batterien ist im Vergleich zur Befüllung eines Kraftstofftanks eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor bedeutend langsamer. Um auch Elektrofahrzeuge in kurzer Zeit mit neuer Energie zu versorgen, lassen sich mit der offenbarten Batterie bzw. dem offenbarten Verfahren zum Austausch von Batteriezellenmodulen Elektrofahrzeuge schnell laden. Die in der Druckschrift offenbarte Erfindung kann somit als Tankstelle für Elektrofahrzeuge verstanden werden, welche eine ähnlich schnelle „Betankung“ eines Elektrofahrzeugs ermöglicht, wie bei einer klassischen Tankstelle für ein Verbrennungsfahrzeug. Hierzu ist jedoch eine komplexe Infrastruktur notwendig. Die Vorrichtung zum Austauschen der Batteriezellenmodule umfasst eine Saugeirichtung zur Erzeugung des für den Transport der Batteriezellenmodule benötigten Unterdrucks, einen Vorrat zur Aufnahme leerer Batteriezellenmodule, einen Vorrat zur Bevorratung geladener Batteriezellenmodule sowie ein Rohr- bzw. Schlauchsystem zur Verbindung der einzelnen Komponenten untereinander sowie zur vom Fahrzeug umfassten Batterie. Außerdem werden bei der offenbarten Batterie bzw. dem offenbarten Verfahren zum Austausch von Batteriezellenmodulen besondere Anforderungen an die Batteriegeometrie gestellt, damit diese durch die Austauschvorrichtung wie eine Rohrpost transportiert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie und ein Verfahren zur Demontage der Batterie anzugeben, welche einen einfachen Wechsel von üblichen galvanischen Zellen bzw. Batteriezellenmodulen erlauben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Demontage der Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie mit einem Batteriegehäuse, wenigstens einem in einem vom Batteriegehäuse begrenzten Innenraum angeordneten Batteriezellenmodul, wobei das Batteriezellenmodul wenigstens eine Batteriezelle bzw. galvanische Zelle umfasst. Ferner umfasst die Batterie ein Kühlsystem sowie eine Schicht aus Wärmeleitpaste, die an wenigstens einer Seite des wenigstens einen Batteriezellenmoduls zwischen dem Batteriezellenmodul und dem Kühlsystem und/oder zwischen dem Batteriezellenmodul und dem Batteriegehäuse zur thermischen Kontaktierung angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist das Batteriegehäuse an wenigstens einer mit Wärmeleitpaste versehenen Seite und/oder wenigstens einer mit dem Kühlsystem kontaktierten Seite wenigstens einen Druckluftanschluss auf.
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Der Druckluftanschluss lässt sich mit Druckluft beaufschlagen, wodurch das Batteriezellenmodul von der mit dem Batteriegehäuse bzw. mit dem Kühlsystem kontaktierten Schicht aus Wärmeleitpaste gelöst wird und somit einfach aus der Batterie entnehmbar ist. Der Druckluftanschluss wird vor einem Demontageprozess der Batterie in das Batteriegehäuse eingebracht, wodurch Batteriezellenmodule während der Demontage einfach und schnell gelöst werden können. Eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung kann durch die simple Ausführung des Druckluftanschlusses ebenfalls einfach ausgeführt sein. Ferner kann zur Beaufschlagung der Batterie mit Druckluft auf eine Beschädigung der Batterie, beispielsweise in Form einer Punktierung, verzichtet werden, wodurch ein Risiko der Zerstörung der Batterie reduziert wird. Somit ist die Batterie besonders gut Recycling-fähig und eine Revision der Batterie kann kostengünstig umgsetzt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Batterie sieht vor, dass der wenigstens eine Druckluftanschluss in einem Flächenmittelpunkt der wenigstens einen mit Wärmeleitpaste versehenen Seite des Batteriegehäuses und/oder der wenigstens einen mit dem Kühlsystem kontaktierten Seite des Batteriegehäuses angeordnet ist.
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Die über den Druckluftanschluss in die Batterie eingeführte Druckluft breitet sich gleichmäßig nach allen Richtungen innerhalb der Batterie aus. Ist der Druckluftanschluss mittig an einer Seite des Batteriegehäuses vorgesehen, führt dies dazu, dass ein über die Schicht aus Wärmeleitpaste mit dem Gehäuse bzw. mit dem Kühlsystem kontaktiertes Batteriezellenmodul gleichmäßig vom Batteriegehäuse bzw. von dem Kühlsystem gelöst und angehoben wird. Hierdurch lässt sich das Batteriezellenmodul zuverlässig lösen, was den Demontageprozess weiter vereinfacht.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Batterie ist der wenigstens eine Druckluftanschluss als Durchgangsloch durch die wenigstens eine mit Wärmeleitpaste versehene Seite des Batteriegehäuses und/oder durch die wenigstens eine mit dem Kühlsystem kontaktierten Seite des Batteriegehäuses ausgeführt.
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Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache Ausführung des Druckluftanschlusses. Der Druckluftanschluss kann dabei bereits während der Herstellung des Batteriegehäuses in einem Urformprozess erzeugt werden oder nachträglich, beispielsweise durch Bohren, Stanzen, Fräsen oder dergleichen in das Batteriegehäuse eingebracht werden.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine Druckluftanschluss mit Hilfe wenigstens einer der folgenden Komponenten verschließbar:
- - mit einem Stopfen;
- - mit einem Deckel; und/oder
- - mit einem Ventil.
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Das Verschließen des Druckluftanschlusses hilft es, die Batterie, insbesondere den Batterieinnenraum, gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen abzudichten. So wird ein Eintragen von Staub, Verschmutzungen oder Wasser in den Batterieinnenraum verhindert. Hierzu kann der Stopfen bzw. der Deckel einfach in den Druckluftanschluss eingepresst werden, oder es können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, wie ein Gewinde, durch die der Stopfen oder der Deckel am Druckluftanschluss befestigt werden kann. Mit Hilfe des Gewindes kann der Deckel beispielsweise auf dem Druckluftanschluss aufgeschraubt werden. Das Vorsehen eines Ventils innerhalb des Druckluftanschlusses erhöht zwar einen Fertigungsaufwand, erleichtert jedoch den Demontageprozess, da die Vorrichtung zur Beaufschlagung mit Druckluft besonders einfach und schnell mit dem Batteriegehäuse verbunden werden kann.
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Bei einem Verfahren zur Demontage einer Batterie wird erfindungsgemäß zum Lösen eines mittels Wärmeleitpaste thermisch mit wenigstens einem Batteriegehäuseteil bzw. mit einem Kühlsystem kontaktierten Batteriezellenmoduls eine Drucklufteinrichtung an wenigstens einen im Batteriegehäuseteil angeordneten Druckluftanschluss angeschlossen. Der Druckluftanschluss wird anschließend über die Drucklufteinrichtung mit Druckluft beaufschlagt, wodurch sich das Batteriezellenmodul wenigstens teilweise von der Wärmeleitpaste löst und das Batteriezellenmodul anschließend durch eine Reduktion einer mit der Wärmeleitpaste in Verbindung stehenden Fläche einfach aus einem vom Batteriegehäuse begrenzten Innenraum entnehmbar ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Demontage einer solchen Batterie ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Batterie; und
- 2 eine Schnittansicht durch die Batterie während einem Demontageprozess.
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Die in 1 dargestellte Batterie 1 umfasst ein Batteriegehäuse 2, welches einen Innenraum der Batterie 1 begrenzt. Im Innenraum ist wenigstens ein Batteriezellenmodul 3 angeordnet, wobei das Batteriezellenmodul 3 wenigstens eine galvanische Zelle zur Ausbildung einer Gleichspannungsquelle umfasst. Während eines Betriebs heizt sich das Batteriezellenmodul 3 auf, was eine Abfuhr der dabei anfallenden Wärme erfordert. Die Wärme wird hierzu über das Batteriegehäuse 2 an eine Umgebung abgeführt. Um eine Wärmeleitung vom Batteriezellenmodul 3 zum Batteriegehäuse 2 zu verbessern, ist das Batteriezellenmodul 3 an wenigstens einer Seite 6 mit einer Schicht aus Wärmeleitpaste 5 versehen. Dabei kann es sich um eine beliebige Wärmeleitpaste 5 handeln. Beispielsweise kann diese Silberpartikel und/oder Kohlenstoffpartikel enthalten. Um eine Wärmeabfuhr aus dem Batteriegehäuse 2 zu verbessern, ist es ferner möglich, dass die Batterie 1 einen Kühlsystem 4 umfasst, von dem in 1 lediglich eine fluidführende Rohrleitung dargestellt ist. Das Kühlsystem 4 bzw. Teile davon können wie in 1 dargestellt innerhalb des Batteriegehäuses 2 angeordnet sein oder an einer dem Batteriezellenmodul 3 zugewandten Seite oder einer der Umgebung zugewandten Seite des Batteriegehäuses 2 vorgesehen sein. Befindet sich das Kühlsystem 4 auf der dem Batteriezellenmodul 3 zugewandten Seite des Batteriegehäuses 2, so ist das Batteriezellenmodul 3 über die Schicht der Wärmeleitpaste 5 mit dem Kühlsystem 4 kontaktiert.
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Bei der Herstellung der Batterie 1 liegt die Wärmeleitpaste 5 üblicherweise in einer pastösen Form vor. Über die Zeit härtet diese Paste aus. Somit wird das Batteriezellenmodul 3 mit dem Batteriegehäuse 2 bzw. dem Kühlsystem 4 verklebt. Dies erschwert eine Demontage der Batterie 1. Umfasst die Batterie 1 beispielsweise mehrere Batteriezellenmodule 3, von denen wenigstens ein Batteriezellenmodul 3 aufgrund von Alterung an Kapazität verloren hat oder defekt ist, ist es möglich, die Batterie 1 zu überholen, indem die defekten Batteriezellenmodule 3 durch neue Batteriezellenmodule 3 ausgetauscht werden. Da die Batteriezellenmodule 3 jedoch mit der ausgehärteten Schicht aus Wärmeleitpaste 5 verklebt sind, lassen sie sich nur schwer aus dem Innenraum der Batterie 1 entfernern.
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Erfindungsgemäß ist innerhalb wenigstens einer Seite des Batteriegehäuses 2, welche über die Wärmeleitpaste 5 mit dem Batteriezellenmodul 3 verbunden ist, ein Druckluftanschluss 7 vorgesehen. Dieser ist vorteilhafterweise in einem Flächenmittelpunkt der mit dem Batteriezellenmodul 3 verbundenen Seite des Batteriegehäuses 2 angeordnet. Wie in 1 gezeigt, kann der Druckluftanschluss 7 als Durchgangsloch ausgeführt sein. Um ein Eindringen von Schmutz, Feuchte oder dergleichen in den Innenraum der Batterie 1 zu verhindern, kann der Druckluftanschluss 7 verschlossen werden. In 1 ist der Druckluftanschluss 7 mit einem Stopfen 8 versehen. Ebenso ist es möglich den Druckluftanschluss 7 mit einem Deckel und/oder einem Ventil zu verschließen, welche auf eine beliebige Art und Weise am Druckluftanschluss 7 angeordnet werden können.
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Um eine Entnahme des Batteriezellenmoduls 3 aus dem Innenraum der Batterie 1 zu erleichtern, lässt sich an den Druckluftanschluss 7 wie in 2 gezeigt eine Drucklufteinrichtung 9 anschließen, welche mit Druckluft beaufschlagt wird, wodurch sich der Batteriezellenmodul 3 wenigstens teilweise von der Schicht aus Wärmeleitpaste 5 löst. Durch eine Reduktion der mit der Wärmeleitpaste 5 kontaktierten Fläche lässt sich das Batteriezellenmodul 3 somit besonders einfach aus dem Innenraum der Batterie 1 entnehmen. Dadurch, dass der Druckluftanschluss 7 bereits vorab im Batteriegehäuse 2 integriert ist, kann die Drucklufteinrichtung 9 besonders schnell, einfach und sicher zur Demontage der Batterie 1 mit dieser in Verbindung gebracht werden. Insbesondere durch das Vorsehen eines Ventils innerhalb des Druckluftanschlusses 7 lässt sich die Druckluft besonders zuverlässig in die Batterie 1 einbringen. Liegt der Druckluftanschluss 7 hingegen als simples Durchgangsloch vor, so ist darauf zu achten, dass der Stopfen 8 oder die Druckluftreinrichtung 9 eine Dichtwirkung aufweist, um ein Entweichen der Druckluft an der Stelle des Druckluftanschlusses 7 aus dem Innenraum der Batterie 1 zu verhindern. Hierzu kann die Drucklufteinrichtung 9 auch beispielsweise so ausgeführt sein, dass eine Fläche der Drucklufteinrichtung 9 größer ist als eine Fläche des Druckluftanschlusses 7, wodurch die Drucklufteinrichtung 9 über eine vollständige Öffnung des Druckluftanschlusses 7 gestülpt werden kann. Bei der Batterie 1 kann es sich außerdem um eine Hochvoltbatterie handeln. Da die Batteriezellenmodule 3 besonders einfach und sicher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Innenraum der Batterie 1 entnehmbar sind, kann auf den Einsatz von schwerem Werkszeug zur Demontage der Batterie 1 verzichtet werden, wodurch die Sicherheit bei der Demontage der Batterie 1 weiter verbessert wird und das Risiko, die Batterie 1 zu beschädigen, gesenkt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 105880972 A [0005]
- WO 2010/125395 A1 [0006]
