DE102020104892A1

DE102020104892A1 - Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020104892A1
Application number: DE102020104892.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Scharner; Caroline Bischof; Felix Laasch; Tobias Schmieg
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines mehrere Speicherzellen (4, Z) zum Speichern von elektrischer Energie aufweisenden, elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Kühlmittel (9) von außerhalb des Energiespeichers (2) in den Energiespeicher (2) hineingefördert wird, wodurch der Energiespeicher (2) gekühlt wird. Während das Kraftfahrzeug stillsteht und eine elektrisch betreibbare Pumpe (6) zum Fördern des Kühlmittels (9) deaktiviert ist, wird mittels wenigstens eines Sensors (32) des Kraftfahrzeugs ein thermisches Ereignis (34) wenigstens einer der Speicherzellen (4, Z) erfasst. Während das Kraftfahrzeug noch stillsteht in Abhängigkeit von dem Erfassen des thermischen Ereignisses (34) wird die Pumpe (6) aktiviert und dadurch elektrisch betrieben, wodurch mittels der aktivierten Pumpe (6) das Kühlmittel (9) zum Kühlen des Energiespeichers (2) aktiv von außerhalb des Energiespeichers (2) in den Energiespeicher (2) hineingefördert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Energiespeicher.
Die DE 10 2013 016 797 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Notkühlung von zumindest einer Einzelzelle für eine Batterie. Der EP 2 302 727 A1 ist ein System zur Minderung eines thermischen Durchgehens einer Batterie als bekannt zu entnehmen. Außerdem ist aus der EP 2 045 852 B1 ein Verfahren zur Kühlung eines Energiespeichers bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, so dass eine besonders vorteilhafte Notkühlung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen, insbesondere zum Notkühlen, eines zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher umfasst. Der Energiespeicher weist mehrere Speicherzellen auf, mittels beziehungsweise in welchen die elektrische Energie gespeichert werden kann. Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet. Dabei kann beispielsweise der Energiespeicher als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein, so dass die Speicherzellen, die einfach auch als Zellen bezeichnet werden, beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein können. Bei dem Verfahren wird ein, insbesondere gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, insbesondere aus einem Reservoir, von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher hineingefördert, wodurch der Energiespeicher, insbesondere aktiv und/oder gezielt, gekühlt wird. Beispielsweise wird das Kühlmittel in gasförmigem oder flüssigem Zustand in den Energiespeicher hineingefördert. Darunter, dass das Kühlmittel von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher hineingefördert wird, ist insbesondere zu verstehen, dass der Energiespeicher beispielsweise ein Gehäuse aufweist, wobei das Kühlmittel beispielsweise von außerhalb des Gehäuses in das Gehäuse, insbesondere aktiv hineingefördert wird. Dabei ist beispielsweise das Gehäuse das äußerste Gehäuse des Energiespeichers, und/oder in dem Gehäuse sind mehrere der Speicherzellen, insbesondere alle Speicherzellen, des Energiespeichers angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass in dem Gehäuse mehrere oder alle Speichermodule des Energiespeichers angeordnet oder aufgenommen sind, wobei das jeweilige Modul beispielsweise jeweilige, mehrere der Speicherzellen umfasst. Insbesondere sind somit beispielsweise in dem Gehäuse mehrere oder alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen und/oder mehrere oder alle elektrisch miteinander verbundenen Speichermodule, welche auch einfach als Module bezeichnet werden, des Energiespeichers in dem Gehäuse angeordnet.
Um nun eine besonders vorteilhafte Notkühlung des Energiespeichers realisieren zu können, ist es bei einem auch mit a) oder als Schritt a) bezeichneten ersten Schritt des Verfahrens vorgesehen, dass - während das Kraftfahrzeug stillsteht und eine elektrisch betreibbare Pumpe zum Fördern des Kühlmittels deaktiviert ist - mittels wenigstens eines Sensors des Kraftfahrzeugs ein thermisches Ereignis wenigstens einer der Speicherzellen des Energiespeichers erfasst wird. Unter dem Merkmal, dass das Kraftfahrzeug stillsteht, ist insbesondere zu verstehen, dass sich das Kraftfahrzeug in seinem Stillstand befindet, so dass das Kraftfahrzeug nicht fährt. Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug bei dem Schritt a) geparkt beziehungsweise abgestellt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei dem Schritt a), während das Kraftfahrzeug stillsteht, eine Betriebs- und/oder Parkbeziehungsweise Feststellbremse aktiviert beziehungsweise geschlossen ist, um dadurch das Kraftfahrzeug gegen unerwünschte Bewegung, insbesondere gegen ein unerwünschtes Wegrollen, zu sichern. Außerdem kann beispielsweise unter dem Merkmal, dass die Pumpe deaktiviert ist, verstanden werden, dass ein durch die Pumpe bewirktes Fördern des Kühlmittels unterbleibt. Insbesondere ist es bei dem Schritt a) vorgesehen, dass generell ein aktives, mittels einer Pumpe beziehungsweise einer Fördereinrichtung bewirktes Fördern des Kühlmittels unterbleibt. Des Weiteren ist beispielsweise unter dem Merkmal, dass die Pumpe eine elektrisch betreibbare Pumpe ist, zu verstehen, dass die auch als elektrische Pumpe bezeichnete, elektrisch betreibbare Pumpe beispielsweise wenigstens ein Förderelement und einen Elektromotor aufweist, mittels welchem das Förderelement unter Nutzung von elektrischer Energie antreibbar ist. Durch Antreiben des Förderelements kann das Kühlmittel mittels des Förderelements und somit mittels der Pumpe, insbesondere aktiv, gefördert werden. Beispielsweise wird das Förderelement durch Antreiben des Förderelements relativ zu einem Pumpgehäuse der Pumpe bewegt, insbesondere gedreht, wobei beispielsweise das Förderelement bewegbar, insbesondere drehbar, in dem Pumpgehäuse aufgenommen ist. Somit ist es bei dem Schritt a) insbesondere vorgesehen, dass ein aktives beziehungsweise durch den Elektromotor bewirktes Antreiben des Förderelements unterbleibt. Um beispielsweise das Förderelement mittels des Elektromotors elektrisch anzutreiben, wird der Elektromotor betrieben. Hierzu wird der Elektromotor mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt.
Bei einem auch mit b) oder als Schritt b) bezeichneten zweiten Schritt des Verfahrens, wobei vorzugsweise der zweite Schritt zeitlich, insbesondere unmittelbar, auf den ersten Schritt folgt, ist es vorgesehen, dass während das Kraftfahrzeug noch stillsteht in Abhängigkeit von dem Erfassen des thermischen Ereignisses die Pumpe aktiviert und dadurch, während das Kraftfahrzeug noch stillsteht, elektrisch betrieben wird. Hierdurch wird, während das Kraftfahrzeug noch stillsteht, mittels der aktivierten Pumpe das Kühlmittel zum Kühlen des Energiespeichers aktiv von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher hineingefördert. Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass das Kraftfahrzeug stillsteht beziehungsweise sich in seinem Stillstand befindet, zu verstehen, dass ein durch einen Motor des Kraftfahrzeugs bewirktes Antreiben des Kraftfahrzeugs, insbesondere von Rädern des Kraftfahrzeugs, unterbleibt. Außerdem ist beispielsweise unter dem Merkmal, dass das Kraftfahrzeug bei dem Schritt b) beziehungsweise während des Schritts b) noch stillsteht, insbesondere zu verstehen, dass zwischen den Schritten a) und b) ein Fahren des Kraftfahrzeugs beziehungsweise ein durch einen Motor des Kraftfahrzeugs bewirktes, aktives Antreiben des Kraftfahrzeugs unterbleibt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem thermischen Ereignis Folgendes verstanden werden: Das thermische Ereignis umfasst beispielsweise, dass eine Temperatur der einen Speicherzelle einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert, welcher auch als kritische Temperatur bezeichnet wird, überschreitet. Dies kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors erfasst werden, so dass der zuvor genannte Sensor beispielsweise als der Temperatursensor ausgebildet ist oder den Temperatursensor umfasst. Beispielsweise ist der Sensor in und/oder an dem Gehäuse angeordnet. Der Sensor kann beispielsweise in und/oder an der einen Speicherzelle, insbesondere in und/oder an einem Zellgehäuse der einen Speicherzelle, angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Ereignis ein sogenanntes thermisches Durchgehen sein oder Umfassen, wobei das thermische Durchgehen auch einfach als Durchgehen, Runaway oder Thermal Runaway bezeichnet wird. Unter dem thermischen Durchgehen ist insbesondere zu verstehen, dass beispielsweise aufgrund einer beispielsweise unfallbedingten Beschädigung der einen Speicherzelle eine insbesondere exotherme chemische Reaktion, insbesondere in der einen Speicherzelle, stattfindet. Die chemische Reaktion beziehungsweise das thermische Durchgehen resultiert beispielsweise aus einem elektrischen Kurzschluss, welcher wiederum beispielsweise aus einem Unfall beziehungsweise einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftfahrzeugs und insbesondere des Energiespeichers resultieren kann. Die chemische Reaktion, welche ein sich selbst verstärkender Prozess sein kann, stellt Wärme bereit, so dass es zu einer starken Erwärmung, insbesondere einer Überhitzung, der einen Speicherzelle kommen kann. Hierbei überschreitet beispielsweise eine Temperatur der einen Speicherzelle einen beispielsweise vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert, was mittels eines Temperatursensors erfasst werden kann. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen werden, kann die Überhitzung der einen Speicherzelle zu einer Überhitzung wenigstens einer weiteren der Speicherzellen des Energiespeichers führen, so dass es in der Folge auch in oder an der weiteren Speicherzelle zu einem thermischen Durchgehen kommen kann, obwohl es initial, das heißt ursprünglich, an beziehungsweise in der weiteren Speicherzelle nicht zu einem thermischen Ereignis gekommen ist. Das thermische Ereignis kann sich somit fortpflanzen. Mit anderen Worten kann das thermische Ereignis beispielsweise ausgehend von der einen Speicherzelle auf die anderen Speicherzellen übergreifen, was auch als Propagation oder thermische Propagation, das heißt thermische Weitergabe bezeichnet wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren jedoch können der Energiespeicher und insbesondere zumindest die eine Speicherzelle in Folge des thermischen Ereignisses und somit bereits zeitlich vor einem thermischen Durchgehen der einen Speicherzelle und/oder nach einem thermischen Durchgehen der Speicherzelle aktiv sowie effektiv und effizient gekühlt werden, so dass ein Übergreifen des an oder in der einen Speicherzelle stattfindenden thermischen Ereignisses auf die anderen Speicherzellen vermieden oder zumindest zeitlich weit hinausgezögert werden kann.
Die jeweilige Speicherzelle weist beispielsweise einen Elektrolyten und Elektroden auf, die eine galvanische Zelle in Form der jeweiligen Speicherzelle zum Speichern der elektrischen Energie bilden. Die Elektroden sind dabei beispielsweise zumindest teilweise in den Elektrolyten eingetaucht beziehungsweise befinden sich in insbesondere direktem Kontakt mit dem Elektrolyten. Im Rahmen der chemischen Reaktion entsteht beispielsweise aus zumindest einem Teil des beispielsweise flüssigen Elektrolyten ein insbesondere heißes Gas, welches zu einer starken Erwärmung der einen Speicherzelle und in der Folge zu der thermischen Propagation führen kann. Dies kann nun jedoch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden oder zumindest stark zeitlich hinausgezögert werden. Insgesamt ist erkennbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Speichernotkühlung beziehungsweise ein Speichernotkühlverfahren ist, mittels welchem insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug stillsteht und beispielsweise geparkt ist, eine besonders hohe Sicherheit des einfach aus als Speicher bezeichneten Energiespeichers gewährleistet werden kann. Insbesondere ermöglichen es das erfindungsgemäße Verfahren und das darin durchgeführte, aktive Kühlen des Energiespeichers den Energiespeicher gegen thermische Propagation und somit gegen ein vollständiges Abbrennen zu schützen, insbesondere dann, wenn es in einer der Speicherzellen zu einem thermischen Ereignis kommt. Da infolge des thermischen Ereignisses die zunächst deaktivierte Pumpe aktiviert wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren sicherstellen, dass der Speicher selbständig beziehungsweise zu zumindest nahezu jedem Zeitpunkt gegen thermische Propagation beziehungsweise gegen vollständiges Abbrennen geschützt wird. Das Kühlmittel ist vorzugsweise ein Fluid. Insbesondere kann das Kühlmittel zumindest Wasser und/oder zumindest oder genau einen Alkohol, wie beispielsweise Glykol, umfassen. Insbesondere kann somit das Kühlmittel ein Gemisch sein, welches Wasser und zumindest genau einen Alkohol, insbesondere Glykol, umfasst. Somit kann das Gemisch beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch sein, so dass das Kühlmittel beispielsweise ein Wasser-Glykol-basiertes Kühlmittel ist. Insbesondere wird das Kühlmittel in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand aktiv in den Energiespeicher hineingefördert.
Ferner ist es denkbar, dass das Kühlmittel Kohlendioxid ist, oder zumindest oder ausschließlich Kohlendioxid (CO₂) umfasst, so dass beispielsweise das Kohlendioxid in gasförmigem Zustand aktiv in den Energiespeicher hineingefördert wird. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Üblicherweise wird das Kühlmittel während des Stillstands des einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs nicht aktiv gefördert, so dass im Stillstand, insbesondere beim Parken, des Fahrzeugs das Kühlmittel beziehungsweise ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühlmittelkreislauf üblicherweise nicht unter Druck oder nicht unter hohem Druck steht, da beispielsweise eine zum Fördern des Kühlmittels ausgebildete oder vorgesehene Umlaufpumpe, mittels welcher das Kühlmittel grundsätzlich durch den Kühlmittelkreislauf gefördert werden kann, nicht im Betrieb ist und das Kühlmittel insbesondere bei Raumtemperatur keinen Überdruck in dem Kühlmittelkreislauf und/oder in einem Ausgleichsbehälter des Kühlmittelkreislaufs generiert. Die Umlaufpumpe ist beispielsweise die zuvor genannte, elektrisch betreibbare Pumpe, oder die Umlaufpumpe ist eine zusätzlich zu der elektrisch betreibbaren Pumpe vorgesehene, weitere Umlaufpumpe. Die elektrisch betreibbare Pumpe und/oder die Umlaufpumpe sind beispielsweise in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet.
Würde nun herkömmlicherweise im Stillstand des Fahrzeugs beispielsweise wenigstens eine Öffnung, insbesondere eine Düse, und/oder wenigstens ein Ventil geöffnet, um über die geöffnete Öffnung beziehungsweise über das geöffnete Ventil das Kühlmittel während des Stillstands des Fahrzeugs in den Energiespeicher einzubringen, so kann keine oder eine nur unzureichend geringe Menge des Kühlmittels von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher führen und/oder das Kühlmittel kann nicht zu der einen Speicherzelle gelangen oder eine nur unzureichend geringe Menge des Kühlmittels kann zu der das thermische Ereignis aufweisenden, einen Speicherzelle gelangen, weil hierzu der zuvor genannte, beispielsweise hydrostatische Druck des Kühlmittels beziehungsweise in dem Kühlmittelkreislauf nicht ausreicht.
Die zuvor genannten Probleme können nun durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden. Da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die zunächst deaktivierte Pumpe aktiv aktiviert wird, fördert die aktivierte Pumpe aktiv das Kühlmittel in den Energiespeicher. Somit kann in kurzer Zeit eine besonders große Menge des Kühlmittels in den Energiespeicher hineingefördert werden, so dass eine effektive und effiziente Kühlung des Energiespeichers insbesondere auch während des Stillstands des Fahrzeugs gewährleistet werden kann. Beispielsweise kann die Pumpe in Folge ihrer Aktivierung einen hinreichend hohen Druck des Kühlmittels, insbesondere im Kühlmittelkreislauf beziehungsweise in zumindest einem Teil des Kühlmittelkreislaufs, bewirken beziehungsweise einstellen, so dass dann insbesondere in Folge des Öffnens der Öffnung und/oder des Ventils in kurzer Zeit eine hinreichend große Menge des Kühlmittels in den Energiespeicher eingebracht und in der Folge die eine Speicherzelle effektiv und effizient gekühlt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellt der Sensor wenigstens ein das mittels des Sensors erfasste, thermische Ereignis charakterisierendes, elektrisches Signal bereit, wobei in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe aktiviert wird. Beispielsweise wird das Signal von dem Sensor leitungsgebunden und somit beispielsweise über eine physisch vorhandene beziehungsweise körperliche Leitung bereitgestellt. Ferner ist es denkbar, dass der Sensor das Signal leitungslos und somit beispielsweise per Funk bereitstellt. Durch Bereitstellen des Signals kann das thermische Ereignis beziehungsweise das Erfassen des thermischen Ereignisses sicher ermittelt werden, so dass die Notkühlung sicher ausgelöst und eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine bezüglich des Sensors externe, das heißt außerhalb des Sensors angeordnete und von dem Sensor beabstandete, elektronische Recheneinrichtung, insbesondere des Kraftfahrzeugs, das Signal empfängt. Vorzugsweise ist die elektronische Recheneinrichtung eine auch bezüglich des Energiespeichers externe und somit beispielsweise außerhalb des Energiespeichers angeordnete Komponente. Alternativ oder zusätzlich ist die elektronische Recheneinrichtung eine auch bezüglich der Pumpe externe und beispielsweise außerhalb der Pumpe angeordnete Pumpe. Grundsätzlich wäre es jedoch denkbar, dass die elektronische Recheneinrichtung in die Pumpe integriert ist beziehungsweise ein Bestandteil der Pumpe ist. Vorzugsweise ist der Sensor eine bezüglich der Pumpe externe und somit zusätzlich dazu vorgesehene und außerhalb der Pumpe angeordnete Komponente. Somit ist vorzugsweise der Sensor von der Pumpe beabstandet. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die elektronische Recheneinrichtung von dem Sensor und von dem Energiespeicher und gegebenenfalls von der Pumpe beabstandet ist. Dadurch, dass die elektronische Recheneinrichtung das Signal empfängt, können beispielsweise durch die elektronische Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem Signal beziehungsweise in Folge des Empfangens des Signals vorteilhafte Gegenmaßnahmen eingeleitet und/oder Daten über das thermische Ereignis gesammelt, so dass eine besonders hohe Sicherheit darstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal die Pumpe ansteuert, wodurch die Pumpe aktiviert wird. Hierdurch kann die Notkühlung besonders frühzeitig und sicher ausgelöst werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Sensor das Signal im Stillstand des Fahrzeugs bereitstellt, und alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die elektronische Recheneinrichtung das Signal im Stillstand des Fahrzeugs empfängt. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die elektronische Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal die Pumpe im Stillstand des Fahrzeugs ansteuert.
Um die Notkühlung des Energiespeichers besonders frühzeitig auslösen zu können, so dass eine besonders vorteilhafte Notkühlung dargestellt werden kann, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Signal von dem Sensor direkt an die Pumpe und somit ohne Zwischenschaltung einer bezüglich der Pumpe und des Sensors externen, zusätzlichen Komponente übertragen und dadurch von der Pumpe direkt, das heißt ohne Zwischenschaltung einer bezüglich der Pumpe und des Sensors externen, zusätzlichen Komponente empfangen wird, wodurch die Pumpe aktiviert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) eine Aktivierung der Pumpe unterbleibt, wodurch eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Energiespeicher in einem beziehungsweise dem zuvor genannten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkreislauf angeordnet. In dem Kühlkreislauf ist auch wenigstens ein Kühler zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet. Bei Schritt b), das heißt bei dem zweiten Schritt des Verfahrens, wird das Kühlmittel mittels der aktivierten Pumpe durch zumindest einen außerhalb des Energiespeichers verlaufenden Teil des Kühlkreislaufs hindurchgefördert und dadurch zumindest über den Teil von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher aktiv hineingefördert. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung des Energiespeichers beziehungsweise der einen Speicherzelle gewährleistet werden, so dass eine besonders hohe Sicherheit darstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass während einer den Schritten a) und b) zeitig vorweggehenden Zeitspanne, während welcher beispielsweise das Kraftfahrzeug fährt oder aber ebenfalls stillsteht, die Pumpe, insbesondere durchgängig beziehungsweise unterbrechungsfrei, aktiviert ist und dadurch unterbrechungsfrei, insbesondere elektrisch, betrieben wird, wodurch während der Zeitspanne mittels der Pumpe das Kühlmittel aktiv durch den Kühlkreislauf und somit auch durch den zuvor genannten, außerhalb des Energiespeichers verlaufenden Teil des Kühlkreislaufs hindurchgefördert wird. Die Zeitspanne ist vorzugsweise größer als eine Minute. Vorzugsweise ist die Zeitspanne größer als fünf Minuten, insbesondere größer als zehn Minuten. Außerdem ist es vorgesehen, dass während der Zeitspanne der Energiespeicher, insbesondere die beziehungsweise alle Speicherzellen des Energiespeichers, frei von einem thermischen Ereignis ist beziehungsweise sind. Dies bedeutet, dass während der Zeitspanne in oder an den oder allen Speicherzellen des Energiespeichers kein thermisches Ereignis auftritt, so dass sich beispielsweise der Energiespeicher während der zum Speichern in einem Normalzustand oder Normalbetrieb befindet. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, dem Kühlkreislauf und somit der Pumpe, die in dem Kühlkreislauf angeordnet ist, eine Doppelfunktion zukommen zu lassen. Während des Normalzustands werden der Kühlkreislauf und somit die Pumpe und das Kühlmittel genutzt, um während des Normalzustands den Energiespeicher zu kühlen. Hierzu wird während des Normalzustands das Kühlmittel mittels der aktivierten Pumpe aktiv durch den Kühlkreislauf und somit beispielsweise durch den Energiespeicher oder durch den Kühler hindurchgefördert. In der Folge kann beispielsweise Wärme von dem Energiespeicher, insbesondere von den Speicherzellen des Energiespeichers, an das Kühlmittel übergehen, wodurch der Energiespeicher in dem Normalzustand gekühlt wird. Über den Kühler kann beispielsweise Wärme von dem Kühlmittel an ein Kühlmedium, wie es beispielsweise ein Fluid ist, übergehen, wobei das Kühlmedium beispielsweise den Kühler umströmt und/oder durchströmt. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um eine Kühlflüssigkeit oder um ein Kühlgas handeln. Kommt es dann jedoch zu einem beziehungsweise dem thermischen Ereignis, so werden der Kühlkreislauf beziehungsweise zumindest der Teil des Kühlkreislaufs, die Pumpe und das Kühlmittel genutzt, um infolge des thermischen Ereignisses eine thermische Propagation zu vermeiden oder zumindest zeitlich zu verzögern. Mit anderen Worten werden der Kühlkreislauf und somit die Pumpe und das Kühlmittel auch genutzt, um infolge eines beziehungsweise des thermischen Ereignisses eine Notkühlung durchzuführen und somit den Energiespeicher zu kühlen und insbesondere vor einem vollständigen Abbrand zu schützen. Aufgrund dieser Doppelfunktion können die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten des Kraftfahrzeugs besonders gering gehalten werden. Gleichzeitig können eine besonders hohe Sicherheit und eine besonders hohe Leistungsfähigkeit des Energiespeichers gewährleistet werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Kraftfahrzeug während der genannten Zeitspanne fährt beziehungsweise gefahren wird. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass während der Zeitspanne das Kraftfahrzeug mittels wenigstens eines Motors des Kraftfahrzeugs aktiv angetrieben wird.
Der genannte Motor ist beispielsweise eine elektrische Maschine, die in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt. Insbesondere kann die elektrische Maschine mit der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden, um dadurch die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben. In dem Motorbetrieb kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Somit wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet, wobei der Energiespeicher auch als Traktionsspeicher bezeichnet wird. Vorzugsweise sind der Energiespeicher und die elektrische Maschine Hochvolt-Komponenten, deren jeweilige elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebs- und Nennspannung, vorzugsweise mindestens 48 Volt beträgt. Vorzugsweise ist die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebs- und Nennspannung, größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt. Beispielsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebs- und Nennspannung, mehrere hundert Volt, um besonders hohe elektrische Leistungen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
Es kann vorgesehen sein, dass die Pumpe, insbesondere während des Normalzustands, mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt wird, um dadurch die Pumpe zu betreiben. Bei dem Schritt b) kann vorgesehen sein, dass die Pumpe mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer versorgt wird, um dadurch die Pumpe zu aktivieren und in der Folge zu betreiben. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass bei dem Schritt b) die elektrisch betreibbare Pumpe mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt wird, die beziehungsweise der von einem beispielsweise bezüglich des Energiespeichers externen, von dem Energiespeicher beabstandeten und insbesondere zusätzlich zu dem Energiespeicher vorgesehenen Speicher bereitgestellt wird. Dadurch kann ein sicherer und beispielsweise von dem Energiespeicher unabhängiger Betrieb der elektrisch betreibbaren Pumpe zumindest vorübergehend sichergestellt werden, so dass der Energiespeicher insbesondere auch dann besonders vorteilhaft gekühlt, insbesondere notgekühlt werden kann, wenn in dem Energiespeicher ein beziehungsweise das thermische Ereignis auftritt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und wenigstens eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers aufweist. Dabei ist das Kraftfahrzeug zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Beispielsweise umfasst die Kühleinrichtung die Pumpe und vorzugsweise auch den Kühlkreislauf und den Kühler.
Insbesondere können beispielsweise drei Lösungen beziehungsweise Ausführungsformen vorgesehen sein. Im Folgenden wird eine erste der Lösungen beschrieben: Im Falle eines beziehungsweise des thermischen Ereignisses in der einen Speicherzelle sendet beispielsweise ein Warnkonzept eine Meldung beziehungsweise ein Meldungssignal an eine übergeordnete Sicherheitseinheit. Das Warnkonzept ist beispielsweise eine Warneinrichtung, wobei beispielsweise der Sensor die Warneinrichtung oder Teil der Warneinrichtung ist. Dann ist beispielsweise die Sicherheitseinheit die dem Sensor übergeordnete elektronische Recheneinrichtung. Ferner ist es denkbar, dass die dem Sensor übergeordnete Sicherheitseinrichtung das Warnkonzept beziehungsweise die Warneinrichtung oder Teil der Warneinrichtung ist, so dass dann beispielsweise die Sicherheitseinheit eine der elektronischen Recheneinrichtung übergeordnete, weitere Einrichtung ist. Die weitere Einrichtung ist beispielsweise eine weitere elektronische Recheneinrichtung, die bezüglich der ersten elektronischen Recheneinrichtung extern und gegebenenfalls von der ersten elektronischen Recheneinrichtung beabstandet sein kann. Die Sicherheitseinheit koordiniert und kontrolliert beispielsweise Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs oder in dem Fahrzeug. Eine der Sicherheitsfunktionen umfasst beispielsweise die zuvor beschriebene Notkühlung des Energiespeichers. Insbesondere umfasst ein Funktionsumfang der Sicherheitseinheit die zuvor beschriebene Ansteuerung der beispielsweise als Kühlmittelpumpe ausgebildeten beziehungsweise auch als Kühlmittelpumpe bezeichneten und elektrisch betriebenen oder betreibbaren Pumpe. Ferner werden beispielsweise von der Sicherheitseinheit wenigstens ein oder mehrere Ventile und/oder wenigstens eine oder mehrere Kühlmittelweichen angesteuert und in der Folge in Betrieb genommen und/oder umgeschaltet, insbesondere derart, dass das Kühlmittel, welches mittels der Pumpe infolge der Aktivierung der Pumpe gefördert wird, mittels des Ventils und/oder der Kühlmittelweiche zu dem Energiespeicher geführt wird und insbesondere in den Energiespeicher hineingeführt wird. Ziel hierbei ist es, im Fall eines thermischen Ereignisses einer der Speicherzellen so schnell wie möglich eine hinreichend hohe Menge des Kühlmittels in den Energiespeicher und dabei insbesondere an oder in die eine Zelle zu bringen, indem beispielsweise durch das Aktivieren der Pumpe ein hinreichend hoher Druck des Kühlmittels mittels der Pumpe bewirkt wird. Mit anderen Worten wird beispielsweise durch das Aktivieren der Pumpe mittels der Pumpe ein oder der Druck des Kühlmittels erhöht, insbesondere im Vergleich zu dem Schritt a), in beziehungsweise während welchem die Pumpe noch deaktiviert ist.
Bei einer zweiten der Lösungen sammelt beispielsweise das Warnkonzept das Signal beziehungsweise Informationen, die beispielsweise von Sensoren zur Überwachung des Energiespeichers bereitgestellt werden. Dabei ist beispielsweise einer der Sensoren zur Überwachung des Energiespeichers der zuvor genannte Sensor, mittels welchem das thermische Ereignis erfasst wird. Beispielsweise charakterisiert das Signal oder charakterisieren von den Sensoren zur Überwachung des Energiespeicher bereitgestellte, insbesondere elektrische, Signale Messgröße wie beispielsweise einen Druck, insbesondere in dem Energiespeicher, eine Temperatur, insbesondere des Energiespeichers, wenigstens eine oder mehrere elektrische Spannungen der Zellen und/oder elektrische Ströme in dem Energiespeicher etc. Die Ansteuerung der Pumpe und/oder wenigstens einer weiteren Pumpe oder mehreren weiteren Pumpen wie beispielsweise der Umlaufpumpe sowie eine Ansteuerung der zuvor genannten Ventile und Kühlmittelweichen kann dabei direkt über den Sensor oder die Sensoren erfolgen, insbesondere ohne Zwischenschaltung einer zusätzlichen Komponente wie beispielsweise der Sicherheitseinheit.
Bei einer dritten der Lösungen ist es vorgesehen, dass beispielsweise die Sicherheitseinheit, insbesondere des Kraftfahrzeugs, zusätzlich zu verbauende oder einzubauende Komponenten ansteuert, die dazu dienen, einen Druck des Kühlmittels zumindest in einem Teilbereich des Kühlmittelkreislaufs auf einen hinreichend hohen Druck einzustellen, um dadurch in kurzer Zeit eine hinreichend hohe Menge des Kühlmittels in den Speicher einbringen zu können. Diese zusätzlich einzubauenden oder zu verbauenden Komponenten können Kühlmittelpumpen, steuerbare Ventile, zusätzliche Kühlleitungen und/oder Kühlmittelverteiler sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung eines Kraftfahrzeugs, welches zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist; und
2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kühleinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Kühleinrichtung 1 und einen Energiespeicher 2 umfasst, in beziehungsweise mittels welchen elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Mittels der Kühleinrichtung 1 kann der Energiespeicher 2, insbesondere sowohl während eines Normalzustands des Energiespeichers 2 als auch in Folge eines thermischen Ereignisses in dem Energiespeicher 2, effektiv und effizient gekühlt werden. Der Energiespeicher 2 weist ein auch als Speichergehäuse bezeichnetes Gehäuse 3 auf, welches beispielsweise das äußerste Gehäuse des Energiespeichers 2 ist. Der Energiespeicher 2 weist auch mehrere, elektrisch miteinander verbundene Speicherzellen 4 auf, welche einfach auch als Zellen bezeichnet werden und in dem Gehäuse 3 angeordnet sind. Die elektrische Energie kann dabei mittels der Zellen gespeichert werden.
Die Kühleinrichtung 1 weist außerdem einen Kühlkreislauf 5 auf, welcher auch als Kühlmittelkreislauf bezeichnet wird. Der Kühlkreislauf 5 ist von einem beispielsweise als Gas oder aber als Flüssigkeit ausgebildeten Kühlmittel durchströmbar, welches Bestandteil der Kühleinrichtung 1 und somit des Kraftfahrzeugs sein kann. Dabei ist der Energiespeicher 2 in dem Kühlkreislauf 5 angeordnet, so dass das Kühlmittel durch den Energiespeicher 2 hindurchströmen kann. Hierdurch kann der Energiespeicher 2 mittels des den Energiespeicher 2 durchströmenden Kühlmittels gekühlt werden. Insbesondere können mittels des den Energiespeicher 2 durchströmenden Kühlmittels die Speicherzellen 4 gekühlt werden.
Die Kühleinrichtung 1 umfasst außerdem zwei Pumpen 6 und 7, die in dem Kühlkreislauf 5 angeordnet sind. Zumindest eine der Pumpen 6 und 7 kann eine Umlaufpumpe sein. Das Kühlmittel kann mittels der jeweiligen Pumpe 6 beziehungsweise 7 durch den Kühlkreislauf 5, das heißt durch zumindest einen Teil des Kühlkreislaufs 5 hindurchgefördert werden, so dass die jeweilige Pumpe 6 beziehungsweise 7 auch als Kühlmittelpumpe bezeichnet wird. Dabei ist die jeweilige Pumpe 6 beziehungsweise 6 als eine elektrische Pumpe, das heißt als eine elektrisch betreibbare oder betriebene Pumpe ausgebildet. In dem Kühlkreislauf 5 ist auch ein Ausgleichsbehälter 8 angeordnet, mittels welchem beispielsweise Volumen und/oder Mengenschwankungen des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf 5 kompensiert werden können. Der Ausgleichsbehälter 8 ist somit ein Reservoir, in welchem eine Menge des in 1 mit 9 bezeichneten Kühlmittels aufgenommen und insbesondere vorgehalten werden kann.
Außerdem umfasst die Kühleinrichtung 1 wenigstens einen in dem Kühlkreislauf 5 angeordneten und von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühler 10, mittels welchem das Kühlmittel gekühlt werden kann. Der Kühler 10 ist von dem Kältemittel durchströmbar und von einem Kühlmedium umströmbar. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Gas, insbesondere um Luft. Über den Kühler 10 kann ein Wärmeübergang von dem den Kühler 10 durchströmenden Kühlmittel an das den Kühler 10 umströmende Kühlmedium erfolgen, wodurch das den Kühler 10 durchströmende Kühlmittel gekühlt wird. Dem Kühler 10 ist ein, insbesondere elektrisch betreibbarer, Lüfter 11 zugeordnet, mittels welchem das Kühlmedium gefördert werden kann, wodurch das mittels des Lüfters 11 geförderte Kühlmedium den Kühler 10 umströmt.
In dem Kühlkreislauf 5 kann außerdem eine weitere Kühleinrichtung 12 zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet sein, wobei die Kühleinrichtung 12 auch als Chiller bezeichnet wird. Aus 1 ist erkennbar, dass der Energiespeicher 2, der Kühler 10 und der Chiller separat voneinander ausgebildete und paarweise externe Komponenten sind, welche voneinander beabstandet sind. Somit ist der Chiller bezüglich des Kühlers 10 extern und von dem Kühler 10 beabstandet. Beispielsweise ist der in dem Kühlkreislauf 5 angeordnete Chiller auch in einem weiteren Kreislauf angeordnet, welcher beispielsweise ein Kühlmittelkreislauf ist und demzufolge von einem Kältemittel einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs durchströmbar ist. Die Klimaanlage ist beispielsweise eine Kompressionskältemaschine, mittels welcher unter Zuhilfenahme des Kältemittels den Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführende Luft gekühlt werden kann. Der Chiller ist dabei beispielsweise von dem Kühlmittel und von dem Kältemittel durchströmbar, so dass über den Chiller beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel an das Kältemittel erfolgen kann. Hierdurch wird beispielsweise das Kühlmittel gekühlt. Alternativ oder zusätzlich können die vorigen und folgenden Ausführungen zum Kühler 10 auch auf die Kühleinrichtung 12 übertragen werden und umgekehrt.
Des Weiteren sind vorliegend in dem Kühlkreislauf 5 weitere, zusätzliche Komponenten 13 und 14 angeordnet, welche ebenfalls von dem Kühlmittel durchströmbar und somit mittels des Kühlmittels zu kühlen sind. In 1 gezeigte Punkte sollen ausdrücken, dass in 1 zwei Komponenten 13 und 14 gezeigt sind, wobei diese Anzahl der Komponenten 13 und 14 beispielhaft ist und auch größer oder kleiner als zwei sein kann.
Aus 1 ist ferner erkennbar, dass der Kühlkreislauf 5 einen auch als Zulauf bezeichneten Zulaufteil 15 aufweist, über welchen das von dem Kühler 10 beziehungsweise von der Pumpe 6 kommende Kühlmittel sowie das von dem Chiller kommende Kühlmittel zu dem Energiespeicher 2 hingeführt werden kann. Somit ist der Zulaufteil 15 stromab des Kühlers 10 und stromab des Chillers und stromauf des Energiespeichers 2 angeordnet. Außerdem weist der Kühlkreislauf 5 einen auch als Rücklauf bezeichneten Rücklaufteil 16 auf, über welchen das von dem Energiespeicher 2 kommende Kühlmittel, nachdem es den Energiespeicher 2 gekühlt hat, zu dem Chiller und zu dem Kühler 10 hinströmen kann. Der Rücklaufteil 16 ist somit stromab des Energiespeichers 2 und stromauf des Kühlers 10 beziehungsweise des Chillers angeordnet. Dabei sind in dem Kühlkreislauf 5, insbesondere in dem Rücklaufteil 16, zwei beispielsweise separat voneinander ausgebildete und insbesondere voneinander beabstandete Ventilelemente 17 und 18 angeordnet. Das Ventilelement 18 ist beispielsweise stromab des Energiespeichers 2 und stromauf des Kühlers 10 und dabei stromauf des Ventilelements 17 angeordnet, wobei das Ventilelement 17 stromab des Ventilelements 18 und stromauf des Kühlers 10 angeordnet sind.
Der Chiller ist in einem Chillerzweig 19 des Kühlkreislaufs 5 angeordnet, wobei der Chillerzweig 19 an einer ersten Stelle fluidisch mit dem Rücklaufteil 16 und an einer zweiten Stelle fluidisch mit dem Zulaufteil 15 verbunden ist. Dabei ist das Ventilelement 18 stromab der ersten Stelle angeordnet. Die Komponenten 13 und 14 sind in jeweiligen Komponentenzweigen 20 und 21 des Kühlkreislaufs 5 angeordnet, wobei der Komponentenzweig 20 an einer stromab der ersten Stelle und stromauf des Kühlers 10 beziehungsweise des Ausgleichsbehälters 8 angeordneten dritten Stelle fluidisch mit dem Rücklaufteil 16 und an einer stromauf der zweiten Stelle und stromab des Kühlers 10 beziehungsweise des Ausgleichsbehälters 8 angeordneten vierten Stelle fluidisch mit dem Zulaufteil 15 verbunden ist. Der Komponentenzweig 21 ist an einer stromauf der dritten Stelle und stromab der ersten Stelle angeordneten fünften Stelle fluidisch mit dem Rücklaufteil 16 und an einer stromab der vierten Stelle und stromauf der zweiten Stelle angeordneten sechsten Stelle fluidisch mit dem Zulaufteil 15 verbunden. Das Ventilelement 18 ist dabei in dem Rücklaufteil 16 stromab der ersten Stelle und stromauf der dritten und fünften Stelle angeordnet, und das Ventilelement 17 ist in dem Rücklaufteil 16 stromab der fünften Stelle und stromauf des Kühlers 10 beziehungsweise des Ausgleichsbehälters 8 angeordnet.
Das jeweilige Ventilelement 17 beziehungsweise 18 kann beispielsweise zwischen einem jeweiligen Schließzustand und wenigstens einem jeweiligen Offenzustand verstellt werden. In dem Schließzustand versperrt beispielsweise das jeweilige Ventilelement 17 beziehungsweise 18 den Kühlkreislauf 5, insbesondere den Rücklaufteil 16. In der jeweiligen Offenstellung jedoch gibt das jeweilige Ventilelement 17 beziehungsweise 18 den Kühlkreislauf 5, insbesondere den Rücklaufteil 16, frei, so dass dann Kältemittel durch den Rücklaufteil 16 beziehungsweise durch das jeweilige Ventilelement 17 beziehungsweise 18 hindurchströmen kann.
2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht den Energiespeicher 2. Besonders gut aus 2 sind die Speicherzellen 4 erkennbar, welche entlang einer in 2 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulichten Stapelrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Beispielsweise sind die Speicherzellen 4 elektrisch miteinander verbunden. In Einbaulage des Energiespeichers 2 verläuft die Stapelrichtung beispielsweise in einer durch die Fahrzeugquerrichtung und die Fahrzeuglängsrichtung aufgespannten Ebene und/oder horizontal, wobei beispielsweise die Stapelrichtung in Fahrzeugquerrichtung oder in Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Der Energiespeicher 2 weist eine Kühlplatte 23 auf, welche beispielsweise Bestandteil der Kühleinrichtung 1 ist. Wie in 2 durch Pfeile 24 und 25 veranschaulicht ist, ist die Kühlplatte 23 in dem Kühlkreislauf 5 angeordnet und demzufolge von dem Kühlmittel durchströmbar. Dabei sind die Speicherzellen 4 entlang einer in 2 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulichten und senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an der Kühlplatte 23 abgestützt, wobei beispielsweise die durch den Doppelpfeil 26 veranschaulichte Richtung in Einbaulage des Energiespeichers 2 in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung verläuft. Der Energiespeicher 2 nimmt dabei seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Speicherzellen 4 bezogen auf die Einbaulage des Energiespeichers 2 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an der Kühlplatte 23 abgestützt. Mit anderen Worten ist bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel die Kühlplatte 23 bezogen auf die Einbaulage des Energiespeichers 2 in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Speicherzellen 4 angeordnet, so dass die Speicherzellen 4 auf der Kühlplatte 23 angeordnet sind. Über die Kühlplatte 23 kann beispielsweise ein Wärmeübergang von den Speicherzellen 4 an das die Kühlplatte 23 durchströmende Kühlmittel erfolgen, wodurch die Speicherzellen 4 mittels der Kühlplatte 23 und mittels des die Kühlplatte 23 durchströmenden Kühlmittels gekühlt werden können. Insbesondere sind die Speicherzellen 4 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die Kühlplatte 23 überdeckt.
In 2 ist eine der Speicherzellen 4 mit Z bezeichnet. Kommt es nun zu einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftfahrzeugs und insbesondere des Energiespeichers 2, so kann es in der Folge beispielsweise zu einem in 2 besonders schematisch gezeigten, thermischen Ereignis 34 an beziehungsweise in der einen Speicherzelle Z kommen. Beispielsweise kommt es unfallbedingt zu einem Kurzschluss der Speicherzelle Z. Daraus resultiert beispielsweise, dass, insbesondere aus einem in einem Zellgehäuse 27 der Speicherzelle Z aufgenommenen, insbesondere flüssigen Elektrolyten, ein insbesondere heißes Gas 28 entsteht, welches die Speicherzelle Z, insbesondere deren Zellgehäuse 27, stark erwärmt. Alternativ oder zusätzlich kann das beispielsweise Gas einen hohen Druck in dem Zellgehäuse 27 bewirken. Überschreitet die Temperatur und/oder der Druck in dem Zellgehäuse 27 einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert, was beispielsweise durch einen Temperatur- und/oder Drucksensor erfasst werden kann, so öffnet beispielsweise eine Berstmembran der Speicherzelle Z. Hierdurch gibt die Berstmembran wenigstens eine Öffnung frei, über welche das heiße Gas 28 aus dem Zellgehäuse 27 und somit aus der Speicherzelle Z, insbesondere gezielt, ausströmen kann.
Aus 2 ist erkennbar, dass die Berstmembran auf einer der Kühlplatte 23 zugewandten Seite, insbesondere Unterseite, des Zellgehäuses 27 angeordnet ist. Außerdem ist die jeweilige Speicherzelle Z in Richtung der Kühlplatte 23 durch wenigstens eine jeweilige, an der Kühlplatte 23 ausgebildete Durchgangsöffnung 29 zumindest teilweise überlappt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zumindest die Berstmembran in Richtung der Kühlplatte 23 zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, durch die Durchgangsöffnung 29 überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Dadurch ist es möglich, dass dann, wenn die Berstmembran birst und in der Folge die Öffnung freigibt, das Gas 28 aus dem Zellgehäuse 27 durch die durch die Berstmembran freigegebene Öffnung hindurchströmt und somit über die freigegebene Öffnung aus dem Zellgehäuse 27 beziehungsweise aus der Speicherzelle Z ausströmt. In der Folge kann das Gas 28 aus der Speicherzelle Z die Durchgangsöffnung 29 der Kühlplatte 23 durchströmen, wobei das Gas 28 über die Durchgangsöffnung 29 in einen Abführpfad 30 einströmen kann. Mittels des Abführpfads 30 kann das Gas 28 beispielsweise von den Speicherzellen 4 weggeführt werden. Der Abführpfad 30 ist beispielsweise einerseits, insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach oben, zumindest teilweise durch die Kühlplatte 23 und andererseits, insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach unten, durch eine Wandung 31 zumindest teilweise begrenzt, welche beispielsweise entlang der durch den Doppelpfeil 26 veranschaulichten Richtung von der Kühlplatte 23 beabstandet ist.
Um nun insbesondere auch dann eine besonders hohe Sicherheit realisieren zu können, während das Kraftfahrzeug geparkt ist und sich somit in seinem Stillstand befindet, ist ein Verfahren zum Kühlen des Energiespeichers 2 vorgesehen, wobei dieses Verfahren im Folgenden erläutert wird. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird - während das Kraftfahrzeug stillsteht und sich somit in seinem Stillstand befindet und während die Pumpen 6 und 7 deaktiviert sind, mithin während ein aktives beziehungsweise durch Fördereinrichtungen bewirktes Fördern des Kühlmittels 9 durch den Kühlkreislauf 5 unterbleibt - mittels wenigstens eines in 1 besonders schematisch dargestellten Sensors 32 beispielsweise das thermische Ereignis 34 der einen Speicherzelle Z erfasst. Der Sensor 32 kann beispielsweise der zuvor genannte Druck- beziehungsweise Temperatursensor sein. Das thermische Ereignis 34 wird beispielsweise derart erfasst, dass mittels des Sensors 32 erfasst wird, dass der Druck, insbesondere in dem Zellgehäuse 27 der Speicherzelle Z, und/oder die Temperatur der Speicherzelle Z, eine jeweilige, insbesondere vorgegebene oder vorgebbare Grenze überschreitet.
Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird - während das Kraftfahrzeug noch stillsteht - in Abhängigkeit von dem Erfassen des thermischen Ereignisses 34 beispielsweise die Pumpe 6 aktiviert und dadurch elektrisch betrieben, wobei beziehungsweise während beispielsweise ein Aktivieren der Pumpe 7 unterbleibt und somit die Pumpe 7 deaktiviert bleibt. Durch das Aktivieren der Pumpe 6 wird mittels der aktivierten Pumpe 6 das Kühlmittel, insbesondere aus dem Reservoir (Ausgleichsbehälter 8), aktiv von außerhalb des Energiespeichers 2 in den Energiespeicher 2, insbesondere in dessen Gehäuse 3, hineingefördert und zumindest zu der Speicherzelle Z gefördert, wodurch der Energiespeicher 2, insbesondere die Speicherzelle Z, aktiviert, effektiv und effizient gekühlt wird.
Beispielsweise ist in der Durchgangsöffnung 29 ein Ventil angeordnet, das, insbesondere in einem Normalbetriebszustand des Energiespeichers 2, welcher in dem Normalbetriebszustand frei von einem thermischen Ereignis ist, geschlossen ist. Dadurch ist die Durchgangsöffnung 29 mittels des Ventils versperrt, und zumindest in dem Normalbetriebszustand ist dadurch der Kühlkreislauf 5 geschlossen und vorzugsweise ein geschlossener Kreislauf. Hierbei strömt das Kühlmittel durch die Kühlplatte 23, ohne aus dieser gezielt auszuströmen, insbesondere während das Kühlmittel mittels der Pumpe 6 und/oder gefördert wird. Sind die beziehungsweise alle Pumpen des Kühlkreislaufs 5 deaktiviert, so steht beispielsweise das Kühlmittel in dem Kühlkreislauf 5 und insbesondere auch in der Kühlplatte 23.
Wird nun das thermische Ereignis 34 erfasst, so wird die zunächst deaktivierte Pumpe 6 aktiviert, und das Ventil in der Durchgangsöffnung 29 wird geöffnet. Hierdurch gibt das Ventil die Durchgangsöffnung 29 frei, und der Kühlkreislauf 5 ist geöffnet. Das Kühlmittel, welches mittels der aktivierten Pumpe 6 gefördert wird, kann in der Folge über das Ventil und die Durchgangsöffnung 29 aus der Kühlplatte 23 und somit aus dem Kühlkreislauf 5 ausströmen. Da die Berstmembran geborsten ist und in der Folge die Öffnung freigegeben hat, kann das über das geöffnete Ventil und die dadurch freigegebene Durchgangsöffnung 29 aus der Kühlplatte 23 ausströmende Kühlmittel auch die Öffnung durchströmen und hierrüber in die Speicherzelle Z, insbesondere in das Zellgehäuse 27, einströmen. Mit anderen Worten kann das Kühlmittel mittels der aktivierten Pumpe 6 auch durch die durch die Berstmembran freigegebene Öffnung hindurchgefördert und somit in das Zellgehäuse 27 hineingefördert werden, so dass die Speicherzelle Z, an beziehungsweise in der es zu dem thermischen Ereignis 34 gekommen ist, effektiv und effizient gekühlt werden kann. Dadurch kann beispielsweise trotz eines etwaigen thermischen Durchgehens der Speicherzelle Z ein Übergreifen des thermischen Ereignisses 34 beziehungsweise des thermischen Durchgehens auf die anderen Speicherzellen 4 vermieden werden.
Beispielsweise stellt der Sensor 32 wenigstens ein das mittels des Sensors 32 erfasste, thermische Ereignis 34 charakterisierendes, elektrisches Signal bereit, wobei in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe 6 aktiviert wird. Hierzu empfängt beispielsweise eine bezüglich des Energiespeichers 2 und bezüglich des Sensors 32 sowie bezüglich der Pumpen 6 und 7 externe und von dem Sensor 32, von dem Energiespeicher 2 und von den Pumpen 6 und 7 beabstandete, in 1 besonders schematisch dargestellte, elektronische Recheneinrichtung 33 das Signal, wobei beispielsweise die elektronische Recheneinrichtung 33 in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal zumindest die Pumpe 6 sowie gegebenenfalls auch die Pumpe 7 und/oder das Ventilelement 17 und/oder das Ventilelement 18 ansteuert. Hierdurch wird beispielsweise die Pumpe 6 aktiviert, und die Pumpe 7 wird deaktiviert oder deaktiviert gehalten. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass durch das Ansteuern des Ventilelements 17 und/oder 18 das Ventilelement 18 geöffnet oder offengehalten wird, wobei beispielsweise das Ventilelement 17 geschlossen wird oder geschlossen gehalten wird. Dadurch kann eine hinreichend große Menge des Kühlmittels in kurzer Zeit, insbesondere gezielt, in den Energiespeicher 2 und insbesondere in die Speicherzelle Z geführt, das heißt mittels der Pumpe 6 gepumpt werden, so dass durch das Verfahren eine besonders vorteilhafte Notkühlung des Energiespeichers 2 darstellbar ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das von dem Sensor 32 bereitgestellte Signal direkt und somit ohne Zwischenschaltung einer bezüglich der Pumpe 6 und bezüglich des Sensors 32 externen, zusätzlichen Komponente an die Pumpe 6 übertragen und dadurch von der Pumpe 6 empfangen wird, wodurch die Pumpe 6 aktiviert wird.
Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass der Zulaufteil 15, in welchem die Pumpe 6 angeordnet ist, ein außerhalb des Energiespeichers 2 verlaufender Teil des Kühlkreislaufs 5 ist. Durch Aktivieren der Pumpe 6 wird das Kühlmittel, insbesondere aus dem Ausgleichsbehälter 8, mittels der Pumpe 6 durch den Zulaufteil 15 hindurchgefördert und in der Folge über den Zulaufteil 15 in den Energiespeicher 2 aktiv hineingefördert. Dabei ist die Pumpe 6 in dem Zulaufteil 15 beziehungsweise stromauf des Energiespeichers 2 und stromab des Ausgleichsbehälters 8 und/oder des Kühlers 10 angeordnet. Die Pumpe 7 ist stromab des Energiespeichers 2 angeordnet. Insbesondere ist die Pumpe 7 in dem Rücklaufteil 16 angeordnet. Ganz insbesondere ist die Pumpe 7 in dem Chillerzweig 19 angeordnet, wobei die Pumpe 7 stromauf des Chillers und stromab der ersten Stelle angeordnet ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Ventilelement 17 zwischen der Schließstellung und der Offenstellung sowie in wenigstens eine oder mehrere zwischen der Schließstellung und der Offenstellung liegende Zwischenstelle schaltbar ist. In der jeweiligen Zwischenstellung ist beispielsweise der Kühlkreislauf 5, insbesondere der Rücklaufteil 16, weiter freigegeben als in der Schließstellung, jedoch stärker versperrt als in der Offenstellung. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mittels des Ventilelements 17 mehrere, unterschiedliche und von dem Kühlmittel durchströmbare Strömungsquerschnitte eingestellt werden können, so dass beispielsweise eine durch das Ventilelement 17 bewirkte Drosselung eines den Kühlkreislauf 5, insbesondere den Rücklaufteil 16, durchströmenden Stroms des Kältemittels zumindest nahezu beliebig beziehungsweise auf mehrere, voneinander unterschiedliche Werte eingestellt werden kann, um dadurch beispielsweise insbesondere bei der Notkühlung die beispielsweise als Wasserpumpe ausgebildete Pumpe 6 nicht zu belasten, insbesondere dann, wenn sie zur Notkühlung aktiviert wird und aktiv das Kühlmittel in den Energiespeicher 2 pumpt beziehungsweise fördert. Mit anderen Worten kann beispielsweise mittels des Ventilelements 17 ein Druck in dem auch als Kühlmittelkreis bezeichneten Kühlkreislauf 5, insbesondere dem Rücklaufteil 16, vorzugsweise auf mehrere, voneinander unterschiedliche Werte eingestellt werden. Die Notkühlung wird auch als Notkühlbetrieb bezeichnet. Für den Notkühlbetrieb beziehungsweise während des Notkühlbetriebs kann das Ventilelement 18 geöffnet oder geschlossen sein, wobei vorzugsweise die beispielsweise als Wasserpumpe oder auch als Wasserpumpe bezeichnete Pumpe 7 während des Notkühlbetriebs vorzugsweise geschlossen beziehungsweise deaktiviert ist.
Insbesondere gewährleistet das Verfahren eine besonders hohe Sicherheit des als Hochvoltspeicher ausgebildeten Energiespeichers 2, insbesondere dann, wenn sich das Kraftfahrzeug im Stillstand beziehungsweise nicht im Betrieb befindet, und wenn beispielsweise als das Kühlmittel ein Wasser-Glykol-basiertes Kühlmittel, das heißt beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Kühleinrichtung
2: Energiespeicher
3: Gehäuse
4: Speicherzellen
5: Kühlkreislauf
6: Pumpe
7: Pumpe
8: Ausgleichsbehälter
9: Kühlmittel
10: Kühler
11: Lüfter
12: Kühleinrichtung
13: Komponente
14: Komponente
15: Zulaufteil
16: Rücklaufteil
17: Ventilelement
18: Ventilelement
19: Chillerzweig
20: Komponentenzweig
21: Komponentenzweig
22: Doppelpfeil
23: Kühlplatte
24: Pfeil
25: Pfeil
26: Doppelpfeil
27: Zellgehäuse
28: Gas
29: Durchgangsöffnung
30: Abführpfad
31: Wandung
32: Sensor
33: elektronische Recheneinrichtung
34: thermisches Ereignis
Z: Speicherzelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013016797 A1 [0002]
EP 2302727 A1 [0002]
EP 2045852 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Kühlen eines mehrere Speicherzellen (4, Z) zum Speichern von elektrischer Energie aufweisenden, elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Kühlmittel (9) von außerhalb des Energiespeichers (2) in den Energiespeicher (2) hineingefördert wird, wodurch der Energiespeicher (2) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: a) während das Kraftfahrzeug stillsteht und eine elektrisch betreibbare Pumpe (6) zum Fördern des Kühlmittels (9) deaktiviert ist, mittels wenigstens eines Sensors (32) des Kraftfahrzeugs ein thermisches Ereignis (34) wenigstens einer der Speicherzellen (4, Z) erfasst wird, und b) während das Kraftfahrzeug noch stillsteht in Abhängigkeit von dem Erfassen des thermischen Ereignisses (34) die Pumpe (6) aktiviert und dadurch elektrisch betrieben wird, wodurch mittels der aktivierten Pumpe (6) das Kühlmittel (9) zum Kühlen des Energiespeichers (2) aktiv von außerhalb des Energiespeichers (2) in den Energiespeicher (2) hineingefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (32) wenigstens ein das mittels des Sensors (32) erfasste, thermische Ereignis (34) charakterisierendes, elektrisches Signal bereitstellt, wobei in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe (6) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine bezüglich des Sensors (32) externe und von dem Sensor (32) beabstandete, elektronische Recheneinrichtung (33) das Signal empfängt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinrichtung (33) in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal die Pumpe (6) ansteuert, wodurch die Pumpe (6) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal von dem Sensor (32) direkt an die Pumpe (6) übertragen und dadurch von der Pumpe (6) empfangen wird, wodurch die Pumpe (6) aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) eine Aktivierung der Pumpe (6) unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher(2) in einem von dem Kühlmittel (9) durchströmbaren Kühlkreislauf (5) angeordnet ist, in welchem auch wenigstens ein Kühler (10) zum Kühlen des Kühlmittels (9) angeordnet ist, wobei bei Schritt b) das Kühlmittel (9) mittels der aktivierten Pumpe durch zumindest einen außerhalb des Energiespeichers verlaufenden Teil des Kühlkreislaufs hindurchgefördert und dadurch zumindest über den Teil von außerhalb des Energiespeichers in den Energiespeicher hineingefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während einer den Schritten a) und b) zeitlich vorweggehenden Zeitspanne die Pumpe (6), insbesondere durchgängig, aktiviert ist und dadurch unterbrechungsfrei, insbesondere elektrisch, betrieben wird, wodurch während der Zeitspanne mittels der Pumpe (6) das Kühlmittel (9) aktiv durch den Kühlkreislauf (5) hindurchgefördert wird, wobei während der Zeitspanne der Energiespeicher (2) frei von einem thermischen Ereignis ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug während der Zeitspanne fährt.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (2) zum Speichern von elektrischer Energie, und mit wenigstens einer Kühleinrichtung (1) zum Kühlen des Energiespeichers (2), wobei das Kraftfahrzeug zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.