DE102020202753A1

DE102020202753A1 - Elektrischer Energiespeicher, Vorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102020202753A1
Application number: DE102020202753.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Roesch; Markus Steil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Elektrischer Energiespeicher (20), aufweisend eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14), die jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei die elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14) mittels eines Temperiermediumstroms (4) temperierbar sind, wobei der elektrische Energiespeicher (10, 20) ein Temperiermediumleitsystem aufweist, mittels dem der Temperiermediumstrom (4) zu den Gehäusen der elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14) leitbar ist, wobei das Temperiermediumleitsystem Verbindungselemente (3) zwischen den elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14) aufweist, in denen Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) angeordnet sind.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Energiespeicher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben des elektrischen Energiespeichers.
Stand der Technik
Die DE 10 2015 005 529 A1 offenbart ein Batteriespeichermodul und ein Batteriespeichersystem.
Die DE 10 2015 013 377 A1 zeigt eine Temperiereinrichtung für ein Batteriesystem.
Offenbarung der Erfindung
Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher, aufweisend eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichermodulen, die jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei die elektrischen Energiespeichermodule mittels eines Temperiermediumstroms temperierbar sind, besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher ein Temperiermediumleitsystem aufweist, mittels dem der Temperiermediumstrom zu den Gehäusen der elektrischen Energiespeichermodule leitbar ist, wobei das Temperiermediumleitsystem Verbindungselemente zwischen den elektrischen Energiespeichermodulen aufweist, in denen Ventile angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung ist, dass mittels der in dem Temperiermediumleitsystem angeordneten Ventile der Temperiermediumstrom gezielt zu bestimmten elektrischen Energiespeichermodulen hingeleitet oder um diese herumgeleitet werden kann. Dadurch kann ein fehlerhaftes elektrisches Energiespeichermodul von den anderen elektrischen Energiespeichermodulen elektrisch isoliert werden, so dass die anderen elektrischen Energiespeichermodule weiterhin betrieben werden können. Zusätzlich kann das Temperiermedium vor Verunreinigungen geschützt werden.
Vorteilhafterweise sind die elektrischen Energiespeichermodule in Reihenschaltung angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ventile eingerichtet, den Temperiermediumstrom um ein, insbesondere fehlerhaftes, elektrisches Energiespeichermodul herumzuleiten. Dadurch kann das fehlerhaftes elektrisches Energiespeichermodul von den anderen elektrischen Energiespeichermodulen elektrisch isoliert werden, so dass die anderen elektrischen Energiespeichermodule weiterhin betrieben werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ventile eingerichtet sind, den Temperiermediumstrom ausschließlich in ein, insbesondere fehlerhaftes, elektrisches Energiespeichermodul zu leiten. Dadurch kann das fehlerhafte elektrische Energiespeichermodul mit maximaler Kühlleistung gekühlt werden, so dass ein thermisches Durchgehen des fehlerhaften elektrischen Energiespeichermoduls verhindert werden kann.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Ventile jeweils als Dreiwegeventil oder Vierwegeventil ausgeführt sind. Somit ist mittels des jeweiligen Ventils ein Temperiermediumstrom von einem elektrischen Energiespeichermodul zu einem nächsten elektrischen Energiespeichermodul oder einem nächsten Ventil leitbar oder das jeweilige Ventil kann in einen Sperrzustand versetzt werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Ventile elektrisch isolierend ausgeführt sind und ein Temperiermedium elektrisch leitfähig ausgeführt ist, insbesondere wobei das Temperiermedium Wasser enthält oder wobei das Temperiermedium Wasser ist. Die Ventile sind somit als elektrische Isolatoren zwischen zwei Temperiermedien verwendbar.
Dabei ist es von Vorteil, wenn jedes elektrische Energiespeichermodul zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle aufweist, wobei die jeweilige elektrische Energiespeicherzelle ein elektrisch leitfähiges Zellgehäuseteil aufweist, das mit einem Pol der elektrischen Energiespeicherzelle elektrisch leitfähig verbunden ist. Dabei sind die elektrischen Energiespeicherzellen in dem jeweiligen Gehäuse des jeweiligen elektrischen Energiespeichermoduls angeordnet und von dem Temperiermediumstrom umspülbar. Dazu weist jede elektrische Energiespeicherzelle eine elektrische Isolierung auf, die das Gehäuseteil gegenüber dem Temperiermedium elektrisch isoliert. Bei einem Isolierfehler, zum Beispiel einem Riss in der Isolierung, kann der Temperiermediumstrom mittels der Ventile umgeleitet werden.
Vorteilhafterweise sind elektrische Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichermoduls parallelgeschaltet angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Temperiermediumleitsystem zumindest einen Sensor auf, der in einem Verbindungselement angeordnet ist. Mittels des Sensors ist ein fehlerhafter Zustand eines elektrischen Energiespeichermoduls, insbesondere ein Isolationsfehler, detektierbar.
Von Vorteil ist es dabei, wenn der elektrische Energiespeicher eine Auswerteeinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein Sensorsignal des Sensors auszuwerten und ein Öffnen oder Schließen eines Ventils zu bewirken. Somit ist das Ventil in Abhängigkeit von dem Sensorsignal öffenbar und schließbar von der Auswerteeinheit.
Vorteilhafterweise ist das Ventil steuerbar ausgeführt und datenleitend mit der Auswerteeinheit verbunden. Dadurch ist eine direkte Steuerung des Ventils von der Auswerteeinheit ermöglicht.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in einem Verbindungselement zwei in einer Strömungsrichtung des Temperiermediumstroms voneinander beabstandete Spannungssensoren angeordnet sind, insbesondere wobei ein erster Spannungssensor an einem einem ersten elektrischen Energiespeichermodul zugewandten Endbereich des Verbindungselementes angeordnet ist und ein zweiter Spannungssensor an einem einem zweiten elektrischen Energiespeichermodul zugewandten Endbereich des Verbindungselementes angeordnet ist. Mittels der Spannungssensoren ist eine Spannungsdifferenz zwischen zwei elektrischen Energiespeichermodulen detektierbar. Ein daraus resultierender Strom, der eine Wasserelektrolyse verursachen kann, kann verhindert werden.
Alternativ oder zusätzlich ist der Sensor außerhalb des Verbindungselementes angeordnet, insbesondere wobei der Sensor als Stromsensor, insbesondere als Hallsensor oder als Fluxspule ausgeführt ist. Dadurch kann ein elektrischer Strom in dem Temperiermedium unterbunden werden, der eine Wasserelektrolyse bewirken kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist ein Verbindungselement eine Sollbruchstelle auf. Von Vorteil ist dabei, dass bei einer Entgasung einer fehlerhaften elektrischen Energiespeicherzelle entstehendes Gas, das in das Temperiermediumleitsystem eintritt, kontrolliert aus dem Temperiermediumleitsystem entweichen kann.
Vorteilhafterweise kann so ein abgegrenzter Bereich des Temperiermediumleitsystems, in dem ein fehlerhaftes elektrisches Energiespeichermodul angeordnet ist, kontrolliert entgast werden.
Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, besteht darin, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche aufweist.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichers verbessert wird. Dabei kann eine Vorrichtung, die ein fehlerhaftes elektrisches Energiespeichermodul aufweist, zumindest für einen begrenzten Zeitraum weiterhin betrieben werden, um in einen sicheren Zustand, zum Beispiel an eine sichere Parkposition, überführt zu werden.
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass das Verfahren die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte aufweist: wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Sensor des elektrischen Energiespeichers ausgelesen und ausgewertet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Fehlerzustand eines elektrischen Energiespeichermoduls festgestellt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Temperiermediumstrom mittels der Ventile um das fehlerhafte elektrische Energiespeichermodul herumgeleitet wird.
Hintergrund der Erfindung ist, dass ein fehlerhaftes elektrisches Energiespeichermodul von den anderen elektrischen Energiespeichermodulen elektrisch isoliert werden kann, so dass die anderen elektrischen Energiespeichermodule weiterhin betrieben werden können. Zusätzlich kann das Temperiermedium vor Verunreinigungen geschützt werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird im dritten Verfahrensschritt ein Temperiermediumstrom mittels der Ventile ausschließlich zu dem fehlerhaften elektrischen Energiespeichermodul geleitet. Dadurch kann das fehlerhafte elektrische Energiespeichermodul mit maximaler Kühlleistung gekühlt werden, so dass ein thermisches Durchgehen des fehlerhaften elektrischen Energiespeichermoduls verhindert werden kann.
Vorteilhafterweise wird im zweiten Verfahrensschritt ein elektrischer Strom und/oder eine Spannungsdifferenz in dem Temperiermediumstrom festgestellt. Dadurch kann ein elektrischer Strom in dem Temperiermedium unterbunden werden und somit eine Wasserelektrolyse verhindert werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 10,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbindungselementes 3,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Verbindungselementes 32,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Verbindungselementes 33,
5a) einen Abschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 30, das eine erste Ausführungsform eines Ventils 80 im geöffneten Zustand aufweist,
5b) einen Abschnitt des vierten Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 30, das die erste Ausführungsform des Ventils 80 im geschlossenen Zustand aufweist,
6a) einen Abschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 31, das eine zweite Ausführungsform des Ventils 81 im geschlossenen Zustand aufweist,
6b) einen Abschnitt des fünften Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 31, das die zweite Ausführungsform des Ventils 81 im geöffneten Zustand aufweist,
7 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante des erfindungsgemä-ßen elektrischen Energiespeichers 20, und
8 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 20, wobei ein elektrisches Energiespeichermodul 12 eine Störung aufweist.

In 1 ist die erste Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 10 dargestellt.
Der elektrische Energiespeicher 10 weist ein erstes elektrisches Energiespeichermodul 1 und ein zweites elektrisches Energiespeichermodul 2 auf. Das erste elektrische Energiespeichermodul 1 weist eine Vielzahl von elektrischen Energiespeicherzellen 8 und ein erstes Gehäuse 9 auf. Das zweite elektrische Energiespeichermodul 2 weist eine Vielzahl von elektrischen Energiespeicherzellen 8 und ein zweites Gehäuse 90 auf. Die elektrischen Energiespeicherzellen 8 sind von dem jeweiligen Gehäuse (9, 90) zumindest teilweise gehäusebildend umgeben.
Die elektrischen Energiespeicherzellen 8 weisen jeweils ein Zellgehäuse auf. Vorzugsweise ist zumindest ein Zellgehäuseteil des Zellgehäuses elektrisch leitfähig ausgeführt und elektrisch leitend mit einem Pol, insbesondere dem negativen Pol, der elektrischen Energiespeicherzelle 8 verbunden. Vorzugsweise sind die elektrischen Energiespeicherzellen 8 zylinderförmig ausgeführt, insbesondere als Rundzellen.
Jede elektrische Energiespeicherzelle 8 ist zusätzlich zumindest teilweise mit einer Isolierung umgeben, die das Zellgehäuse nach außen elektrisch isoliert.
Die Gehäuse (9, 90) weisen jeweils einen Gehäuseinnenraum auf, der mit einem Temperiermedium befüllbar ist. Dazu weist jedes Gehäuse (9, 90) ein erstes Anschlussmittel als Zuleitung für einen Temperiermediumstrom 4 und ein zweites Anschlussmittel als Ableitung für den Temperiermediumstrom 4 auf. Dabei werden die elektrischen Energiespeicherzellen 8 in dem jeweiligen Gehäuse (9, 90) von dem Temperiermediumstrom 4 umströmt.
Das erste Gehäuse 9 und das zweite Gehäuse 90 sind mittels eines Verbindungselements 3 verbunden. Das Verbindungselement 3 ist eingerichtet, den Temperiermediumstrom 4 von dem ersten Gehäuse 9 in das zweite Gehäuse 90 zu leiten. Dazu ist das Verbindungselement 3 mit einem zweiten Anschlussmittel des ersten Gehäuses 9 und einem ersten Anschlussmittel des zweiten Gehäuses 90 verbunden.
Gemäß 1 sind das erste elektrische Energiespeichermodul 1 und das zweite elektrische Energiespeichermodul 2 übereinanderliegend angeordnet. Alternativ können das erste und zweite elektrische Energiespeichermodul (1, 2) auch nebeneinander angeordnet sein.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 3 im Detail dargestellt.
Das Verbindungselement 3 ist beispielsweise als Rohrteil oder Schlauchteil ausgeführt, insbesondere aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff. Vorzugsweise ist das Verbindungselement U-förmig ausgeführt.
Das Verbindungselement 3 weist einen ersten Endbereich zur Verbindung mit dem ersten elektrischen Energiespeichermodul 1 und einen zweiten Endbereich zur Verbindung mit dem zweiten elektrischen Energiespeichermodul 2 auf.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 32 im Detail dargestellt.
Zusätzlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen ersten Sensor 5 und einen zweiten Sensor 6 auf.
Die Sensoren (5, 6) erstrecken sich jeweils in einen Innenraum des Verbindungselements 32 hinein und sind in einer Strömungsrichtung des Temperiermediumstroms 4 beabstandet voneinander angeordnet. Dabei ist der erste Sensor 5 an einem ersten Endbereich des Verbindungselements 32 angeordnet und der zweite Sensor 6 ist an einem zweiten Endbereich des Verbindungselements 32 angeordnet.
Vorzugsweise sind die Sensoren (5, 6) als Spannungssensoren ausgeführt und eingerichtet, eine Spannungsdifferenz des Temperiermediums zwischen dem ersten Gehäuse 9 und dem zweiten Gehäuse 90 zu detektieren.
Gemäß einer alternativen Ausführung, die in den Figuren nicht dargestellt ist, ist ein dritter Sensor außerhalb des Verbindungselements 3 angeordnet. Dabei umgibt der dritte Sensor einen mittleren Abschnitt des Verbindungselements 3 in einer Querrichtung zur Strömungsrichtung.
Der dritte Sensor ist vorzugsweise als Stromsensor, insbesondere als ein Hallsensor oder eine Fluxspule, ausgeführt und eingerichtet, einen elektrischen Strom in dem Temperiermedium zwischen dem ersten Gehäuse 9 und dem zweiten Gehäuse 90 zu erkennen.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 33 im Detail dargestellt.
Das Verbindungselement 33 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist zusätzlich eine Sollbruchstelle 7 auf. Die Sollbruchstelle 7 ist beispielsweise als Strukturschwächung einer Wandung des Verbindungselements 33 ausgeführt, insbesondere wobei im Bereich der Sollbruchstelle 7 eine Wandstärke des Verbindungselements 33 reduziert ist oder die Wandung eine Einkerbung aufweist.
In 5a) und 5b) ist ein Abschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 30 im Detail dargestellt. Dabei ist der Abschnitt zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet.
Das Verbindungselement 30 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist zusätzlich eine erste Ausführungsform eines Ventils 80 auf. Das Ventil 80 ist zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet.
Das Ventil 80 ist als passives Ventil ausgeführt. Das heißt, das Ventil 80 ist geöffnet, wenn ein Temperiermediumstrom 4 durch das Verbindungselement 30 strömt und ist fluiddicht geschlossen, wenn kein Temperiermediumstrom 4 durch das Verbindungselement 30 strömt oder wenn der Druck des Temperiermediumstroms 4 einen Mindestdruck zum Öffnen des Ventils 80 unterschreitet.
Dazu weist das Ventil 80 einen elastischen Ventilabschnitt auf, der beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere Gummi, ausgeführt ist. Der elastische Ventilabschnitt erstreckt sich von einer Wandung des Verbindungselements 30 in den Innenraum des Verbindungselements 30 hinein. Der Ventilabschnitt ist in Strömungsrichtung konvex ausgeführt.
Vorteilhafterweise weist das Ventil 80 zwei gegenüberliegende Ventilabschnitte auf. Die Ventilabschnitte berühren sich, wenn das Ventil 80 geschlossen ist. Zum Öffnen des Ventils 80 werden die Ventilabschnitte von dem Temperiermediumstrom 4 auseinandergedrückt, so dass das Temperiermedium zwischen den Ventilabschnitten hindurchströmt.
Alternativ weist das Ventil 80 einen starren Ventilabschnitt auf, der mittels eines Scharniers mit der Wandung des Verbindungselements 30 verbunden ist.
In 6a) und 6b) ist ein Abschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels des Verbindungselements 31 im Detail dargestellt. Dabei ist der Abschnitt zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet.
Das Verbindungselement 31 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist eine zweite Ausführungsform eines Ventils 81 auf. Das Ventil 81 ist zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet.
Das Ventil 81 ist als steuerbares Ventil ausgeführt. Das heißt, das Ventil 81 ist datenleitend mit einer Steuereinheit oder Auswerteeinheit verbunden, die das Ventil 81 öffnet oder schließt.
Beispielsweise ist das Ventil 81 als stellbares Drosselventil ausgeführt.
Dazu weist das Ventil 81 einen Sperrabschnitt, ein Lager, mittels dem der Sperrabschnitt drehbar gelagert ist, und einen steuerbaren Antrieb auf, der eingerichtet ist, den Sperrabschnitt von einer geöffneten Position in eine geschlossene Position und von einer geschlossenen in eine geöffnete Position zu bewegen. Dabei ist der Sperrabschnitt eingerichtet, das Verbindungselement 31 fluiddicht zu verschließen.
In 7 ist eine zweite Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 20 dargestellt.
Der elektrische Energiespeicher 20 weist zumindest drei, insbesondere vier, elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14) auf, die von einem Temperiermediumstrom durchströmbar sind. Dazu sind die elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14) mittels eines Temperiermediumleitsystems miteinander verbindbar.
Das Temperiermediumleitsystem weist Verbindungselemente 3 und Ventile (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) auf, die zwischen den elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14) insbesondere jeweiligen Gehäusen der elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14) angeordnet sind.
Die Ventile (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) sind als steuerbare Dreiwegeventile ausgeführt. Zwischen zwei elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14) sind zumindest zwei Ventile (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) angeordnet. Jedes Ventil ist mit einem elektrischen Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14) und zumindest einem weiteren Ventil (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) verbunden.
Jedes Ventil (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) ist eingerichtet, einen Temperiermediumstrom 4 zu einem elektrischen Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14) und/oder zu einem weiteren Ventil (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) zu leiten oder zu sperren.
Wie in 7 dargestellt strömt der Temperiermediumstrom 4 in den elektrischen Energiespeicher 20 und wird von einem ersten Ventil 82 zu einem ersten elektrischen Energiespeichermodul 11 geleitet. Der aus dem ersten elektrischen Energiespeichermodul 11 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von einem zweiten Ventil 83 zu einem dritten Ventil 84 geleitet und von dem dritten Ventil 84 zu einem zweiten elektrischen Energiespeichermodul 12 geleitet. Der aus dem zweiten elektrischen Energiespeichermodul 12 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von einem vierten Ventil 85 zu einem fünften Ventil 86 geleitet und von dem fünften Ventil 86 zu einem dritten elektrischen Energiespeichermodul 13 geleitet. Der aus dem dritten elektrischen Energiespeichermodul 13 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von einem sechsten Ventil 87 zu einem siebten Ventil 88 geleitet und von dem siebten Ventil 88 zu einem vierten elektrischen Energiespeichermodul 12 geleitet. Der aus dem vierten elektrischen Energiespeichermodul 11 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von einem achten Ventil 89 aus dem elektrischen Energiespeicher 20 herausgeleitet.
In 8 ist die zweite Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 20 dargestellt, wobei das zweite elektrische Energiespeichermodul 12 einen kritischen Betriebszustand aufweist.
Der kritische Betriebszustand wird beispielsweise durch eine Überspannung oder einen Überdruck oder eine Übertemperatur oder einen Isolationsfehler zumindest einer elektrischen Energiespeicherzelle 8 des jeweiligen elektrischen Energiespeichermoduls (11, 12, 13, 14) bewirkt. Infolgedessen wird das jeweilige elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14) abgeschaltet und der Temperiermediumstrom 4 mittels der Ventile (82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) um das zweite elektrische Energiespeichermodul 12 heru mgeleitet.
Wie in 8 dargestellt strömt der Temperiermediumstrom 4 in den elektrischen Energiespeicher 20 und wird von dem ersten Ventil 82 zu dem ersten elektrischen Energiespeichermodul 11 geleitet. Der aus dem ersten elektrischen Energiespeichermodul 11 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von dem zweiten Ventil 83 zu dem dritten Ventil 84 geleitet und von dem dritten Ventil 84 zu dem sechsten Ventil 87 geleitet. Von dem sechsten Ventil 87 wird der Temperiermediumstrom 4 zu dem dritten elektrischen Energiespeichermodul 13 geleitet. Der aus dem dritten elektrischen Energiespeichermodul 13 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von dem fünften Ventil 86 zu dem achten Ventil 89 geleitet und von dem achten Ventil 89 zu dem vierten elektrischen Energiespeichermodul 12 geleitet. Der aus dem vierten elektrischen Energiespeichermodul 11 herausströmende Temperiermediumstrom 4 wird von dem siebten Ventil 88 aus dem elektrischen Energiespeicher 20 herausgeleitet. Dabei sperrt das vierte Ventil 85.
Ein in den Figuren nicht dargestelltes erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (10, 20) weist die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte auf:

In einem ersten Verfahrensschritt wird der Sensor (5, 6) des elektrischen Energiespeichers (10, 20) ausgelesen und ein Sensorsignal von der Auswerteeinheit ausgewertet. Vorzugsweise wird dabei eine Spannung in dem Temperiermediumstrom 4 zwischen dem ersten elektrischen Energiespeichermodul 1 und dem zweiten elektrischen Energiespeichermodul 2 und/oder ein elektrischer Strom 4 in dem Temperiermediumstrom 4 bestimmt.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Fehlerzustand eines elektrischen Energiespeichermoduls (1, 2) festgestellt, insbesondere ein Isolationsfehler oder eine Überspannung oder ein Überdruck oder eine Übertemperatur.
In einem dritten Verfahrensschritt wird ein Temperiermediumstrom (4) mittels der Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) um das fehlerhafte elektrische Energiespeichermodul (1, 2, 11, 12, 13, 14) herumgeleitet. Dazu werden die Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) von der Auswerteeinheit angesteuert und umgelenkt oder geschlossen.
Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015005529 A1 [0002]
DE 102015013377 A1 [0003]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (10, 20), aufweisend eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichermodulen (1, 2, 11, 12, 13, 14), die jeweils ein Gehäuse (9, 90) aufweisen, wobei die elektrischen Energiespeichermodule (1, 2, 11, 12, 13, 14) mittels eines Temperiermediumstroms (4) temperierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (10, 20) ein Temperiermediumleitsystem aufweist, mittels dem der Temperiermediumstrom (4) zu den Gehäusen (9, 90) der elektrischen Energiespeichermodule (1, 2, 11, 12, 13, 14) leitbar ist, wobei das Temperiermediumleitsystem Verbindungselemente (3) zwischen den elektrischen Energiespeichermodulen (1, 2, 11, 12, 13, 14) aufweist, in denen Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) eingerichtet sind, den Temperiermediumstrom (4) um ein, insbesondere fehlerhaftes, elektrisches Energiespeichermodul (1, 2, 11, 12, 13, 14) herumzuleiten, oder wobei die Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) eingerichtet sind, den Temperiermediumstrom (4) ausschließlich in ein, insbesondere fehlerhaftes, elektrisches Energiespeichermodul (1, 2, 11, 12, 13, 14) zu leiten.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) jeweils als Dreiwegeventil oder Vierwegeventil ausgeführt sind.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) elektrisch isolierend ausgeführt sind und ein Temperiermedium elektrisch leitfähig ausgeführt ist, insbesondere wobei das Temperiermedium Wasser enthält oder wobei das Temperiermedium Wasser ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes elektrische Energiespeichermodul (1, 2) zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle (8) aufweist, wobei die jeweilige elektrische Energiespeicherzelle (8) ein elektrisch leitfähiges Zellgehäuseteil aufweist, das mit einem Pol der elektrischen Energiespeicherzelle (8) elektrisch leitfähig verbunden ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermediumleitsystem zumindest einen Sensor (5, 6) aufweist, der in einem Verbindungselement (3) angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (10, 20) eine Auswerteeinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein Sensorsignal des Sensors (5, 6) auszuwerten und ein Öffnen oder Schließen oder Umlenken eines Ventils (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) zu bewirken.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (81) steuerbar ausgeführt ist und datenleitend mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungselement (3) zwei in einer Strömungsrichtung des Temperiermediumstroms (4) voneinander beabstandete Spannungssensoren angeordnet sind, insbesondere wobei ein erster Spannungssensor an einem einem ersten elektrischen Energiespeichermodul (1) zugewandten Endbereich des Verbindungselementes (3) angeordnet ist und ein zweiter Spannungssensor an einem einem zweiten elektrischen Energiespeichermodul (2) zugewandten Endbereich des Verbindungselementes (3) angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5, 6) außerhalb des Verbindungselementes (3) angeordnet ist, insbesondere wobei der Sensor (5, 6) als Stromsensor, insbesondere als Hallsensor oder als Fluxspule ausgeführt ist.
Elektrischer Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (33) eine Sollbruchstelle (7) aufweist.
Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte: wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Sensor des elektrischen Energiespeichers (10, 20) ausgelesen und ausgewertet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Fehlerzustand eines elektrischen Energiespeichermoduls (11, 12, 13, 14) festgestellt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Temperiermediumstrom (4) mittels der Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) um das fehlerhafte elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14) herumgeleitet wird, oder wobei im dritten Verfahrensschritt ein Temperiermediumstrom (4) mittels der Ventile (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) ausschließlich zu dem fehlerhaften elektrischen Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt ein elektrischer Strom und/oder eine Spannungsdifferenz in dem Temperiermediumstrom (4) festgestellt wird.