DE102021105375A1 - Batteriekühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes - Google Patents

Batteriekühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Batteriekühlvorrichtung (6) zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle (5) eines elektrisch betriebenen Fluggerätes, wobei die Batteriekühlvorrichtung (6) eine erste Kühlvorrichtung (7, 8) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, bei einem elektrischen Entladevorgang eine erste Wärmemenge zumindest von der Batteriezelle (5) aufzunehmen und diese dadurch zu kühlen, wobei die erste Kühlvorrichtung (7, 8) zumindest einen Latentwärmespeicher mit einem veränderlichen Aggregatzustand umfasst. Wesentlich ist, dass die Batteriekühlvorrichtung (6) eine zweite Kühlvorrichtung (9) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, bei einem elektrischen Ladevorgang eine zweite Wärmemenge von der Batteriezelle (5) und der ersten Kühlvorrichtung (7, 8) aufzunehmen, wobei die zweite Kühlvorrichtung (9) mit einem Kühlmittel (13) befüllbar und durchströmbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle (5) eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriekühlvorrichtung zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, sowie ein Batterieladesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Die Stromversorgung elektrisch oder teilelektrisch (hybrid) angetriebener Fluggeräte erfolgt üblicherweise über Batterien. Dazu werden im Allgemeinen Sekundärbatterien, d. h. wieder aufladbare Akkumulatoren, eingesetzt, die regelmäßig ausgetauscht werden.
  • Aus DE 10 2012 202 698 A1 ist ein elektrisch angetriebenes Fluggerät bekannt, das mindestens eine Batteriezelle und eine Mehrzahl elektrischer Antriebseinheiten umfasst. Die Batteriezelle dient der Speicherung und Abgabe elektrischer Energie, die benötigt ist, um die elektrischen Antriebseinheiten des Fluggerätes zu betreiben.
  • Im Betrieb des Fluggerätes entlädt die Batteriezelle sich in einem elektrischen Entladevorgang. Der Entladevorgang findet in einem energieintensiven Flugbetrieb des Fluggerätes statt, etwa bei Steig- oder Kurvenflügen aber auch im Horizontal- oder Gleitflug. Ebenso kann der Entladevorgang bereits vor dem Flugbetrieb beginnen, etwa, wenn elektrische Energie für eine Bordelektronik oder Hilfsaggregate des Fluggerätes benötigt wird.
  • Bevor das Fluggerät seinen weiteren Betrieb wiederaufnehmen kann, muss die entladene Batteriezelle in einem elektrischen Ladevorgang wieder aufgeladen werden. Im Gegensatz zum Entladevorgang findet der Ladevorgang üblicherweise in einem Ruhezustand des Fluggerätes statt. Dabei wird die Batteriezelle mit einer Spannungsquelle verbunden, wodurch der Ladezustand der Batteriezelle wiederhergestellt wird. Der Begriff Batteriezelle erstreckt sich folglich auf wieder aufladbare elektrische Akkumulatoren. Im Folgenden werden die Begriffe Batterie, Batteriezelle und Akkumulatoren austauschbar verwendet.
  • Sowohl der Entladevorgang als auch der Ladevorgang der Batteriezelle erfolgen über chemische Reaktionen in der Batteriezelle. Diese Reaktionen gehen mit einer Wärmeentwicklung in der Batteriezelle einher. Grundsätzlich hängt besagte Wärmeentwicklung von der Entladerate sowie der Laderate der Batteriezelle ab, also dem Betrag der von ihr abgegebenen oder aufgenommenen elektrischen Leistung. Die während des Entladevorganges und des Ladevorganges entstehende Wärme kann mittels einer Batteriekühlvorrichtung abgeführt werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind Batteriekühlvorrichtungen mit Luftkühlung bekannt. Dafür wird eine Mehrzahl an Lithium-Ionen-Rundzellen in großen Abständen zueinander angeordnet. Dabei entstehen zwischen den Lithium-Ionen-Rundzellen Zwischenräume, in denen ein Luftstrom strömen und/oder zirkulieren kann. Dieser Luftstrom sorgt für eine konvektive Abfuhr von Wärme über die Oberflächen der Batteriezellen. Nachteilig ist hierbei, dass große Abstände zwischen den Batteriezellen mit einem entsprechend großen erforderlichen Bauraum einhergehen.
  • Ferner sind Batteriekühlvorrichtungen mit Kühlplatten bekannt, die von flüssigen Kühlmedien durchströmt werden. Eine solche Kühlplatte kann mit einer zu kühlenden Batteriezelle in thermischem Kontakt stehen und an einen Kühlkreislauf angeschlossen sein. Durch entsprechende Dimensionierung der Kühlleistung des Kühlkreislaufs kann eine hohe Wärmemenge in kurzer Zeit abgeführt werden. Bei hoher Kühlleistung kann die benötigte Oberfläche für den thermischen Kontakt zwischen Batteriezelle und Batteriekühlvorrichtung zudem gering dimensioniert werden. Die Kühlplatte kann seitlich, ober- oder unterhalb einer oder mehrerer Batteriezellen angeordnet werden. Der Nachteil einer derartigen Batteriekühlvorrichtung ist, dass die eingesetzten Kühlmedien brennbar und umweltschädlich sind und die Kühlvorrichtung ein hohes Gewicht hat, das in dem Fluggerät mitgeführt werden muss.
  • Eine weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit, Wärme aus einer Batteriezelle abzuführen, stellen Latentwärmespeicher dar, siehe US2015037647A1 . Im Gegensatz zu konventionellen Werkstoffen weisen diese eine konstante Phasenübergangstemperatur auf. Das bedeutet, dass dem Latentwärmespeicher während der Veränderung seines Aggregatzustandes Wärme zu- oder abgeführt werden kann, ohne dass seine Temperatur sich ändert. Durch die Aufnahme von Wärme findet vielmehr ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials (engl. phase change material, PCM) des Latentwärmespeichers, z. B. von fest zu flüssig/viskos statt.
  • Dies ist insbesondere zu Kühlzwecken in Fluggeräten vorteilhaft, da von den Batteriezellen entwickelte Wärme an den Latentwärmespeicher abgeben werden kann. Dabei verändern sich die Temperaturen der Batteriezelle oder der Batteriekühlvorrichtung nicht wesentlich, sondern es findet der beschriebene Phasenübergang des Latentwärmespeichers, z. B. von fest zu flüssig/viskos statt. Vor dem weiteren Betrieb der Batteriekühlvorrichtung muss dieser Phasenübergang durch Kühlung des Latentwärmespeichers umgekehrt werden, um erneut eine gute Kühlwirkung erreichen zu können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bestehenden Nachteile von Batteriekühlvorrichtungen zu beheben. Insbesondere soll eine Batteriekühlvorrichtung vorgeschlagen werden, die ein geringes Gewicht bei kompakter Bauweise aufweist und in kurzer Zeit für den Flugbetrieb einsatzbereit gemacht werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriekühlvorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Batteriekühlvorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 5. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Batteriemodul nach Anspruch 6 sowie seinen vorteilhaften Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 bis 8. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein senkrecht startendes und landendes elektrisches Fluggerät nach Anspruch 10 sowie seiner vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 11. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Batterieladesystem gemäß Anspruch 12. Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 14 bis 16. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden diese Ansprüche hiermit explizit per Referenz in die Beschreibung aufgenommen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Batteriekühlvorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines elektrisch betriebenen Fluggerätes umfasst die Batteriekühlvorrichtung, wie an sich bekannt, eine erste Kühlvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, bei einem elektrischen Entladevorgang der Batteriezelle eine erste Wärmemenge zumindest von der Batteriezelle aufzunehmen und diese dadurch zu kühlen, wobei die erste Kühlvorrichtung zumindest einen Latentwärmespeicher mit einem veränderlichen Aggregatzustand umfasst.
  • Wesentlich für die erfindungsgemäße Batteriekühlvorrichtung ist, dass eine zweite Kühlvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgestaltet ist, eine zweite Wärmemenge von der Batteriezelle und der ersten Kühlvorrichtung aufzunehmen, wobei die zweite Kühlvorrichtung mit einem Kühlmittel befüllbar und durchströmbar ist.
  • Die Erfindung ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass eine Kombination aus einem ersten festen Kühlsystem mit einem Latentwärmespeicher und einem zweiten bedarfsweisen Kühlsystem zur Kühlung des Latentwärmespeichers zu einem vergleichsweise leichten und sicheren Kühlsystem führt.
  • Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Kühlvorrichtungen: Zusätzlich zu der ersten Kühlvorrichtung in Form eines Latentwärmespeichers ist eine zweite Kühlvorrichtung vorgesehen, um Wärme von der ersten Kühlvorrichtung abzuführen und dadurch den Phasenübergang des Latentwärmespeichers rückgängig zu machen (im Folgenden auch Umkehrreaktion oder Widerherstellung der Funktionsfähigkeit der ersten Kühlvorrichtung). Dazu ist die zweite Kühlvorrichtung in thermischer Wirkverbindung mit dem Latentwärmespeicher angeordnet und mit einem Kühlmittel befüllbar und durchströmbar.
  • Wie oben beschrieben, findet der Entladevorgang mindestens einer Batteriezelle des Fluggerätes vorrangig während des Flugbetriebs statt. Die dabei entstehende erste Wärmemenge wird an den Latentwärmespeicher abgeführt. Während des Flugbetriebs kann die Wärme also mit einem Batteriekühlsystem abgeführt werden, das ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist.
  • Dafür weist der Latentwärmespeicher eine hohe Eignung auf, da dieser vorzugsweise Materialien wie Paraffin oder Ester-Verbindungen umfasst, welche höchst vorzugsweise in eine Polymermatrix eingebunden sein können. Diese Materialien weisen jeweils eine vergleichsweise geringe Dichte bei gleichzeitig hoher latenter Wärmemenge auf.
  • Während des Entladevorganges wird die erste Wärmemenge durch die erste Kühlvorrichtung mit dem Latentwärmespeicher aufgenommen, wobei es zu einem Phasenübergang in dem Latentwärmespeicher kommt. Die erste Wärmemenge ist dabei variabel und entspricht nicht zwingend der Erwärmung der Batterie durch den Entladevorgang.
  • Zum Abführen der gespeicherten Wärme in dem Latentwärmespeicher und damit zur Umkehr des Phasenübergangs in dem Latentwärmespeicher wird die zweite Kühlvorrichtung erfindungsgemäß mit dem Kühlmittel befüllt und von diesem durchströmt. Dadurch entsteht eine wärmeleitende Verbindung, mit der sowohl die erste Wärmemenge, die im Latentwärmespeicher gespeichert ist, sowie weitere Wärme, die ggf. durch den Ladevorgang entsteht, abgeführt werden kann. Dadurch kann eine hohe Kühlleistung realisiert werden.
  • Der Anschluss der zweiten Kühlvorrichtung an ein Kühlaggregat kann vorzugsweise während des Ladevorgangs der Batterie erfolgen. Zum Laden wird die Batteriezelle, wie an sich bekannt, an eine Spannungsquelle angeschlossen. Gleichzeitig kann die zweite Kühlvorrichtung mit dem Kühlmittel befüllt und von diesem durchströmt werden. Vorzugsweise erfolgt das Laden und die Widerherstellung der Funktionsfähigkeit der ersten Kühlvorrichtung bei einem Austausch der Batterie, bzw. des Batteriemoduls.
  • Durch die Trennung in erste Kühlvorrichtung und zweite Kühlvorrichtung sind während des Entladevorganges, insbesondere im Flugbetrieb, keine schweren Aggregate erforderlich, um die Batteriekühlvorrichtung betreiben zu können. Insbesondere schwere und komplexe Teile wie Kompressor/Pumpe, Ventile, Wärmetauscher, etc. können außerhalb des Fluggeräts angeordnet werden. Hierdurch ergibt sich zu einen der Vorteil, dass diese Komponenten nicht für den Transport und/oder die Benutzung an Bord eines Fluggeräts zertifiziert sein müssen. Zum andern spielt das Gewicht der Komponenten außerhalb des Fluggeräts keine so große Rolle, sodass besonders große und leistungsfähige Komponenten verwendet werden können, die zur Verwendung im Fluggerät aufgrund des Gewichts nicht praktikabel bzw. geeignet wären.
  • Ferner ist vorteilhaft, dass die Gestalt des Latentwärmespeichers geometrisch in einfacher Weise an die Form der Batteriezelle angepasst werden kann. Im Falle von Rundzellen kann ein Latentwärmespeicher beispielsweise plattenförmig und mit lochartigen Öffnungen ausgeführt sein, in die die Rundzellen zumindest teilweise eingeführt werden können. Dadurch lässt sich der zur Wärmeabfuhr benötigte thermische Kontakt optimieren.
  • Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, mehr als einen Latentwärmespeicher einzusetzen. Insbesondere können zwei oder mehr Latentwärmespeicher eingesetzt werden, die z.B. in symmetrischer Weise an den Seiten der Batteriezelle oder einem Batteriezellverbund anbringbar sind. Dies erlaubt eine homogene Kühlung durch die Ausbildung zweier Wärmesenken, was sich positiv auf die Alterung der Batteriezelle auswirkt. Zudem kann die Masse des eingesetzten Latentwärmespeichers exakt an die benötigte Kühlleistung während des Entladevorganges angepasst werden, was ein minimales Gewicht der ersten Kühlvorrichtung ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Kühlmittel nicht dauerhaft in der zweiten Kühlvorrichtung. Vielmehr wird das Kühlmittel für die Umkehrreaktion zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der ersten Kühlvorrichtung durch die zweite Kühlvorrichtung gepumpt, um Wärme von dem Latentwärmespeicher abzuführen. Vorzugsweise erfolgt dies erst nach Beendung des Entladevorganges, insbesondere vor oder während oder nach dem Ladevorganges der Batterie.
  • Vorzugsweise wird vor der Wiederaufnahme des Flugbetriebs und einem weiteren Entladevorgang das Kühlmittel wieder aus der zweiten Kühlvorrichtung gefördert. Dadurch reduziert sich das bewegte Gesamtgewicht der Batteriekühlvorrichtung insbesondere während des Flugbetriebs. Dies hat positive Auswirkungen auf die erforderliche Kühlleistung der Batteriekühlvorrichtung: Aufgrund des reduzierten Gewichts muss durch die elektrischen Antriebseinheiten des Fluggerätes ein geringer Schub erzeugt werden, um eine Flugbewegung des Fluggeräts zu ermöglichen. Dementsprechend muss auch eine geringere elektrische Leistung durch die Batteriezelle abgegeben werden. Dies führt wiederum zu einer geringen Entladerate und damit zu einer geringeren Wärmeentwicklung während der Entladephase. Dadurch kann die Batteriekühlvorrichtung insgesamt kompakt gestaltet werden.
  • Die jeweiligen Kühlleistungen der ersten Kühlvorrichtung und der zweiten Kühlvorrichtung können weitestgehend unabhängig voneinander dimensioniert sein. Insbesondere steht die erste Wärmemenge nicht in einem festen Verhältnis zur zweiten Wärmemenge. Dies liegt u.a. daran, dass der Latentwärmespeicher der ersten Kühlvorrichtung einen Teil der gespeicherten ersten Wärmemenge zwischen dem Entladevorgang und dem Ladevorgang an seine Umgebung abstrahlen oder konvektiv abführen kann. Ferner kann während des Ladevorganges, insbesondere eines Schnellladevorganges, zusätzliche Wärme in der Batteriezelle entstehen, die ebenso abgeführt werden muss. Die zweite Wärmemenge besteht daher in Summe maximal aus der ersten Wärmemenge und einer zusätzlichen Ladewärme der Batteriezelle. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass diese Wärmemengen voneinander abweichen, da wie beschrieben, Wärme über andere Kanäle aktiv oder passiv abgeführt wird oder zusätzliche Wärme durch weitere Prozesse und/oder Komponenten entsteht.
  • Vorteilhafterweise ist die zweite Kühlvorrichtung derart ausgelegt, dass die abführbare zweite Wärmemenge eine Umkehrreaktion des Phasenüberganges des Latentwärmespeichers der ersten Kühlvorrichtung zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der ersten Kühlvorrichtung erlaubt. Alternativ kann die Kühlleistung der ersten Kühlvorrichtung an die maximal erzeugbare erste Wärmemenge der Batteriezelle angepasst sein, sodass der Phasenübergang gegebenenfalls nicht vollständig abgeschlossen wird.
  • Auch muss weder die erste Wärmemenge noch die zweite Wärmemenge in einem festen Verhältnis zu der latenten Wärmemenge des Latentwärmespeichers der ersten Kühlvorrichtung stehen. Vielmehr liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die erste Wärmemenge betragsmäßig der latenten Wärmemenge entsprechen kann, jedoch auch niedriger oder höher sein kann. Es ist jedoch vorteilhaft, den Latentwärmespeicher der ersten Kühlvorrichtung so auszulegen, dass die erwartungsgemäß entstehende Wärmemenge der Batterie im Flugbetrieb aufgenommen werden kann.
  • Um einen zuverlässigen Betrieb der Batteriekühlvorrichtung zu ermöglichen, kann die Temperatur des Batteriekühlsystems durch einen Temperatursensor überwacht werden. Übersteigt besagte Temperatur eine zulässige Obergrenze, kann dies durch den Temperatursensor erkannt und der Flugbetrieb zu Kühlzwecken unterbrochen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriekühlvorrichtung weist die zweite Kühlvorrichtung einen flexiblen Schlauch auf, der mit einem Kühlmittel befüllbar und von diesem durchströmbar ist. Der Schlauch ist insbesondere dazu ausgestaltet, um bei Durchströmung mit dem Kühlmittel mittelbar oder unmittelbar einen Anpressdruck auf die Batteriezelle und/oder die erste Kühlvorrichtung auszuüben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in einfacher Art und Weise eine thermische Verbindung zwischen dem Schlauch mit dem Kühlmittel und der Batteriezelle und/oder der ersten Kühlvorrichtung hergestellt werden kann.
  • Die Ausgestaltung eines flexiblen Schlauchs als Teil der zweiten Kühlvorrichtung hat zum Vorteil, dass besagter Schlauch eine verformbare, biegeschlaffe äußere Gestalt hat. Dies führt zu Vorteilen in der montagegerechten Konstruktion der Batteriekühlvorrichtung: Sperrige Komponenten, wie z.B. ein Verbund mehrerer Batteriezellen, oder der Latentwärmespeicher können in einem ersten Montageschritt vormontiert werden. Dabei können Störkonturen entstehen. In einem zweiten Montageschritt kann der flexibel ausgestaltete Schlauch an die Geometrie der vormontierten Komponenten angepasst und an den Störkonturen vorbeigeführt werden. Gleichzeitig können die besagten Störkonturen zur einfachen Positionierung des biegeschlaffen Schlauchs dienen. Im Gegensatz zu einer starr ausgeführten ersten Kühlvorrichtung kann der flexible Schlauch bedarfsweise mit entsprechend geringem Demontageaufwand ausgewechselt werden.
  • Der Anpressdruck stellt einen Einflussfaktor bei der Wärmeübertragung durch thermischen Kontakt dar. Grundsätzlich gilt: Je höher der Anpressdruck, umso höher die übertragbare Wärme mittels thermischem Kontakt. In diesem Sinne kann die Flexibilität des Schlauchs genutzt werden, um den Anpressdruck unmittelbar über den Druck es Kühlmediums einzustellen: Wird der flexible Schlauch mit einem Kühlmittel befüllt, das unter einem Druck steht, dehnt der Schlauch sich aus. Steht der Schlauch in thermischem Kontakt mit zu kühlenden Komponenten, wird der Anpressdruck erhöht, wodurch die abführbare Wärmemenge steigt. Durch zusätzliche Erfassung der Temperatur der zu kühlenden Komponenten sowie einem einstellbaren Förderdruck, z.B. dem Förderdruck einer Pumpe, lässt sich auf diese Weise eine indirekte Regelung der Kühlung realisieren.
  • Für eine unmittelbare Übertragung des Anpressdruckes kann der Schlauch in direktem Kontakt mit der ersten Kühlvorrichtung und/oder der Batteriezelle stehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Kühlvorrichtung über eine erste Zwischenschicht mit der Batteriezelle wärmeleitend verbindbar, wobei die erste Zwischenschicht elektrisch isolierend ist.
  • Die Ausgestaltung einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht zwischen der zweiten Kühlvorrichtung und der Batteriezelle geht mit dem Vorteil einher, dass elektrisch leitfähige Materialien für die Ausgestaltung der zweiten Kühlvorrichtung verwendet werden können. Ohne isolierende Schicht würden diese zu einem Kurzschluss der Batteriezelle oder der Mehrzahl an Batteriezellen führen. Insbesondere wird durch die elektrisch isolierende erste Zwischenschicht der Einsatz metallischer Werkstoffe für die zweite Kühlvorrichtung möglich. Neben dem bekanntermaßen niedrigen ohmschen Widerstand, können diese jeweils eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Eine hohe Festigkeit ist vorteilhaft, damit die zweite Kühlvorrichtung eine hohe mechanische Belastung z.B. in Form eines hohen Innendruckes durch das Kühlmittel erfahren kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Batteriekühlvorrichtung ist die zweite Kühlvorrichtung über eine zweite Zwischenschicht mit der ersten Zwischenschicht wärmeleitend verbindbar und die zweite Zwischenschicht weist eine höhere mechanische Steifigkeit und/oder Festigkeit auf als die erste Zwischenschicht.
  • Durch Ausbildung der zweiten Zwischenschicht mit einer erhöhten mechanischen Steifigkeit kann die zweite Kühlvorrichtung, die bevorzugt einen flexiblen Schlauch umfasst, vor scharfkantigen Geometrieelementen der Batteriezelle und der ersten Kühlvorrichtung getrennt werden. Zudem lässt sich zwischen der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht ein hohes Maß an Funktionstrennung erreichen. Dadurch kann die erste Zwischenschicht vorrangig unter Berücksichtigung der gewünschten elektrischen Isolation dimensioniert werden, während die zweite Zwischenschicht vorrangig zum mechanischen Schutz der zweiten Kühlvorrichtung ausgelegt werden kann. Weist eine der beiden Zwischenschichten einen Defekt auf, kann durch eine funktionale Trennung lediglich die defekte Zwischenschicht ausgetauscht werden, wodurch Teilekosten und Montagedauer reduziert sind.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst die erfindungsgemäße Batteriekühlvorrichtung oder eine vorteilhafte Ausgestaltung der Batterievorrichtung sowie mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise eine Mehrzahl Batteriezellen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Batteriemodul ein Gehäuse auf, das eine elektrische Isolierung stromführender Komponenten der Batteriezelle sowie einen mechanischen Schutz vor äußeren Einflüssen bietet. Zudem kann das Batteriemodul mechanische Schnittstellen, z.B. in Form von Einführschrägen, Anlageflächen oder Verbindungselementen aufweisen, mit denen das Batteriemodul räumlich definiert im Fluggerät angeordnet und fixiert werden kann. Ferner weist das Batteriemodul vorzugsweise mindestens eine elektrische Schnittstelle, z.B. in Form eines Steck-, Klemm oder Druckkontaktes aufweisen, über den die Batteriezelle des Batteriemoduls mit der Bordelektronik des Fluggerätes, z.B. einer Leistungselektronik, verbunden werden kann. Bevorzugt weist das Batteriemodul Sensoren oder Sensorschnittstellen für Sensoren auf, mit denen der Zustand der Batteriezelle und der Batteriekühlvorrichtung in Zusammenwirkung mit einem Batteriemanagementsystem des Fluggerätes überwacht und ggf. geregelt werden kann.
  • Die Batteriezelle des Batteriemoduls kann als Rundzelle, Pouchzelle oder prismatische Zelle ausgeführt sein, welche jeweils mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorteilen einhergehen.
  • Ferner kann die Batteriezelle ein Sicherheitsventil in Form eines Venting Ventils aufweisen. Tritt eine Überhitzung der Batteriezelle auf, die zu ihrem Brand führt, kann das Venting Ventil eigenständig öffnen und das heiße, brennende Gas aus der Batteriezelle im Falle eines thermischen Durchgehens der Batterie (Thermal runaway) entweichen. In diesem Fall kann der Latentwärmespeicher der ersten Kühlvorrichtung das Brandverhalten der Batteriezelle durch einen zusätzlichen Phasenübergang von flüssig/viskos zu gasförmig positiv beeinflussen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Batteriemoduls umfasst dieses ein Brandschutzmaterial, welches die Batteriezelle zumindest teilweise umschließt.
  • Das Brandschutzmaterial weist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine niedrige thermische Leitfähigkeit auf und trennt die Batteriezelle thermisch von anderen Batteriezellen, den Komponenten der Batteriekühlvorrichtung sowie von dem elektrisch betriebenen Fluggerät.
    Durch eine funktionale Trennung des Brandschutzmaterials von der ersten und der zweiten Kühlvorrichtung lassen sich Vorteile in der Gestaltung des Batteriemoduls erreichen. Insbesondere geht eine Funktionstrennung mit Vorteilen bei der Dimensionierung der Komponenten des Batteriemoduls einher: Das Brandschutzmaterial kann unabhängig von der ersten und der zweiten Kühlvorrichtung alleine auf die Minimierung eines Brandrisikos ausgelegt sein, während die erste und die zweite Kühlvorrichtung alleine auf die zu erzielende Kühlwirkung hin optimiert werden können.
  • Latentwärmespeicher können grundsätzlich mit Brandschutzmaterialien in einer gemeinsamen Matrix zu einem Verbundwerkstoff kombiniert werden. Allerdings weist ein solcher Verbundwerkstoff in der Regel eine hohe Dichte auf, die zu einem entsprechend hohen Gesamtgewicht des Batteriemoduls führt. Aus diesem Grund führt eine getrennte Ausführung des Brandschutzmaterials und der Batteriekühlvorrichtung zu einer Gewichtsersparnis.
  • Vorteilhafterweise ist das Brandschutzmaterial intumeszierend ausgebildet. Bei einer übermäßigen Wärmeentwicklung kommt es zu einer Volumenzunahme des Brandschutzmaterials. Dadurch können etwaig bestehende Zwischenräume zwischen den Batteriezellen durch eine wärmeisolierende Schicht geschlossen werden. Es können aber selbstverständlich auch andere Brandschutzmaterialien, die dem Fachmann bekannt sind, zum Einsatz kommen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Batteriemodul eine Stromschiene auf, mit der die Batteriezelle über einen Drahtbond elektrisch leitfähig verbunden ist.
  • Die Stromschiene kann als einfach herzustellendes und gleichzeitig leichtes Blechelement ausgeführt sein. Sie dient einerseits dazu, mindestens eine Batteriezelle elektrisch zu kontaktieren und/oder mehrere gleichartig gepolte Anschlüsse einer Mehrzahl an Batteriezellen zu verschalten. Andererseits dient sie als eine gemeinsame elektrische Schnittstelle des Batteriemoduls für die Bordelektronik, insbesondere die Leistungselektronik, des Fluggerätes. Mittels der Stromschiene können mehrere Batteriezellen auf einfache Weise elektrisch parallelgeschaltet werden, wodurch die elektrische Kapazität der Batteriezellen erhöht werden kann. Ebenso kann eine Reihenschaltung realisiert werden, um die bereitgestellte Spannung der Batteriezellen zu erhöhen.
    Ein Drahtbond kann aus einem leichten, gebogenen Draht bestehen, dessen Enden jeweils zur elektrischen Kontaktierung der Stromschiene und einer Batteriezelle verwendet werden. Vorzugsweise sind die Enden des Drahtbonds stoffschlüssig, z.B. mittels Löten, mit der Stromschiene bzw. mit der jeweiligen Batteriezelle verbunden. Ein weiterer Vorteil von Drahtbonds ist, dass diese gut automatisierbar appliziert werden können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Batteriemoduls umfasst das Batteriemodul mindestens zwei Batteriezellen, vorzugsweise mehr als zwei Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen jeweils als eine zylindrische Rundzelle mit einer negativ gepolten Stirnseite und mit einer positiv gepolten Stirnseite ausgestaltet, wobei die Rundzellen insbesondere bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind und die negativ gepolten Stirnseiten aller Batteriezellen auf einer ersten Seite des Batteriemoduls angeordnet sind und die positiv gepolten Stirnseiten aller Batteriezellen auf einer zweiten Seite des Batteriemoduls angeordnet sind.
  • Rundzellen weisen im Vergleich zu Pouchzellen oder prismatischen Zellen eine hohe mechanische Biegesteifigkeit auf. Durch eine parallele Anordnung aller Batteriezellen, lässt sich somit die Gesamtsteifigkeit des Batteriemoduls erhöhen. Dadurch reduziert sich das Risiko einer Schädigung der Batteriezellen durch übermäßige Verformung infolge äußerer Einwirkungen auf das Batteriemodul.
  • Durch eine Anordnung der Batteriezellen, bei der die negativ gepolten Stirnseiten auf der ersten Seite des Batteriemoduls angeordnet sind und die positiv gepolten Stirnseiten auf der zweiten Seite des Batteriemoduls angeordnet sind, lässt sich die Montage des Batteriemoduls vereinfachen. Insbesondere kann eine automatisierte elektrische Kontaktierung der Batteriezellen, vorzugsweise über Drahtbonds mit einer Stromschiene vereinfacht werden. Insbesondere muss die Polung besagter Batteriezellen nicht berücksichtigt werden muss. Dadurch ist eine schädigende Verpolung der Batteriezellen ausgeschlossen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein senkrecht startendes und landendes, elektrisch angetriebenes Fluggerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Das erfindungsgemäße senkrecht startende und landende, elektrisch angetriebene Fluggerät ist mit einem Batteriemodul ausgebildet, das eine erfindungsgemäße Batteriekühlvorrichtung umfasst.
  • Das senkrecht startende und landende, elektrische Fluggerät weist neben dem Batteriemodul insbesondere bevorzugt, die aus DE 10 2012 202 698 A1 bekannten Merkmale auf. Hiermit werden die besagten Merkmale vollumfänglich per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des senkrecht startenden und landenden, elektrisch angetriebenen Fluggerätes weist das Fluggerät Verbindungsmittel auf, die dazu ausgestaltet sind, das Batteriemodul im Betriebszustand (üblicherweise während des Fluges) mechanisch und elektrisch mit Antriebseinheiten des Fluggeräts zu verbinden, wobei diese Verbindungsmittel lösbar ausgestaltet sind, um für einen Ladevorgang der Batteriezelle das Batteriemodul vom Fluggerät zu trennen.
  • Das senkrecht startende und landende, elektrisch angetriebene Fluggerät weist eine mechanische Schnittstelle und eine elektrische Schnittstelle auf. Die mechanische Schnittstelle ist vorzugsweise im Rumpf des Fluggerätes angeordnet und dient dazu, das Batteriemodul mechanisch zu positionieren und zu fixieren. Dafür kann das Fluggerät Rast- oder Klemmelemente aufweisen, die eine kraft- oder formschlüssige Fixierung des Batteriemoduls ermöglichen. Insbesondere ist besagte Fixierung lösbar, sodass das Batteriemodul für den Entladevorgang im Fluggerät angebracht und für den Ladevorgang von Fluggerät getrennt und aus diesem entnommen werden kann. Dies erlaubt einen nahezu ununterbrochenen Flugbetrieb mit dem Fluggerät, indem ein entladenes und erhitztes Batteriemodul einfach durch ein anderes geladenes und gekühltes Batteriemodul ersetzt werden.
  • Die elektrische Kontaktierung des Batteriekühlmoduls erfolgt über die fluggeräteseitige elektrische Schnittstelle. Diese elektrische Schnittstelle kann z.B. in Form eines Steck-, Klemm- oder Druckkontaktes ausgeführt sein, welcher bei mechanischer Verbindung des Batteriemoduls mit dem Fluggerät elektrisch geschlossen wird.
  • In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung bilden das senkrecht startende und landende Fluggerät und eine Bodenladestation ein Batterieladesystem. Die Bodenstation weist eine elektrische Ladevorrichtung für die Batteriezelle und ein Kühlaggregat auf und ist dazu ausgestaltet, das Batteriemodul für den Ladevorgang zumindest elektrisch zu kontaktieren und die zweite Kühlvorrichtung der Batteriekühlvorrichtung mit einem stationären Kühlmittelkreislauf des Kühlaggregats wärmeleitend zu verbinden.
  • Die Bodenladestation kann vorteilhafterweise einen elektrischen Energiespeicher sowie einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung umfassen. Für den Ladevorgang wird das Batteriemodul elektrisch kontaktiert und kann unmittelbar durch den elektrischen Energiespeicher der Bodenladestation aufgeladen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Generator betrieben werden, um Strom zu erzeugen, der zum Laden der Batteriezelle des Batteriemoduls verwendet wird.
  • Das Kühlaggregat umfasst vorzugsweise einen stationären Kühlmittelkreislauf mit einem Kühlmittelreservoir, das mit dem Kühlmittel befüllt ist. Darüber hinaus kann der Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelpumpe, einen Wärmetauscher sowie eine Kühlsteuerung umfassen. Wird das Batteriemodul über den Zu- und Ablauf der zweiten Kühlvorrichtung mit dem stationären Kühlmittelkreislauf kontaktiert, beginnt die Pumpe mit der Förderung des Kühlmittels. Insbesondere erlaubt die Pumpe die Einstellung eines Förderdruckes, damit der Anpressdruck der zweiten Kühlvorrichtung manuell oder automatisch eingestellt werden kann. Die Kühlleistung, die erforderlich ist, um die zweite Wärmemenge abzuführen, wird durch den Wärmetauscher bereitgestellt. Durch Erfassung der Temperaturen des Kühlmittels vor dem Eintritt in die zweite Kühlvorrichtung und nach seinem Austritt kann die Kühlsteuerung die Kühlleistung bedarfsgerecht einstellen. Dadurch kann insbesondere die erforderliche Zeitdauer für die Abführung der zweiten Wärmemenge an die erforderliche Zeit für den elektrischen Ladevorgang, insbesondere einen Schnellladevorgang der Batteriezelle, angepasst werden.
  • Grundsätzlich ist der wesentliche erreichbare Vorteil der Bodenladestation darin zu sehen, dass schwere Komponenten, die in gängigen Kühlmittelkreisläufen zum Einsatz kommen, wie z.B. Pumpen. Kompressoren, Kondensatoren, Expansionsventile, Verdampfer nicht im Fluggerät transportiert werden müssen. Gleichzeitig können die Vorteile von Kühlvorrichtungen ausgenutzt werden, die auf dem Prinzip der Wärmeabfuhr mittels eines Kühlmittels basieren.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Durchführung mittels einer erfindungsgemäßen Batteriekühlvorrichtungen oder einer der beschriebenen Ausführungsformen oder eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls oder eines erfindungsgemäßen Fluggeräts geeignet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes wird mit einer Batteriekühlvorrichtung mit einer ersten Kühlvorrichtung in Form eines Latentwärmespeichers durchgeführt. Die erste Kühlvorrichtung nimmt in einem Verfahrensschritt A eine erste Wärmemenge auf, die die Batteriezelle abgibt.
  • Wesentlich ist, dass in einem Verfahrensschritt B eine zweite Kühlvorrichtung der Batteriekühlvorrichtung eine zweite Wärmemenge von der Batteriezelle und/oder der ersten Kühlvorrichtung aufnimmt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist ebenfalls die genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezelle beziehungsweise der bevorzugten Ausführungsformen auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verfahrensschritt B vor und/oder während und/oder nach einem Ladevorgang der Batteriezelle durchgeführt, indem ein Kühlmittel in die zweite Kühlvorrichtung der Batteriekühlvorrichtung gefördert wird. Dabei nimmt das Kühlmittel der zweiten Kühlvorrichtung eine zweite Wärmemenge von der Batteriezelle und/oder der ersten Kühlvorrichtung auf.
  • Die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge können übereinstimmen, sie können sich jedoch auch unterscheiden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens verändert bei der Aufnahme der ersten Wärmemenge der Latentwärmespeicher der ersten Kühlvorrichtung seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig/viskos und bei der Abgabe der zweiten Wärmemenge seinen Aggregatzustand von flüssig/viskos zu fest.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Batteriezelle mit der Batteriekühlvorrichtung vor dem Ladevorgang aus dem elektrisch angetriebenen Fluggerät entnommen. Der Ladevorgang findet an einer Bodenladestation statt. Nach Abschluss der Umkehrreaktion zur Widerherstellung der Funktionsfähigkeit des Latentwärmespeichers und/oder nach Abschluss des Ladevorganges wird das Kühlmittel aus der zweiten Kühlvorrichtung gefördert und die Batteriezelle mit der Batteriekühlvorrichtung in das elektrisch betriebene Fluggerät eingesetzt.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in senkrecht startendenden und landenden, elektrisch angetriebenen Fluggeräten der Anmelderin sowie in Batteriemodulen der Anmelderin, wie beispielsweise in den Anmeldungen „Batteriekühlvorrichtung mit Brandschutzmaterial, Batteriemodul mit Brandschutzmaterial sowie Fluggerät“ und „Verfahren zur Kühlung einer Batterie und Kühlsystem“ mit Anmeldetag vom 5. März 2020.
  • Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sowie etwaig angegebene Maße sind lediglich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und deshalb nicht einschränkend.
  • Es zeigt:
    • 1 einen elektrisch angetriebenen Multicopter mit einem Batteriemodul;
    • 2 einen Wärmeübergang einer erste Wärmemenge innerhalb des Batteriemoduls während eines Entladevorganges;
    • 3 einen Wärmeübergang einer zweiten Wärmemenge des Batteriemoduls während des Ladevorganges;
    • 4 eine isometrische Ansicht des Batteriemoduls;
    • 5 eine Explosionsansicht des Batteriemoduls;
    • 6 eine frontale Schnittansicht des Batteriemoduls;
    • 7 ein Batterieladesystem mit dem Multicopter und einer Bodenladestation.
  • 1 zeigt einen elektrisch angetriebenen Multicopter 1 mit einem Rumpf 2, in dessen Innenraum ein Batteriemodul 3 angeordnet ist. Oberhalb des Rumpfes 2 weist der Multicopter 1 eine Vielzahl elektrischer Antriebseinheiten 4 auf, die jeweils zumindest einen Elektromotor sowie einen Propeller umfassen.
  • Das Batteriemodul 3 umfasst eine Vielzahl an Batteriezellen 5, die als Lithium-Ionen-Rundzellen ausgeführt sind, sowie eine Batteriekühlvorrichtung 6 mit einer ersten Kühlvorrichtung in Form eines ersten Latentwärmespeichers 7 und eines zweiten Latentwärmespeichers 8 und einer zweiten Kühlvorrichtung in Form eines flexiblen Kühlschlauchs 9.
  • Die Batteriezellen 5 dienen der Speicherung elektrischer Energie, die für den Betrieb der elektrischen Antriebseinheiten 4 benötigt wird. Da die Batteriezellen 5 sich während des Betriebs der Antriebseinheiten 4 elektrisch entladen, müssen sie in einem anschließenden Ladevorgang geladen werden. Aufgrund chemischer Reaktionen in den Batteriezellen 5 während des Entladevorganges sowie während des Ladevorganges entsteht Wärme, die durch die Batteriekühlvorrichtung 6 abgeführt werden muss. Die dabei entstehenden Wärmeströme sind in 2 und 3 gezeigt, wobei 2 die Wärmeabfuhr während des Entladevorganges zeigt und 3 die Wärmeabfuhr während des Ladevorganges zeigt.
  • 2 zeigt schematisch die wesentlichen Wärmeübergänge innerhalb des Batteriemoduls 3 während des Entladevorganges. Dabei stehen die Batteriezellen 5 in wärmeleitendem Kontakt mit dem ersten Latentwärmespeicher 7 und dem zweiten Latentwärmespeicher 8. Während des Entladevorganges entsteht eine erste Wärmemenge 10, die über den jeweiligen wärmeleitenden Kontakt auf die Latentwärmespeicher 7 und 8 übertragen wird. Während des Entladevorganges findet kein oder nur ein geringfügiger Wärmeübergang auf den flexiblen Kühlschlauch 9 statt. Allenfalls erhitzt sich das Material, aus dem der Kühlschlauch hergestellt ist, dies führt jedoch nicht zu einer nennenswerten Kühlung der Batteriezelle.
  • Aufgrund der charakteristischen Eigenschaften der Latentwärmespeicher steigen währen des Entladevorganges die Temperaturen des ersten Latentwärmespeichers 7 und des zweiten Latentwärmespeichers 8 nicht. Vielmehr findet durch die Aufnahme der Wärmemenge in dem Latentwärmespeicher ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials z.B. von fest zu flüssig/viskos statt. Da die Hitze dennoch aus den Batteriezellen 5 abgeführt wird, wird eine übermäßige Hitzeentwicklung im Batteriemodul 3 vermieden.
  • Nachdem der Entladevorgang beendet ist, müssen die Batteriezellen 5 in einem Ladevorgang elektrisch geladen werden. Vor dem weiteren Betrieb der Batteriekühlvorrichtung muss auch Phasenübergang des Phasenwechselmaterials durch Kühlung des Latentwärmespeichers umgekehrt werden, um erneut eine gute Kühlwirkung erreichen zu können. Dies ist in 3 gezeigt. Dabei werden die Batteriezellen 5 des Batteriemoduls elektrisch mit einem stationären Energiespeicher 11 sowie einem Kühlmittelkreislauf (nicht gezeigt) einer Bodenladestation (nicht gezeigt) verbunden. Durch die elektrische Kontaktierung kann der elektrische Ladezustand der Batteriezellen 11 wiederhergestellt werden. Durch die wärmeleitende Kontaktierung mit dem Kühlmittelkreislauf wird ein Kühlmittel in den flexiblen Kühlschlauch 9 gefördert. Dadurch wird sowohl die während des Ladevorganges entstehende Wärme in den Batteriezellen 5 als auch die bereits in den Latentwärmespeichern 7 und 8 gespeicherte ersten Wärmemenge 10 gemeinsam in Form einer zweiten Wärmemenge 12 abgeführt.
  • 4 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls 3. Das Batteriemodul 3 weist ein Gehäuse mit einem Deckel 14, seitlichen Wänden von denen eine erste seitliche Wand 15 gezeigt ist, stirnseitige Wänden von denen eine erste stirnseitige Wand 16 gezeigt ist sowie einen (hier nicht sichtbaren) Boden auf. Der Deckel 14 ist mit den seitlichen und den stirnseitigen Wänden lösbar verschraubt. Gemeinsam bilden die Gehäusekomponenten einen Innenraum, in dem u.a. die Batteriezellen 5 und die Batteriekühlvorrichtung 6 angeordnet sind.
  • Im Bereich der ersten stirnseitigen Wand 16 befinden sich ein Zulaufanschluss 17 und ein Ablaufanschluss 18 des bereits beschriebenen flexiblen Kühlschlauchs. Zur Kühlung des Batteriemoduls 3 wird das Kühlmittel 13 während des Ladevorganges durch den Zulaufanschluss 17 in den Innenraum des Batteriemoduls 3 gefördert und tritt aus dem Ablaufanschluss 18 wieder aus.
  • 5 zeigt eine Explosionsdarstellung des Batteriemoduls 3, das in montiertem Zustand in 4 gezeigt ist. 6 zeigt eine frontale Schnittansicht desselben Batteriemoduls. Die folgenden Ausführungen gelten daher sowohl für 5 sowie für 6.
  • Die Batteriezellen 5 des Batteriemoduls sind als Lithium-Ionen-Rundzellen ausgeführt und sind parallel zueinander angeordnet. Die Batteriezellen 5 weisen Stirnflächen auf, wobei alle negativen Pole N gemäß der gezeigten Darstellung nach oben weisen. Ferner weisen alle positiven Pole P nach unten. Dadurch lassen sich alle negativen Pole N mit einer (nicht gezeigten) Stromschiene und alle positiven Pole P mit einer anderen (nicht gezeigten) Stromschiene über Drahtbonds auf einfache Weise kontaktieren.
  • Die Batteriezellen 5 sind in den Bereichen, in denen sich ihre jeweiligen Elektroden befinden, von einem intumeszierenden Brandschutzmaterial 19 umschlossen. Die Stirnbereiche der Batteriezellen 5 sind nicht von dem Brandschutzmaterial 19 umschlossen. Dadurch ergibt sich in den besagten Bereichen der Stirnflächen Bauraum, in dem der erste Latentwärmespeicher 7 und der zweite Latentwärmespeicher 8 angeordnet werden kann. Die Latentwärmespeicher 7 und 8 sind als Lochplatten ausgeführt. Die Löcher der Lochplatten entsprechen in ihren Abmessungen und relativen Position auf der jeweiligen Lochplatte im Wesentlichen den Abmessungen und Positionen der Batteriezellen 5. Zur Montage des Batteriemoduls 3 können dadurch sowohl der erste Latentwärmespeicher 7 als auch der zweite Latentwärmespeicher 8 formschlüssig mit den Batteriezellen 5 verbunden werden. Dadurch entsteht ein direkter thermischer Kontakt zwischen Batteriezellen 5 und Latentwärmespeichern 7,8.
  • Damit weder die sicherheitsrelevanten Latentwärmespeicher 7, 8 noch das Brandschutzmaterial 19 übermäßig mechanisch belastet werden, sind ober- und unterhalb der Latentwärmespeicher 7, 8 ein erster Zellhalter 20 bzw. ein zweiter Zellhalter 21 angeordnet. Die Zellhalter 20, 21 dienen der räumlichen Fixierung der Batteriezellen 5 im Gehäuse des Batteriemoduls 3, sodass etwaig auftretende Kräfte auf die Batteriezellen 5 nicht durch die oben genannten sicherheitsrelevanten Komponenten abgestützt werden müssen.
  • Der flexible Kühlschlauch 9 ist vorliegend als Leichbauteil ausgeführt und ist unterhalb des Deckels 14 angeordnet. Um einen Kurzschluss der Batteriezellen 5 durch den Kühlschlauch 9 zu vermeiden, ist dieser durch ein elektrisch isolierendes thermal Pad 23 von den Batteriezellen 5 getrennt. Um die Kühlwirkung des flexiblen Kühlschlauchs 9 zu verbessern, kann dieser mit einem hohen Innendruck beaufschlagt werden. Dadurch dehnt der Kühlschlauch 9 sich aus und übt einen entsprechend hohen Anpressdruck auf die zu kühlenden Komponenten des Batteriemoduls 3 aus. Damit der Kühlschlauch 9 nicht durch scharfkantige Konturen des Batteriemoduls 3 beschädigt wird und der Anpressdruck gleichmäßig auf die zu kühlenden Komponenten verteilt werden kann, ist zwischen dem thermal Pad 23 und dem Kühlschlauch 9 eine Metallplatte 24 mit einer hohen Biegesteifigkeit angeordnet.
  • 7 zeigt ein Batterieladesystem 25 mit dem Multicopter 1 und einer Bodenladestation 26. Der Ladevorgang der Batterie außerhalb oder innerhalb des Fluggeräts kann genutzt werden, den „gebrauchten“ Latentwärmespeicher wieder in den Ausgangszustand zu versetzen, d.h. die flüssig/viskosen Latentwärmespeicher wieder in einen festen Aggregatzustand zu versetzen. Dazu kann die Batterie samt Batteriekühlvorrichtung aus dem Fluggerät herausgenommen und kontaktiert werden oder alternativ im Fluggerät verbleiben.
  • Die Bodenladestation 26 umfasst dazu einen Kühlkreislauf 27 mit einem Kühlmitteltank 28 und dem darin befindlichen Kühlmittel 13. Eine Pumpe 29 fördert das Kühlmittel 13 durch einen Wärmetauscher 30 und über den Zulauf 31 in den flexiblen Kühlschlauch 9 (vgl. 5 und 6) der Batteriekühlvorrichtung 6 des Batteriemoduls 3. Durch einen Ablauf 32 tritt das erwärmte Kühlmittel 13 wieder in den Kühlmitteltank 28. Gleichzeitig werden die Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 3 elektrisch über den Anschluss 33 mit einem stationären Energiespeicher 11 kontaktiert und aufgeladen. Der Energiespeicher 11 ist mit einem Generator 34 verbunden, mit dem dieser nach oder während des Ladevorganges geladen werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird durch das gezeigte Batterieladesystem ein Phasenübergang eines aufgeheizten Latentwärmespeichers durch eine aktive Kühlung umgekehrt. Dabei werden die flüssig/viskosen Latentwärmespeicher wieder in einen festen Aggregatzustand gebracht.
  • Nach Beendigung des Ladevorganges wird das Kühlmittel 13 mit einer zweiten Pumpe 35, die im Ablauf 32 angeordnet ist, aus dem Batteriemodul 3 gefördert. Dadurch reduziert sich das Gewicht der zweiten Kühlvorrichtung im Vergleich zum befüllten Zustand.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012202698 A1 [0003, 0053]
    • US 2015037647 A1 [0009]

Claims (16)

  1. Batteriekühlvorrichtung (6) zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle (5) eines elektrisch betriebenen Fluggerätes (1), wobei die Batteriekühlvorrichtung (6) eine erste Kühlvorrichtung (7, 8) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, bei einem elektrischen Entladevorgang eine erste Wärmemenge (10) zumindest von der Batteriezelle (5) aufzunehmen, wobei die erste Kühlvorrichtung (7, 8) zumindest einen Latentwärmespeicher mit einem veränderlichen Aggregatzustand umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriekühlvorrichtung (6) eine zweite Kühlvorrichtung (9) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, eine zweite Wärmemenge (12) von der Batteriezelle (5) und der ersten Kühlvorrichtung (7, 8) aufzunehmen, wobei die zweite Kühlvorrichtung (9) mit einem Kühlmittel (13) befüllbar und durchströmbar ist.
  2. Batteriekühlvorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlvorrichtung (9) einen flexiblen Schlauch und/oder eine Kühlplatte aufweist, der bzw. die mit einem Kühlmittel (13) befüllbar und durchströmbar ist.
  3. Batteriekühlvorrichtung (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch insbesondere dazu ausgestaltet ist, um bei Durchströmung mit dem Kühlmittel (13) mittelbar oder unmittelbar einen Anpressdruck auf die Batteriezelle (5) und die erste Kühlvorrichtung (7, 8) auszuüben.
  4. Batteriekühlvorrichtung (6) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlvorrichtung (9) über eine erste Zwischenschicht (23) mit der Batteriezelle (5) wärmeleitend verbunden ist und die erste Zwischenschicht (23) elektrisch isolierend und insbesondere ein Thermal Pad ist.
  5. Batteriekühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlvorrichtung (9) über eine zweite Zwischenschicht (24) mit der ersten Zwischenschicht (23) wärmeleitend verbunden ist und die zweite Zwischenschicht (24) eine höhere mechanische Belastbarkeit, insbesondere eine höhere Steifigkeit und/oder Festigkeit aufweist, als die erste Zwischenschicht (23).
  6. Batteriemodul (3) mit einer Batteriekühlvorrichtung (6) und mindestens einer Batteriezelle (5), vorzugsweise einer Mehrzahl Batteriezellen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriekühlvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
  7. Batteriemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (3) ein Brandschutzmaterial (19) umfasst, das die Batteriezelle (5) oder die Mehrzahl Batteriezellen (5) zumindest teilweise umschließt.
  8. Batteriemodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (3) eine Stromschiene aufweist und die Batteriezelle über mindestens einen Drahtbond mit der Stromschiene elektrisch leitfähig verbunden ist.
  9. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (3) mindestens zwei Batteriezellen (5), vorzugsweise mehr als zwei Batteriezellen (5), umfasst, welche jeweils als eine zylindrische Rundzelle mit einer negativ gepolten Stirnseite (N) und mit einer positiv gepolten Stirnseite (P) ausgestaltet sind, wobei die Rundzellen parallel zueinander angeordnet sind und die negativ gepolten Stirnseiten (N) aller Batteriezellen (5) auf einer ersten Seite des Batteriemoduls (3) angeordnet sind und die positiv gepolten Stirnseiten (P) aller Batteriezellen (5) auf einer zweiten Seite des Batteriemoduls (3) angeordnet sind.
  10. Senkrecht startendes und landendes, elektrisch angetriebenes Fluggerät (1), mit einem Batteriemodul (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
  11. Senkrecht startendes und landendes, elektrisch angetriebenes Fluggerät (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (1) Verbindungsmittel aufweist, die dazu ausgestaltet sind, das Batteriemodul (3) im Betriebszustand mechanisch und elektrisch mit Antriebseinheiten des Fluggeräts zu verbinden, wobei diese Verbindungsmittel lösbar ausgestaltet sind, um für einen Ladevorgang das Batteriemodul (3) vom Fluggerät (1) zu trennen.
  12. Batterieladesystem (25) mit einem senkrecht startenden und landenden Fluggerät (1) und einer Bodenladestation (26) dadurch gekennzeichnet, dass das senkrecht startende und landende Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 ausgestaltet ist und die Bodenladestation (26) eine elektrische Ladevorrichtung für die Batteriezelle und ein Kühlaggregat aufweist und dazu ausgestaltet ist, das Batteriemodul (3) für den Ladevorgang der Batteriezelle (5) elektrisch zu kontaktieren und das zweite Kühlsystem (9) der Batteriekühlvorrichtung (6) mit einem stationären Kühlmittelkreislauf (27) des Kühlaggregats wärmeleitend zu verbinden.
  13. Verfahren zur Kühlung einer Batteriezelle (5) eines elektrisch angetriebenen Fluggerätes (1), insbesondere eines senkrecht startenden und landenden Fluggerätes (1), mit einer Batteriekühlvorrichtung (6) mit einer ersten Kühlvorrichtung (7, 8) mit einem Latentwärmespeicher, wobei die erste Kühlvorrichtung (7, 8) in einem Verfahrensschritt A eine erste Wärmemenge (10) aufnimmt, die die Batteriezelle (5) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt B eine zweite Kühlvorrichtung (9) der Batteriekühlvorrichtung eine zweite Wärmemenge (12) von der Batteriezelle (5) und/oder der ersten Kühlvorrichtung (7,8) aufnimmt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt B vor und/oder während und/oder nach einem Ladevorgang der Batteriezelle (5) durchgeführt wird, indem ein Kühlmittel (13) in die zweite Kühlvorrichtung (9) der Batteriekühlvorrichtung gefördert wird und das Kühlmittel der zweiten Kühlvorrichtung (9) eine zweite Wärmemenge (12) von der Batteriezelle (5) und/oder der ersten Kühlvorrichtung (7,8) aufnimmt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufnahme der ersten Wärmemenge (10) der Latentwärmespeicher der ersten Kühlvorrichtung (7, 8) seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig/viskos verändert und bei der Abgabe der zweiten Wärmemenge (12) seinen Aggregatzustand von flüssig/viskos zu fest verändert.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriemodul (3), umfassend die Batteriekühlvorrichtung (6) und mindestens eine Batteriezelle (5), vor dem Ladevorgang der Batteriezelle (5) aus dem elektrisch angetriebenen Fluggerät (1) entnommen wird und der Ladevorgang an einer Bodenladestation (26) stattfindet und nach Abschluss einer Umkehrreaktion zur Widerherstellung der Funktionsfähigkeit des Latentwärmespeichers das Kühlmittel (13) aus der zweiten Kühlvorrichtung (9) gefördert wird und das Batteriemodul (3) wieder in das elektrisch betriebene Fluggerät (1) eingesetzt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022003613A1 (de) 2022-09-29 2024-04-04 Mercedes-Benz Group AG Halteteil für eine Batteriezelle in einem Batteriemodul

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4013269A1 (de) 1990-04-26 1991-10-31 Abb Patent Gmbh Hochtemperaturspeicherbatterie
DE102010055600A1 (de) 2010-12-22 2012-06-28 Daimler Ag Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie
US20120261522A1 (en) 2008-09-12 2012-10-18 The Boeing Company Modular externally accessible batteries for an aircraft
DE102012202698A1 (de) 2012-02-22 2013-08-22 Syntern Gmbh Fluggerät
US20150037647A1 (en) 2013-07-30 2015-02-05 Johnson Controls Technology Company Battery module with cooling features
DE202016008455U1 (de) 2015-12-14 2018-01-18 Autel Robotics Co., Ltd. Eine Batterie für unbemanntes Luftfahrzeug und ein unbemanntes Luftfahrzeug
US20180361866A1 (en) 2017-06-15 2018-12-20 Airbus Sas Charging system for at least one accumulator battery of a vehicle and method for managing the recharging of said at least one battery
JP2018206605A (ja) 2017-06-05 2018-12-27 積水化学工業株式会社 熱暴走防止シート
US20190259998A1 (en) 2016-11-02 2019-08-22 SZ DJI Technology Co., Ltd. Battery housing apparatus and unmanned aerial vehicle
US20200194852A1 (en) 2018-12-12 2020-06-18 Wisk Aero Llc Battery with liquid temperature controlling system
WO2020197982A1 (en) 2019-03-22 2020-10-01 Razack Siddique Khateeb Thermal management system and device
US20200339010A1 (en) 2019-04-23 2020-10-29 Joby Aero, Inc. Battery thermal management system and method

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4013269A1 (de) 1990-04-26 1991-10-31 Abb Patent Gmbh Hochtemperaturspeicherbatterie
US20120261522A1 (en) 2008-09-12 2012-10-18 The Boeing Company Modular externally accessible batteries for an aircraft
DE102010055600A1 (de) 2010-12-22 2012-06-28 Daimler Ag Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie
DE102012202698A1 (de) 2012-02-22 2013-08-22 Syntern Gmbh Fluggerät
US20150037647A1 (en) 2013-07-30 2015-02-05 Johnson Controls Technology Company Battery module with cooling features
DE202016008455U1 (de) 2015-12-14 2018-01-18 Autel Robotics Co., Ltd. Eine Batterie für unbemanntes Luftfahrzeug und ein unbemanntes Luftfahrzeug
US20190259998A1 (en) 2016-11-02 2019-08-22 SZ DJI Technology Co., Ltd. Battery housing apparatus and unmanned aerial vehicle
JP2018206605A (ja) 2017-06-05 2018-12-27 積水化学工業株式会社 熱暴走防止シート
US20180361866A1 (en) 2017-06-15 2018-12-20 Airbus Sas Charging system for at least one accumulator battery of a vehicle and method for managing the recharging of said at least one battery
US20200194852A1 (en) 2018-12-12 2020-06-18 Wisk Aero Llc Battery with liquid temperature controlling system
WO2020197982A1 (en) 2019-03-22 2020-10-01 Razack Siddique Khateeb Thermal management system and device
US20200339010A1 (en) 2019-04-23 2020-10-29 Joby Aero, Inc. Battery thermal management system and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022003613A1 (de) 2022-09-29 2024-04-04 Mercedes-Benz Group AG Halteteil für eine Batteriezelle in einem Batteriemodul

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