DE102021109895A1 - Elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug mit Mitteln zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen einem Batteriesystem und einem Strukturbauteil - Google Patents

Elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug mit Mitteln zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen einem Batteriesystem und einem Strukturbauteil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug weist ein Batteriesystem (1) und ein Strukturbauteil (3) auf, wobei das Batteriesystem (1) und das Strukturbauteil (3) voneinander beabstandete Außenflächen (4, 5) aufweisen, wobei das Fahrzeug Mittel aufweist, zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen (4, 5), insbesondere zur thermischen Kopplung und Entkopplung der beiden Außenflächen (4, 5).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug.
  • Elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeuge weisen ein Batteriesystem auf, wobei dieses Batteriesystem dazu dient, das elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeug anzutreiben. Insofern handelt es sich bei dem Batteriesystem um eine Traktionsbatterie oder das Batteriesystem weist eine solche Traktionsbatterie auf. Derartige Batteriesysteme weisen typischerweise auch Kühleinrichtungen zum Kühlen des Batteriesystems, insbesondere zum Kühlen der Traktionsbatterie auf. Ein Batteriesystem kann durchaus eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, eine Kühlung und ein Batteriesystemgehäuse umfassen.
  • Die US 2018/0269548 A1 offenbart ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und einer Kühlplatte, wobei die Batteriezellen über ein Wärmeleitelement mit der Kühlplatte thermisch gekoppelt sind.
  • Die DE 10 2018 104 935 A1 offenbart ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, einer Leistungselektronik und einem System für eine Kühlung der Leistungselektronik, wobei zu diesem Zweck zwischen der Leistungselektronik und den Batteriezellen ein Wärmeleitelement angeordnet ist. Das Wärmeleitelement ist mit einer jeweiligen Batteriezelle flächig verbunden und mit einem zu der jeweiligen Batteriezelle benachbarten Teil der Leistungselektronik durch eine jeweilige am Wärmeleitelement angeformte Wölbung verbunden.
  • Aus der US 2020343576 A1 ist eine Batterie mit mehreren Batteriezellmodulen bekannt, wobei jedes Batteriezellmodul eine Temperiervorrichtung mit einem Heizelement und einem Kühlelement aufweist.
  • Bei sehr hohen Lade- und Entladeströmen reicht eine derartige Kühlung häufig nicht aus, um die entstehende Wärme ausreichend gut aus dem Batteriesystem abzuführen. Diese führt zu einer teils starken Erwärmung des Batteriesystems und aller an das Batteriesystem thermisch angebundenen Bauteile. Kritisch sind insbesondere sehr hohe Lade- und Entladeströme, wie diese beispielsweise bei einem Schnellladen des Batteriesystems an einer Schnellladesäule oder beim Abrufen von sehr hohen Motorleistungen auftreten. Dies kann dazu führen, dass bei Ladevorgängen oder dem Abrufen, insbesondere dem längeren Abrufen, von hohen Leistungen das Batteriesystem oder thermisch mit dem Batteriesystem verbundene Bauteile eine für das Batteriesystem bzw. für diese Bauteile kritische Temperatur überschreiten und es zu Beschädigungen kommen kann. Die Kühlung des Batteriesystems reicht dann häufig nicht mehr aus oder ist zu träge, um das Batteriesystem und damit verbundene Bauteile ausreichend zu kühlen. Zudem ist ein hoher Bedarf an Kühlung durch das Kühlsystem der Batterie mit einem entsprechend hohen Energieverbrauch durch das Kühlsystem verbunden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem Batteriesystem zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile überwindet, insbesondere es ermöglicht, das Batteriesystem bei Auftreten von hohen Lade- und Entladeströmen, ggf. zusätzlich zu sonstigen Kühlmechanismen des Batteriesystems, bedarfsweise zu kühlen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, gelöst.
  • Das erfindungsgemäße elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeug weist ein Batteriesystem und ein Strukturbauteil auf, wobei das Batteriesystem und das Strukturbauteil voneinander beabstandete Außenflächen aufweisen, wobei das Fahrzeug Mittel aufweist zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen des Batteriesystems und des Strukturbauteils.
  • Die Erfindung macht sich den Effekt zu Nutze, dass thermisch größere Massen bei gleicher Energieaufnahme weniger stark erhitzen als thermisch kleinere Massen. Ferner nutzt die Erfindung die Tatsache aus, dass die durch Wärmeleitung übertragene Wärmeleistung proportional ist zu der Temperaturdifferenz der thermisch gekoppelten Oberflächen, insofern der beiden Außenflächen, der Wärmeleitfähigkeit des zwischen den beiden Oberflächen angeordneten Materials und dem Abstand der beiden Außenflächen.
  • Je besser bzw. höher die Güte der thermischen Kopplung zwischen den beiden Oberflächen ist, desto größer ist der Wärmestrom zwischen diesen beiden Oberflächen bei gegebener Temperaturdifferenz. Wenn das Batteriesystem eine höhere Temperatur aufweist als das Strukturbauteil, wird Wärme von dem Batteriesystem auf das Strukturbauteil übertragen, wobei der Wärmestrom bei gegebener Temperaturdifferenz umso größer ist, je höher die Güte der thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen ist. Dementsprechend ist der Wärmestrom von dem Batteriesystem zu dem Strukturbauteil und umgekehrt bei gegebener Temperaturdifferenz umso größer je höher die Güte der thermischen Kopplung ist. Im Grenzfall sind die beiden Außenflächen thermisch entkoppelt, sodass gar kein Wärmefluss stattfindet.
  • Zur Vermeidung einer zu starken Erhöhung der Temperatur des Batteriesystems kann das relativ warme Batteriesystem, um dieses zusätzlich zu kühlen, thermisch an das relativ kalte Strukturbauteil gekoppelt werden. Dadurch kann, beispielsweise bei einem Ladevorgang, ein hoher Ladestrom länger betrieben werden bevor eine kritische Temperatur des Batteriesystems überschritten wird, da zusätzlich zu dem Batteriesystem auch das Strukturbauteil aufgeheizt wird bzw. besonders gut Wärme von dem Batteriesystem auf das Strukturbauteil übertragen wird. Dadurch kann ggf. auf ein aktives Kühlen des Batteriesystems während des Ladevorgangs verzichtet oder die Kühlleistung zumindest reduziert werden.
  • Da das Fahrzeug Mittel aufweist zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen, insbesondere zur thermischen Kopplung und Entkopplung der beiden Außenflächen, kann eine bedarfsgerechte Kopplung des Batteriesystems und des Strukturbauteils erfolgen, beispielsweise bei Überschreitung einer kritischen Temperatur des Batteriesystems das Batteriesystem mit dem Strukturbauteil thermisch gekoppelt werden bzw. die Güte der thermischen Kopplung erhöht werden, um Wärme von dem relativ warmen Batteriesystem auf das relativ kalte Strukturbauteil zu übertragen. Es ist aber auch durchaus denkbar vor dem Auftreten einer Temperaturdifferenz durch thermische Kopplung die sich erwärmende thermische Masse zu erhöhen.
  • Nachteilig an einer guten thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen ist, dass eine Temperaturveränderung des Batteriesystems zwecks Kühlung des Batteriesystems wiederum besonders effizient ist, wenn lediglich das Batteriesystem, insofern eine kleinere thermische Masse, gekühlt wird. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass eine thermische Kopplung zwischen den beiden Außenflächen relativ schlecht ist, insbesondere die beiden Außenflächen thermisch entkoppelt sind.
  • Die erfindungsgemäße Lösung bietet den besonderen Vorteil, dass, insbesondere abhängig von der zwischen dem Batteriesystem und dem Strukturbauteil vorliegenden Temperaturdifferenz, insbesondere auch kurzzeitige Wärmespitzen, wie sie beispielsweise beim Laden des Batteriesystems und bei hohen Leistungen auftreten, Wärme zeitweise über eine thermische Kopplung der Außenflächen auf das relativ kalte Strukturbauteil zu übertragen. Dadurch können Temperaturspitzen vermieden werden und zudem die Kühlsysteme der Batterie entlastet werden. Insofern ermöglicht es die Erfindung, bedarfsgerecht die thermische Masse des Batteriesystems zu variieren. Das Strukturbauteil bildet dabei quasi einen Puffer, der nicht ständig mitgekühlt oder miterwärmt werden muss, sondern der zielgerichtet zum Entwärmen oder Erwärmen des Batteriesystems thermisch mit dem Batteriesystem gekoppelt werden kann.
  • Also besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Mittel eine Einrichtung umfassen, um die Wärmeleitfähigkeit eines zwischen den beiden Außenflächen angeordneten Materials zu verändern und/oder dort befindliches Material auszutauschen und/oder den Abstand zwischen den beiden Außenflächen zu ändern.
  • Bei dem Strukturbauteil handelt es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil.
  • Vorzugsweise ist das Batteriesystem verschiebbar in dem Fahrzeug gelagert, wobei die Mittel einen Antrieb zum Verschieben des Batteriesystems relativ zu dem Strukturbauteil aufweisen. Insbesondere ist das Batteriesystem in einer Hochrichtung des Fahrzeugs verschiebbar gelagert.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Batteriesystem zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verschiebbar ist, wobei die Außenflächen in der ersten Endstellung thermisch entkoppelt sind und in der zweiten Endstellung thermisch gekoppelt sind, insbesondere in der ersten Endstellung zwischen den Außenflächen ein Luftspalt vorliegt und in der zweiten Endstellung kein Luftspalt vorliegt.
  • Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen der Außenfläche des Batteriesystems und der Außenfläche des Strukturbauteils ein verformbares Wärmeleitelement, vorzugsweise ein elastisch verformbares Wärmeleitelement, insbesondere ein Wärmeleitpad, angeordnet ist. Besonders bevorzugt kontaktiert das verformbare Wärmeleitelement in der zweiten Endstellung die beiden Außenflächen. Das verformbare Wärmeleitelement dient insbesondere dazu, Toleranzen und/oder Unebenheiten zwischen den beiden Außenflächen zu kompensieren, um in der thermisch gekoppelten Stellung, beispielsweise der zweiten Endstellung, eine besonders gute thermische Kopplung zu erreichen.
  • Es ist durchaus denkbar, dass die Mittel ein ausdehnbares Wärmeleitelement und eine Einrichtung zum Ausdehnen des ausdehnbaren Wärmeleitelements aufweisen, wobei das ausdehnbare Wärmeleitelement in einem zwischen den beiden Außenflächen ausgebildeten Zwischenraum angeordnet ist. Mittels des ausdehnbaren Wärmeleitelements kann bei Bedarf beispielsweise ein Luftspalt zwischen den beiden Außenflächen durch das ausdehnbare Wärmeleitelement ausgefüllt werden, um die thermische Kopplung zwischen den beiden Außenflächen zu verbessern.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Abstand zwischen dem Batteriesystem und dem Strukturbauteil unveränderlich ist.
  • Vorzugsweise ist zwischen den Außenflächen zumindest ein Hohlraum gebildet, vorzugsweise sind mehrere Hohlräume gebildet, wobei die Mittel eine Fördereinrichtung zum Befüllen des zumindest einen Hohlraums mit einem Fluid und eine Fördereinrichtung zum Entleeren des zumindest einen Hohlraums aufweist. Die Fördereinrichtung zum Befüllen des Hohlraums und die Fördereinrichtung zum Entleeren des Hohlraums kann durchaus in ein und derselben Fördereinrichtung verwirklicht sein, wobei diese Fördereinrichtung zwei unterschiedliche Betriebsarten, nämlich eine zum Befüllen und eine zum Entleeren des Hohlraums aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit. Bei entleertem Hohlraum ist der Hohlraum vorzugsweise frei von dieser Flüssigkeit oder im Wesentlichen frei von dieser Flüssigkeit, wobei der Hohlraum dann vorzugsweise mit Umgebungsluft gefüllt ist und/oder ein Vakuum aufweist.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Fahrzeug einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel aufweist, wobei es sich bei dem Fluid zum Befüllen des zumindest einen Hohlraums um das Kühlmittel handelt.
  • Vorzugsweise sind zwischen dem Batteriesystem und dem Strukturbauteil eine oder mehrere Dichtelemente angeordnet zur Bildung des zumindest einen Hohlraums.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Mittel als aktiv ansteuerbare Mittel ausgebildet sind, sodass die Veränderung der Güte der thermischen Kopplung, insbesondere ein thermisches Koppeln und Entkoppeln, durch ein Steuergerät des Fahrzeugs initiierbar ist.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Steuergerät dazu eingerichtet ist, bei einem Aufladen des Batteriesystems an einer externen Ladestation die Mittel derart anzusteuern, dass die thermische Kopplung zwischen den Außenflächen erhöht wird, insbesondere die Außenflächen thermisch gekoppelt werden.
  • Es ist durchaus denkbar, dass zwischen den beiden Außenflächen ein Material angeordnet ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials von der Außenfläche des Batteriesystems zu der Außenfläche des Strukturbauteils durch Anlegen einer elektrischen Spannung an dieses Material verändert werden kann.
  • Es ist auch durchaus denkbar, dass als Material zwischen den beiden Außenflächen ein geschlossenporiger Schaum verwendet wird, der mit der einen Seite am Batteriesystem und mit der anderen Seite an dem Strukturbauteil anliegt. Die Poren des Schaums sind mit einem Medium gefüllt, welches bei niedrigen Temperaturen flüssig und bei Temperaturen oberhalb einer Grenztemperatur gasförmig ist, wodurch der Schaum bei flüssigem Medium eine hohe Wärmeleitfähigkeit und bei gasförmigem Medium eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch ist die Wärmeleitfähigkeit abhängig von der Temperatur des Schaums, wodurch quasi die Güte der thermischen Kopplung durch die Temperatur des Bateriesystems und des Strukturbauteils, somit passiv, initiiert wird.
  • Es ist durchaus denkbar, dass es sich bei dem Strukturbauteil um einen Unterbodenfahrschutz handelt. Es ist auch durchaus denkbar, dass weitere Außenflächen des Batteriesystems mit weiteren Strukturbauteilen thermisch gekoppelt und entkoppelt werden können.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in dem Fahrzeug Sensoren zur Messung eines Ladestroms und/oder Entladestroms und/oder Sensoren zur Messung der Temperatur des Batteriesystems und/oder der Temperatur des Strukturbauteils vorgesehen sind, wobei Ausgabesignale der Sensoren Eingangsgrößen des Steuergeräts bilden. Das Steuergerät kann dann beispielsweise je nach vorliegender Temperaturdifferenz und vorliegender Temperatur die Güte der thermischen Kopplung variieren, insbesondere eine thermische Kopplung oder Entkopplung initiieren. So ist es beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen und damit einhergehenden niedrigen Temperaturen der Strukturbauteile nachteilig, das Batteriesystem mit dem Strukturbauteil zu koppeln, wenn die Temperaturen des Strukturbauteils unterhalb einer bevorzugten Betriebstemperatur des Batteriesystems liegen. Umgekehrt ist es bei besonders hohen Außentemperaturen und damit einhergehenden hohen Temperaturen des Strukturbauteils nachteilig, das Strukturbauteil thermisch mit dem Batteriesystem zu koppeln, wenn die Temperaturen des Strukturbauteils oberhalb einer bevorzugten Betriebstemperatur des Batteriesystems liegen.
  • In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
    • 1 eine Anordnung von einer Batterie im Bereich einer Fahrzeugkarosserie in einer Schnittansicht in einem thermisch entkoppelten Zustand,
    • 2 die Anordnung gemäß 1 in einem thermisch gekoppelten Zustand,
    • 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht wie in 1 in einem thermisch entkoppelten Zustand,
    • 4 die Anordnung gemäß 3 in einem thermisch gekoppelten Zustand,
    • 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht wie in 1,
    • 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung wie in 1 in einem thermisch entkoppelten Zustand.
  • Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeug weist ein Batteriesystem 1 und ein Strukturbauteil 3 auf, wobei es sich bei dem Strukturbauteil 3 vorliegend um ein Karosseriebauteil handelt, das zwei Schweller 6 miteinander verbindet. Das Batteriesystem 1 weist eine dem Strukturbauteil 3 zugewandte Außenfläche 4 auf und das Strukturbauteil 3 weist einen dem Batteriesystem 1 zugewandte Außenfläche 5 auf. Diese beiden Außenflächen 4, 5 sind voneinander beabstandet. Zwischen der Außenfläche 4 des Batteriesystems 1 und der Außenfläche 5 des Strukturbauteils 3 ist ein verformbares Wärmeleitelement 7, vorliegend ein Wärmeleitpad, angeordnet, wobei das verformbare Wärmeleitelement 7 in dem in der 1 gezeigten Zustand die Außenfläche 4 des Batteriesystems 1 kontaktiert und mit dieser verbunden ist.
  • Das Fahrzeug weist Mittel zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen 4, 5 auf, wobei diese Mittel durch einen Antrieb 9 zum Verschieben des Batteriesystems 1 relativ zu dem Strukturbauteil 3 gebildet sind, wobei das Batteriesystem 1 mittels des Antriebs 9 in der Hochrichtung Z des Fahrzeugs verschiebbar ist. Das Batteriesystem 1 ist vorliegend zwischen einer ersten Endstellung, die in der 1 gezeigt ist, und einer zweiten Endstellung, die in der 2 gezeigt ist, verschiebbar, wobei die Außenflächen 4, 5 in der ersten Endstellung, vorliegend der 1, thermisch entkoppelt sind und in der zweiten Endstellung, vorliegend 2, thermisch gekoppelt sind. In der ersten Endstellung ist zwischen den Außenflächen 4, 5, nämlich zwischen dem Wärmeleitelement 7 und dem Strukturbauteil 3, ein Luftspalt 14 vorhanden, wohingegen in der zweiten Endstellung kein Luftspalt vorhanden ist. Dementsprechend ist die thermische Kopplung in deren ersten Endstellung von einer geringeren Güte als in der zweiten Endstellung.
  • Die 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei zwischen den Außenflächen 4, 5 ein Hohlraum 11 gebildet ist, wobei zu diesem Zweck zwischen dem Batteriesystem 1 und dem Strukturbauteil 3 mehrere Dichtelemente 10 angeordnet sind. Dieser Hohlraum 11 kann bei Bedarf einer Wärmekopplung höherer Güte mit einem Fluid 12 gefüllt werden, wie dies in der 4 dargestellt ist. Zwecks thermischer Entkopplung kann der Hohlraum 11 durchaus evakuiert werden.
  • Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei bei dieser Ausführungsform zwischen den Außenflächen 4, 5 ein geschlossenporiger Schaum 13 angeordnet ist. Die Wärmeleitfähigkeit des geschlossenporigen Schaums 13 kann beispielsweise veränderbar sein.
  • Es ist aber auch durchaus denkbar, dass zwischen den beiden Außenflächen 4, 5 ein ausdehnbares Wärmeleitelement 8 angeordnet ist, wie dies in der 6 gezeigt ist. Bei Bedarf wird dieses ausdehnbare Wärmeleitelement 8 ausgedehnt, um eine Güte der thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen 4, 5 zu erhöhen, insofern um einen Luftspalt 14 zwischen den beiden Außenflächen 4, 5 zu schließen.
  • Die Erfindung ermöglicht es somit, das Batteriesystem 1 mit dem Strukturbauteil 3 thermisch zu koppeln bzw. eine Güte der thermischen Kopplung zu variieren, wodurch bedarfsweise eine große oder kleine thermische Masse genutzt werden kann.
  • Es ist auch durchaus denkbar, dass bei Bedarf Außenluft in einen ggf. vorhandenen Hohlraum oder Luftspalt zwischen den Außenflächen 4, 5 eingebracht wird. Dabei ist es durchaus denkbar, dass entsprechende Klappen im einem Ansaugbereich des Fahrzeugs für Umgebungsluft geöffnet bzw. geschlossen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batteriesystem
    2
    Karosserie
    3
    Strukturbauteil
    4
    Außenfläche
    5
    Außenfläche
    6
    Schweller
    7
    verformbares Wärmeleitelement
    8
    ausdehnbares Wärmeleitelement
    9
    Antrieb
    10
    Dichtelement
    11
    Hohlraum
    12
    Fluid
    13
    Schaum
    14
    Luftspalt
  • 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
    • US 2018/0269548 A1 [0003]
    • DE 102018104935 A1 [0004]
    • US 2020343576 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Elektrisch oder teilelektrisch betriebenes Fahrzeug, aufweisend ein Batteriesystem (1) und ein Strukturbauteil (3), wobei das Batteriesystem (1) und das Strukturbauteil (3) voneinander beabstandete Außenflächen (4, 5) aufweisen, wobei das Fahrzeug Mittel aufweist zur Veränderung einer Güte einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Außenflächen (4, 5), insbesondere zur thermischen Kopplung und Entkopplung der beiden Außenflächen (4, 5).
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Strukturbauteil (3) um ein Karosseriebauteil handelt.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Batteriesystem (1) verschiebbar in dem Fahrzeug gelagert ist, vorzugsweise das Batteriesystem (1) in einer Hochrichtung (Z) des Fahrzeugs verschiebbar gelagert ist, wobei die Mittel einen Antrieb (9) zum Verschieben des Batteriesystems (1) relativ zu dem Strukturbeil (3) aufweisen.
  4. Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Batteriesystem (1) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verschiebbar ist, wobei die Außenflächen (4, 5) in der ersten Endstellung thermisch entkoppelt sind und in der zweiten Endstellung thermisch gekoppelt sind, insbesondere in der ersten Endstellung zwischen den Außenflächen (4, 5) ein Luftspalt (14) vorliegt und in der zweiten Endstellung kein Luftspalt vorliegt.
  5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen der Außenfläche (4) des Batteriesystems (1) und der Außenfläche (5) des Strukturbauteils (3) ein verformbares Wärmeleitelement (7), vorzugsweise ein elastisch verformbares Wärmeleitelement (7), insbesondere ein Wärmeleitpad, angeordnet ist, besonders bevorzugt das verformbare Wärmeleitelement (7) in der zweiten Endstellung die beiden Außenflächen (4, 5) kontaktiert.
  6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittel ein ausdehnbares Wärmeleitelement (8) und eine Einrichtung zum Ausdehnen des ausdehnbaren Wärmeleitelements (8) aufweisen, wobei das ausdehnbare Wärmeleitelement (8) in einem zwischen den beiden Außenflächen ausgebildeten Zwischenraum angeordnet ist.
  7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen den Außenflächen (4, 5) zumindest ein Hohlraum (11) gebildet ist, vorzugsweise mehrere Hohlräume (11) gebildet sind, wobei die Mittel eine Fördereinrichtung zum Befüllen des zumindest einen Hohlraums (11) mit einem Fluid (12), insbesondere einer Flüssigkeit, und eine Fördereinrichtung zum Entleeren des zumindest einen Hohlraums (11) aufweist.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei das Fahrzeug einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel aufweist, wobei es sich bei dem Fluid (12) zum Befüllen des zumindest einen Hohlraums (11) um das Kühlmittel handelt.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, wobei zwischen dem Batteriesystem (1) und dem Strukturbauteil (3) eine oder mehrere Dichtelemente (10) angeordnet sind zur Bildung des zumindest einen Hohlraums (11).
  10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mittel als aktiv ansteuerbare Mittel ausgebildet sind, sodass die Veränderung der Güte der thermischen Kopplung, insbesondere ein thermisches Koppeln und Entkoppeln, durch ein Steuergerät des Fahrzeugs initiierbar ist.
  11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, bei einem Aufladen des Batteriesystems (1) an einer externen Ladestation die Mittel derart anzusteuern, dass die thermische Kopplung zwischen den Außenflächen (4, 5) erhöht wird, insbesondere die Außenflächen (4, 5) thermisch gekoppelt werden.
  12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei Sensoren zur Messung eines Ladestroms und/oder Entladestroms und Sensoren zur Messung einer Temperatur des Batteriesystems (1) und/oder des Strukturbauteils (3) vorgesehen sind, wobei Ausgabesignale der Sensoren Eingangsgrößen des Steuergeräts bilden.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112007002198T5 (de) 2006-10-23 2009-07-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Kühlvorrichtung und Fahrzeug
DE102011075989A1 (de) 2011-05-17 2012-11-22 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs
US20180269548A1 (en) 2016-06-13 2018-09-20 Lg Chem, Ltd. Battery module, and battery pack and vehicle comprising the same
DE102018104935A1 (de) 2018-03-05 2019-09-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kühlung für eine batterieintegrierte Leistungselektronik
FR3079354A1 (fr) 2018-03-21 2019-09-27 Valeo Systemes Thermiques Systeme de regulation thermique d’au moins un module de stockage d’energie electrique
DE102018216985A1 (de) 2018-10-04 2020-04-09 Ford Global Technologies, Llc Batterieanordnung
DE102019001687A1 (de) 2019-03-08 2020-09-10 Daimler Ag Batterieanordnung mit einer Batterie und einer Wärmesenke
US20200343576A1 (en) 2019-04-23 2020-10-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power storage device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112007002198T5 (de) 2006-10-23 2009-07-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Kühlvorrichtung und Fahrzeug
DE102011075989A1 (de) 2011-05-17 2012-11-22 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs
US20180269548A1 (en) 2016-06-13 2018-09-20 Lg Chem, Ltd. Battery module, and battery pack and vehicle comprising the same
DE102018104935A1 (de) 2018-03-05 2019-09-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kühlung für eine batterieintegrierte Leistungselektronik
FR3079354A1 (fr) 2018-03-21 2019-09-27 Valeo Systemes Thermiques Systeme de regulation thermique d’au moins un module de stockage d’energie electrique
DE102018216985A1 (de) 2018-10-04 2020-04-09 Ford Global Technologies, Llc Batterieanordnung
DE102019001687A1 (de) 2019-03-08 2020-09-10 Daimler Ag Batterieanordnung mit einer Batterie und einer Wärmesenke
US20200343576A1 (en) 2019-04-23 2020-10-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power storage device

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