DE102021111765A1

DE102021111765A1 - Löschanordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Löschen eines Batteriebrands

Info

Publication number: DE102021111765A1
Application number: DE102021111765.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pfuhler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Löschanordnung (12) für ein Kraftfahrzeug (10) zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie (14) des Kraftfahrzeugs (10), wobei die Löschanordnung (12) die Hochvoltbatterie (14) (14), die mindestens eine Batteriezelle (16) umfasst, aufweist; und eine Klimaanlage (34) zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs (10) aufweist, wobei die Klimaanlage (34) ein Kältemittelreservoir (36) zur Aufnahme eines Kältemittels (38) aufweist, wobei die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt ist, im Kältemittelreservoir (36) aufgenommenes Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) zuzuführen. Dabei ist die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt, unter der Voraussetzung, dass ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie (14) erfasst wurde, das im Kältemittelreservoir (36) aufgenommene Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) derart zuzuführen, dass das Kältemittel (38) in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle (16) gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Löschanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Löschen oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs, wobei die Löschanordnung die Hochvoltbatterie aufweist, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, und eine Klimaanlage zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, wobei die Klimaanlage ein Kältemittelreservoir zur Aufnahme eines Kältemittels aufweist. Dabei ist die Löschanordnung dazu ausgelegt, im Kältemittelreservoir aufgenommenes Kältemittel der Hochvoltbatterie zuzuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Löschanordnung sowie ein Verfahren zum Löschen oder Verhindern eines Batteriebrands.
Die Zulassungsrate von elektrifizierten Fahrzeugen steigt stark an. Dabei kann es, insbesondere bei einer Beschädigung der von solchen Fahrzeugen umfassten Hochvoltbatterie, zum Beispiel im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs, zu einem thermischen Durchgehen der Batteriezellen einer solchen Batterie kommen. Ohne Gegenmaßnahme führt ein solches thermisches Durchgehen zu einem Batteriebrand. Um einen solchen Batteriebrand zu verhindern oder zu löschen, sind zudem auch Löschanordnungen für Kraftfahrzeuge aus dem Stand der Technik bekannt.
Beispielsweise beschreibt die EP 2 045 852 A1 eine Anordnung mit einer Klimaanlage und einem Energiespeicher, wobei die Klimaanlage ein Kreislaufmedium aufweist, welches in einem Behälter aufgenommen ist, wobei das Kreislaufmedium durch eine Steuereinrichtung zumindest teilweise aus dem Behälter ableitbar ist und dem Energiespeicher zum Schutz vor kritischen Betriebszuständen zugeleitet wird. Das zugeleitete Kreislaufmedium kann dabei Kohlendioxid aufweisen. Zudem kann das Kreislaufmedium im Behälter unter Druck stehen und sich beim Austreten aus dem Behälter entspannen und sich hierdurch abkühlen.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2018 009 566 A1 eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist, und mit wenigstens einem in dem Aufnahmeraum angeordneten Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie. Dabei umfasst die Speichereinrichtung eine Sicherheitseinrichtung, welche wenigstens ein Reservoir zum Aufnehmen eines Fluids im komprimierten Zustand und wenigstens einen Auslass aufweist, über welchen zum Kühlen des Aufnahmeraums das Fluid aus dem Reservoir entspannbar und dadurch in gasförmigem Zustand in den Aufnahmeraum einbringbar ist. Das Reservoir kann dabei Teil einer Klimaanlage sein, mittels welcher unter Nutzung des Fluids der Innenraum des Kraftwagens zu klimatisieren ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Löschanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, welche ein möglichst effizientes und kostengünstiges Löschen, Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Löschanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Eine erfindungsgemäße Löschanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs weist die Hochvoltbatterie auf, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, und eine Klimaanlage zur Temperierung eines Innenraum des Kraftfahrzeugs, wobei die Klimaanlage ein Kältemittelreservoir zur Aufnahme eines Kältemittels aufweist. Dabei ist die Löschanordnung dazu ausgelegt, im Kältemittelreservoir aufgenommenes Kältemittel der Hochvoltbatterie zuzuführen. Weiterhin ist die Löschanordnung dazu ausgelegt, unter der Voraussetzung, dass ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie erfasst wurde, das im Kältemittelreservoir aufgenommene Kältemittel der Hochvoltbatterie derart zuzuführen, dass das Kältemittel in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle gebracht wird.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Effizienz der Brandlöschung beziehungsweise Brandverhinderung im Falle eines kritischen Batteriezustands enorm gesteigert werden kann, wenn ein Löschmittel, in diesem Fall das Kältemittel der Klimaanlage, in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle der Hochvoltbatterie gebracht wird. Bisherige Systeme leiten das Löschmittel dagegen in Kühlkanäle oder ähnliches, oder wenn in das Batteriegehäuse, dann so, dass das eingebrachte Löschmittel von den Batteriezellen immer noch durch ein Modulgehäuse, in welchem die Batteriezellen angeordnet sind, separiert ist. Durch die Erfindung ist es dagegen möglich, das Löschmittel nicht nur in ein Gesamtbatteriegehäuse, in welchem zum Beispiel mehrere Batteriemodule angeordnet sein können, die jeweils wiederum mehrere Batteriezellen aufweisen, eingeleitet wird, sondern auch direkt in die Modulgehäuse selbst. Dadurch, dass das Kältemittel also in direkten Kontakt mit den jeweiligen Batteriezellen der Hochvoltbatterie gebracht werden kann, kann die Kühlung dieser Batteriezellen im kritischen Batteriezustand deutlich effizienter umgesetzt werden, wodurch ein Batteriebrand effizienter verhindert oder zumindest hinausgezögert werden kann. Dies ist vor allem in Anbetracht der Tatsache, dass nur eine äußerst begrenzte Menge an Kältemittel im Kraftfahrzeug gespeichert werden kann, relevant. Trotz dieser äußerst begrenzten Menge an Kältemittel kann dennoch eine effiziente Batterielöschung bereitgestellt werden.
Bei der Klimaanlage zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs kann es sich dabei um eine herkömmliche Klimaanlage handeln. Die Klimaanlage weist, wie üblich, einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelreservoir auf. Als Kältemittel wird dabei vorzugsweise R744, das heißt CO₂ (Kohlenstoffdioxid), verwendet. Dies eignet sich besonders gut gleichzeitig auch zur Brandbekämpfung beziehungsweise Löschung oder Vermeidung. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Klimaanlage ausschließlich zur Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist oder zumindest nicht zur Temperierung der Hochvoltbatterie im normalen Betriebszustand der Hochvoltbatterie, das heißt wenn die Hochvoltbatterie einen vom kritischen Betriebszustand verschiedenen Zustand aufweist. Dies hat den Hintergrund, dass im normalen Betrieb der Batterie eine deutlich einfachere und effizientere Kühlung dieser Hochvoltbatterie bereitgestellt werden kann, wenn diese durch ein von CO₂ verschiedenes Kühlmittel gekühlt wird, wie zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch.
Die Hochvoltbatterie kann, wie beschrieben, nicht nur eine einzelne Batteriezelle umfassen, sondern mehrere Batteriezellen. Diese können optional auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein und insbesondere können jeweilige Batteriemodule ein zugeordnetes Modulgehäuse aufweisen. Mit anderen Worten kann ein Batteriemodul durch ein Modulgehäuse und darin aufgenommenen mehreren Batteriezellen bereitgestellt sein, wobei die Hochvoltbatterie wiederum ein Gesamtbatteriegehäuse und mehrere darin aufgenommene Batteriemodule umfassen kann. Entsprechend ist es auch bevorzugt, dass im Falle eines kritischen Batteriezustands der Hochvoltbatterie das Kältemittel derart zugeführt wird, dass dieses nicht nur in Kontakt mit einer einzelnen Batteriezelle, sondern insbesondere mit mehreren Batteriezellen der Hochvoltbatterie gebracht wird, vorzugsweise mit allen von der Hochvoltbatterie umfassten Batteriezellen. Dadurch kann die Kühleffizienz maximiert werden und die Wahrscheinlichkeit für ein Ausbreiten der thermischen Propagation kann auf ein Minimum reduziert werden. Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, dass das Kältemittel nur demjenigen der mehreren Batteriemodule zugeführt wird, für welchen ein kritischer Batteriezustand detektiert wurde. Dies ermöglicht beispielsweise eine gezielte lokale Kühlung betroffener Batteriemodule.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Löschanordnung eine Zuführleitung vom Kältemittelreservoir zur Hochvoltbatterie auf, über welche das Kältemittel der Hochvoltbatterie zuführbar ist. Mit anderen Worten kann die Zuführung des Kältemittels zur Hochvoltbatterie durch eine fest installierte Leitung erfolgen. Diese Leitung führt dabei bis ins Innere der Hochvoltbatterie, um das Gas direkt einbringen zu können. Insbesondere kann diese Leitung bis ins Innere eines jeweiligen Batteriemoduls beziehungsweise des betreffenden Modulgehäuses führen, um das Gas beziehungsweise im Allgemeinen das Kältemittel direkt in Kontakt mit den betreffenden Batteriezellen zu bringen. Im normalen Betrieb bleibt diese Zuführleitung jedoch ungenutzt. Beispielsweise kann eine Steuereinrichtung als Teil der Löschanordnung vorgesehen sein, die dazu ausgelegt ist, ein entsprechendes Ventil zwischen dem Kältemittelreservoir und der Zuführleitung zu öffnen, wenn ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie erfasst wurde, sodass in diesem Fall das im Kältemittelreservoir befindliche Kältemittel über die Zuführleitung der Hochvoltbatterie zugeführt wird.
Durch eine solche fest installierte Löschstruktur im Inneren des Kraftfahrzeugs kann vorteilhafterweise ein Löschen einer Hochvoltbatterie erfolgen, zum Beispiel bereits bevor die Feuerwehr am Unfallort eintrifft. Löschmaßnahmen können daher deutlich frühzeitiger einsetzen und Insassen des Kraftfahrzeugs können dadurch besser geschützt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Löschanordnung eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperatur in der Hochvoltbatterie und/oder zur Erfassung zumindest einer elektrischen Größe der Hochvoltbatterie auf, wobei die Sensoreinrichtung dazu ausgelegt ist, den kritischen Batteriezustand in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur und/oder der elektrischen Größe zu erfassen. Diese Sensoreinrichtung kann beispielsweise auch gleichzeitig Teil der Hochvoltbatterie selbst sein beziehungsweise eine der Hochvoltbatterie zugeordneten Sensoreinrichtung zur Überwachung der Hochvoltbatterie und der einzelnen von dieser umfassten Batteriezellen und/oder Modulen. In einer Hochvoltbatterie sind üblicherweise ohnehin diverse Sensoren zur Zustandsüberwachung der Hochvoltbatterie vorgesehen. Die von diesen Sensoren erfassten Größen können damit vorteilhafterweise gleichzeitig genutzt werden, um einen kritischen Batteriezustand der Hochvoltbatterie zu detektieren und daraufhin die Löschanordnung zum Löschen der Hochvoltbatterie zu aktivieren, indem das Kältemittel der Hochvoltbatterie zugeführt wird. Zur Detektion von einem kritischen Batteriezustand können als Teil der Sensoreinrichtung dabei thermische Sensoren und/oder elektrische Messungen der Hochvoltbatterie bzw. deren Komponenten herangezogen werden. Diese können dann entsprechend genutzt werden, um einen kritischen Zustand zu detektieren und daraufhin die Auslösung der Kältemittelzufuhr zur Hochvoltbatterie zu initiieren. Dabei erfasste elektrische Größen können zum Beispiel eine Spannung und/oder ein Strom darstellen. Die Spannung kann sich dabei auf die Gesamtspannung der Hochvoltbatterie oder auch auf einzelne Zellspannungen und/oder Modulspannungen beziehen. Beispielsweise weisen Spannungseinbrüche auf Kurzschlüsse hin, sodass die Erfassung von Spannungen dazu genutzt werden kann, um einen kritischen Zustand zu detektieren. Ebenso kann die Temperatur herangezogen werden, die bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwerts auf ebenfalls einen solchen kritischen Zustand hinweist. Gerade die Zusammenschau sowohl der Temperatur als auch zusätzlich zumindest einer elektrischen Größe ist besonders vorteilhaft, um einen kritischen Betriebszustand der Batterie auf möglichst sichere und zuverlässige Weise detektieren zu können. Damit kann gewährleistet werden, dass das Kältemittel der Hochvoltbatterie auch nur dann zugeführt wird, wenn tatsächlich ein kritischer Zustand der Batterie vorliegt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kältemittelreservoir zur Aufnahme von CO₂ als Kältemittel in flüssiger Form ausgebildet, insbesondere zur Aufnahme von mindestens 800 Gramm flüssigem CO₂. Das Kältemittelreservoir kann, da CO₂ unter Standardbedingungen gasförmig ist, beispielsweise als Drucktank ausgebildet sein, um CO₂ in flüssiger Form zu speichern. CO₂ ist dabei ein geeignetes Kältemittel zum Betrieb einer Klimaanlage und zudem ein geeignetes Inertgas, um Flammen zu ersticken. Entsprechend ist CO₂ besonders geeignet, um eine solche Doppelfunktion zu übernehmen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kältemittelreservoir zur Aufnahme von mindestens 800 Gramm flüssigen CO₂, zum Beispiel von 800 bis 900 Gramm flüssigen CO₂, ausgelegt ist. Dies erlaubt einerseits noch eine angemessen kompakte Ausbildung des Kältemittelreservoirs und gleichzeitig die Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Löschmittel zum Löschen oder Verhindern eines Batteriebrands.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kältemittelreservoir dazu ausgelegt, das Kältemittel unter Überdruck in flüssiger Form zu speichern, wobei die Löschanordnung dazu ausgebildet ist, das Kältemittel zu expandieren und der Hochvoltbatterie in gasförmiger Form zuzuführen. Eine solche Expansion kann dabei beispielsweise automatisch durch die Zuführung des Kältemittels zur Hochvoltbatterie erfolgen, da sich bei dieser Zuführung das Kältemittel in das Innere der Hochvoltbatterie, und insbesondere in das Innere der einzelnen Batteriemodule, ausdehnen kann. Durch den dadurch bedingten Phasenübergang wird der Umgebung weiter Energie entzogen, wodurch eine äußerst starke Abkühlung erfolgen kann. Dadurch kann die Kühleffizienz und vor allem die Effizienz der Löschung des Batteriebrands beziehungsweise dessen Vermeidung noch effizienter gestaltet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Expansionsventil, zum Beispiel an einer Position zwischen dem Kältemittelreservoir und der Zuführleitung oder zwischen der Zuführleitung und dem Inneren eines Batteriemoduls, zum Beispiel am Ende der Zuführleitung vorgesehen sein, um den Expansionseffekt noch zu verstärken. Die Zuführleitung kann auch selbst als Überdruckleitung ausgebildet sein, sodass das Kältemittel zunächst in flüssiger Form aus dem Kältemittelreservoir bis zum Ende der Zuführleitung geführt wird und erst dann in ein Inneres eines Batteriemoduls hinein expandiert, dadurch gasförmig wird und abkühlt. Dadurch kann vorteilhafterweise die gesamte durch die Expansion bedingte Kühlwirkung zum Löschen oder Verhindern des Batteriebrands genutzt werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Löschanordnung derart eingerichtet ist, dass sie dazu ausgelegt ist, das Kältemittel derart zu expandieren, dass dieses auf eine Temperatur unter -60 Grad Celsius abkühlt. Insbesondere kann das Kältemittel, vor allem wenn es sich dabei um CO₂ handelt, auf eine Temperatur zwischen einschließlich -70 Grad Celsius und - 80 Grad Celsius oder noch weniger abgekühlt werden. Durch derart tiefe Temperaturen kann die thermische Propagation der Hochvoltbatterie auf besonders effiziente Weise unterbunden beziehungsweise verlangsamt werden. Eine Verhinderung eines Batteriebrands beziehungsweise Löschung ist dabei auf besonders wirksame Art und Weise möglich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hochvoltbatterie ein Überdruckventil auf, über welches ein in der Hochvoltbatterie befindliches Fluid, insbesondere Gas, wie Luft bzw. ein Luft-CO₂-Gemisch, aus der Hochvoltbatterie während des Zuführens des Kältemittels zur Batterie ab einem vorbestimmten Druck in der Hochvoltbatterie aus dieser entweicht. Dadurch können vorteilhafterweise zu hohe Drücke in der Batterie vermieden werden. Zusätzlich lässt sich dabei die oben beschriebene Expansion des Kältemittels auch dauerhaft effizient gestalten, da diese auch von der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kältemittelreservoir und in der Batterie abhängt. Je größer diese Druckdifferenz ist, desto effizienter kann eine Abkühlung des Kältemittels durch Expansion erfolgen. Durch das Überdruckventil werden zu hohe Drücke in der Batterie und dadurch eine zu starke Minderung einer solchen Druckdifferenz vermieden und es kann dauerhaft eine effiziente Kühlung der Batteriezellen bereitgestellt werden, insbesondere bis das Kältemittelreservoir vollständig entleert ist. Zudem wird eine Beschädigung oder Explosion der Hochvoltbatterie durch zu hohen Innendruck vermieden. Dabei kann die Hochvoltbatterie nicht nur ein solches Überdruckventil, zum Beispiel in einer Wandung des Gesamtbatteriegehäuses, aufweisen, sondern beispielsweise auch zusätzlich oder alternativ eines oder mehrere Überdruckventile, die an den jeweiligen Batteriemodulen der Hochvoltbatterie beziehungsweise in Wandungen dieser Modulgehäuse vorgesehen sind. In gleicher Weise kann somit ein Druckausgleich zwischen dem Modulinneren und dem restlichen Inneren des Gesamtbatteriegehäuses, sowie der Umgebung der Hochvoltbatterie erfolgen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Löschanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine Kühleinrichtung mit einem Kühlmittel zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle der Hochvoltbatterie in einem von dem kritischen Zustand der Hochvoltbatterie verschiedenen Zustand aufweist, wobei das Kühlmittel vom Kältemittel der Klimaanlage verschieden ist. Das Kühlmittel stellt vorzugsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch dar. Die Kühleinrichtung kann zumindest zum Teil auch Teil der Hochvoltbatterie selbst sein. Beispielsweise kann ein Boden des Batteriegehäuses als Kühlboden mit integrierten Kühlkanälen ausgestaltet sein, die vom Kühlmittel durchströmbar sind. Wie oben bereits erwähnt, lässt sich durch eine separate Kühleinrichtung, die eigens zum Kühlen der Batteriezellen im Normalbetrieb beziehungsweise im Normalzustand der Batterie vorgesehen ist, eine deutlich einfachere und effizientere Kühlung bereitstellen. Dabei müssen zum Beispiel die Kühlleitungen nicht als Hochdruckleitungen ausgebildet sein, wodurch sich das Kühlsystem deutlich einfacher gestaltet. Die CO₂-Kühlung dagegen ist nur im Notfall vorgesehen. Diese nutzt dagegen die von der herkömmlichen Kühleinrichtung zur Kühlung der Batteriezellen bereitgestellten Kühlkanäle nicht, sondern stattdessen eine Zuführleitung, die direkte in das Innere der Batterie und der Batteriemodule führt.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, wobei ein in einem Kältemittelreservoir einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs zum Temperieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs aufgenommenes Kältemittel der Hochvoltbatterie zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands zugeführt wird. Dabei wird unter der Voraussetzung, dass ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie erfasst wurde, das im Kältemittelreservoir aufgenommene Kältemittel der Hochvoltbatterie derart zugeführt, dass das Kältemittel in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle gebracht wird.
Die für die erfindungsgemäße Löschanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Löschanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Löschanordnung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Löschanordnung 12 weist dabei zum einen eine Hochvoltbatterie 14 auf, die wiederum mehrere Batteriezellen 16 umfasst, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Batteriezellen 16 können dabei auch zu Batteriemodulen 18 wie im vorliegenden Beispiel zusammengefasst sein. Ein solches Batteriemodul 18 weist dabei ein Modulgehäuse 20 auf, in welchem die Batteriezellen 16 angeordnet sind. Die Hochvoltbatterie 14 kann dabei mehrere solcher Batteriemodule 18 umfassen. Diese Batteriemodule 18 sind entsprechend in einem Gesamtbatteriegehäuse 22 der Hochvoltbatterie 14 angeordnet. Die Hochvoltbatterie 14 weist zudem auch noch eine Kühleinrichtung 24 zum Kühlen der Batteriezellen 16 im normalen Betrieb auf. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel der Boden 26 des Gesamtbatteriegehäuses 22 als Kühlboden 26 mit mehreren von einem Kühlmittel 28 durchströmbaren Kühlkanälen 30 ausgebildet sein. Dieses Kühlmittel 28 kann zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch darstellen. Dieses kann in einem entsprechenden Kühlmittelreservoir 32 der Kühleinrichtung 24 aufgenommen sein.
Die Löschanordnung 12 umfasst nunmehr vorteilhafterweise auch eine Klimaanlage 34, die im Normalbetrieb, das heißt im Normalzustand der Hochvoltbatterie 14, zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs 10 verwendet wird und entsprechend unabhängig von der Hochvoltbatterie 14 betrieben wird. Diese Klimaanlage 34 kann einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelreservoir 36 zur Speicherung eines Kältemittels 38 aufweisen. Das Kältemittel 38 stellt dabei vorzugsweise CO₂ dar und wird in dem als Drucktank ausgebildeten Kältemittelreservoir 36 in flüssiger Form gespeichert. In einem Notfall, das heißt wenn ein kritischer Zustand der Hochvoltbatterie 14 detektiert wird, kann dieses Kältemittel 38 nun vorteilhafterweise der Hochvoltbatterie 14 zum Vermeiden oder Löschen eines Batteriebrands zugeführt werden. CO₂ ist dabei zum Löschen eines solchen Batteriebrands besonders vorteilhaft. Durch diese Doppelfunktion des Kältemittels 38 kann eine Batteriebrandlöschung auf besonders einfache und effiziente Weise ausgeführt werden, insbesondere unter Ausnutzung einer bestehenden Einrichtung des Kraftfahrzeugs 10, nämlich der Klimaanlage 34 mit dem durch diese bereitgestellten und zum Löschen des Batteriebrands geeigneten Kältemittels 38. Zu diesem Zweck kann die Löschanordnung 12 weiterhin eine Steuereinrichtung 40 aufweisen, welche bei detektiertem kritischem Zustand der Batterie 14 die Kältemittelzufuhr zur Batterie 14 initiieren kann. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 40 zunächst dazu ausgelegt sein, einen solchen kritischen Zustand der Batterie 14 zu erfassen. Zu diesem Zweck kann eine Sensoreinrichtung 42 zur Erfassung einer Temperatur T und/oder einer oder mehreren elektrischen Größen E der Batterie 14 aufweisen. Erfüllen diese erfassten Größen, insbesondere die Temperatur T und/oder die elektrische Größe E, eine für einen kritischen Zustand der Batterie charakteristische Bedingung beziehungsweise über- oder unterschreiten entsprechende Grenzwerte, so kann entsprechend ein kritischer Zustand der Batterie 14 als detektiert gelten. Infolge einer solchen Detektion des kritischen Zustands der Batterie 14 kann die Steuereinrichtung 40 entsprechend die Zuführung des Kältemittels 38 zur Batterie 14 veranlassen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 40 beispielsweise eine Verschlusseinrichtung 44, welche im Normalzustand die fluidische Verbindung zwischen dem Kältemittelreservoir 36 und einer Zuführleitung 46 vom Kältemittelreservoir 36 zur Batterie 14 verschließt, öffnen und/oder eine entsprechende Pumpeinrichtung 48 ansteuern, um das Kältemittel 38 über diese Zuführleitung 46 in die Batterie 14 zu befördern.
Diese Zuführleitung 46 ist dabei so ausgestaltet, dass diese direkt in die einzelnen Batteriemodule 18 der Hochvoltbatterie 14 mündet, sodass das durch diese Zuführleitung 46 den einzelnen Batteriemodulen 18 zugeführte Kältemittel 38 in direkten Kontakt mit den einzelnen Batteriezellen 16 gebracht wird. Bei den Batteriezellen kann es sich zum Beispiel um Lithium-Ionen-Zellen handeln. Bei dieser Kältemittelzuführung wird das Kältemittel 38 zusätzlich durch Expansion abgekühlt. Dadurch lassen sich äußerst niedrige Temperaturen des Kältemittels 38 bereitstellen, wodurch ein besonders effizientes Löschen eines Batteriebrands oder sogar ein Verhindern eines Batteriebrands möglich wird. Durch die Flutung der Hochvoltbatterie 14 mit CO₂ wird durch die Expansion des Gases also ein Kühleffekt erzeugt, der die Reaktion der reagierenden Zellen 16 verlangsamt. Zusätzlich werden Flammen durch die inerte Wirkung des Gases unterdrückt. Die Insassen des Fahrzeugs 10 haben damit vorteilhafterweise länger Zeit, aus dem Fahrzeug 10 zu flüchten oder geborgen zu werden. Weiterhin weist die Batterie 14 mindestens ein Überdruckventil 50 auf. Dieses kann, wie dargestellt, in einer Wand des Batteriegehäuses 22 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann dieses auch in einer Wand des Modulgehäuses 20 der jeweiligen Batteriemodule 18 vorgesehen sein. Über ein solches Überdruckventil 50 beziehungsweise über mehrere solcher Überdruckventile 50 kann die in der Batterie 14 befindliche, normale Atmosphärenluft entweichen und sich ein CO₂-Luftgemisch bilden. Ein zu starker Überdruck innerhalb der Batterie 14 kann somit vermieden werden, der zu einer Explosion der Batterie 14 einerseits führen könnte, und andererseits die durch die Expansion bedingte Kühlung des Gases mindert.
Zusammenfassend bleibt also festzuhalten, dass bei Fahrzeugen 10, die R744, das heißt CO₂, als Kältemittel für ihre Klimaanlage verwenden, auf besonders einfache und effiziente Weise zusätzlich die Möglichkeit besteht, dieses Kältemittel als Löschmedium und Inertgas zu nutzen. Durch die Fahrzeugelektronik kann automatisiert über thermische Sensoren und/oder elektrische Messungen der Hochvoltbatterie eine Auslösung des CO₂ initiiert werden. Über ein festes Leitungssystem kann das Inertgas in die Hochvoltbatterie geführt werden und durch Überdruckventile kann die in der Batterie vorhandene, normale Atmosphärenluft entweichen und sich ein CO₂-Luftgemisch zum Löschen und Hinauszögern eines Brandes bilden.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Fluten einer im Fahrzeug verbauten Hochvoltbatterie mit CO₂ auf besonders einfache und effiziente Weise bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2045852 A1 [0003]
DE 102018009566 A1 [0004]

Claims

Löschanordnung (12) für ein Kraftfahrzeug (10) zum Löschen oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie (14) des Kraftfahrzeugs (10), wobei die Löschanordnung (12) - die Hochvoltbatterie (14) (14), die mindestens eine Batteriezelle (16) umfasst, aufweist; und - eine Klimaanlage (34) zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs (10) aufweist, wobei die Klimaanlage (34) ein Kältemittelreservoir (36) zur Aufnahme eines Kältemittels (38) aufweist; - wobei die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt ist, im Kältemittelreservoir (36) aufgenommenes Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) zuzuführen; dadurch gekennzeichnet, dass die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt ist, unter der Voraussetzung, dass ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie (14) erfasst wurde, das im Kältemittelreservoir (36) aufgenommene Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) derart zuzuführen, dass das Kältemittel (38) in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle (16) gebracht wird.
Löschanordnung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschanordnung (12) eine Zuführleitung (46) vom Kältemittelreservoir (36) zur Hochvoltbatterie (14) aufweist, über welche das Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) zuführbar ist.
Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschanordnung (12) eine Sensoreinrichtung (42) zur Erfassung einer Temperatur (T) in der Hochvoltbatterie (14) und/oder zur Erfassung zumindest einer elektrischen Größe (E) der Hochvoltbatterie (14) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (42) dazu ausgelegt ist, den kritischen Batteriezustand in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (T) und/oder der elektrischen Größe (E) zu erfassen.
Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelreservoir (36) zur Aufnahme von CO₂ als Kältemittel (38) in flüssiger Form ausgebildet ist, insbesondere zur Aufnahmen von mindestens 800 Gramm flüssigem CO₂.
Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelreservoir (36) dazu ausgelegt ist, das Kältemittel (38) unter Überdruck in flüssiger Form zu speichern, wobei die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt ist, das Kältemittel (38) zu expandieren und der Hochvoltbatterie (14) in gasförmiger Form zuzuführen.
Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschanordnung (12) dazu ausgelegt ist, das Kältemittel (38) derart zu expandieren, dass dieses auf eine Temperatur unter -60°Celsius abkühlt.
Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (14) ein Überdruckventil (50) aufweist, über welches ein in der Hochvoltbatterie (14) befindliches Fluid aus der Hochvoltbatterie (14) während des Zuführens des Kältemittels (38) zur Hochvoltbatterie (14) ab einem vorbestimmten Druck in der Hochvoltbatterie (14) aus dieser entweicht.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Löschanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) eine Kühleinrichtung (24) mit einem Kühlmittel (28) zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle (16) der Hochvoltbatterie (14) in einem von dem kritischen Zustand der Hochvoltbatterie (14) verschiedenen Zustand aufweist, das Kühlmittel (28) vom Kältemittel (38) der Klimaanlage (34) verschieden ist.
Verfahren zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands einer Hochvoltbatterie (14) eines Kraftfahrzeugs (10), die mindestens eine Batteriezelle (16) umfasst, wobei ein in einem Kältemittelreservoir (36) einer Klimaanlage (34) des Kraftfahrzeugs (10) zum Temperieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs (10) aufgenommenes Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) zum Löschen oder Hinauszögern oder Verhindern eines Batteriebrands zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Voraussetzung, dass ein kritischer Batteriezustand der Hochvoltbatterie (14) erfasst wurde, das im Kältemittelreservoir (36) aufgenommene Kältemittel (38) der Hochvoltbatterie (14) derart zugeführt wird, dass das Kältemittel (38) in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle (16) gebracht wird.