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Die Erfindung betrifft eine HV-Batterie mit wenigstens einem Batteriemodul nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen HV-Batterie.
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Sogenannte Hochvoltbatterien bzw. HV-Batterien sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Der Begriff Hochvolt bezieht sich entsprechend der ECE-R100 auf Batterien mit einer Gleichspannung von mehr als 60 V. Typischerweise werden derartige HV-Batterien zur Speicherung von elektrischer Leistung für leistungsstarke Anwendungen eingesetzt. Ein bevorzugter Einsatzzweck liegt darin, über derartige HV-Batterien elektrische Leistung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug zu speichern, beispielsweise ein batterieelektrisches Fahrzeug oder ein elektrisches Fahrzeug mit einem Leistungserzeuger wie einen Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle, wobei die HV-Batterie dann zur Zwischenspeicherung von elektrischer Leistung dient. Eine solche Batterie wird häufig auch als Traktionsbatterie bezeichnet.
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HV-Batterien haben dabei typischerweise einen hohen Bedarf an Kühlung, weil beim Laden und Entladen der HV-Batterie Abwärme anfällt. Sehr häufig ist es so, dass die Batterie aus mehreren Batteriemodulen aufgebaut ist, welche gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. innerhalb des Gehäuses wird das Kühlmedium über innere Leitungen zum Wärmeaustausch mit den elektrochemischen Bauteilen der Batterie geführt. Außerhalb der HV-Batterie wird das Kühlmedium dann über einen externen Kühlkreislauf, im oben dargelegten Beispiel dem Kühlkreislauf eines Fahrzeugs, weitergeführt, um die Abwärme beispielsweise in die Umgebung des Fahrzeugs abzugeben oder bei Bedarf auch zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums einzusetzen.
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Neben Fahrzeuganwendungen ist auch eine stationäre Anwendung derartiger Batterien denkbar. Auch hier wäre dann eine Kühlung über einen externen Kühlkreislauf notwendig, welcher das Kühlmedium über die internen Leitungen zur Kühlung der Batteriemodule der HV-Batterie führt.
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Für Wartungsarbeiten an der Batterie oder für den Fall eines Remanufacturings muss zuerst eine Demontage der Batterie von dem externen Kühlkreislauf erfolgen, welcher dafür typischerweise entleert wird. Aus Korrosionsschutzgründen ist es jedoch so, dass die HV-Batterie maximal drei Tage ohne befülltes Kühlsystem gelagert und/oder transportiert werden darf. Ansonsten kann dazu kommen, dass Komponenten innerhalb der HV-Batterie korrodieren. Wird die HV-Batterie dann wieder in ein externes Kühlsystem eingesetzt, wird das komplette externe Kühlsystem durch die Korrosionsprodukte kontaminiert, was typischerweise zu sehr hohen Folgeschäden führt. Muss die HV-Batterie zwingend für mehr als drei Tage gelagert oder transportiert werden, besteht prinzipiell auch die Möglichkeit, die Leitungen des internen Kühlsystems der HV-Batterie komplett zu trocknen, was jedoch zeitaufwändig und kostenintensiv ist. Außerdem muss dann sichergestellt werden, dass wirklich das gesamte Innenvolumen der Leitungen vollständig trocken ist, was schwierig zu gewährleisten ist.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte HV-Batterie anzugeben, welche die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine HV-Batterie mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen HV-Batterie ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ein Fahrzeug gemäß Anspruch 8 mit einer solchen HV-Batterie löst die Aufgabe ebenfalls.
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Die erfindungsgemäße HV-Batterie umfasst wenigstens ein Batteriemodul und, wie es oben erläutert worden ist und wie es im Stand der Technik ebenfalls üblich ist, interne Leitungen für ein flüssiges von einem externen Kühlkreislauf bereitgestelltes Kühlmedium. Erfindungsgemäß ist im Bereich wenigstens einer der Schnittstellen der Leitungen mit dem externen Kühlkreislauf eine Ventileinrichtung vorgesehen. Die Ventileinrichtungen, welche im Schnittstellenbereich angeordnet sind, und welche vorzugsweise Teil der HV-Batterie bzw. ihres Gehäuses sind, erlauben es nun, auch bei einem entleerten externen Kühlkreislauf, beispielsweise einem Fahrzeugkühlkreislauf, das Kühlmedium in der HV-Batterie zu halten. Hierdurch lässt sich die HV-Batterie zusammen mit dem in ihr enthaltenen Kühlmedium demontieren und/oder transportieren. Damit ist es möglich, die HV-Batterie über die eingangs genannte Frist von drei Tagen hinaus ohne ein Wiederanschließen an den externen Kühlkreislauf zu lagern und/oder zu transportieren und jeglicher Aufwand und jegliche Gefahr, welche mit einer Entleerung des internen Kühlkreislaufs der HV-Batterie einhergeht, kann vermieden werden.
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Prinzipiell reicht dabei bereits eine einzige Ventileinrichtung, um je nach Gestaltung der Leitungen und Positionierung der Schnittstellen an einem Batteriegehäuse das flüssige Kühlmedium in der HV-Batterie zu halten. Besonders günstig ist es jedoch, wenn im Bereich aller Schnittstellen, typischerweise im Bereich von zwei Schnittstellen, was die übliche Anzahl an Schnittstellen ist, jeweils eine Ventileinrichtung vorgesehen ist. Die Ventileinrichtungen können also im Bereich der Zufuhr des flüssigen Kühlmediums aus dem externen Kühlkreislauf und im Bereich der Abfuhr desselben in den externen Kühlkreislauf angeordnet werden. Damit wird ein sicheres und zuverlässiges Absperren und Abdichten der internen Leitungen für den Kühlkreislauf möglich. Das Kühlmedium kann damit sicher in der HV-Batterie eingeschlossen werden.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen HV-Batterie kann dabei wenigstens eine der Ventileinrichtungen als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet sein. Ein solches federbelastetes Rückschlagventil, welches vorzugsweise in der Art ausgebildet ist, dass es bei aus dem externen Kühlkreislauf anströmenden oder in diesen abströmenden Kühlmedium von der Druckdifferenz geöffnet wird, wäre dann ohne diese Druckdifferenz, also ohne eine Durchströmung, geschlossen. Dies lässt sich beispielsweise bei zwei derartigen Ventilen sowohl an der Eingangsschnittstelle als auch an der Ausgangsschnittstelle durch unterschiedliche Federkräfte so realisieren, dass diese bei einer Durchströmung mit dem Kühlmedium zuverlässig öffnen und ohne die Durchströmung schließen. Dieser Aufbau ist dabei außerordentlich einfach und effizient, da er quasi wartungsfrei ist und selbsttätig bei nicht vorliegender Durchströmung des externen Kühlkreislaufs mit dem Kühlmedium die internen Leitungen für das Kühlmedium in der HV-Batterie zuverlässig verschließt.
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Alternativ dazu wäre es prinzipiell auch denkbar, eine oder alle der eingesetzten Ventileinrichtungen als manuell betätigbare Ventileinrichtung auszubilden. Eine solche manuell betätigbare Ventileinrichtung könnte beispielsweise eine Art Drehschieber in dem Bereich der Schnittstellte sein, welcher durch ein entsprechendes Werkzeug wie beispielsweise einen Schraubenzieher, einen Sechskantschlüssel oder dergleichen von einer Durchflussposition in eine gesperrte Position verstellt werden kann. Im Falle einer Demontage der HV-Batterie von dem externen Kühlkreislauf müssten dann lediglich die entsprechenden Ventileinrichtungen manuell geschlossen und nach dem Wiederanschließen an den externen Kühlkreislauf manuell wieder geöffnet werden, um den Aufwand hinsichtlich der Handhabung der demontierten HV-Batterie zu reduzieren und die Gefahr einer Korrosion zu vermeiden.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen HV-Batterie kann die oder können die Ventileinrichtungen dabei in ein Gehäuse der HV-Batterie integriert ausgeführt sein, sodass keine im Bereich der Schnittstellen über das Gehäuse der HV-Batterie überstehenden Bauteile notwendig sind, was die Gefahr einer Beschädigung beim Transport einer demontierten HV-Batterie, beispielsweise zum Zwecke des Remanufacturing, reduziert und damit die Sicherheit und Handhabbarkeit erhöht.
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Wie bereits erwähnt lässt sich die HV-Batterie vorzugsweise in einem Fahrzeug einsetzen, weshalb auch ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 8 die oben genannte Aufgabe löst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen HV-Batterie sowie ihrer Verwendung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer HV-Batterie;
- 2 eine schematische Darstellung einer HV-Batterie in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
- 3 eine mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung für die erfindungsgemäße HV-Batterie.
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Nachfolgend soll eine erfindungsgemäße HV-Batterie 2 am Beispiel einer Traktionsbatterie für ein in 1 dargestelltes Fahrzeug 1 erläutert werden. Die HV-Batterie 2 ist dabei im Heckbereich des Fahrzeugs 1 angedeutet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieser HV-Batterie 2 ist jedoch nicht auf den Einsatz in einem Fahrzeug 1 eingeschränkt.
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Das angedeutete Fahrzeug 1, welches beispielsweise als batterieelektrisches Fahrzeug 1 ausgebildet ist, umfasst neben der HV-Batterie 2 als für die hier vorliegende Erfindung noch relevantes System einen angedeuteten und mit 3 bezeichneten Kühlkreislauf, welcher einen Wärmetauscher 4 sowie eine Kühlmedienpumpe 5 umfasst. Neben eines solchen direkten Kühlkreislaufs wäre auch ein indirekter Kühlkreislauf mit Anschluss an eine Klimaanlage in dem Fahrzeug oder dergleichen denkbar. Für die Erläuterung der HV-Batterie 2 in ihrer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es lediglich notwendig, dass ein extern der HV-Batterie 2 ausgeführter Kühlkreislauf 3 vorhanden ist. Dieser Fahrzeugkühlkreislauf 3 wird deshalb nachfolgend auch als externer Kühlkreislauf 3 bezeichnet.
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In der Darstellung der 2 ist die HV-Batterie 2 nochmals einzeln dargestellt. Links in der Darstellung der 2 ist eine mit 6 bezeichnete Zuleitung aus dem externen Kühlkreislauf 3 und darunter eine Ableitung 7 in den externen Kühlkreislauf 3 dargestellt. Ein flüssiges Kühlmedium wird von dem externen Kühlkreislauf 3 über die Zuleitung 6 bereitgestellt und gelangt im Bereich einer Schnittstelle 8 in die HV-Batterie 2. Dann fließt das Kühlmedium durch gestrichelt angedeutete Leitungen 9 für das Kühlmedium innerhalb der HV-Batterie 2 bzw. ihres mit 10 bezeichneten Gehäuses und dient zur Kühlung der Batterieeinzelzellen wenigstens eines hier nicht näher dargestellten Batteriemoduls. Das mit der Abwärme der Batteriemodule beladene Kühlmedium strömt dann über eine mit 11 bezeichnete Ausgangsschnittstelle und die Ableitung 7 zurück in den externen Kühlkreislauf 3 und wird hier, beispielsweise über den Wärmetauscher 4 in der Darstellung der 1, abgekühlt.
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Um für den Fall einer notwendigen Demontage der HV-Batterie 2 von dem Fahrzeug 1 das in den Leitungen 9 befindliche Kühlmedium einzuschließen, um so eine Korrosion innerhalb dieser Leitungen 9 zu verhindern, sind im Bereich der beiden Schnittstellen 8, 11 jeweils Ventileinrichtungen 12, 13 in der Darstellung der 2 schematisch angedeutet. Diese Ventileinrichtungen 12, 13 können nun beispielsweise manuell verschlossen werden, um das Kühlmedium im inneren der HV-Batterie 2, also in den Leitungen 9, einzuschließen. Im Anschluss kann der externe Kühlkreislauf 3 entleert und die HV-Batterie 2 von Fahrzeug 1 demontiert werden. Sie kann dann mit dem in ihr eingeschlossenen Kühlmedium beliebig lange gelagert und/oder transportiert werden, ohne dass hier die Gefahr einer Korrosion besteht, oder dass aufwändige Maßnahmen wie beispielsweise ein zuverlässiges Trocknen der Leitungen 9 in der HV-Batterie 2 notwendig werden.
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Vorzugsweise ist es dabei so, dass die Schnittstellen 8, 11 und insbesondere die Ventileinrichtungen 12, 13 in das Gehäuse 10 der HV-Batterie 2 vollständig integriert ausgebildet sind. Damit wird die Gefahr einer Beschädigung der Ventileinrichtungen 12, 13 beim Handling der HV-Batterie 2 deutlich reduziert, was ein weiterer Sicherheitsvorteil ist.
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Neben den bereits angesprochenen manuell betätigbaren Ventileinrichtungen 12, 13 wäre es auch denkbar, die Ventileinrichtungen 12, 13 als selbsttätig agierende Ventileinrichtungen 12, 13 auszubilden. In der Darstellung der 3 ist eine solche Ventileinrichtung 12, 13, welche selbsttätig agiert, prinzipiell dargestellt. Das Kühlmedium strömt dabei in der Darstellung der 3 von links zu der Ventileinrichtung 12, 13, wie es durch den Pfeil angedeutet ist. Ein Ventilkörper 15 wird dann von dem Druck des anströmenden Kühlmediums von dem Ventilsitz 16 abgehoben, sodass hier prinzipiell die Funktion eines Rückschlagventils vorliegt. Dieses wird zusätzlich mit einer Feder 14 belastet, um so ab einem bestimmten durch die Federkraft der Feder 14 definierten Drucks selbsttätig zu schließen. Damit kann erreicht werden, dass bei einer Durchströmung der Leitungen 9 durch das Kühlmedium aus dem externen Kühlkreislauf 3 die Ventileinrichtungen 12, 13 öffnen, sodass die Durchströmung mit dem Kühlmedium ermöglicht wird. Wird die Strömung des Kühlmediums in dem externen Kühlkreislauf 3 nicht weiter aufrechterhalten, beispielsweise weil die Kühlmedienpumpe 5 abgeschaltet wird, dann sinkt der auf den Ventilkörper 15 der Ventileinrichtung 12, 13 wirkende Druck, sodass dieser durch die Feder 14 in den Ventilsitz 16 gepresst wird, und den Aufbau abdichtet. Dies funktioniert dabei sowohl im Bereich der Eingangsschnittstelle 8 als auch der Ausgangsschnittstelle 11, wobei insbesondere im Bereich der Ausgangsschnittstelle 11 die Feder 14 zwingend notwendig ist. Im Bereich der Eingangsschnittstelle könnte auf diese auch verzichtet werden, solange ein gewisser Überdruck in dem Kühlmedium innerhalb der Leitungen 9 gegenüber dem Druck in der Umgebung nach der Demontage der HV-Batterie 2 vorliegt.
