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Die Erfindung betrifft eine Flutungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Fluten zumindest eines Teils eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs mit einem von mindestens einer Löschmittelquelle bereitgestellten Löschmittel, wobei die Flutungsanordnung eine Flutungseinrichtung und den Energiespeicher umfasst, der mehrere Energiespeichereinheiten aufweist, wobei die Flutungseinrichtung dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem detektierten Fehlerfall des Energiespeichers das bereitgestellte Löschmittel selektiv in zumindest eine der Energiespeichereinheiten über eine der zumindest einen Energiespeichereinheit zugeordnete Eintrittsöffnung einzuleiten. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Fluten zumindest eines Teils eines Energiespeichers.
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Aus dem Stand der Technik sind Flutungssysteme oder Löschsysteme zum Löschen eines Brands eines Energiespeichers, insbesondere einer Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs, bekannt. Gemäß solchen Löschsystemen können Löschmittel dem Energiespeicher zugeführt werden, zum Beispiel die Hochvolt-Batterie mit Wasser geflutet werden. Dieser Kühl- oder Löschvorgang bezieht sich dabei üblicherweise auf den Energiespeicher als Ganzes. Entsprechend wird hierfür auch eine enorme Menge an Löschmittel benötigt, da bei ganzheitlicher Flutung eines solchen Energiespeichers ein entsprechend erhöhter Kühlfluidbedarf besteht. Außerdem ist es dann erforderlich, dass ein solches Löschmittel von einer fahrzeugexternen Löschmittelquelle bereitgestellt wird, zum Beispiel durch Anschließen eines Feuerwehrschlauchs. Ist der Bezug über eine externe Löschmittelquelle nicht möglich, so ist die Verwendung eines fahrzeuginternen Kühlfluids denkbar, welches jedoch dann nur in extrem geringer Menge vorliegt, da typischerweise in einem Kraftfahrzeug aufgrund des begrenzten Bauraums keine großen Mengen an Kühl- oder Löschmittel gespeichert werden können. Derartige geringe fahrzeuginterne Mengen an Kühlfluid sind in der Regel nicht ausreichend für eine Löschung eines Batteriebrands. Wird zudem der komplette Hochvolt-Speicher geflutet, so ist dieser entsprechend auch komplett defekt.
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Die
EP 3 733 247 A1 beschreibt ein Brandunterdrückungssystem mit einer Branderkennungsvorrichtung und einem Löschmittelbehälter zum Bevorraten eines Löschmittels, und einem durch die Branderkennungsvorrichtung steuerbaren Ventil. Weiterhin umfasst dieses System eine über fluidführende Leitungen mit dem Ventil verbindbare Düse zum Freisetzen des Löschmittels, wobei das mindestens eine Ventil als ein Bereichsventil ausgestaltet ist und für eine selektive Löschung und/oder Kühlung von Batteriezellen, insbesondere des Batteriesystems, durch die Branderkennungsvorrichtung ansteuerbar ist. Dabei kann das Löschmittel selektiv in einzelne Module des Batteriesystems eingeleitet werden.
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Eine selektive Löschung hat im Gegensatz zur Flutung der gesamten Batterie den Vorteil, dass einerseits weniger Löschmittel benötigt wird und andererseits nicht gleich die gesamte Batterie zerstört wird. Andererseits ist die Lösch- und Kühleffizienz im Gegensatz zur Flutung des gesamten Energiespeichers dennoch vermindert. Wünschenswert wäre es also, die Kühl- und Löscheffizienz steigern zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flutungsanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, einem Batteriebrand oder einem aufkeimenden Batteriebrand auf möglichst effiziente Weise entgegenzuwirken.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flutungsanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Flutungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Fluten zumindest eines Teils eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs mit einem von mindestens einer Löschmittelquelle bereitgestellten Löschmittel weist eine Flutungseinrichtung und den Energiespeicher auf, der mehrere Energiespeichereinheiten umfasst, wobei die Flutungseinrichtung dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem detektierten Fehlerfall des Energiespeichers das bereitgestellte Löschmittel selektiv in zumindest eine der Energiespeichereinheiten über eine der zumindest einen Energiespeichereinheit zugeordneten Eintrittsöffnung einzuleiten. Daher ist die Flutungsanordnung derart ausgestaltet, dass die zumindest eine der Energiespeichereinheiten bei Einleitung des Löschmittels von diesem durchströmbar ausgebildet ist und das Löschmittel aus einer von der Eintrittsöffnung verschiedenen Austrittsöffnung der zumindest einen Energiespeichereinheit ausleitbar ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass sich die Kühl- und Löscheffizienz durch ein Durchströmen einer Energiespeichereinheit im Gegensatz zu einem reinen Fluten einer solchen Energiespeichereinheit mit Löschmittel deutlich steigern lässt. Durch das die Energiespeichereinheit im Fehlerfall durchströmende Löschmittel kann demnach deutlich mehr Wärme aufgenommen und vor allem deutlich effizienter abtransportiert werden, als wenn ein Löschmittel lediglich in eine solche Energiespeichereinheit eingeleitet werden würde. Außerdem lässt sich hierdurch vor allem die lokal in einer Energiespeichereinheit beim thermischen Durchgehen dieser Energiespeichereinheit entstehende Wärme vom Ort der Entstehung wegtransportieren und damit auch deutlich effizienter von den anderen benachbarten Energiespeichereinheit bzw. Zellen wegführen. Mit anderen Worten kann durch das die Energiespeichereinheit durchströmende Löschmittel eine deutlich bessere thermische Barriere zu benachbarten Energiespeichereinheiten bereitgestellt werden, als wenn ein Löschmittel lediglich in die Energiespeichereinheit eingefüllt wird. Gerade in Kombination mit der selektiven Einleitungsmöglichkeit in einzelne Energiespeichereinheiten, kann so insgesamt eine Flutungsanordnung bereitgestellt werden, die einerseits mit geringen Mengen an Löschmittel auskommen kann, dieses gezielt dort einsetzen kann, wo es benötigt wird, nämlich in der thermisch durchgehenden Energiespeichereinheit, wobei gleichzeitig die Kühl- und Löscheffizienz durch die Möglichkeit der Durchströmung der Energiespeichereinheiten deutlich gesteigert werden kann. Damit lässt sich insgesamt ein besonders effizientes und wirksames Flutungssystem durch die Flutungsanordnung bereitstellen.
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Bei der Löschmittelquelle kann es sich, wie später noch näher erläutert, um eine fahrzeugexterne Löschmittelquelle handeln, aber auch um eine fahrzeuginterne Löschmittelquelle. Durch die selektive Flutungsmöglichkeit einzelner Energiespeichereinheiten sowie durch die effiziente Durchströmungsmöglichkeit solcher Energiespeichereinheiten kann entsprechend auch mit geringen Mengen an fahrzeuginternem Löschmittel eine wirksame Brandbekämpfung erfolgen. Die Flutungseinrichtung kann zum Beispiel eine Leitung oder ein Leitungssystem oder ein Kanalsystem oder ähnliches umfassen, um das Löschmittel den gewünschten Energiespeichereinheiten über ihre jeweiligen zugeordneten Eintrittsöffnungen zuzuführen. Dabei können die Eintrittsöffnungen so ausgestaltet sein, dass diese im Normalfall verschlossen sind und nur im Flutungsfall geöffnet sind. Dass das bereitgestellte Löschmittel selektiv in zumindest eine der Energiespeichereinheiten einleitbar ist, soll dabei insbesondere so verstanden werden, dass die einzelnen Energiespeichereinheiten unabhängig voneinander durch das Löschmittel geflutet werden können. Dabei wird insbesondere diejenige Energiespeichereinheit mit dem Löschmittel geflutet, die als ursächlich für den detektierten Fehlerfall detektiert wurde. Mit anderen Worten kann die Energiespeichereinheit, die geflutet wird, diejenige sein, die thermisch durchgeht beziehungsweise diejenige, die eine thermisch durchgehende Batteriezelle umfasst. Sind mehrere Energiespeichereinheiten Ursache des Fehelfalls, so können auch mehrere Energiespeichereinheiten gleichzeitig geflutet werden.
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Entsprechend ist es bevorzugt, dass unter einem detektierten Fehlerfall des Energiespeichers ein thermisches Durchgehen zumindest einer der Batteriezellen des Energiespeichers detektiert wird. Dies kann durch eine Temperaturerhöhung über einen vorbestimmten Schwellwert detektiert werden und/oder durch einen Gasaustritt aus einer der Batteriezellen und/oder durch eine Druckerhöhung innerhalb eines Gehäuses des Energiespeichers und/oder durch eine Kurzschlussdetektionseinheit oder ähnliches. Beispielsweise kann auch ein Fehlerfall angenommen werden, wenn die Detektionseinrichtung einen Unfall des Kraftfahrzeugs, in welchem die Flutungsanordnung Anwendung findet, detektiert. Bevorzugt ist es dabei, dass ein solcher Fehlerfall nicht nur detektiert werden kann, sondern auch lokalisiert werden kann, insbesondere in dem Sinne, dass mindestens eine der mehreren Energiespeichereinheiten als Ursache für den detektierten Fehlerfall identifiziert werden kann. Dann kann entsprechend die Flutungseinrichtung gezielt diese eine oder auch mehrere Energiespeichereinheiten mit dem Löschmittel fluten. Andere Energiespeichereinheiten, die entsprechend nicht als Ursache für den detektierten Fehlerfall identifiziert wurden, müssen nicht geflutet werden. Entsprechend können ihre zugeordneten Eintrittsöffnungen auch verschlossen bleiben. Welche der Energiespeichereinheiten also mit dem Löschmittel geflutet wird, kann in Abhängigkeit von einer Lokalisierung des detektierten Fehlerfalls erfolgen.
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Der Energiespeicher kann zum Beispiel als Hochvolt-Energiespeicher, insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. Die Energiespeichereinheiten sowie ihre zugeordneten Eintritts- und Austrittsöffnungen können dabei gleichartig ausgestaltet sein. Daher sollen die im Folgenden mit Bezug auf die zumindest eine Energiespeichereinheit beschriebenen weiteren Merkmale in gleicher Weise auch für alle übrigen vom Energiespeicher umfassten Energiespeichereinheiten gelten können. Denkbar wäre es aber auch, dass die Energiespeichereinheiten unterschiedlich ausgestaltet sind, wenngleich dies auch weniger bevorzugt ist. Bei dem Löschmittel handelt es sich bevorzugt um eine Löschflüssigkeit, es kann aber auch ein Löschgas verwendet werden. Beispielsweise kann Wasser als Löschmittel verwendet werden, insbesondere wenn das Löschmittel durch eine kraftfahrzeuginterne Löschmittelquelle bereitgestellt wird. Das durch die Flutungseinrichtung bereitgestellte Leitungssystem zur Leitung des Löschmittels kann dabei an die jeweiligen Eintrittsöffnungen der jeweiligen Energiespeichereinheiten separat angeschlossen sein, so dass ein in diesen Leitungen geführtes Löschmittel selektiv über die jeweiligen Eintrittsöffnungen in die Energiespeichereinheiten einführbar ist. Die Eintrittsöffnungen können so ausgestaltet sein, dass diese ansteuerbar sind, zum Beispiel durch eine Steuereinrichtung der Flutungsanordnung beziehungsweise der Flutungseinrichtung, oder sie können so ausgestaltet sein, dass diese selbsttätig bei detektiertem Fehlerfall öffnen. Beispielsweise können diese durch einen Verschluss verschlossen sein, der schmilzt, wenn die Temperatur einen Schwellwert überschreitet. Dadurch werden die Öffnungen automatisch freigegeben, zum Beispiel sobald sich eine Energiespeichereinheit im Zuge eines thermischen Durchgehens übermäßig stark erhitzt. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar, wie später noch näher erläutert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen die Energiespeichereinheiten Batteriemodule dar, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen können dabei als prismatische Batteriezellen, Pouchzellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Zudem können die Batteriezellen zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Bei den Energiespeichereinheiten handelt es sich in diesem Beispiel also um Batteriemodule. Damit sind Zellgruppen mit jeweils mehreren Batteriezellen selektiv flutbar. Dabei wird, wie oben bereits beschrieben, dasjenige Batteriemodul mittels des Löschmittels geflutet, welches die für den detektierten Fehlerfall ursächliche Batteriezelle umfasst. Gibt es mehrere Batteriemodule, die eine thermisch durchgehende Batteriezelle aufweisen, so können mehrere Batteriemodule gleichzeitig mittels der Flutungseinrichtung geflutet werden. Die restlichen Batteriemodule müssen dann nicht notwendigerweise mit Löschmittel kontaminiert werden und können gegebenenfalls trotz Brandlöschung intakt bleiben. Gegebenenfalls ist sogar eine Weiterfahrt mit dem Fahrzeug, zumindest temporär unter Nutzung der noch intakten Batteriemodule möglich.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften und bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stellt jede der Energiespeichereinheiten eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuse dar, in welche das Löschmittel einleitbar ist. Das Löschmittel kann also nicht nur in ein Modulgehäuse mit mehreren Batteriezellen eingeleitet werden und dieses durchströmen und dabei die Batteriezellen dieses Batteriemoduls umströmen, sondern das Löschmittel kann direkt in das Zellgehäuse einer solchen Batteriezelle oder auch mehreren Batteriezellen gleichzeitig eingeleitet werden. Damit werden also die Batteriezellen selbst durchströmt. Dadurch gestaltet sich der Lösch- und Kühlvorgang noch deutlich effizienter. Zudem ist es hierbei möglich, mit noch weniger Löschmittel auszukommen, da beispielsweise auch lediglich eine einzelne thermisch durchgehende Zelle mit dem Löschmittel beaufschlagt und durchströmt werden kann. Auch ist es möglich, den durch den Löschvorgang verursachten Schaden auf ein Minimum zu reduzieren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Löschmittel dabei über einen Gasabführkanal zum Abführen von aus einer jeweiligen Batteriezelle im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle austretenden Gases einleitbar, wobei die Eintrittsöffnung einer jeweiligen Batteriezelle durch eine im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle freigebbare Entgasungsöffnung, die an einen Gasabführkanal angeschlossen ist, bereitgestellt ist. Mit anderen Worten ist also ein Gasabführkanal bereitgestellt, der an jeweilige Entgasungsöffnungen der jeweiligen Batteriezellen des Energiespeichers angeschlossen ist. Kommt es zu einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen, so tritt das in dieser Batteriezelle entstehende Gas aus der Batteriezelle aus ihrer Entgasungsöffnung aus, die zum Beispiel als Berstmembran ausgestaltet sein kann, und gelangt damit automatisch in den Gasabführkanal, über welchen das Gas entsprechend abgeführt werden kann, insbesondere aus dem Energiespeicher und auch aus dem Kraftfahrzeug. Da also jede Batteriezelle ohnehin mit ihrer Entgasungsöffnung an einen solchen Gasabführkanal angeschlossen ist, lässt sich ein solcher Gasabführkanal umgekehrt vorteilhafterweise auch nutzen, um gezielt einzelnen Batteriezellen das Löschmittel zur Durchströmung dieser Batteriezellen zuführen zu können. Die Löschmittelzufuhr kann dabei erfolgen, nachdem eine betreffende Batteriezelle bereits thermisch durchgegangen ist. In diesem Fall hat sich ihre Entgasungsöffnung bereits durch das ausströmende Gas geöffnet. Wird nun das Löschmittel in den Gasabführkanal eingeleitet, was zum Beispiel über ein entsprechendes Ventil mittels der Flutungseinrichtung gesteuert werden kann, so gelangt dieses Löschmittel gezielt in die betroffene Batteriezelle, die also thermisch durchgegangen ist, da nur deren Entgasungsöffnung geöffnet ist. Somit kann das Löschmittel gezielt in thermisch durchgehende Batteriezellen geleitet werden. Vorteilhafterweise muss hier also kein separates Löschmittelleitungssystem vorgesehen werden, sondern es kann eine bestehende Struktur, nämlich der Gasabführkanal oder die Gasabführkanäle genutzt werden, die damit eine Doppelfunktion erfüllen können, wodurch Kosten und Bauraum gespart werden kann.
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Nichts desto weniger ist es dennoch denkbar, dass die Zellen mit ihren Eintrittsöffnungen an ein separates durch die Flutungseinrichtung bereitgestelltes Leitungssystem angeschlossen sind, über welche die Zellen gezielt und selektiv geflutet werden können. Die Eintrittsöffnungen können dann zum Beispiel durch elektrisch steuerbare Ventile oder Rückschlagventile oder ähnliches bereitgestellt sein. Auch können diese als passiv öffnende Eintrittsöffnungen ausgestaltet sein, zum Beispiel mit einem ab einer bestimmten Schwelltemperatur schmelzenden Verschluss, wie oben bereits beschrieben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Austrittsöffnung der zumindest einen der Energiespeichereinheiten so ausgestaltet, dass das in die zumindest eine Energiespeichereinheit geführte Löschmittel durch die Austrittsöffnung in eine unmittelbare Umgebung der zumindest einen Energiespeichereinheit leitbar ist, insbesondere in ein vom Energiespeicher umfasstes Gehäuse, in welchem die zumindest eine Energiespeichereinheit angeordnet ist und welches eine freigebbare Austrittsöffnung zum Ableiten des Löschmittels aus dem Gehäuse aufweist. Stellt die Energiespeichereinheit eine Batteriezelle dar, so kann es sich bei diesem Gehäuse um ein Modulgehäuse des Batteriemoduls, welches die Batteriezelle umfasst, handeln, oder auch um ein Gesamt-Batteriegehäuse, in welchem mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen aufgenommen sind. Handelt es sich bei der Energiespeichereinheit beispielsweise selbst um ein ganzes Batteriemodul mit mehreren Zellen, so handelt es sich bei dem Gehäuse um das Gesamt-Batteriegehäuse, in dem auch andere Batteriemodule aufgenommen sind. In diesem Beispiel tritt das selektiv einer Energiespeichereinheit zugeführte Löschmittel beim Austreten aus der Austrittsöffnung dieser Energiespeichereinheit auch mit anderen Energiespeichereinheiten im gleichen Gehäuse in Kontakt. Wenngleich es hierdurch auch zu einer Beschädigung der anderen Energiespeichereinheiten durch den Kontakt mit dem Löschmittel, welches vorzugsweise durch eine Flüssigkeit bereitgestellt ist, kommen kann, so hat es sich jedoch gezeigt, dass die Kühl- und Löscheffizienz deutlich gesteigert werden kann, wenn nicht nur die initial vom thermischen Durchgehen betroffene Energiespeichereinheit geflutet und durchspült wird, sondern auch die anderen Energiespeichereinheiten mit dem Löschmittel umspült werden und dadurch zusätzlich gekühlt werden. Dies schafft eine zusätzliche thermische Barriere zu den anderen Energiespeichereinheiten und verringert die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Übergreifens und damit die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Propagation. Ein Batteriebrand lässt sich dadurch deutlich effizienter eindämmen oder löschen oder sogar verhindern. Das Gehäuse, sei es das Modulgehäuse oder das Gesamt-Batteriegehäuse, kann dann entsprechend über eine eigene Austrittsöffnung verfügen, über welche das Löschmittel dann letztendlich aus dem Gehäuse ausleitbar ist. Diese Austrittsöffnung kann ebenfalls als Berstelement ausgebildet sein, welches ab einem vorbestimmten Druck nachgibt und sich öffnet. Auch die Ausbildung als Überdruckventil bzw. Rückschlagventil oder ähnliches ist denkbar. Dabei ist es bevorzugt, dass die Austrittsöffnung des Gehäuses in einem bezüglich der Schwerkraft oberen Bereich, insbesondere einer oberen Hälfte oder eines oberen Viertels des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das aus den Austrittsöffnungen der Energiespeichereinheiten austretende Löschmittel nicht sofort auch das Gehäuse über dessen Austrittsöffnung verlässt, sondern sich zunächst im Gehäuse sammelt und dadurch die anderen Energiespeichereinheiten kühlt, bevor dieses letztendlich das Gehäuse aus dessen Austrittsöffnung verlässt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Austrittsöffnung der zumindest einen Energiespeichereinheit, die eine Batteriezelle darstellt, durch eine bei einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle oder durch einen Fluiddruck des in die Batteriezelle eingeleiteten Löschmittels entstehenden Perforation des Zellgehäuses der Batteriezelle bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen ansteuerbaren Ventile oder anderweitig freigebbare Austrittsöffnungen in den Zellen vorgesehen werden müssen. Die Zellen beziehungsweise die Zellgehäuse können so ausgestaltet sein, dass es bei einem thermischen Durchgehen einer solchen Zelle automatisch zu Perforationen im Zellgehäuse kommt, durch welche dann das eingeleitete Kühlmittel als Austrittsöffnung austreten kann. Um sicherzustellen, dass es zu solchen Perforationen kommt, kann die Batteriezelle mit entsprechenden Schwachstellen im Zellgehäuse ausgebildet werden, die von der oben genannten freigebbaren Zellentgasungsöffnung verschieden sind, und insbesondere für höhere Drücke ausgelegt sind als die oben genannte freigebbare Zellentgasungsöffnung. Dadurch kann erreicht werden, dass das beim thermischen Durchgehen aus der Zelle austretende Gas primär durch die Zellentgasungsöffnung austritt und nicht durch solche Perforationen. Dies ermöglicht damit eine sichere Gasableitung. Die Schwachstellen können auch so ausgeführt sein, dass diese erst im Zuge der Flutung der Zellen mit dem Kühlmittel zu Perforationen führen, insbesondere bedingt durch den Kühlmitteldruck des zugeführten Kühlmittels.
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Des Weiteren kann es auch vorgesehen sein, dass die Austrittsöffnung der zumindest einen Energiespeichereinheit als ein Ventil ausgebildet ist, insbesondere als ein steuerbares Ventil oder als ein Rückschlagventil. Das Ventil kann dann zum Beispiel als elektrisch steuerbares Ventil ausgebildet sein. Im Falle eines Rückschlagventils ist es bevorzugt, dass dieses so ausgelegt ist, dass es den durch ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle verursachten Gasdruck standhalten kann. Dies hat die gleichen Vorteile wie oben bezüglich der Schwachstellen im Zellgehäuse bereits beschrieben. Das Gas kann entsprechend primär durch die Zellentgasungsöffnungen abgeleitet werden und nicht über das Rückschlagventil. Das zugeführte Kühlmittel dagegen kann die betreffende Zelle oder Energiespeichereinheit durchströmen und dann über dieses Ventil die Energiespeichereinheit wieder verlassen. Ist das Ventil als steuerbares Ventil ausgestaltet, so kann entsprechend die Flutungseinrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, um die einzelnen Ventile selektiv anzusteuern, je nach Lokalisation des thermischen Events.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Austrittsöffnung über eine Fluidleitung mit einer Gehäuseaustrittsöffnung des Gehäuses, insbesondere eines Gesamt-Batteriegehäuses, in welchem die zumindest eine Energiespeichereinheit angeordnet ist, verbunden, wobei ein Inneres der Fluidleitung fluidisch von einem restlichen Inneren des Gehäuses räumlich separiert ist. Die Fluidleitung kann als Fluidkanal und/oder Rohr und/oder Schlauch ausgebildet sein.
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Dadurch kann also verhindert werden, dass das aus der Energiespeichereinheit wieder abgeführte Kühlmittel mit den anderen Energiespeichereinheiten in Kontakt kommt, da das Kühlmittel über die Fluidleitung aus dem Gehäuse herausgeleitet werden kann und damit nicht in das restliche Innere des Gehäuses gelangen kann, in welchem die Energiespeichereinheit und auch die übrigen Energiespeichereinheiten des Energiespeichers angeordnet sind. Dadurch kann verhindert werden, dass es auch bei den übrigen Energiespeichereinheiten zu einem Defekt kommt.
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Weiterhin ist es auch denkbar, dass das Löschmittel gezielt in eine betroffene thermisch durchgehende Batteriezelle eingeführt wird, insbesondere über deren Eintrittsöffnung, entsprechend über deren Austrittsöffnung wieder nach Durchströmen der Zelle herausgeführt wird, dabei in das Modulgehäuse, in welchem die Batteriezelle angeordnet ist, eintritt, mit den übrigen Batteriezellen in Kontakt tritt und diese umströmt, und dann über eine entsprechende Austrittsöffnung im Modulgehäuse herausgeführt wird, und zwar aus dem Gesamt-Batteriegehäuse über eine entsprechende Fluidleitung heraus, so dass das aus dem Modulgehäuse herausgeführte Kühlmittel nicht mit den Zellen der übrigen Batteriemodule in Kontakt tritt. Somit kann die betroffene Batteriezelle gezielt durchspült werden, das die betroffene Batteriezelle umfassende Modul ebenfalls, alle übrigen Batteriemodule werden aber nicht mit dem Kühlmittel kontaminiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Flutungsanordnung einen Anschluss zum Anschließen einer externen Löschmittelquelle auf, insbesondere wobei über den Anschluss im Falle eines elektrischen Ladens des Energiespeichers ein Kühlfluid zum Kühlen eines kraftfahrzeuginternen Kühlkreislaufs, der eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Energiespeichers aufweist, kühlbar ist, insbesondere über einen Wärmetauscher, wobei das über den Anschluss zugeführte Kühlfluid über einen vom Kraftfahrzeug umfassten Abführanschluss nach Durchlaufen des Wärmetauschers aus dem Kraftfahrzeug abführbar ist. Grundsätzlich ist es also möglich, dem Kraftfahrzeug, welches die Flutungsanordnung umfasst, ein Löschmittel über eine externe Löschmittelquelle zuzuführen. Zu diesem Zweck stellt die Flutungsanordnung also einen entsprechenden Anschluss bereit. Dieser kann zum Beispiel auch als Anschluss für einen Feuerwehrschlauch ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein weiterer Anschluss vorgesehen sein, der zum Beispiel im Bereich einer Ladedose angeordnet ist, und bei einem Ladevorgang zum Kühlen der Batterie genutzt werden kann. Zu diesem Zweck kann dem Kraftfahrzeug, zum Beispiel durch eine kraftfahrzeugexterne Ladesäule Kühlmittel zugeführt werden, dieses durchläuft einen fahrzeuginternen Wärmetauscher und kühlt dadurch den fahrzeuginternen Kühlkreislauf und wird dann wieder nach Durchlaufen des Wärmetauschers über den Abführanschluss an die Ladestation beziehungsweise Ladesäule abgeführt. Im Notfall kann dieser Teilkreislauf, der also über den Wärmetauscher mit dem fahrzeuginternen Kühlkreislauf gekoppelt ist, zum Beispiel über einen Bypass direkt mit der Flutungseinrichtung beziehungsweise dem Leitungssystem der Flutungseinrichtung fluidisch verbunden werden, zum Beispiel durch eine entsprechende Ventilschaltung, so dass das von der Ladesäule zugeführte Kühlmittel als Löschmittel zum Löschen oder Kühlen und insbesondere zum Durchströmen der Energiespeichereinheiten wie beschrieben genutzt werden kann. Dadurch können, falls die Möglichkeit besteht, große Mengen an Löschmittel zum Löschen oder Kühlen des Energiespeichers im Notfall bereitgestellt werden. Damit gestaltet sich der Löschvorgang deutlich effizienter als zum Beispiel durch die Verwendung fahrzeuginterner Medien, die typischerweise nur in geringen Mengen vorliegen.
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Nichts desto weniger kann es aber auch sein, dass zum Zeitpunkt dass der Fehlerfall des Energiespeichers detektiert wird, das Kraftfahrzeug gerade nicht mit einer solchen Ladestation gekoppelt ist und auch keine Feuerwehr vor Ort ist, um einen Feuerwehrschlauch an den Notanschluss anzuschließen.
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Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Löschmittelquelle eine kraftfahrzeuginterne Löschmittelquelle darstellt, also insbesondere vom Fahrzeug umfasst ist, i wobei vorzugsweise das Fahrzeug einen kraftfahrzeuginternen Kühlkreislauf aufweist, der eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Energiespeichers aufweist, die von einem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei das Kühlmittel als Löschmittel aus der Kühleinrichtung selektiv in die zumindest eine Energiespeichereinheit einleitbar ist. Die Kühleinrichtung kann zum Beispiel als Kühlplatte ausgeführt sein, die direkt an die Batteriemodule bzw. Batteriezellen angrenzt. Die Kühlplatte kann mit einer freigebbaren Öffnung pro Energiespeichereinheit, vorzugsweise mindestens eine freigebbare Öffnung pro Batteriemodul ausgestaltet sein, z.B. in Form eines ansteuerbaren Ventils, über welche dann entsprechend selektiv das Löschmittel in das oder die betroffenen Batteriemodule aus der Kühlplatte eingeleitet werden kann. Es kann aber auch ein separates kraftfahrzeuginternes Löschmittelreservoir bereitgestellt sein, aus welchem das Löschmittel bezogen werden kann, insbesondere zusätzlich oder alternativ.
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Somit kann also vorteilhafterweise auch ein fahrzeuginternes Löschmittel zum Löschen oder Entgegenwirken eines Batteriebrands verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es zudem, dass beide Varianten miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise kann die Flutungseinrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist zu überprüfen, ob aktuell am oben beschriebenen Anschluss zum Koppeln mit einer fahrzeugexternen Kühlmittelquelle eine solche fahrzeugexterne Kühlmittelquelle angeschlossen ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so kann zunächst die vorhandene fahrzeuginterne Löschmittelquelle verwendet werden, um das von dieser umfasste Löschmittel in die zumindest eine Energiespeichereinheit zum Durchströmen dieser einzuleiten. Sobald die Feuerwehr vor Ort ist, und beispielsweise einen Feuerwehrschlauch an den externen Anschluss des Kraftfahrzeugs anschließt oder anderweitig eine fahrzeugexterne Löschmittelquelle bereitgestellt wird, kann die Steuereinrichtung umschalten, zum Beispiel durch eine entsprechende Ventilansteuerung, um stattdessen nunmehr das von dieser externen Löschmittelquelle bereitgestellte Löschmittel zum Durchströmen der zumindest einen Energiespeichereinheit zu verwenden. Dadurch kann auch in Abwesenheit einer Ladesäule oder einer Feuerwehr frühzeitig ein Löschvorgang eingeleitet werden und bereits temporär effizient zumindest ein Teil des Energiespeichers gekühlt und durchströmt werden. Dieser Löschvorgang kann dann entsprechend bei Vorhandensein einer externen Löschmittelquelle fortgesetzt werden, und noch effizienter durch die dann vorhandenen, noch größeren Mengen an Löschmittel durchgeführt werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Flutungsanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Fluten zumindest eines Teils eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einem von mindestens einer Löschmittelquelle bereitgestellten Löschmittel, wobei der Energiespeicher mehrere Energiespeichereinheiten aufweist, und wobei eine Flutungseinrichtung in Abhängigkeit von einem detektierten Fehlerfall des Energiespeichers das bereitgestellte Löschmittel selektiv in zumindest eine der Energiespeichereinheiten über eine der zumindest einen Energiespeichereinheit zugeordneten Eintrittsöffnung einleitet. Dabei wird die zumindest eine der Energiespeichereinheiten bei Einleitung des Löschmittels von diesem durchströmt und das Löschmittel wird aus einer von der Eintrittsöffnung verschiedenen Austrittsöffnung der zumindest einen der Energiespeichereinheiten ausgeleitet.
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Die für die erfindungsgemäße Flutungsanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flutungsanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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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.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Flutungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Flutungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Flutungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Flutungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Flutungsanordnung 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10, insbesondere die Flutungsanordnung 12, weist dabei einen Energiespeicher in Form einer Hochvolt-Batterie 14 auf. Die Hochvolt-Batterie 14 umfasst in diesem Beispiel mehrere Batteriezellen 16. Diese sind in einem Batteriegehäuse 18, insbesondere einem Gesamt-Batteriegehäuse 18, des Energiespeichers 14 angeordnet. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Kühleinrichtung 20 zum Kühlen der Batterie 14. Die Kühleinrichtung 20 umfasst in diesem Beispiel eine obere Kühlplatte 22 und eine untere Kühlplatte 24. Prinzipiell ist auch nur eine einzelne Kühlplatte 22, 24 denkbar. Die Kühleinrichtung 20 wird dabei durch einen fahrzeuginternen Kühlkreislauf 26 gespeist. Im vorliegenden in 1 dargestellten Beispiel ist nur eine Kühlplatte 24, in diesem Beispiel die untere, in den Kühlkreislauf 26 eingebunden. Die optionale Weitere Kühlplatte 22 kann in den Kühlkreislauf 26 durch geeignete, vorliegend nicht dargestellte Ventile zu und wegschaltbar sein. Im später näher zu 2 beschriebenen Beispiel ist auch die zweite Kühlplatte 22 zusammen mit der ersten Kühlplatte 24 in den Kühlkreislauf 26 eingebunden.
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Als Kühlmittel kann dabei Wasser oder ein wasserbasiertes Kühlmittel, zum Beispiel Wasser mit Zusätzen, verwendet werden, welches diesen Kühlkreislauf 26 durchströmt. Das Kühlmittel kann dabei mittels einer Kühlmittelpumpe, die vorliegend nicht dargestellt ist, durch den Kühlkreislauf 26 gepumpt werden. Der Kühlkreislauf 26 lässt sich dabei nicht nur zum Kühlen der Batterie 14, sondern unter Umständen auch zum Beheizen der Batterie 14 verwenden.
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Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 10 eine Ladedose 28 mit einem Ladeanschluss 30 auf, der mit einer kraftfahrzeugexternen Energiequelle zum Laden des Energiespeichers 14 gekoppelt werden kann. Im Bereich dieser Ladedose 28 sind zudem noch zwei Anschlüsse 32, 34 angeordnet. Über diese kann dem Kraftfahrzeug 10 durch eine fahrzeugexterne Kühlmittelquelle, zum Beispiel durch die Ladesäule, an welcher das Kraftfahrzeug 10 zum Laden des Energiespeichers 14 gerade angeschlossen ist, zu- und abgeführt werden kann. Mit anderen Worten kann von einer Ladesäule beispielsweise ein Kühlmittel bereitgestellt werden, welches über den Zuführanschluss 32 dem Kraftfahrzeug 10 zugeführt werden kann, welches entsprechend einen fahrzeuginternen Wärmetauscher 36 durchströmt und über diesen den fahrzeuginternen Kühlkreislauf 26 kühlt, und nach Durchlaufen des Wärmetauschers 36 wieder über den Abführanschluss 34 an die Ladesäule abgeführt werden kann. Dadurch können höhere Ladeleistungen erzielt werden, da eine zusätzliche Wärmeabfuhr an die Ladestation bereitgestellt werden kann. Weiterhin weist das Fahrzeug 10 in diesem Beispiel noch einen separaten Löschanschluss 38 auf. Über diesen kann zum Beispiel von der Feuerwehr ein Feuerwehrschlauch angeschlossen werden oder eine andere externe Löschmittelquelle, wobei auch dieses dem Fahrzeug 10 über den Anschluss 38 zugeführte Löschmittel in einem Notfall zum Löschen oder allgemein zum Entgegenwirken eines Batteriebrands des Energiespeichers 14 genutzt werden kann, wie dies nun im Folgenden beschrieben wird.
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Die einzelnen Zellen 16 weisen in diesem Beispiel jeweilige Eintrittsöffnungen 40 auf. Die Löschanordnung bzw. Flutungsanordnung 12, insbesondere die von dieser umfasste Löscheinrichtung 42 ist nun dazu ausgelegt, ein bereitgestelltes Löschmittel den Zellen 16 selektiv, und insbesondere unabhängig voneinander, über ihre jeweiligen Eintrittsöffnungen 40 zuzuführen. Die Flutungseinrichtung 42 kann zum Beispiel ein Leitungssystem 44 umfassen, in welches die Eintrittsöffnungen 40 eingebunden sind. In diesem Beispiel ist dieses Leitungssystem 44 mit einem weiteren Ventil 46, verbunden das alternativ auch eine Blende oder Bohrung sein kann bzw. zusätzlich eine solche aufweisen kann. Dieses erlaubt es beispielsweise auch, ein kraftfahrzeuginternes Löschmittelreservoir 47 als Löschmittelquelle zu verwenden, welches dem Leitungssystem 44, zum Beispiel über das Ventil 46 zugeführt werden kann. Dies ist von Vorteil, wenn zum Beispiel das Fahrzeug 10 gerade nicht an eine Ladestation mit Kühlmittelquelle angeschlossen ist oder aktuell kein Feuerwehrschlauch an den Zusatzanschluss 38 angeschlossen ist. Im Falle eines detektierten Fehlerfalls, insbesondere im Falle eines detektierten thermischen Durchgehens einer Zelle 16 kann somit, zumindest temporär zunächst, mit einem fahrzeuginternen Löschmittel 48 gekühlt beziehungsweise gelöscht werden.
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Besonders vorteilhaft ist es nun, dass die Flutungsanordnung 12 nun so ausgestaltet ist, dass eine oder mehrere von einem thermischen Event betroffene Zellen 16nicht nur gezielt durch das Löschmittel 48 geflutet werden können, sondern durchströmt werden können. Mit anderen Worten kann das einer Zelle 16 über die Eintrittsöffnung 40 zugeführte Löschmittel 48 über eine Austrittsöffnung 50 im Zellgehäuse der Zelle 16 wieder abgeführt werden. In diesem Beispiel handelt es sich bei diesen Austrittsöffnungen 50 einer Zelle 16 um Perforationen, die beim thermischen Durchgehen dieser Zelle 16 entstanden sind. Diese Austrittsöffnungen 50 können, wie nachfolgend noch näher beschrieben, aber auch anders ausgestaltet sein. In diesem Beispiel läuft ein entsprechendes, der Zelle 16 zugeführtes Löschmittel 48 über diese Austrittsöffnungen 50 in das Innere des Gehäuses 18. Dort umspült es die anderen vorhandenen Zellen 16 und kann über einen Auslass 52 im Gehäuse 18, zum Beispiel in Form eines Druckausgleichselements, welches eine entsprechende Öffnung im Gehäuse 18 freigibt, sobald ein bestimmter Mindestdruck überschritten ist, aus dem Gehäuse 18 austreten. Das aus dem Druckausgleichselement 52 austretende Löschmittel 48 läuft dann z.B. in eine Umgebung 54 des Kraftfahrzeugs 10 oder in einen Auffangbehälter des Kraftfahrzeugs 10.
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Ist nun beispielsweise am Zusatzanschluss 38 eine externe Löschmittelquelle angeschlossen, so kann dieses Löschmittel direkt der Flutungseinrichtung 42, insbesondere dem Leitungssystem 44 zugeführt werden, insbesondere anstelle des internen Löschmittels 48 aus dem internen Reservoir 47. Dazu kann das Ventil 46 also dann geschlossen werden.
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Vorteilhaft ist es vor allem auch, wenn zum Beispiel das Leitungssystem 44 durch ein Gasabführkanalsystem 56 des Energiespeichers 14 bereitgestellt ist. Dann kann es sich bei den Eintrittsöffnungen 40 beispielsweise gleichzeitig um so genannte Zellentgasungsöffnungen 58 der Zellen 16 handeln. Über solche Öffnungen kann in einer Zelle entstehendes Gas gezielt in die Umgebung 54 des Fahrzeugs 10 abgeleitet werden. Die Zellentgasungsöffnungen 58 können zum Beispiel als Berstmembranen ausgestaltet sein. Geht eine Zelle thermisch durch, so öffnet sich entsprechend ihre zugeordnete Berstmembran 58 und das Gas tritt über den Entgasungskanal 56 aus der Zelle 16 aus und wird aus dem Kraftfahrzeug 10 abgeführt. Wird nun gerade über dieses Kanalsystem 44 das Löschmittel 48 zugeführt, so kann dieses gezielt in die betroffene Zelle 16 eingeleitet werden, die thermisch durchgegangen ist.
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Aber auch das von einer externen Ladestation oder Energiequelle bereitgestellte Löschmittel beziehungsweise Kühlmittel kann zum Löschen des Energiespeichers 14 verwendet werden. Zu diesem Zweck weist der Hilfskreislauf 60, welcher über den Wärmetauscher 36 mit dem internen Kreislauf 26 gekoppelt ist, ein schaltbares Ventil 62 auf. Dieses kann ebenfalls durch eine Steuereinrichtung der Flutungseinrichtung 42 steuerbar ausgestaltet sein. Wird ein Fehlerfall des Energiespeichers 14 detektiert, zum Beispiel durch eine nicht dargestellte Detektionseinrichtung, so kann die Steuereinrichtung dieses Ventil 62 so ansteuern, dass das von extern über den Zuführanschluss 32 zugeführte Kühlmittel nun nicht mehr dem Wärmetauscher 36 zugeführt wird, sondern stattdessen in das Leitungssystem 44 eingeleitet wird und zum Fluten beziehungsweise Durchströmen der betroffenen Zellen 16 genutzt werden kann, wie dies bereits beschrieben wurde. Das Ventil 62 dem Wärmetauscher stromabwärts auch nachgeschaltet sein, so dass das Löschmittel dem Leitungssystem 44 zugeführt wird, nachdem es den Wärmetauscher 36 durchlaufen hat. Im Normalfall beim Laden und ohne detektierten Fehlerzustand ist das Ventil 62 so geschaltet, dass dieser Zugang zur Flutungseinrichtung 42 und insbesondere zu dem Leitungssystem 44 gesperrt ist und der Zugang zum Wärmetauscher 36 freigegeben ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Flutungsanordnung 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese kann wie zu 1 beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede.
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In diesem Beispiel wird das den Zellen 16 zugeführte Löschmittel nicht nur über eventuell vorhandene Perforationen 50 aus den Zellen 16 abgeleitet, sondern es sind in den Zellen jeweilige Austrittsöffnungen 50` vorgesehen, die zum Beispiel als ansteuerbare Ventile 50`, insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventile 50` ausgestaltet sein können oder eventuell auch mechanisch als Rückschlagventile 50` ausführbar sein können, welche dann entsprechend einem Thermal Runaway einer betroffenen Zelle 16 standhalten. In diesem Fall wird zudem die zugeführte Kühlflüssigkeit beziehungsweise das Löschmittel 48 nicht in den Innenraum 64 des Energiespeichers 14 eingeleitet, sondern aus dem Gehäuse 18 heraus. Die Öffnungen 50` können dann entsprechend gleichzeitig mit entsprechenden Fluidleitungen 66 verbunden sein, die die entsprechenden Austrittsöffnungen 50` fluidisch mit der Umgebung des Gehäuses 18 koppeln. Denkbar wäre es aber auch, die ansteuerbaren Öffnungen 50` so zu positionieren, insbesondere nicht mit solchen Fluidleitungen 66 zu koppeln, so dass das aus diesen austretende Kühlmittel ebenfalls in das Innere 64 des Energiespeichers 14 gelangt. Dadurch können dann ebenfalls die weiteren nicht betroffenen Zellen 16 mit dem Kühlmittel 48 umströmt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Flutungsanordnung 12 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch diese kann wie zu 2 beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. Nunmehr sind die aus dem Energiespeicher 14 beziehungsweise aus dem Speichergehäuse 18 herausführenden Fluidleitungen 66 zur Abführung des Kühlmittels aus den betroffenen Zellen 16 mit einer Abführ- beziehungsweise Sammelleitung 68 gekoppelt. Das austretende Kühlmittel kann somit gezielt abgeleitet werden, zum Beispiel an eine Stelle, zum Beispiel in einen Auffangbehälter, in die Umgebung abgeleitet werden, insbesondere unter vorhergehender Filterung, oder zum Beispiel in Form eines Kreislaufs wiederum dem Leitungssystem 44 zugeführt werden. Dies ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn keine externe Kühlmittelquelle vorhanden ist, um das interne Kühlmittel 48 maximal effizient nutzen zu können. Auch in dieser Sammelleitung 68 kann ein weiteres Ventil 70 und/oder eine Blende und/oder eine Bohrung vorgesehen sein. Dieses Rücklaufventil 70 kann zum Beispiel als Rückschlagventil gegebenenfalls mit kleinem Querschnitt oder Blende oder als elektrisch ansteuerbares Ventil ausgebildet sein. Dadurch lässt sich die Durchströmungsgeschwindigkeit der Durchströmung der einzelnen Zellen 16, die geflutet werden beziehungsweise durchströmt werden, einstellen.
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Darüber hinaus kann optional auch eine schaltbare Verbindungsstelle 72 zwischen der Kühleinrichtung 20 und der Flutungseinrichtung 42, insbesondere dem Leitungssystem 44 und/oder der Abführleitung 68 vorgesehen sein. Dadurch kann vorteilhafterweise auch das im internen Kühlmittelkreislauf 26 fließende Kühlmittel zur selektiven Flutung der Zellen 16 verwendet werden. Dieser kann dann direkt über die genannten Kühlplatten 22, 24 oder zumindest einer von diesen in die Zellen 16 eingeleitet werden. Die Ableitung kann dann ebenfalls über eine weitere Kühlplatte 22, 24 erfolgen oder gemäß einer der zuvor beschriebenen Varianten. Auch kann die Zuleitung zum Beispiel über ein Entgasungskanalsystem 56 erfolgen, und die Ableitung stattdessen über eine der Kühlplatten 22, 24. Diese Verbindungsstelle 72 kann im Übrigen auch als ansteuerbares Ventil ausgestaltet sein. Die Flutungseinrichtung 42 kann entsprechend dazu ausgelegt sein, diese Verbindungsstelle 72 entsprechend anzusteuern. Auch ist denkbar, die Abführleitung 68 anstatt des Leitungssystems 44 als Teil eines Entgasungskanalsystems 56 auszuführen. Das Leitungssystem 44 zur Zuführung des Löschmittels kann dann durch eine eigenständige Leitungsanordnung 44 bereitgestellt sein. Auch können beide, das heißt das Leitungssystem 44 für die Kühlmittelzufuhr, als auch das Abführsystem 68 Teile eines Gasabführsystems 56 sein.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Flutungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch dieses Kraftfahrzeug 10 kann wie zuvor beschrieben ausgestaltet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. In diesem Beispiel wird das Löschmittel, welches wie zuvor beschrieben durch die verschiedenen Varianten bereitgestellt werden kann, nun nicht selektiv einzelnen Zellen 16 zu deren Durchströmung zugeführt, sondern Batteriemodulen, die jeweils wiederum mehrere Batteriezellen 16 umfassen. In diesem Beispiel wird das Löschmittel also nicht in die Zellgehäuse der Zellen 16 eingeführt, sondern umströmt diese Zellen 16 des betreffenden Batteriemoduls 74, in welches das Kühlmittel eingeleitet wird, lediglich. Die Zuführung des Kühlmittels wird dann entsprechend bevorzugt nicht über das Entgasungskanalsystem 56 realisiert, sondern stattdessen über eine der Kühlplatten 22, 24, wie hier vorliegend der unteren Kühlplatte 24. Pro Modul 24 ist auch hier aber eine freigebbare Eintrittsöffnung 40` vorgesehen, über welche dem betreffenden Modul, insbesondere dem betreffenden Modulgehäuse 76, das Löschmittel zuführbar ist. Weiterhin verfügt jedes Modul 74 über eine Austrittsöffnung 50", über welche das Löschmittel wieder aus dem Modulgehäuse 76 abführbar ist. Dadurch kann also ein thermisch durchgehendes Batteriemodul 74 durchströmt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Austrittsöffnung 50" eines betreffenden Moduls 74 an die zweite Kühlplatte 22, im vorliegenden Beispiel die obere Kühlplatte 22, angeschlossen. Dies muss jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein, zur Abführung des Kühlmittels können auch die anderen zuvor beschriebenen Varianten zum Einsatz kommen. Dieses kann also entsprechend wiederum in das Innere 64 des Gehäuses 18 eingeleitet werden und dann über das Druckausgleichselement 52 aus dem Gehäuse abgeführt werden, oder die Austrittsöffnungen 50" können in eine Umgebung 54 des Energiespeichers beziehungsweise des gesamten Kraftfahrzeugs 10 führen, insbesondere ohne den Umweg über die Kühlplatte 22. Die Eintrittsöffnungen 40` sowie die Abführöffnungen 50" sind in diesem Beispiel beide bevorzugt als schaltbare Verbindungsstellen, insbesondere mit ansteuerbaren Ventilen, ausgestaltet. Diese können entsprechend wieder von der Flutungseinrichtung 42 angesteuert werden. Soll das Löschmittel so aus einem Modul 74 abgeführt werden, dass es nicht in Kontakt mit noch intakten und nicht gefluteten Modulen 74 kommt, so können die Batteriemodule 74 auch fluiddichte Modulgehäuse 76 aufweisen oder in abgedichteten separaten Kammern angeordnet sein.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Lösch- und Kühlvorgang per Zellenflutung eines Hochvolt-Speichers bei thermischem Ereignis bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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