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Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung mit einer Luftzuführeinrichtung, wobei die Batterieanordnung ein Gehäuse, mindestens eine im Gehäuse angeordnete Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, und eine Luftzuführleitung als Teil der Luftzuführeinrichtung aufweist, wobei die Luftzuführleitung fluidisch mit dem Gehäuse verbunden ist, um dem Gehäuse über die Luftzuführleitung Luft zuzuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführeinrichtung.
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Bei Batteriesystemen für Elektrofahrzeuge besteht fortwährend das Bestreben, die Reichweite beziehungsweise Leistungsdichte solcher Batteriesysteme zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise versucht, möglichst viele Batteriezellen in einem Kraftfahrzeug unterzubringen. Bauraumbedingt sind hierbei jedoch Grenzen gesetzt.
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Auch ist eine Luftzuführeinrichtung für eine Batterie aus der
DE 10 2013 200 782 A1 bekannt. Hierbei ist ein Gehäuse einer Batterie von Luft durchströmbar ausgebildet, um die Kondensatbildung an der Batterie zu vermeiden. Dabei kann eine Steuereinrichtung die Luftzuführung zu dem Gehäuse steuern. Die Steuerung kann dabei in Abhängigkeit von der Luftfeuchte der zuführbaren Luft abhängig sein.
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Hierdurch kann eventuell die Lebensdauer der Batterie verlängert werden, nicht jedoch die Reichweite oder Leistungsfähigkeit der Batterie erhöht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die es erlauben, die Voraussetzungen für die Bereitstellung einer Batterie mit einer möglichst hohen Energiedichte beziehungsweise Leistungsdichte zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieanordnung, 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 Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Batterieanordnung mit einer Luftzuführeinrichtung weist ein Gehäuse, mindestens eine im Gehäuse angeordnete Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, und eine Luftzuführleitung als Teil der Luftzuführeinrichtung auf, wobei die Luftzuführleitung fluidisch mit dem Gehäuse verbunden ist, um dem Gehäuse über die Luftzuführleitung Luft zuzuführen. Dabei weist die Luftzuführeinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Zuführung der Luft in das Gehäuse in Abhängigkeit von der mindestens einen Batterieeinheit zu steuern.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es Batteriezellen gibt, wie beispielsweise Luft-Batteriezellen oder Feststoffbatteriezellen, die zum Beispiel Luft benötigen, um geladen und entladen zu werden, wobei Luft als Aktivator dient. Dabei ist es sehr vorteilhaft, wenn die zugeführte Luft, insbesondere die zugeführte Luftmenge, an einen aktuellen Zustand der Batterieeinheit beziehungsweise deren Batteriezellen angepasst ist, da der Luftbedarf dieser Batteriezellen entsprechend von ihrem Zustand, zum Beispiel ihrem Betriebszustand, abhängig sein kann. Diese Erkenntnisse nutzt nun die Erfindung, um eine Luftzuführeinrichtung bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, die Zuführung der Luft in das Gehäuse in Abhängigkeit von der mindestens einen Batterieeinheit zu steuern. Damit kann der Batterieeinheit immer die aktuell benötigte Luftmenge in ausreichender Weise zur Verfügung gestellt werden. Dies schafft die Voraussetzungen dafür, als Batterieeinheit zum Beispiel eine oder mehrere Luft-Batteriezellen oder Feststoffbatteriezellen zu verwenden, wodurch sich die Energiedichte und/oder Leistungsdichte der Batterieanordnung wiederum enorm steigern lässt. Zudem erlaubt dies einen sehr effizienten Betrieb einer solchen Batterieeinheit und eine Performancesteigerung.
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Bei der Batterieeinheit kann es sich zum Beispiel um eine einzelne Batteriezelle handeln oder auch um ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen. Im Gehäuse können wiederum eine oder mehrere solcher Batterieeinheiten angeordnet sein. Beim Gehäuse kann es sich zum Beispiel um ein Gesamtbatteriegehäuse handeln, in dem mehrere Batteriemodule angeordnet sind, oder es kann sich auch um ein einzelnes Modulgehäuse handeln, in welchem mehrere einzelne Batteriezellen angeordnet sind. Dieses Modulgehäuse kann dann wiederum in einem Gesamtbatteriegehäuse angeordnet sein, zum Beispiel zusammen mit weiteren entsprechend ausgebildeten Batteriemodulen. Mit anderen Worten kann das Gehäuse mit der darin angeordneten Batterieeinheit ein Modulgehäuse eines Batteriemoduls darstellen oder auch ein Gesamtbatteriegehäuses, welches im Folgenden zum Teil auch einfach nur als Batteriegehäuse bezeichnet wird, und in welchem dann entsprechend mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen und entsprechenden Modulgehäusen angeordnet sind. Die Luft kann mittels der Luftzuführeinrichtung also entweder in ein Gesamtbatteriegehäuse geführt werden oder auch direkt in ein einzelnes Modulgehäuse, insbesondere in jeweilige Modulgehäuse jeweiliger Batteriemodule einer Batterie der Batterieanordnung. Für jedes Batteriemodul kann eine separate Luftzuführleitung vorgesehen sein oder die Luftzuführleitung kann Teil eines sich verzweigenden Luftzuführleitungssystems sein, wobei jedem Batteriemodul ein Leitungszwei zugeordnet sein kann. Handelt es sich beim Gehäuse um das Gesamtbatteriegehäuse, in welchem mehrere Batteriemodule angeordnet sein, so kann die Luftzuführleitung als einzelne und einzige Luftzuführleitung bereitgestellt sein, um Luft dem Gesamtbatteriegehäuse zuzuführen.
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Die Batterie kann insbesondere als Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass das Gehäuse wasserdicht ausgebildet ist. Die Luftzuführeinrichtung kann entsprechend positioniert sein und/oder mit Schutzmaßnahmen versehen sein, um ein Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit über die Luftzuführeinrichtung in das Gehäuse zu verhindern.
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Die über die Luftzuführeinrichtung dem Gehäuse zugeführte oder zuführbare Luft stammt dabei aus einer Umgebung, insbesondere des Kraftfahrzeugs. Dies hat den Vorteil, dass kein Lufttank oder ähnliches mitgeführt werden muss. Die Luftzuführleitung kann zum Beispiel als ein Rohr und/oder einen Schlauch ausgebildet sein, über welche die Luft dem Gehäuse zugeführt werden kann. Ein erstes Ende einer solchen Luftzuführleitung kann also entsprechend mit dem Gehäuse gekoppelt sein und ein zweites Ende mündet zum Beispiel in die Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere direkt oder indirekt, gegebenenfalls auch mit Unterbrechungen. Beispielsweise kann die Luft auch über den Fahrzeuginnenraum in das Gehäuse geleitet werden, wobei die Luft im Fahrzeuginnenraum letztendlich ebenfalls aus der Umgebung stammt und zum Beispiel dem Fahrzeuginnenraum über eine Lüftungsanlage bzw. Klimaanlage des Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann, wie dies später näher erläutert ist.
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Die Luftzuführeinrichtung kann zum Beispiel auch eine Luftfördereinrichtung aufweisen, um die Luft aktiv in Richtung des Gehäuses zu fördern. Die Steuereinrichtung kann entsprechend dazu ausgebildet sein, diese Luftfördereinrichtung anzusteuern, um die Zuführung der Luft zu steuern. Eine solche Luftfördereinrichtung kann zum Beispiel als Ventilator oder Lüfter oder Gebläse oder ähnliches ausgebildet sein. Eine solche Luftfördereinrichtung kann zum Beispiel in der Luftzuführleitung angeordnet sein oder auch an beliebig anderer Stelle. Weiterhin ist es vorteilhaft, wie dies später näher erläutert wird, wenn zudem eine Möglichkeit zur Luftabführung aus dem Gehäuse bereitgestellt ist, beispielsweise in Form einer entsprechenden Luftabführeinrichtung. Auch in einer solchen Luftabführeinrichtung, die zum Beispiel ebenfalls als eine Art Leitung vom Gehäuse in die Umgebung oder den Innenraum des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann, kann eine solche Luftfördereinrichtung angeordnet sein.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Zuführung der Luft in das Gehäuse, insbesondere einen Luftmassenstrom, in Abhängigkeit von einem Zustand der mindestens einen Batterieeinheit zu steuern, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand und/oder einer Ladeleistung beziehungsweise Entladeleistung und/oder in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Batterieeinheit. Wie oben bereits erwähnt, benötigen zum Beispiel Luft-Batteriezellen oder Feststoffbatteriezellen mehr oder weniger Luft, zum Beispiel abhängig davon, ob sie gerade geladen oder entladen werden, sich aktuell gar nicht im Betrieb befinden oder auch abhängig von ihrem Ladezustand oder anderen Zuständen, zum Beispiel einem Alterungszustand. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn der Luftmassenstrom der zugeführten Luft abhängig vom aktuellen Zustand der Batterieeinheit gesteuert wird. Damit kann immer die optimale Luftmenge der Batterieeinheit zur Verfügung gestellt werden, insbesondere zum Betrieb der Batterieeinheit dieser zur Verfügung gestellt werden.
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Dabei ist es weiterhin sehr vorteilhaft, wenn der mindestens eine Betriebszustand mindestens einen der folgenden darstellt: Einen ladenden Zustand, in welchem die Batterieeinheit elektrisch geladen wird, einen entladenen Zustand, in welchem die Batterieeinheit entladen wird, und einen inaktiven Zustand, in welchem die Batterieeinheit nicht in Betrieb ist. Im inaktiven Zustand der Batterieeinheit benötigt diese entsprechend auch keine Luft. Entsprechend kann im inaktiven Zustand die Luftzufuhr zum Gehäuse unterbunden werden. Wird die Batterieeinheit aktuell geladen oder entladen, so kann die Luftzufuhr, insbesondere der zugeführte Luftmassenstrom, auch zusätzlich in Abhängigkeit von der aktuellen Ladeleistung gesteuert werden. Dies ermöglicht eine noch bessere Situationsanpassung und einen optimierten Betrieb der Batterieeinheit.
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Für den Fall, dass die Batterieanordnung so ausgestaltet ist, dass mehreren verschiedenen Batterieeinheiten der Batterieanordnung separat Luft zuführbar ist, zum Beispiel einzelnen Gehäusen der mehreren Batterieeinheiten separat Luft über jeweils separate Luftzuführeinrichtungen zuführbar ist, so kann der Luftmassenstrom auch abhängig von den jeweiligen Zuständen der jeweiligen Batterieeinheiten gesteuert werden. Mit anderen Worten ist eine modulindividuelle Steuerung des Luftmassenstroms denkbar, sowie unter Umständen sogar eine zellindividuelle Steuerung des Luftmassenstroms. Denkbar ist es aber auch, dass allen Batteriezellen der von der Batterieanordnung umfassten Batterie, die eine oder mehrere Batterieeinheiten umfassen kann, nur ein einzelner Luftmassenstrom bereitstellbar ist, der entsprechend von allen von der Batterieanordnung umfassten Batteriezellen genutzt wird. Dieser Luftmassenstrom kann dann zum Beispiel abhängig von einer gemittelten Zustandsgröße der Batteriezellen gesteuert werden, zum Beispiel wenn sich die einzelnen Zustände der Batteriezellen, zum Beispiel ihre jeweiligen Ladezustände, Kapazitäten oder Alterungszustände, etwas unterscheiden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Batteriezelle als eine Luft-Batteriezelle ausgebildet, welcher insbesondere die mittels der Luftzuführeinrichtung in das Gehäuse eingeführte Luft als ein Oxidator zuführbar ist, und/oder die mindestens eine Batteriezelle als eine Feststoffbatteriezelle ausgebildet ist. Dabei gibt es auch Feststoffbatteriezellen, die gleichzeitig Luft-Batteriezellen darstellen. Für beide Batteriezellentypen ist es sehr vorteilhaft, eine steuerbare Luftzuführeinrichtung vorzusehen, mittels welcher sich abhängig vom Zustand der Batteriezellen der Luftmassenstrom einstellen lässt. Gerade durch diese beiden Batteriezellentypen lässt sich der Gesamtenergieinhalt einer Batterie der Batterieanordnung, insbesondere einer Hochvoltbatterie, enorm vergrößern, insbesondere bei gegebenem Bauraum.
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Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn, wie dies gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, die Luftzuführeinrichtung eine Reinigungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Luft vor der Zuführung zum Gehäuse zu reinigen, und insbesondere von elektrisch leitfähigen Partikeln zu reinigen. Die Reinigungseinrichtung kann zum Beispiel eine Abscheideeinheit aufweisen, mittels welcher sich Partikel, Schmutz, insbesondere elektrisch leitfähige Partikel, oder ähnliches aus der Luft abscheiden lassen. Eine solche Abscheideeinrichtung kann zum Beispiel einen entsprechenden Filter oder ähnliches aufweisen. Dadurch kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass Schmutz oder elektrisch leitfähige Partikel in das Innere des Gehäuses gelangen können. Dies reduziert die Kurzschlussgefahr, vor allem da die zugeführte Luft zum Betrieb der Batteriezellen verwendet wird, und dabei zum Beispiel auch teilweise in direkten Kontakt mit den Batteriezellen oder dem Inneren der Batteriezellen gelangen kann, um als Oxidator beziehungsweise Aktivator wirken zu können.
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Die Reinigungseinrichtung kann dabei im Strömungspfad, welcher durch die Luftzuführeinrichtung bereitgestellt wird, angeordnet sein. Insbesondere kann die Reinigungseinrichtung an beliebiger Stelle oben genannter Luftzuführleitung angeordnet sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Reinigungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Luftentfeuchtung durchzuführen. Dazu können auch Komponenten einer im Fahrzeug bereits vorhandenen Klimaanlage genutzt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses gelangt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterieanordnung eine an das Gehäuse angeschlossene Luftabführeinrichtung auf, über welche zumindest ein Teil der zugeführten Luft aus dem Gehäuse abführbar ist. Auch diese kann zum Beispiel als eine Art Leitung oder ähnliches ausgebildet sein. Ein erstes Ende dieser Leitung kann wiederum an das Gehäuse angeschlossen sein und ein anderes Ende der Leitung kann zum Beispiel in die Umgebung des Kraftfahrzeugs münden oder auch in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs oder an beliebiger Stelle mit einer Lüftungsanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein. Durch das Vorsehen einer solchen Luftabführeinrichtung kann ein Überdruck im Gehäuse vorteilhafterweise vermieden werden. Bevorzugt ist das Gehäuse zudem bis auf eine erste Anbindungsstelle zur Luftzuführeinrichtung und eine zweite Anbindungsstelle zur Luftabführeinrichtung luftdicht ausgebildet. Das Innere des Gehäuses ist damit auch weiterhin maximal geschützt, insbesondere vor Verunreinigungen oder dem Eindringen von Flüssigkeit oder ähnlichem.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Luftabführeinrichtung eine Schutzeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, ein Eindringen von Luft durch die Luftabführeinrichtung in das Gehäuse zu verhindern. Eine solche Schutzeinrichtung kann zum Beispiel in Form einer Klappe oder Membran, eines Ventils oder ähnliches ausgebildet sein. Die Schutzeinrichtung kann zum Beispiel so ausgebildet sein, dass ein Entweichen von Luft aus dem Gehäuse in die Umgebung möglich ist, der umgekehrte Luftweg jedoch gesperrt ist. Die Schutzeinrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass ein Entweichen der abzuführenden Luft aus dem Gehäuse erst ab einem bestimmten Mindestdruck möglich ist, ab welchem sich die Schutzeinrichtung öffnet und die fluidische Verbindung zur Umgebung freigibt. Wird dieser Mindestdruck wieder unterschritten, so verschließt sich die Schutzeinrichtung wieder. Dadurch kann der Schutz des Innenraums des Gehäuses weiter gesteigert werden. Damit kann das System besonders dicht ausgeführt werden und gewährleistet werden, dass keine Luft, insbesondere keine ungereinigte Luft, von außen einströmen kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftzuführeinrichtung dazu ausgelegt, die Luft aus einem Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder aus einer Lüftungsanlage zur Belüftung des Innenraums in das Gehäuse zu leiten. Dies hat den Vorteil, dass so die Luftzuführeinrichtung deutlich besser und einfacher vor Umgebungseinflüssen geschützt werden kann. Die Luftleitung kann sozusagen vom Innenraum des Kraftfahrzeugs in das Gehäuse führen. Der Innenraum des Kraftfahrzeugs ist wiederum deutlich weniger Umwelteinflüssen ausgesetzt als eine Umgebung des Kraftfahrzeugs. Außerdem ist die aus der Lüftungsanlage stammende Luft, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zur Belüftung zugeführt wird, insbesondere aus der Umgebung zugeführt wird, bereits vorgereinigt. Mit anderen Worten weist eine solche Lüftungsanlage ebenfalls eine Reinigungseinrichtung auf, zum Beispiel in Form von Partikelfiltern oder ähnlichem, mittels welcher die Luft bereits vorgereinigt werden kann. Dadurch lässt sich eine noch effizienter gereinigte Luft dem Gehäuse bereitstellen. Auch die Luftabführung kann wiederum über den Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder die Lüftungsanlage erfolgen. Somit kann beispielsweise die aus dem Gehäuse abgeführte Luft in die Lüftungsanlage beziehungsweise das Luftmanagementsystem des Fahrzeugs münden, um die Luft dort im Kreislauf zu fahren und mit frischer Außenluft zu mischen, um beispielsweise dann wiederum dem Gehäuse über die Luftzuführeinrichtung zuzuführen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftzuführeinrichtung dazu ausgelegt, die Luft aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs in das Gehäuse zu leiten, ohne dabei eine Lüftungsanlage zur Belüftung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs zu durchströmen. Mit anderen Worten kann die Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs über die Luftzuführeinrichtung auch direkt in das Gehäuse eingeleitet werden, insbesondere mit optionaler vorhergehender Reinigung durch die oben beschriebene Reinigungseinrichtung. Damit ist die Luftzuführung zum Gehäuse vorteilhafterweise unabhängig vom Betrieb der Lüftungsanlage zur Belüftung des Innenraums des Kraftfahrzeugs. Dadurch beeinträchtigt zum Beispiel ein Umluftbetrieb der Lüftungsanlage nicht die Luftqualität im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Auch die Luftabführung kann wiederum ebenfalls direkt in die Umgebung erfolgen, das heißt ohne dabei über den Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder die Lüftungsanlage des Kraftfahrzeugs geführt zu werden. Diese Varianten der Luftzuführung und Luftabführung sind auch in beliebiger Weise miteinander kombinierbar.
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In beiden Fällen ist ein Bezug der Luft aus der Umgebung, insbesondere direkt oder indirekt, gegeben. Die Schnittstelle des Kraftfahrzeugs zur Umgebung, um aus dieser die Luft zu beziehen oder in die Umgebung abzuführen, ist dabei bevorzugt an einer ausreichend hohen Stelle des Kraftfahrzeugs positioniert, um zu gewährleisten, dass keine Flüssigkeit über die Luftzu- oder -abführeinrichtung in das Gehäuse gelangen kann. Die Mündungsstellen der Luftzu- oder -abführeinrichtung können zum Beispiel oberhalb einer Watttiefe des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Außerdem können die Mündungspunkte durch Klappen, Ventile, Verschlüsse oder andere Schutzeinrichtungen bei Nichtgebrauch, das heißt wenn dem Gehäuse gerade keine Luft zugeführt werden soll, verschlossen sein. Außerdem sind diese Mündungspunkte bevorzugt an einer besonders geschützten Stelle des Kraftfahrzeugs angeordnet, sodass auch im Betrieb kein Spritzwasser oder Regenwasser oder ähnliches in die Luftzuführeinrichtung und/oder Luftabführeinrichtung gelangen kann oder zumindest nicht bis in das Gehäuse gelangen kann. Beispielsweise kann die Luftzuführeinrichtung auch beispielsweise mit einer Leitung ausgebildet sein, die einen siphonartigen Verlauf aufweist, sodass Flüssigkeit, welche zwar in diese Leitung von außen gelangt ist, schwerkraftbedingt nicht weiter in das Gehäuse gelangen kann. Außerdem können die Luftzuführeinrichtung sowie auch die Luftabführeinrichtung mit Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitssensoren ausgebildet sein, um die Sicherheit weiter zu steigern. Im Falle, dass eine zu hohe Feuchtigkeit oder Flüssigkeit detektiert wird, kann eine Warnmeldung ausgegeben werden oder das System abgeschaltet werden.
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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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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführeinrichtung für eine Batterieanordnung, die ein Gehäuse, mindestens eine im Gehäuse angeordnete Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, und eine Luftzuführleitung als Teil der Luftzuführeinrichtung aufweist, über welche dem Gehäuse Luft zugeführt wird.
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Dabei weist die Luftzuführeinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die die Zuführung der Luft in das Gehäuse in Abhängigkeit von der mindestens einen Batterieeinheit steuert.
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Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile, sowie die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und seinen Ausgestaltungen genannten Vorteile 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 der erfindungsgemäßen Batterieanordnung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Eine Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.
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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 Batterieanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterieanordnung gemäß einem zweiten 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 Batterieanordnung 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterieanordnung 12 weist dabei eine Batterie 14 auf, die in diesem Beispiel als eine Hochvoltbatterie 14 ausgeführt ist. Die Batterie 14 umfasst wiederum mehrere Batteriezellen 16, die wiederum zu Batteriemodulen 18 zusammengefasst sein können. Zudem weist die Batterie 14 ein Batteriegehäuse 20 auf, in welchem die Batteriezellen 16, insbesondere die Batteriemodule 18, angeordnet sind. Auch die Batteriemodule 18 können wiederum jeweils über ein eigenes Modulgehäuse 22 verfügen. Bei der zuvor genannten Batterieeinheit kann es sich um eine einzelne Batteriezelle 16 sowie auch um ein ganzes Batteriemodul 18 mit mehreren Batteriezellen 16 handeln. Entsprechend kann es sich im Allgemeinen bei dem zuvor erwähnten Gehäuse um das Gesamtbatteriegehäuse 20 oder auch um ein einzelnes Modulgehäuse 22 handeln.
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Die Batterieanordnung 12 weist nun zudem noch eine Luftzuführeinrichtung 24 auf, über welche Luft 26 aus der Umgebung 27 dem Batteriegehäuse 20 zugeführbar ist. Die Luftzuführeinrichtung 24 kann zu diesem Zweck eine Luftzuführleitung 25 umfassen. Diese ist im vorliegenden Beispiel an das Batteriegehäuse 20 angschlossen. Weiterhin umfasst die Batterieanordnung 12 auch eine Luftabführeinrichtung 28 mit einer entsprechenden Luftabführleitung 30, über welche überschüssige Luft 26 oder Anteile davon wieder in die Umgebung 27 geleitet werden kann. Die Luftzuführeinrichtung 24 kann entsprechend einen Lufteinlass 32 bereitstellen und die Luftabführeinrichtung 28 einen entsprechenden Auslass 34.
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Die Batteriezellen 16 können darüber hinaus als Luft-Batteriezelle und/oder Festkörperbatteriezellen ausgebildet sein. Dadurch kann die Energiedichte im Fahrzeug 10 deutlich gesteigert werden. Luft-Batteriezellen und insbesondere auch Festkörperbatteriezellen benötigen dabei Luft 26, insbesondere möglichst reine Luft, um geladen und entladen zu werden, da als Aktivator reine Luft dient. Der Luftbedarf ist dabei zum Teil auch abhängig vom Zustand der Batteriezellen 16, zum Beispiel davon, ob diese gerade geladen werden, schnell geladen werden, das heißt mit hoher Ladeleistung geladen werden, das Fahrzeug 10 gerade gefahren wird und sich die Zellen 16 damit im aktiven Zustand befinden, und so weiter. Der Luftbedarf kann auch abhängig von der Ausdehnung der Batteriezellen 16 sein. Daher ist es nun besonders vorteilhaft, dass die Luftzuführeinrichtung 24 eine Massenstromregulierung 36 aufweist, die zum Beispiel eine Steuereinrichtung 38 umfassen kann, die dazu ausgelegt ist, den dem Gehäuse 20 zugeführten Luftstrom 26 zu regulieren, insbesondere in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Batteriezellen 16 beziehungsweise den Batteriemodulen 18, zum Beispiel dem aktuellen Ladezustand oder Betriebszustand oder Alterungszustand, und so weiter. Damit kann den Zellen 16 immer eine angepasste Menge an Luft 26 zugeführt werden. Die Massenstromregulierung 36 kann zum Beispiel auch ein von der Steuereinrichtung 38 steuerbares Gebläse oder ähnliches aufweisen, um die Luft 26 aktiv über den Einlass 32 aus der Umgebung 27 anzusaugen und in das Gehäuse 20 zu fördern. Im allgemeinen ist also in der Luftzuführleitung 25 bzw. im diese umfassenden Schlauchsystem vorzugsweise auch eine Fördereinheit angeordnet, welche den Luftmassenstrom regelt und an den aktuellen Batteriezustand anpasst und die entsprechend als Massenstromregulierung 36 bezeichnet werden kann.
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Weiterhin weist die Luftzuführeinrichtung 24, insbesondere in der Luftzuführleitung 25 ein Luftreinigungssystem 40 auf, welches dazu ausgelegt ist, die Luft 26 zu reinigen, bevor diese dem Gehäuse 20 zugeführt wird. Dieses Luftreinigungssystem 40 kann zum Beispiel auch eine Abscheideeinrichtung aufweisen. Somit können hauptsächlich Partikel, Schmutz, vor allem elektrisch leitfähige Partikel, über den Einlass 32 angesaugten Luft gefiltert werden. Auch kann die Reinigungseinrichtung beziehungsweise das Reinigungssystem 40 dazu ausgelegt sein, die Luftfeuchtigkeit der zugeführten Luft 26 zu reduzieren. Im Allgemeinen können also in der Luftzuführleitung 25 bzw. im diese umfassenden Schlauch- oder Rohrsystem Reinigungssysteme, Filter oder Abscheidesysteme enthalten sein, um die Luft auf einen definierten Zustand zu bekommen.
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Somit kann vorteilhafterweise ein Batteriegehäuse 20 bzw. optional auch ein abgeschlossenes Modulgehäuse 22 eines Moduls 18 bereitgestellt werden, welches einen Außenluftzugang hat, welcher über beispielsweise ein Schlauchsystem bereitgestellt wird, in diesem Beispiel die Luftzuführleitung 25. Die Luftzuführeinrichtung 24 und die Abführeinrichtung 28 können Teil eines Luftzuführsystems der Batterieanordnung 12 aufgefasst werden. Das Zuführsystem, insbesondere die Luftzuführeinrichtung 24 und/oder die Luftabführeinrichtung 28, können dabei aus Kunststoff ausgeführt sein und insbesondere voll integriert aus Kunststoff ausgeführt sein, insbesondere als einstückiges Bauteil. Die Reinigungseinheit 40 kann in die Zuführeinrichtung 24 ebenso integriert sein. Das Batteriegehäuse 20 kann ansonsten geschlossen ausgeführt sein, ebenso wie ein entsprechendes Modulgehäuse 22, und entsprechend zwei definierte Öffnungen 42, 46, eine für die Zuführleitung 25 und eine für die Abführleitung 30, aufweisen. Diese Anschlüsse 42, 46 am Gehäuse 20 sind zudem bevorzugt luft- und/oder wasserdicht ausgeführt, das heißt nach außen hin abgedichtet, sodass an dieser Anbindungsstelle kein Wasser oder keine Luft in das Gehäuse 20 von Außerhalb der entsprechenden Leitungen eindringen kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Batteriegehäuse 20 unterhalb der Watttiefe des Kraftfahrzeugs 10 sitzt.
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Die Luftabführung kann in diesem Beispiel nach außerhalb des Kraftfahrzeugs 10 direkt in die Umgebung 27 erfolgen. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das System, das heißt die Batterieanordnung 12, ebenfalls entsprechend abgedichtet oder geschützt ausgeführt ist, um zu verhindern, dass verunreinigte Luft von außerhalb, das heißt aus der Umgebung 27, über die Abführeinrichtung 28 in das Gehäuse 20 gelangen kann. Dies kann zum Beispiel mittels Klappen oder Membranen z.B. in oder an der Luftabführleitung 30 realisiert werden, welche sich erst bei einem bestimmten Mindestdruck öffnen, und zwar nur dann, wenn dieser Mindestdruck vom Inneren des Batteriegehäuses 20 herrührt und nicht aus der Umgebung 27 stammt. Denkbar ist es jedoch auch, die Luftzu- und -abfuhr nicht direkt über die Umgebung 27 zu realisieren, sondern indirekt über den Innenraum des Fahrzeugs 10, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.
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Hierzu zeigt 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Batterieanordnung 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10 sowie die Batterieanordnung 12 können wie zuvor beschrieben ausgebildet sein bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede: In diesem Beispiel ist der Lufteinlass mit dem Innenraum 44 des Kraftfahrzeugs 10 fluidisch verbunden. Mit anderen Worten wird die Luft aus dem Innenraum 44 über die Zuführeinrichtung 24 in das Gehäuse 20 geleitet. Die Ableitung erfolgt in diesem Beispiel über das Luftmanagementsystem beziehungsweise die Lüftungsanlage 48 des Kraftfahrzeugs 10. Diese kann auch eine Klimaanlage des Fahrzeugs umfassen. Zu diesem Zweck ist der Auslass 34 entsprechend mit diesem Luftmanagementsystem 48 gekoppelt und mündet nicht direkt in die Umgebung 27 des Kraftfahrzeugs 10. Dadurch sind Einlass und Auslass 32, 34 deutlich besser vor Umgebungseinflüssen geschützt. Die Luftausströmung kann also zum Beispiel direkt in das Luftmanagementsystem 48 des Fahrzeugs 10 erfolgen, um die Luft dort im Kreislauf zu fahren und mit frischer Außenluft aus der Umgebung 27 zu mischen. Dann kann diese wiederum über den Innenraum 44 der Zuführeinrichtung 24 zugeführt und entsprechend dem Gehäuse 20 zugeführt werden. Die Luftabführung in das zentrale Luftzuführsystem 48 eines Fahrzeugs 10, insbesondere in das Klimasystem 48 des Fahrzeugs 10, beziehungsweise in den Innenraum 44, stellt also eine weitere Möglichkeit dar, die Luft wieder aus dem Gehäuse 20 abzuführen. Die abgeführte Luft kann mit der frischen neuen Außenluft aus der Umgebung 27, die dem Innenraum 44 über dieses Klimasystem 48 zugeführt wird, gemischt werden.
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Auch die Luftzuführung in das Batteriegehäuse 20 kann entweder direkt, wie zu 1 beschrieben, oder indirekt aus dem Innenraum 44 des Fahrzeugs 10 in das Batteriegehäuse 20 erfolgen. Die Luft im Innenraum 44 stellt dabei vorgereinigte Innenraumluft dar. Diese wird durch das Reinigungssystem 40 zusätzlich nochmal gereinigt, bevor diese dem Gehäuse 20 zugeführt wird.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein geschaltetes Luftzuführsystem für Batteriegehäuse bereitgestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013200782 A1 [0003]
