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Gebiet der Erfindung
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Die offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Akkupack und insbesondere, ohne darauf beschränkt zu sein, auf ein Akkupack mit einem Lüftungssystem zum Erreichen und Halten eines optimalen Temperaturbereichs innerhalb des Akkupacks.
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Stand der Technik
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In letzter Zeit hat die Verwendung elektrischer Vorrichtungen in zahlreichen Bereichen, wie Transport, Handel, Bildung usw., drastisch zugenommen. Die einwandfreie Funktion elektrischer Vorrichtungen erfordert zuverlässige Leistungsquellen für die elektrischen Vorrichtungen. Die elektrischen Vorrichtungen, die elektrische Energie als Leistungsquelle nutzen, beinhalten im Allgemeinen ein Energiespeichersystem. In vielen elektrischen Systemen werden häufig Akkupacks, wie beispielsweise Batteriepacks, als Energiespeichersysteme verwendet. Ein Batteriepack beinhaltet eine Mehrzahl von Batterien, die verwendet werden, um Energie in einer chemischen Form zu speichern.
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In Vorrichtungen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen, werden Batterien verwendet, um das Motorsystem des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Batterien in solchen Vorrichtungen speichern elektrische und/oder mechanische Energie in Form von chemischer Energie und liefern die gespeicherte chemische Energie anschließend in Form von elektrischer Energie an das Motorsystem. Die chemischen Reaktionen in Batterien sind temperaturabhängig. Die chemischen Reaktionen können exothermisch sein, wobei Wärme erzeugt wird, oder endothermisch, wobei Wärme während des chemischen Reaktionsprozesses absorbiert wird. Bei exothermischen Reaktionen werden die Batterien einer Überhitzung ausgesetzt, da die chemische Reaktion die durch den Stromfluss erzeugte Wärme verstärkt.
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Damit eine Batterie eine hohe Leistungsfähigkeit und lange Lebensdauer hat, sollte die Batterie im Allgemeinen innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs betrieben werden. Wenn die Batterie über einen besonders langen Zeitraum in Betrieb ist, so bewirkt die innerhalb der Batterie erzeugte Wärme einen Temperaturanstieg innerhalb der Batterie, der über den optimalen Temperaturschwellenwert hinausgeht, wodurch die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt werden. In den meisten Fällen ist der vom Batteriehersteller angegebene Betriebstemperaturbereich einer Batterie deutlich enger als der vom Hersteller einer Vorrichtung, wie beispielsweise eines Fahrzeugs, in der bzw. dem die Batterie verwendet werden soll, gewünschte Betriebstemperaturbereich der Batterie. Ferner hinaus führen Temperaturabweichungen unter den Modulen in einem Batteriepack zu einem unterschiedlichen Lade- bzw. Entladeverhalten jedes Moduls, was eine verringerte Effizienz des Batteriepacks zur Folge hat.
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Darüber hinaus müsste, wenn ein elektrisches Fahrzeug unter extrem kalten Bedingungen betrieben werden soll, die darin verwendete Batterie erwärmt werden, um den Ladevorgang einzuleiten. Daher sollte die Batterieanordnung so aufgebaut sein, dass die Temperatur des Batteriepacks durch Erwärmen des Batteriepacks innerhalb eines minimalen Zeitraums ansteigt und ferner die Temperaturabweichung innerhalb des Batteriepacks minimal ist.
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In Anbetracht des Vorstehenden bedarf es eines Akkupacksystems, welches das Energiespeichersystem erwärmen kann, wenn die Vorrichtung, in der das Akkupack verwendet wird, unter extrem kalten Bedingungen betrieben wird. Ferner bedarf es eines Akkupacksystems, das Wärme, die durch die chemische Reaktion innerhalb einer Batteriezelle erzeugt wird, abführen kann.
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Aufgabe
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Eine Aufgabe besteht darin, ein Akkupacksystem zum Erreichen und Halten eines optimalen Temperaturbereichs bereitzustellen.
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Eine andere Aufgabe besteht darin, ein Akkupacksystem zum Abführen von Wärme, die in den darin enthaltenen Zellen erzeugt wird, bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Akkupacksystem bereitzustellen, welches das Energiespeichersystem auf die vorbestimmte Temperatur erwärmen bzw. abkühlen kann.
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Eine andere Aufgabe besteht darin, ein Akkupacksystem bereitzustellen, das gestaltet ist, einen bidirektionalen Luftstrom zum Erwärmen des Energiespeichersystems zu ermöglichen.
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Noch eine andere Aufgabe besteht darin, ein Akkupacksystem bereitzustellen, das gestaltet ist, einen Luftdurchgang innerhalb des Energiespeichersystems mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit zu ermöglichen.
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Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Ausführungsformen lassen sich besser bewerten und verstehen, wenn sie in Verbindung mit der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden. Es versteht sich allerdings, dass die folgenden Beschreibungen lediglich erläuternden und nicht einschränkenden Zwecken dienen, wenngleich sie bevorzugte Ausführungsformen und zahlreiche spezifische Details derselben angeben. Zahlreiche Änderungen und Abwandlungen können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist derselben abzuweichen, wobei alle entsprechenden Abwandlungen in den vorliegenden Ausführungsformen enthalten sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei einander entsprechende Bauteile in den verschiedenen Zeichnungen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Die vorliegenden Ausführungsformen lassen sich anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen:
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1A ein Akkupacksystem mit einem Lüftungssystem nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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1B eine Perspektivansicht eines in das Akkupacksystem zu integrierenden Batteriemoduls nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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10 eine Perspektivansicht des Akkupacksystems mit einer oberen Abdeckung nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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1D eine Schnittansicht des Akkupacksystems nach der hierin offenbarten Ausführungsform;
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1E eine Perspektivansicht des Akkupacksystems mit Führungsplatten nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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2 eine Explosionsansicht der Lüfter- und Heizeranordnung;
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3A eine Prallplatte nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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3B die an einer unteren Abdeckung des Akkupacksystems gesicherte Prallplatte nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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3C die an einem Innenabschnitt der oberen Abdeckung des Akkupacksystems gesicherte Prallplatte nach einer hierin offenbarten Ausführungsform;
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4A–4B die Betätigungsanordnung nach den hierin offenbarten Ausführungsformen;
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5A–5C das Akkupack in einem Heizmodusbetrieb;
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6A–6C das Akkupack in einem Kühlmodusbetrieb; und
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7 eine Grafik, welche die Batteriemodultemperatur darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegenden Ausführungsformen und die verschiedenen Eigenschaften und vorteilhaften Details derselben werden unter Bezugnahme auf die nicht einschränkenden Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung eingehend ausgeführt sind, umfassender beschrieben. Auf Beschreibungen bekannter Bauteile und Verfahrenstechniken wird verzichtet, um die vorliegenden Ausführungsformen nicht unnötig zu verschleiern. Die hierin verwendeten Beispiele sollen lediglich das Verständnis der Möglichkeiten zur Umsetzung der vorliegenden Ausführungsformen erleichtern und ferner den Fachmann zur Umsetzung der vorliegenden Ausführungsformen zu befähigen. Dementsprechend sind die Beispiele nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Ausführungsformen einschränken.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1A bis 1E, in denen gleiche Eigenschaften durchgehend durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, werden nun Ausführungsformen dargestellt.
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1A zeigt ein Akkupacksystem 100 mit einem Energiespeichersystem, wie beispielsweise einem Batteriepack 10, und einem Wärmemanagementsystem, das ein Lüftungssystem 20 beinhaltet. Das Batteriepack 10 beinhaltet eine Mehrzahl von mit einer Mehrzahl von Energiespeichervorrichtungen, wie beispielsweise Batteriemodulen 102. Ferner beinhaltet das Batteriepack 10 eine untere Abdeckung 104 und eine obere Abdeckung 106. Wie in 1B gezeigt, weist jedes der Batteriemodule 102 ein Gehäuse H auf. Das Gehäuse H beinhaltet eine erste Schale 102a, die gestaltet ist, eine Mehrzahl von Zellen 102c aufzunehmen. Es wird darauf hingewiesen, dass für die Zwecke dieser Beschreibung das Energiespeichersystem als ein Batteriepack 10 betrachtet wird und dass die Batteriemodule 102 als Module einer Lithium-Ion Batterie betrachtet werden. Darüber hinaus wird für die Zwecke dieser Beschreibung von einer Anzahl an Batteriemodulen 102 von vierundzwanzig (24) und einer Anzahl an Zellen 102c in jedem der Module 102 von neun (9) ausgegangen. Die erste Schale 102a definiert eine Mehrzahl von Öffnungen O zur Ermöglichung des Luftdurchgangs. Bei einer Ausführungsform wird jede der Zellen 102c in die erste Schale 102a eingeschoben. Die Zellen 102c sind innerhalb der ersten Schale 102a übereinander angeordnet. Die Zellen 102c definieren einen vorbestimmten Spalt zwischeneinander zur Ermöglichung des Luftdurchgangs durch die Öffnungen O. Es wird darauf hingewiesen, dass jegliche alternative Anordnungen der Zellen 102c innerhalb des Gehäuses H, bei denen die intendierte Funktion der hierin beschrieben Struktur nicht anderweitig beeinträchtigt wird, ebenfalls im Umgang dieser Erfindung enthalten sind. Das Wärmemanagementsystem beinhaltet ferner eine Systemarchitektur zur Steuerung des Lüftungssystems 20 und anderer Bauteile des Wärmemanagementsystems.
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Das Gehäuse H beinhaltet ferner eine zweite Schale 102b, die gestaltet ist, die Zellen 102c innerhalb der ersten Schale 102a aufzubewahren. Ferner ist zwischen der zweiten Schale 102b und dem Zellenanschluss 102e jeder der Zellen 102c eine interne Zellensammelschiene 102d bereitgestellt. Jedes der Batteriemodule 102 ist angepasst, innerhalb der unteren Abdeckung 104 aufgenommen zu werden. Die Batteriemodule 102 sind benachbart zueinander so auf der unteren Abdeckung 104 angeordnet, dass die Öffnung O, die in der ersten Schale 102a eines Batteriemoduls 102 bereitgestellt ist, mit der Öffnung O, die in der ersten Schale 102a des benachbarten Batteriemoduls 102 bereitgestellt ist, in einer Linie liegt. Wie 1C zeigt, ist ferner die obere Abdeckung 106 auf den in der unteren Abdeckung 104 aufgenommenen Batteriemodulen 102 bereitgestellt, wodurch die Zellen 102c und die Batteriemodule 102 umschlossen sind. Die obere Abdeckung 106 und die untere Abdeckung 104 sind durch eine Dichtung (nicht abgebildet) und einen Dreifachverbundstoff (nicht abgebildet) abdichtbar, um jegliche Undichtigkeiten zu vermeiden.
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Ferner beinhaltet das Lüftungssystem 20 eine Rückführleitung 200, einen ersten Lüfter 220, einen zweiten Lüfter 222, einen dritten Lüfter 224, einen vierten Lüfter 226, einen ersten Heizer 230, einen zweiten Heizer 232, eine erste Prallplatte 234, eine zweite Prallplatte 236, eine erste Betätigungsanordnung 250 und eine zweite Betätigungsanordnung 260. Der erste Lüfter 220, der zweite Lüfter 222, der dritte Lüfter 224, der vierte Lüfter 226, der erste Heizer 230 und der zweite Heizer 232 sind mit dem Wärmemanagementsystem (nicht abgebildet) verbunden. Ferner sind der erste Lüfter 220, der zweite Lüfter 222, der dritte Lüfter 224 und der vierte Lüfter 226 jeweils mit einem Rückmeldesystem bereitgestellt, das mit dem Wärmemanagementsystem in Kommunikation steht, um das Heizen oder Kühlen des Akkupacksystems 100 zu regeln. Die Rückführleitung 200 beinhaltet ferner ein erstes Ende 201 und ein zweites Ende 202 sowie zumindest einen ersten Kanal C1 und einen zweiten Kanal C2, die zwischen dem ersten Ende 201 und dem zweiten Ende 202 der Rückführleitung 200 definiert sind. Bei einer Ausführungsform ist die Rückführleitung 200 ferner außerhalb der Batteriemodule 102 und unterhalb der oberen Abdeckung 106 bereitgestellt. Wie in 1E gezeigt, werden der erste Kanal C1 und der zweite Kanal C2 jeweils durch Führungsplatten G1 bzw. G2 getragen. Die Führungsplatten G1 und G2 sind an der unteren Abdeckung 104 gesichert.
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Wie in 1 D gezeigt, sind der erste Lüfter 220, der zweite Lüfter 222 und der erste Heizer 230 in der Nähe des ersten Endes 201 der Rückführleitung 200 angeordnet. Ferner sind der dritte Lüfter 224, der vierte Lüfter 226 und der zweite Heizer 232 in der Nähe des zweiten Endes 202 der Rückführleitung 200 angeordnet. Die ersten Betätigungsanordnung 250 steht mit dem ersten Ende 201 der Rückführleitung 200 in Kontakt und die zweite Betätigungsanordnung 260 steht mit dem zweiten Ende 202 der Rückführleitung 200 in Kontakt. 2 zeigt eine Explosionsansicht einer Lüfter- und Heizeranordnung.
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Ferner ist die erste Prallplatte 234 in der Nähe der Batteriemodule 102 des Batteriepacks 10 positioniert. Der erste Heizer 230 ist gestaltet, benachbart zur ersten Prallplatte 234 und entfernt von den Batteriemodulen 102 angeordnet zu sein. Der zweite Lüfter 222 ist benachbart zum ersten Heizer 230 und entfernt von der ersten Prallplatte 234 positioniert. Ferner ist der erste Lüfter 220 benachbart zum zweiten Lüfter 222 und entfernt von der ersten Prallplatte 234 positioniert. Die erste Betätigungsanordnung 250, die in direktem Kontakt mit dem ersten Ende 201 der Rückführleitung steht, ist zudem gestaltet, in direkter Fluidverbindung mit dem ersten Lüfter 220 zu stehen.
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Gleichermaßen ist die zweite Prallplatte 236 in der Nähe der Batteriemodule 102 des Batteriepacks 10 positioniert. Der zweite Heizer 232 ist gestaltet, benachbart zur zweite Prallplatte 236 und entfernt von den Batteriemodulen 102 angeordnet zu sein. Der dritte Lüfter 224 ist benachbart zum zweiten Heizer 232 und entfernt von der zweiten Prallplatte 236 positioniert. Ferner ist der vierte Lüfter 226 benachbart zum dritten Lüfter 224 und entfernt von der zweiten Prallplatte 236 positioniert. Die zweite Betätigungsanordnung 260, die in direktem Kontakt mit dem zweiten Ende 201 der Rückführleitung steht, ist zudem gestaltet, in direkter Fluidverbindung mit dem vierten Lüfter 226 zu stehen.
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Wie 3A zeigt, definieren ferner sowohl die erste als auch die zweite Prallplatte 234 bzw. 236 eine Mehrzahl von Mündungen 235 mit unterschiedlichem Durchmesser. Die Prallplatten 234 und 236 ermöglichen zusammen mit den Mündungen 235 einen im Wesentlichen geringeren Druckabfall und eine im Wesentlichen gleichmäßige Luftströmungsgeschwindigkeit bei jedem Batteriemodul 102. Die erste und die zweite Prallplatte 234 bzw. 236 sind im Allgemeinen rechteckig geformt und definieren die Mündungen durch die Breite derselben. Ferner weist jede der Prallplatten 234 und 236 in einer Mitte derselben eine Kerbe N auf. Die Mündungen 235 von unterschiedlichem Durchmesser sind auf beiden Seiten der Kerbe N angeordnet.
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Wie 3B und 3C zeigen, kann bei einer Ausführungsform jede der Prallplatten 234 und 236 direkt an den Batteriemodulen 102 bereitgestellt sein, wobei in diesem Fall die Prallplatten 234 und 236 durch bekannte Befestigungsmittel an der unteren Abdeckung 104 gesichert sein können. Wie 3D ferner zeigt, kann bei einer weiteren Ausführungsform jede der Prallplatten 234 und 236 an einer Innenseitenfläche 106s der oberen Abdeckung 106 des Batteriepacks 10 bereitgestellt sein. Die obere Abdeckung 106 beinhaltet ferner eine Mehrzahl von Batteriehaltern 106a, um die Batteriemodule 102 zu sichern.
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Wie 4A und 4B zeigen, weist ferner jede der Betätigungsanordnungen 250 und 260 eine Plenumkammer P, eine Öffnung 256, eine Klappe F und einen Betätigungsmechanismus M auf. Die Öffnung 256 steht in Fluidverbindung mit dem entsprechenden ersten und zweiten Ende 201 bzw. 202 der Rückführleitung 200. Ferner ist die Klappe F jeder der Betätigungsanordnungen 250 und 260 angepasst, zwischen einer geschlossenen Position, in der die Klappe F die Öffnung 256 jeder der Betätigungsanordnungen 250 und 260 schließt, bewegbar zu sein. Die Klappe F ist mit dem Betätigungsmechanismus M verbunden, der seinerseits mit einem Wärmemanagementsystem (nicht abgebildet) verbunden ist.
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Ferner sind nachstehend der Betrieb des Akkupacksystems 100 mit einem Energiespeichersystem, wie beispielsweise einem Batteriepack 10, und einem Lüftungssystem 20 sowie ein Verfahren zum Heizen und Kühlen des Batteriemoduls 102 des Batteriepacks 10, bei dem das Batteriepack 10 das Lüftungssystem 20 nutzt, beschrieben.
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Wenn das Akkupacksystem 100 unter extrem kalten Bedingungen betrieben werden soll, muss das Batteriepack 10 zunächst erwärmt werden, damit der Ladevorgang beginnen kann. Temperaturfühler (nicht abgebildet) des Wärmemanagementsystems (nicht abgebildet) erfassen die Außentemperatur und die Temperatur des Batteriepacks 10. Liegt die Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Grads, so aktiviert das Wärmemanagementsystem den Heizmodus für das Batteriepack 10. 5A – 5C zeigen den Heizmodus des Batteriepacks 10. Im Heizmodus befinden sich der erste und der zweite Heizer 230 bzw. 232 im eingeschalteten Zustand und die Klappe F jeder der Betätigungsanordnungen 250 und 256 befindet sich in der offenen Position. Der Heizmodus beinhaltet einen ersten Zyklus, in dem Luft entgegen dem Uhrzeigersinn strömt, und einen zweiten Zyklus, in dem Luft im Uhrzeigersinn strömt. Im ersten Zyklus befinden sich der zweite Lüfter 222 und der vierte Lüfter 226 im eingeschalteten Zustand. Insbesondere befindet sich der zweite Lüfter 222 in einem Schubmodus, in dem die Luft durch die Batteriemodule 102 geschoben wird, und der vierte Lüfter 226 befindet sich in einem Ansaugmodus, in dem die vom zweiten Lüfter 222 geschobene Luft vom vierten Lüfter 226 angesogen wird. Während des Vorgangs gelangt die vom zweiten Lüfter 222 geschobene Luft durch den ersten Heizer 230, und anschließend wird heiße Luft über die Mündungen 251 der ersten Prallplatte 234 durch die Batteriemodule 102 geleitet. Im Anschluss wird die heiße Luft vom vierten Lüfter 226 über die zweite Prallplatte 236 durch den zweiten Heizer 232 angesogen, wobei die Luft erneut erwärmt wird. Die heiße Luft vom vierten Lüfter 226 kann durch das zweite Ende 202 der Rückführleitung 200 gelangen. Im Anschluss wird die Luft durch den ersten und den zweiten Kanal C1 bzw. C2 zum ersten Ende 201 der Rückführleitung 200 und anschließend durch die erste Betätigungsanordnung 250 geleitet. Der zweite Lüfter 222 empfängt die Luft von der ersten Betätigungsanordnung 250, und der vorstehend beschriebene Vorgang wird und über einen vorbestimmten Zeitraum wiederholt.
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Gleichermaßen befinden sich im zweiten Zyklus der erste Lüfter 220 und der dritte Lüfter 224 im eingeschalteten Zustand. Insbesondere befindet sich der dritte Lüfter 224 in einem Schubmodus, in dem die Luft durch die Batteriemodule 102 geschoben wird, und der erste Lüfter 220 befindet sich in einem Ansaugmodus, in dem die vom dritten Lüfter 224 geschobene Luft vom ersten Lüfter 220 angesogen wird. Während des Vorgangs gelangt die vom dritten Lüfter 224 geschobene Luft durch den zweiten Heizer 232, und anschließend wird heiße Luft über die Mündungen 251 der zweiten Prallplatte 236 durch die Batteriemodule 102 geleitet. Im Anschluss wird die heiße Luft vom ersten Lüfter 220 über die erste Prallplatte 234 durch den ersten Heizer 230 angesogen, wobei die Luft erneut erwärmt wird. Die heiße Luft vom ersten Lüfter 220 kann durch das erste Ende 201 der Rückführleitung 200 gelangen. Im Anschluss wird die Luft durch den ersten und den zweiten Kanal C1 und C2 zum zweiten Ende 202 der Rückführleitung 200 und anschließend durch die zweite Betätigungsanordnung 260 geleitet. Der dritte Lüfter 224 empfängt die Luft von der zweiten Betätigungsanordnung 260, und der vorstehend beschriebene Vorgang wird und über einen vorbestimmten Zeitraum wiederholt. Der bidirektionale Strom der heißen Luft durch die Rückführleitung 200 während des Heizmodus gewährleistet, dass das Batteriepack 10 und die Batteriemodule 102 eine vorbestimmte Temperatur, die zum initialen Laden des Batteriepacks 10 erforderlich ist, erreichen.
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Ferner zeigen 6A – 6C den Kühlmodus des Batteriepacks 10. Im Kühlmodus befinden sich der erste und der zweite Heizer 230 bzw. 232 im ausgeschalteten Zustand und die Klappe F jeder der Betätigungsanordnungen 250 und 256 befindet sich in der geschlossenen Position. Der Kühlmodus beinhaltet einen ersten Zyklus, in dem Luft zur zweiten Betätigungsanordnung 260 strömt, und einen zweiten Zyklus, in dem Luft zur ersten Betätigungsanordnung 250 strömt. Im ersten Zyklus befinden sich der zweite Lüfter 222 und der vierte Lüfter 226 im eingeschalteten Zustand. Insbesondere befindet sich der zweite Lüfter 222 in einem Schubmodus, in dem die Luft durch die Batteriemodule 102 geschoben wird, und der vierte Lüfter 226 befindet sich in einem Ansaugmodus, in dem die vom zweiten Lüfter 222 geschobene Luft vom vierten Lüfter 226 angesogen wird. Während des Vorgangs gelangt die vom zweiten Lüfter 222 geschobene Luft durch die Mündungen 251 der ersten Prallplatte 234, und anschließend wird die Luft durch die Batteriemodule 102 geleitet. Im Anschluss wird die Luft vom vierten Lüfter 226 über die zweite Prallplatte 236 angesogen. Die Luft vom vierten Lüfter 226 kann durch die zweite Betätigungsanordnung 260 und zur äußeren Umgebung gelangen, ohne anderweitig durch das zweite Ende 202 der Rückführleitung 200 zu gelangen. Da sich der Heizer im ausgeschalteten Zustand befindet, weist die Luft ferner im Wesentlichen Raumtemperatur auf, die praktisch bewirkt, dass die Batteriemodule 102 und dementsprechend das Batteriepack 10 die akkumulierte Wärme abführen.
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Gleichermaßen befinden sich im zweiten Zyklus der erste Lüfter 220 und der dritte Lüfter 224 im eingeschalteten Zustand. Insbesondere befindet sich der dritte Lüfter 224 in einem Schubmodus, in dem die Luft durch die Batteriemodule 102 geschoben wird, und der erste Lüfter 220 befindet sich in einem Ansaugmodus, in dem die vom dritten Lüfter 224 geschobene Luft vom ersten Lüfter 220 angesogen wird. Während des Vorgangs gelangt die vom dritten Lüfter 224 geschobene Luft durch die Mündungen 251 der zweiten Prallplatte 236, und anschließend wird die Luft durch die Batteriemodule 102 geleitet. Im Anschluss wird die Luft vom ersten Lüfter 220 über die erste Prallplatte 234 angesogen. Die Luft vom vierten Lüfter 226 kann durch die erste Betätigungsanordnung 250 und zur äußeren Umgebung gelangen, ohne anderweitig durch das erste Ende 201 der Rückführleitung 200 zu gelangen. Da sich der Heizer im ausgeschalteten Zustand befindet, weist die Luft ferner im Wesentlichen Raumtemperatur auf, die praktisch bewirkt, dass die Batteriemodule 102 und dementsprechend das Batteriepack 10 die akkumulierte Wärme abführen.
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Es wurden mehrere Tests durchgeführt, bei denen das Batteriepack in verschiedenen Umgebungsbedingungen von –15°C bis 45°C erwärmt bzw. gekühlt wurde, bis das Batteriemodul die maximale Temperatur von 20°C erreicht hat. Die durchgeführten Tests zeigen, dass die Batteriemodule gleichmäßig erwärmt werden können.
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7 zeigt die Beobachtungen des Tests, der an 24 Li-Ion-Batteriemodulen durchgeführt wurde. Die Batteriemodule sind in drei Reihen, d. h. einer hinteren Reihe, einer vorderen Reihe und einer mittleren Reihe, bereitgestellt, wobei jede Reihe 8 Batteriemodule umfasst. Ferner lässt sich aus 7 ablesen, dass die Batteriemodultemperatur zwischen den drei Reihen im Wesentlichen dieselbe ist und dass die beobachtete Temperaturabweichung 2,9°C beträgt und damit unterhalb des gewünschten Grenzwerts von 3°C liegt.
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Die hierin offenbarte Ausführungsform sieht ein Akkupacksystem 100 mit einem Wärmemanagementsystem mit Lüftungssystem 20 zum Erreichen und Halten einer optimalen Temperatur innerhalb des Akkupacksystems 100 vor. Das Wärmemanagementsystem steuert durch eine Systemarchitektur zumindest die Lüfteranordnung und die Heizeranordnung, die im Lüftungssystem 20 bereitgestellt sind. Daher versteht es sich, dass der Schutzumfang auf ein entsprechendes Programm und darüber hinaus auf ein computerlesbares Mittel mit einer darin enthaltenen Nachricht erweitert wird, wobei ein entsprechendes computerlesbares Speichermittel Programmcodemittel umfasst, um einen oder mehrere Schritte des Verfahrens zu implementieren, wenn das Programm auf einem Server, einer mobilen Vorrichtung oder einer jeglichen geeigneten programmierbaren Vorrichtung läuft. Das Verfahren ist bei einer bevorzugten Ausführungsform durch ein oder zusammen mit einem Softwareprogramm, das beispielsweise in Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) oder einer anderen Programmiersprache geschrieben ist, oder durch ein oder mehrere VHDL- oder verschiedene Softwaremodule, die auf zumindest einer Hardwarevorrichtung ausgeführt werden, implementiert. Die Hardwarevorrichtung kann eine jegliche programmierbare Vorrichtung, einschließlich eines jeglichen Computers, wie eines Servers oder eines Personalcomputers oder dergleichen, oder einer Kombination derselben, beispielsweise eines Prozessor oder zweier FPGAs, sein. Die Vorrichtung kann auch Mittel beinhalten, die beispielsweise Hardwaremittel, wie z. B. ASIC, oder eine Kombination aus Hardware- und Softwaremitteln, z. B. eine ASIC und ein FPGA, oder zumindest ein Mikroprozessor und zumindest ein Speicher mit darin angeordneten Softwaremodulen sein können. Somit handelt es sich bei den Mitteln um zumindest ein Hardwaremittel und/oder zumindest ein Softwaremittel. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens sind ausschließlich in Hardware oder teils in Hard- und teils in Software implementierbar. Die Vorrichtung kann auch ausschließlich Softwaremittel beinhalten. Alternativ ist die Erfindung auf verschiedenen Hardwarevorrichtungen implementierbar, z. B. durch Verwendung einer Mehrzahl von CPUs.
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Die vorstehende Beschreibung der bestimmten Ausführungsformen offenbart die allgemeine Natur der vorliegenden Ausführungsformen so umfassend, dass Andere diese bestimmten Ausführungsformen durch Anwendung von aktuellem Wissen ohne Weiteres verändern und/oder an verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne vom Oberbegriff abzuweichen, weshalb diese Anpassungen und Veränderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs von Äquivalenten der offenbarten Ausführungsformen enthalten sein dürften und sollen. Es versteht sich, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich beschreibenden und nicht einschränkenden Zwecken dient. Daher wird der Fachmann erkennen, dass die vorstehenden Ausführungsformen, wenngleich sie in Form von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurden, mit Änderungen ausführbar sind, die im Geist und Umfang der hierin beschriebenen Ausführungsformen enthalten sind.
