-
Die Erfindung betrifft ein Akkumulatorsystem mit einer Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen aufweisenden Akkumulatormodulen.
-
Lithium-Ionen-Zellen aufweisende Akkumulatormodule im Allgemeinen sowie Batteriespeichersysteme auf Basis solcher Akkumulatormodule im Speziellen sind aus dem Stand der Technik an sich gut bekannt, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf.
-
Im bestimmungsgemäßen Betriebsfall ist die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkumulatormoduls sehr stark abhängig von der Einhaltung einer optimierten Betriebstemperatur. Temperaturen unterhalb von 10°C sowie oberhalb von 30°C haben einen negativen Einfluss auf die Eigenschaften der Akkumulatormodule beziehungsweise deren Zellen. Ein Betrieb der Akkumulatormodule außerhalb des optimalen Zellbetriebsfensters führt zu einer beschleunigten Alterung und somit zu einem Kapazitätsverlust der Zellen über die Zeit.
-
Im Systemverbund werden die Lithium-Ionen-Module zur Erzielung einer höheren Systemspannung mehrfach in Reihe geschaltet. Die gesamte Kapazität sowie die Lebensdauer des Systems sind in diesem Fall abhängig von der einzelnen und schwächsten Zelle. Um einen optimierten Systembetrieb zu ermöglichen, ist es deshalb gewünscht, nicht nur einzelne Zellen, sondern sämtliche Zellen des Systems innerhalb des optimierten Temperaturfensters zu betreiben.
-
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Akkumulatorsystem der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das es konstruktiv ermöglicht, eine Alterung der Zellen und damit einen Kapazitätsverlust durch einen Zellenbetrieb innerhalb eines vorgebbaren Temperaturfensters zu vermeiden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Akkumulatorsystem mit einem eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen aufweisenden Akkumulatormodul, einem gegenüber der Umgebungsatmosphäre luftdicht verschließbaren Schrank, der ein Staufach zur Aufnahme des Akkumulatormoduls aufweist, und einem Luftverteilraum, an den einerseits das Staufach und andererseits ein Klimagerät strömungstechnisch angeschlossen sind, wobei das Akkumulatormodul ein Modulgehäuse aufweist, in dem benachbarte Lithium-Ionen-Zellen vorzugsweise unter Belassung eines Spaltraums beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei das Modulgehäuse eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei die Lufteintrittsöffnung und die Luftaustrittsöffnung mit einem Ventilator strömungstechnisch zusammenwirken.
-
Das Akkumulatorsystem nach der Erfindung verfügt über ein, vorzugsweise mehrere Akkumulatormodule und einen Schrank. Letzterer dient im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall der Aufnahme des Akkumulatormoduls, zu welchem Zweck der Schrank ein Staufach aufweist. Von diesem Staufach ist das Akkumulatormodul im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall aufgenommen.
-
Das Akkumulatorsystem verfügt des Weiteren über ein Klimagerät. Dieses dient im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall der Beschickung des Akkumulatormoduls mit vortemperierter Luft. Dies ermöglicht eine Kühlung oder Erwärmung des Akkumulatormoduls, je nach gewünschter Betriebstemperatur. Es ist insoweit möglich, eine für das Akkumulatormodul optimierte Betriebstemperatur zu wählen und innerhalb eines vorgebbaren Temperaturfensters zu halten. Für die Lebensdauer und die gesamte Kapazität negative Temperaturschwankungen können so in vorteilhafter Weise vermieden werden.
-
Um eine homogene Luftbeaufschlagung sämtlicher Zellen und/oder Akkumulatormodule mit vortemperierter Luft zu ermöglichen, verfügt das Akkumulatorsystem zudem über einen Luftverteilraum. An diesen sind einerseits das Staufach und andererseits das Klimagerät strömungstechnisch angeschlossen. Im Betriebsfall wird also vom Klimagerät vortemperierte Luft in den Luftverteilraum eingebracht. Hier findet eine homogene Verteilung der vortemperierten Luft statt, und zwar auf sämtliche vom Schrank beherbergte Akkumulatorzellen. Es ist so eine Gleichtemperierung aller Zellen erreicht, womit die Lebensdauer und/oder die Gesamtkapazität des Systems nicht durch eine durch Unterkühlung oder Überhitzung geschwächte Zelle negativ beeinflusst ist.
-
Das Akkumulatorsystem zeichnet sich ferner dadurch aus, dass das Akkumulatormodul ein Modulgehäuse aufweist.. Innerhalb dieses Gehäuses sind die Lithium-Ionen-Zellen des Moduls angeordnet, wobei benachbarte Lithium-Ionen-Zellen unter Belastung eines Spaltraums benachbart zueinander angeordnet sind. Durch diese Spalträume kann die zuvor im Luftverteilraum homogen verteilte, vortemperierte Luft in das Akkumulatormodul einströmen und die Lithium-Ionen-Zellen luftumspülen. Es ist so nicht nur eine vergleichmäßigte Temperatur in der die Zellen beaufschlagenden Luft erreicht, es wird zudem eine Luftgleichverteilung innerhalb eines Akkumulatormoduls sichergestellt. Im Ergebnis findet eine Gleichbehandlung aller Zellen statt.Um den Eintritt von Luft in die Spalträume zwischen den einzelnen Zellen zu gestatten, ist ferner vorgesehen, dass das Modulgehäuse eine Lufteintrittsöffnung sowie eine Luftaustrittsöffnung aufweist. Dabei kann über die Lufteintrittsöffnung Luft aus dem Luftverteilraum in das Modulgehäuse des Akkumulatormoduls einströmen. Eine Luftabgabe findet über die Luftaustrittsöffnung statt. Die mechanische Lösung der Temperierung wird für die Kühlung des Gesamtsystems ausgenutzt.
-
Das Akkumulatorsystem verfügt des Weiteren über einen Ventilator. Dieser wirkt mit der Lufteintrittsöffnung und der Luftaustrittsöffnung strömungstechnisch zusammen. Im Betriebsfall erfolgt über den Ventilator ein Ansaugen der vom Klimagerät abgegebenen, vortemperierten Luft, die dann in schon vorbeschriebener Weise über den Luftverteilraum homogenisiert und alsdann in das Modulgehäuse zur Zellenumspülung eingeleitet wird. Der Ventilator stellt insofern eine im Betriebsfall wirkende Zwangsbelüftung sicher, die eine Gleichbeaufschlagung sämtlicher Zellen des Akkumulatormoduls gewährleistet.
-
Das erfindungsgemäße System stellt konstruktiv sicher, dass eine Luftbeaufschlagung sämtlicher Zellen des Akkumulatormoduls mit vortemperierter Luft erfolgt, und zwar vergleichmäßigt, so dass eine Gleichbehandlung aller Zellen stattfindet. Es kann so zielgerichtet eine optimierte Temperatur innerhalb eines vorgebbaren Temperaturfensters eingestellt werden, was im Ergebnis insgesamt dazu führt, dass die gesamte Kapazität des Akkumulatorsystems optimiert ist, und dies bei gleichzeitig optimierter Lebensdauer.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Klimagerät außenseitig des Schranks am Schrank angeordnet ist. Der Schrank des Akkumulatorsystems verfügt in an sich bekannter Weise unter anderem über eine Seitenwand. Außenseitig dieser Seitenwand ist bevorzugterweise das Klimagerät angeordnet. Es ist der den Schrank umgebenden Luftatmosphäre direkt ausgesetzt und kann im Betriebsfall Umgebungsluft ansaugen, die dann innerhalb des Klimageräts auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt oder erwärmt wird, bevor sie dann in den Luftverteilraum zur homogenisierten Weiterleitung eingebracht wird.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schrank eine Mehrzahl von Staufächern zur jeweiligen Aufnahme eines Akkumulatormoduls aufweist. Demgemäß verfügt der Schrank also nicht nur über ein Staufach, sondern über mehrere Staufächer. Dabei dient ein jedes Staufach dazu, ein Akkumulatormodul aufzunehmen. Der Schrank kann insofern mit einer Mehrzahl von Akkumulatormodulen bestückt werden.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Staufächer an einen gemeinsamen Luftverteilraum strömungstechnisch angeschlossen sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Luftbeaufschlagung sämtlicher Staufächer beziehungsweise sämtlicher von den Staufächern aufgenommenen Akkumulatormodule. Dabei besorgt der Luftverteilraum sowohl eine Homogenisierung der Luftverteilung auf die Staufächer als auch eine Verhinderung eines ungewollten Temperaturgradienten.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Luftverteilraum zwischen einer Schrankrückwand und den vom Schrank bereitgestellten Staufächern erstreckt. Der Luftverteilraum ist mithin rückseitig der Staufächer ausgebildet. Ein frontseitiger Zugriff auf die Staufächer bleibt damit unbehindert. Im Betriebsfall werden die einzelnen Akkumulatormodule über ihre der Beschickungsöffnung gegenüberliegende Rückseite mit Luft beschickt, das heißt es findet eine rückwärtige Luftbeaufschlagung der Akkumulatormodule statt.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Luftverteilraum klimageräteseitig eine im Durchströmungsdurchlass einstellbare Lufteinlassöffnung aufweist. Dies gestattet es, die einströmende Menge an Luft zu regulieren. Je mehr Luft benötigt wird, desto größer wird der Durchlass gestellt und umgekehrt. Um eine möglichst feine Abstimmung hinsichtlich der zugeführten Luftmenge erreichen zu können, sind eine Mehrzahl von Lufteinlassöffnungen vorgesehen, die jeweils größenvariabel ausgebildet sind, das heißt die hinsichtlich ihres Durchströmungsdurchlasses einstellbar sind. Dabei kann eine solche Durchströmungsdurchlasseinstellung automatisiert vorgenommen werden, beispielsweise in Abhängigkeit einer gemessenen Ist-Temperatur der Akkumulatormodule und/oder der Eintrittstemperatur der mittels des Klimageräts vortemperierten Luft. Eine Einstellung kann auch oder in Kombination hierzu in Abhängigkeit gewünschter Luftmengen erfolgen.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Modulgehäuse eine Vielzahl von Lufteintrittsöffnungen aufweist, die jeweils größenvariabel ausgebildet sind. Demnach verfügt nicht nur der Luftverteilraum über größenvariable Lufteinlassöffnungen, auch das Modulgehäuse selbst stellt Lufteintrittsöffnungen bereit, die jeweils größenvariabel ausgebildet sind. Es ist so zur Einstellung einer optimierten Betriebstemperatur eine vorzugsweise automatisierte Regelung sowohl der Lufteinlassöffnungen als auch der Lufteintrittsöffnungen möglich.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Modulgehäuse eine zentrale Luftaustrittsöffnung aufweist, an die der Ventilator saugseitig angeschlossen ist.
-
Diese Konstruktion erweist sich im Praxiseinsatz als besonders einfach und wenig störanfällig. Zudem ist ein frontseitiger Zugriff auf den Ventilator möglich, was im Falle einer unter Umständen erforderlich werdenden Reparatur von Vorteil ist.
-
Es ist je Akkumulatormodul ein Ventilator vorgesehen. Für die Beschickung mit Luft eines Akkumulatormoduls ist mithin der Ventilator dieses Akkumulatormoduls vorgesehen. Dieser ist saugseitig an eine zentrale Luftaustrittsöffnung des Modulgehäuses des Akkumulatormoduls angeschlossen. Im Betriebsfall findet mithin ein Saugabzug von im Modulgehäuse befindlicher Luft durch den Ventilator statt. Dies bedingt ein Nachströmen von vortemperierter Luft aus dem Luftverteilraum in das Modulgehäuse, und zwar durch die modulgehäuseseitigen Lufteintrittsöffnungen. In konstruktiv einfacher Weise sind so ein Luftaustausch und damit eine Beschickung der jeweiligen Zellen mit vortemperierter Luft ermöglicht.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftauslassöffnung von der dem Luftverteilraum gegenüberliegenden Stirnseite des Modulgehäuses bereitgestellt ist. Dies bedingt in vorteilhafter Weise einen maximalen Weg der Luft durch das Modulgehäuse hindurch, so dass eine optimierte Ausnutzung der vortemperierten Luft mit dem Ziel einer möglichst homogenen Temperaturverteilung innerhalb des Akkumulatormoduls erreicht ist.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lufteintrittsöffnungen von einer Seitenwand des Modulgehäuses bereitgestellt sind. Es ergibt sich so eine Luftumlenkung von 90°, indem die vortemperierte Luft über eine Seitenwand zugeführt und über eine hierzu im 90° Winkel stehende Stirnwand abgeführt wird. Auch hierdurch ist eine Luftgleichbeaufschlagung sämtlicher vom Akkumulatormodul bereitgestellter Zellen unterstützt.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftaustrittsöffnungen der Akkumulatormodule in einen gemeinsamen Abluftraum münden. Demgemäß ist in Entsprechung des gemeinsamen Luftverteilraums ein gemeinsamer Abluftraum vorgesehen. In diesen Abluftraum strömt die von den Akkumulatormodulen jeweils abgegebene Luft ein, das heißt die Luft, die über den Luftverteilraum kommend die einzelnen Akkumulatormodule durchströmt hat. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die sich im Abluftraum ansammelnde Abluft gemeinsam über einen zentralen Abzug abgeführt werden kann.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abluftraum an einen in die Umgebungsatmosphäre mündenden Abluftkanal strömungstechnisch angeschlossen ist.
Es ist mithin vorgesehen, dass der Abluftraum nicht direkt in die Umgebungsatmosphäre mündet, sondern dass stattdessen ein Abluftkanal vorgesehen ist, der den Abluftraum mit der Umgebungsatmosphäre strömungstechnisch koppelt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere aus Brandschutzgründen von Vorteil, weil im Brandfall frei werdende Brandgase so zielgerichtet abgeführt und gegebenenfalls auch aufgefangen werden können.
Alternativ ist der Abluftraum an einen Abluftkanal angeschlossen, der seinerseits in strömungstechnischer Verbindung mit einem Wärmetauscher, das heißt dem Klimagerät steht.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abluftkanal zumindest abschnittsweise von einer mit Brandschutzmittel befüllten Einhausung bereitgestellt ist. Es ist so eine zentrale Abluftkanalausgestaltung vorgesehen, die durch eine Einhausung von der Umgebungsatmosphäre getrennt ist. Diese Einhausung ist bevorzugterweise mit Brandschutzmittel befüllt, so dass im Brandfall über den Abluftkanal austretende Gase beispielsweise durch Filter entgiftet und/oder durch eine Labyrinthführung abgekühlt werden können. Es können auch reaktive Brandschutzmittel eingesetzt werden, beispielsweise solche, die im Brandfall zusätzlich kühlende Stoffe freisetzen.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einhausung von einer seitlich der Staufächer angeordneten Kassette gebildet ist. Diese Kassette ist innerhalb des vom Schrank bereitgestellten Volumenraums angeordnet. Es ist ein strömungstechnischer Anschluss an den frontseitig der Staufächer vorgesehenen Abluftraum gegeben. Dabei ist die Kassette vorzugsweise seitlich der Staufächer ausgebildet, was einen insgesamt kompakten Gesamtaufbau gewährleistet.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kassette frontseitig eine Abzugöffnung aufweist, an die sich der Abluftkanal strömungstechnisch anschließt. Im Abluftraum ansammelnde Abluft kann mithin über die frontseitig der Kassette vorgesehene Abzugöffnung in den Abluftkanal überführt werden. Von hier aus findet dann eine Durchströmung des Abluftkanals statt, gegebenenfalls unter Passieren von Brandschutzmittel. Ausgangsseitig mündet der Abluftkanal in die Umgebungsatmosphäre ein.
-
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird insgesamt ein Akkumulatorsystem vorgeschlagen, das es ermöglicht, die Lithium-Ionen-Zellen des Moduls auf einer Betriebstemperatur innerhalb eines optimierten Temperaturfensters zu halten. Dies wird konstruktiv insbesondere dadurch erreicht hat, dass eine Beschickung der Zellen mit vortemperierter Luft stattfindet, wobei sowohl eine Homogenisierung der vortemperierten Luft als auch eine Gleichbeschickung der Zellen mit vortemperierter Luft stattfindet. Hierdurch ist insbesondere sichergestellt, dass eine Zellengleichbehandlung erfolgt und nicht einzelne Zellen außerhalb des optimierten Temperaturfensters betrieben werden, was von Nachteil für das Gesamtsystem wäre.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
- 1 In schematischer Frontansicht ein erfindungsgemäßes Akkumulatorsystem;
- 2 in schematischer Draufsicht von oben ein Akkumulatormodul des erfindungsgemäßen Akkumulatorsystems;
- 3 in schematischer Perspektivansicht das Akkumulatormodul nach 2;
- 4 in schematischer Perspektivteilansicht den Schrank des erfindungsgemäßen Akkumulatorsystems;
- 5 in schematischer Draufsicht von oben ein in einem Staufach angeordnetes Akkumulatormodul;
- 6 in schematischer Draufsicht von oben das Akkumulatormodul nach 5 und
- 7 in schematischer Perspektivteilansicht das Gehäuse des erfindungsgemäßen Akkumulatorsystems.
-
1 lässt in schematischer Draufsicht von vorn, das heißt in Frontansicht ein erfindungsgemäßes Akkumulatorsystem 1 erkennen. Dieses verfügt über eine Mehrzahl von Akkumulatormodulen 12, die ihrerseits jeweils eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen 38 aufweisen, wie sich dies aus einer Zusammenschau der 1 und 6 ergibt.
-
Die Akkumulatormodule 12 sind in einem Schrank 2 untergebracht. Dabei verfügt der Schrank 2 über zwei Seitenwände 3 und 4, eine in 1 nicht näher zu erkennende Rückwand 5 sowie über ein Deckenteil 6 und ein Bodenteil 7. Frontseitig ist der Schrank 2 durch eine Tür 14 verschließbar ausgebildet, wobei die Tür 14 über zwei Türblätter 15 und 16 verfügt. Der Schrank 2 stellt das Schrankvolumen 8 bereit.
-
Zur Unterbringung der Akkumulatormodule 12 im Schrank 2 verfügt der Schrank 2 je Akkumulatormodul 12 über ein Staufach 11. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 stellt der Schrank 2 insgesamt 14 Staufächer 11 bereit, wobei 9 dieser Staufächer 11 jeweils ein Akkumulatormodul 12 aufnehmen. Die weiteren fünf Staufächer 11 dienen der Aufnahme weiterer Komponenten des Akkumulatorsystems 1, so zum Beispiel eines Batteriemanagementsystems, eines Umrichters und einer Steuerungseinheit. Zwei der gezeigten Staufächer 11 bleiben gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu Montagzwecken frei, können aber auch der Aufnahme weiterer Systemkomponenten dienen.
-
Die Staufächer 11 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als standardisierte 19 Zoll-Einschubfächer ausgebildet und dienen jeweils der Aufnahme eines Akkumulatormoduls 12, wie es beispielhaft in den 2 und 3 gezeigt ist, wobei dieses eine Höhenabmessung 160 mm, eine Breitenabmessung von 370 mm und eine Tiefenabmessung von 660 mm aufweist. Bei insgesamt 9 Akkumulatormodulen 12 weist das Akkumulatorsystem 1 eine Gesamtkapazität von 68,5 kWh auf.
-
Für ein Bestücken der Staufächer 11 ist die frontseitig des Schranks 2 befindliche Tür 14 zu öffnen. Bei geöffneter Tür 14 ist ein ungehinderter Zugriff auf die Staufächer 11 frontseitig ermöglicht. Im verschlossenen Zustand der Tür 14 ist der Schrank 2 gegenüber der Außenatmosphäre 18 luftdicht verschlossen. Dabei meint „luftdicht“ im Sinne der Erfindung nicht eine hermetische Abriegelung. „Luftdicht“ meint vielmehr, dass kein ungewollter Luftaustausch in größerem Umfang zwischen der Umgebungsatmosphäre 18 und dem vom Schrank 2 umschlossenen Volumenraum 8 stattfinden kann (Das System ist nach Schutzklasse IP55 ausgelegt).
-
Das Akkumulatorsystem 1 verfügt des Weiteren über ein Klimagerät 17. Dieses ist im gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Schranks 2 positioniert, und zwar außenseitig der Seitenwand 4 an der Seitenwand 4 angeordnet. Das Klimagerät 17 dient - wie dies im Weiteren noch näher erläutert werden wird - dazu, den vom Schrank 2 umschlossenen Volumenraum 8 mit vortemperierter Luft zu beschicken. Zum Zwecke einer gleichzeitigen Entlüftung ist eine mit einem Abluftkanal 43 ausgerüstete Kassette 9 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel seitlich der Staufächer 11 angeordnet ist. „Luftdicht“ verschließbar in diesem Sinne meint also, dass ein gezielter Luftaustausch über das dafür vorgesehene Klimagerät 17 beziehungsweise über die dafür vorgesehene Kanalführung gestattet ist, ein ungewollter Lufteintritt über die Tür 14 aber nicht möglich ist, wenn die Tür 14 im bestimmungsgemäßen Betriebsfall des Akkumulatorsystems 1 geschlossen ist.
-
Wie die teilgeschnittene Perspektivansicht nach 4 erkennen lässt, ist im Zwischenraum zwischen der Rückwand 5 des Schranks 2 und der in 4 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellten Staufächer 11 ein Luftverteilraum 28 ausgebildet. Dieser Luftverteilraum 28 steht einerseits mit den Staufächern 11 und andererseits mit dem Klimagerät 17 in strömungstechnischer Verbindung. Sämtliche Staufächer 11 sind mithin an den gemeinsamen Luftverteilraum 28 strömungstechnisch angeschlossen.
-
Der Luftverteilraum 28 weist klimageräteseitig Lufteinlassöffnungen 30 auf, die hinsichtlich ihres Durchströmungsdurchlasses einstellbar sind. Im bestimmungsgemäßen Betriebsfall wird mittels des Klimageräts 17 Luft vortemperiert und über die Lufteinlassöffnungen 30 in Entsprechung der Pfeile 38 in den Luftverteilraum 28 eingebracht.
-
Im Luftverteilraum 28 findet eine Gleichverteilung der vortemperierten Luft statt, so dass ausgehend vom Luftverteilraum 28 eine gleichmäßige Beschickung der einzelnen Staufächer 11 mit vortemperierter Luft stattfinden kann. Da der Luftverteilraum 28 zwischen Staufächern 11 einerseits und der Rückwand 5 andererseits angeordnet ist, findet mit Bezug auf die Tiefenrichtung 29 des Schranks 2 eine rückwärtige Beschickung der Staufächer 11 mit aus dem Luftverteilraum 28 stammender Luft statt.
-
Ein von einem Staufach 11 aufgenommenes Akkumulatormodul 12 ist beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt. Wie sich aus diesen Ansichten ergibt, verfügt ein jedes Akkumulatormodul 12 über ein Modulgehäuse 19. Ein solches Modulgehäuse 19 verfügt über zwei Seitenwände 20 und 21, eine frontseitige Stirnwand 22, eine rückseitige Stirnwand 23 sowie über eine Decke 24 und einen in den Figuren nicht näher dargestellten Boden. Innerhalb des Modulgehäuses 19 sind Lithium-Ionen-Zellen 38 angeordnet, wobei benachbarte Lithium-Ionen-Zellen 38 unter Belassung eines Spaltraums 39 (vgl. 6) beabstandet voneinander angeordnet sind.
-
Ein Modulgehäuse 19 verfügt über eine Mehrzahl von Lufteintrittsöffnungen 25, die jeweils von den Seitenwänden 20 und 21 bereitgestellt sind. Diese Lufteintrittsöffnungen 25 sind größenvariabel ausgebildet, das heißt ihr Durchströmungsquerschnitt ist einstellbar, womit die Menge an Luft eingestellt werden kann, die im bestimmungsgemäßen Betriebsfall in das Modulgehäuse 19 über die Lufteintrittsöffnungen 25 gelangt.
-
Das Modulgehäuse 19 verfügt des Weiteren über eine zentrale Luftaustrittsöffnung 26. An diese Luftaustrittsöffnung 26 ist ein Ventilator 27 saugseitig angeschlossen. Im bestimmungsgemäßen Betriebsfall kann so über den Ventilator 27 Luft angesaugt werden, was dazu führt, dass über die Lufteintrittsöffnungen 25 Luft in das Modulgehäuse 19 einströmt, die durch die Spalträume 39 zwischen den Lithium-Ionen-Zellen 38 hindurchgeführt und über einen zentralen Kanal 40 (vgl. 5) zur Luftaustrittsöffnung 26 gelangt.
-
Frontseitig von einem Akkumulatormodul 12 abgegebene Luft sammelt sich in einem Abluftraum 42 an, der als Spaltraum zwischen der Innenseite der Tür 14 und den frontseitigen Abdeckungen 13 der Staufächer 11 ausgebildet ist. Dieser Abluftraum 42 steht in strömungstechnischer Verbindung mit einem von der Kassette 9 bereitgestellten Abluftkanal 43, wie dies insbesondere 7 erkennen lässt. Dabei weist die Kassette 9 frontseitig eine Abzugöffnung 41 auf, an die sich der Abluftkanal 43 anschließt. Die im bestimmungsgemäßen Betriebsfall über die Abzugöffnung 41 abgeführte Luft gelangt nach einem Passieren des Abluftkanals 43 in die das Akkumulatorsystem 1 umgebende Umgebungsatmosphäre 18.
-
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt eine Beschickung der Akkumulatormodule 12 mit durch das Klimagerät 17 vortemperierter Luft. Es ist so sichergestellt, dass ein Betrieb der Lithium-Ionen-Zellen 38 innerhalb eines vorgebbaren und optimierten Temperaturfensters erfolgt. Dabei werden aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sämtliche Lithium-Ionen-Zellen 38 gleichermaßen luftbeaufschlagt, und zwar sämtlichst mit gleichtemperierter Luft. Es findet insofern eine Gleichbehandlung sämtlicher Lithium-Ionen-Zellen 38 statt. Im Ergebnis dieser Konstruktion ergibt sich eine optimierte Gesamtkapazität sowie eine optimierte Lebensdauer.
-
Im Betriebsfall ergibt sich eine Luftbeaufschlagung der Lithium-Ionen-Zellen 38 wie folgt:
- Luft wird mittels des Klimageräts 17 auf eine gewünschte Zieltemperatur vortemperiert und in den rückwärtig der Staufächer 11 ausgebildeten Luftverteilraum 28 eingefördert. Da die Lufteintrittsöffnungen 25 in den Luftverteilraum 28 im Durchströmungsquerschnitt größenvariabel einstellbar sind, kann die Menge an in den Luftverteilraum 28 eingeförderter Luft in Abhängigkeit der Temperatur der zu kühlenden oder zu erwärmenden Akkumulatormodule 12 eingestellt werden. Zudem ermöglichen es die größenvariablen Lufteintrittsöffnungen 25, dass eine definierte Lustströmungsgeschwindigkeit eingestellt wird. Durch die gezielte Führung hinter die von den Staufächern 11 jeweils aufgenommenen Akkumulatormodule 12 und das Einstellen einer optimierten Strömungsgeschwindigkeit ist es möglich, dass sich die Zuluft homogen innerhalb des Luftverteilraums 28, das heißt auf der rückwärtigen Seite der Akkumulatormodule 12 verteilt, so dass im weiteren eine gleichmäßige Luftbeaufschlagung sämtlicher Akkumulatormodule 12 stattfinden kann. Es ist so eine homogene Kühlung beziehungsweise Erwärmung der einzelnen Lithium-Ionen-Zellen 38 sämtlicher Akkumulatormodule 12 möglich.
-
Wie sich insbesondere anhand der 5 und 6 ergibt, wird durch die Einhausung der Akkumulatormodule 12 eine gezielte Luftzwangsführung vorgegeben. Aus dem Luftverteilraum 28 stammende Luft gelangt in Entsprechung der Pfeile 34 über einen zentralen Eintritt 32 in das das jeweilige Akkumulatormodul 12 aufnehmende Staufach 11. Innerhalb des Staufaches 11 wird die Luft umgelenkt und entsprechend der Pfeile 36 über die seitlichen Lufteintrittsöffnungen 25 in das Modulgehäuse 19 eines jeden Akkumulatormoduls 12 geführt.
-
Wie sich insbesondere aus der Darstellung nach 6 ergibt, wird die über die Lufteintrittsöffnungen in das Modulgehäuse 19 gelangende Luft an den Lithium-Ionen-Zellen 38 vorbeigeführt, bis sie zu einem zentralen Kanal 40 gelangt. Von dort aus erfolgt ein Abtransport der Luft über die Luftaustrittsöffnung 26 in Entsprechung der Pfeile 37, die dann über einen Austritt 33 in Entsprechung der Pfeile 35 das Staufach 11 frontseitig verlässt.
-
Bei der Durchströmung der Spalträume 39 werden die zum jeweiligen Spaltraum 39 benachbarten Lithium-Ionen-Zellen 38 luftumspült, was je nach Vortemperierung der Luft zu einem Kühlen oder einem Aufheizen der Lithium-Ionen-Zellen 38 führt.
-
Die über den Austritt 38 der Staufächer 11 abgegebene Luft sammelt sich frontseitig der Staufächer 11 in dem dafür vorgesehenen Abluftraum 42 an. Von dort aus gelangt die Abluft über eine Abzugöffnung 10 in einen Abluftkanal 43, der im gezeigten Ausführungsbeispiel von einer seitlich der Staufächer 11 angeordneten Kassette 9 bereitgestellt ist.
-
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Systems, das heißt eine Temperaturgleichbehandlung sämtlicher von den Akkumulatormodulen 12 bereitgestellten Lithium-Ionen-Zellen 38. Dies wird insbesondere dadurch erreicht,
- - dass eine zielgerichtete Führung der vortemperierten Luft in Tiefenrichtung 29 hinter die Akkumulatormodule 12 stattfindet,
- - dass ein zielgerichtetes Absaugen der Abluft über eine seitlich der Staufächer 11 vorgesehene Kassette 9 stattfindet, womit unerwünschte Hot-Spots vermieden sind und
- - dass eine Einhausung der Akkumulatormodule 11 vorgesehen ist, so dass ein Ansaugen der vortemperierten Luft nur von der hinteren Seite der Akkumulatormodule 12 möglich ist und dies kombiniert damit, dass die Abluft nur zur vorderen Seite der Akkumulatormodule 12, das heißt in den frontseitig ausgebildeten Abluftraum 42 gestattet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Akkumulatorgehäuse
- 2
- Schrank
- 3
- Seitenwand
- 4
- Seitenwand
- 5
- Rückwand
- 6
- Deckenteil
- 7
- Bodenteil
- 8
- Schrankvolumenraum
- 9
- Kassette
- 10
- Abzugsöffnung
- 11
- Staufach
- 12
- Akkumulatormodul
- 13
- Abdeckung
- 14
- Tür
- 15
- Türblatt
- 16
- Türblatt
- 17
- Klimagerät
- 18
- Umgebungsatmosphäre
- 19
- Modulgehäuse
- 20
- Seitenwand
- 21
- Seitenwand
- 22
- frontseitige Stirnwand
- 23
- rückseitige Stirnwand
- 24
- Deckel
- 25
- Lufteintrittsöffnung
- 26
- Luftaustrittsöffnung
- 27
- Ventilator
- 28
- Luftverteilraum
- 29
- Tiefenrichtung
- 30
- Lufteinlass
- 31
- Pfeil
- 32
- Eintritt
- 33
- Austritt
- 34
- Pfeil
- 35
- Pfeil
- 36
- Pfeil
- 37
- Pfeil
- 38
- Lithium-Ionen-Zelle
- 39
- Spaltraum
- 40
- Kanal
- 41
- Pfeil
- 42
- Abluftraum
- 43
- Abluftkanal
