DE202023100851U1 - Thermische Vorrichtung mit kontrolliertem Druck, die mit einer schmelzbaren Flüssigkeit versorgt wird - Google Patents

Thermische Vorrichtung mit kontrolliertem Druck, die mit einer schmelzbaren Flüssigkeit versorgt wird Download PDF

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Abstract

Thermische Vorrichtung, umfassend:
- mehrere Zellen (5) einer elektrischen Akkumulator-Batterie, die in einem Gehäuse (26, 264, 269, 275) angeordnet sind, das durch eine erste umlaufende Wand (28, 30a, 30b; 30; 263) begrenzt ist, und
- Mittel (9) zum thermischen Management der Zellen (5), die eine Hülle (19) umfassen, welche ein Volumen (13) aufweist, das eine flüssige wärmeabsorbierende Substanz (15) mit Fähigkeit zum Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas enthalten kann, die in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Zellen (5) um die Zellen herum anzuordnen ist, und
- eine Verbindung (21, 211; 23, 28) zwischen dem Volumen (13) und der Außenumgebung (39), die sich außerhalb des Volumens (13) und auf Atmosphärendruck befindet, wobei die Verbindung einen Ablass (21; 23, 28) mit Fähigkeit zum Ablassen von Dampf definiert, dadurch gekennzeichnet, dass:
- die Hülle (19) zu der ersten umlaufenden Wand (28, 30a, 30b; 30; 263) des Gehäuses gehört, welche die Zellen (5) umgibt, die in die Substanz (15) getaucht sind,
- die flüssige wärmeabsorbierende Substanz (15) ein dielektrische Fluid ist und/oder eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 5×10-4 S/m aufweist, und
- die Mittel (9) zum thermischen Management des weiteren Mittel zum Anpassen des Drucks (ΔP) umfassen, die zusammen mit der Hülle (19) so ausgelegt sind, dass in dem Volumen (13) ein Druck herrscht, der höher oder niedriger als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe ist, sodass die wärmeabsorbierende Substanz eine niedrigere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung :
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das thermische Management mindestens einer zelle zur Speicherung von elektrischer Energie mittels mindestens einer Substanz, deren latente Wärme genutzt wird, wie zum Beispiel einer PCM-(Phasenwechselmaterial) Substanz.
  • PCM bezeichnet eine Substanz, die in der Lage ist, ihren Aggregatszustand in einem begrenzten Temperaturbereich zu ändern. Die thermische Speicherung kann durch Ausnutzung ihrer latenten Wärme (LW) erfolgen: Die Substanz kann dann durch einfache Zustandsänderung Energie speichern oder abgeben, während zugleich eine Temperatur und ein Druck im Wesentlichen konstant, der bzw. dem der Zustandsänderung, gehalten werden.
  • Der Begriff „Substanz“ ist als chemischer Stoff zu verstehen, der durch seine Besonderheit, seine Art, seinen Zustand oder seine Eigenschaften gekennzeichnet ist. Diese „Substanz“ (nachfolgend Bezugszeichen 15) kann insbesondere in ihrem Einsatzzustand flüssig sein bis zu einer Grenztemperatur, bei der sie mindestens zum Teil durch Sieden verdampft. So kann man erwägen, zum Beispiel Wasser, eine wässrige Verbindung oder ein dielektrisches Fluid zu verwenden, das dafür bekannt ist, dass es bereits in elektrischen Transformatoren eingesetzt wird und dessen Verdampfungstemperatur sich unter dem Betriebsdruck (hier a priori dem Atmosphärendruck) auf plus/minus 10 °C an der zulässigen maximalen Nennbetriebstemperatur von Zellen einer Batterie liegt.
  • Der Luftdruck ist in diesem Text der Druck, den das Gasgemisch, aus dem die Atmosphäre besteht (auf der Erde: Luft), auf eine beliebige Fläche ausübt, die mit ihr in Berührung kommt. Wenn das Fahrzeug ein Flugzeug ist, kann der Luftdruck also der Druck in dem geschlossenen, von der Atmosphäre außerhalb des Flugzeugs isolierten Raum sein, in dem sich die Hülle und ihr Volumen befinden: Frachtraum oder jeder Bereich im Flugzeug, der unter lokalem Druck steht.
  • Der Einsatzzustand zur Verwendung der wärmeabsorbierenden Substanz wird günstigerweise als über -30 °C verstanden. So ist die wärmeabsorbierende Substanz bei einer Temperatur von über -30 °C (vorzugsweise über -20 °C) vorzugsweise fluid, nämlich flüssig, und anschließend oberhalb der Phasenwechseltemperatur von Flüssigkeit zu Gas gasförmig.
  • Es kann jedoch auch eine wärmeabsorbierende Substanz vorgesehen werden, die unter Atmosphärendruck auf Meereshöhe:
    • - bis zu einer Temperatur, die über 0 °C liegen kann, fest,
    • - anschließend durch Phasenwechsel, der typischerweise zwischen 15 °C und 35 °C auftreten könnte, flüssig,
    • - anschließend durch Phasenwechsel bei der Siedetemperatur der Substanz, zum Beispiel zwischen 50°C und 130°C, auf 10°C genau, d. h. auf +/- 10°C, hier also zwischen 40°C und 140°C, gasförmig ist.
  • Darüber hinaus ist „Nenn-“ nachfolgend als mit einem Kennzeichen, einer Leistung einer Vorrichtung (hier einer Zelle), die durch den Hersteller bekanntgegeben oder durch ein Lastenheft vorgesehen ist, zusammenhängend zu verstehen.
  • Stand der früheren Technik :
  • Wie die vorliegende Lösung schlägt FR3063340 eine thermische Vorrichtung vor, welche umfasst:
    • - mehrere Zellen, die im Betrieb thermische Energie ableiten,
    • - Mittel zum thermischen Management der Zellen, die eine Hülle umfassen, welche ein Volumen aufweist, in dem sich eine wärmeabsorbierende Substanz mit Phasenwechsel zwischen flüssig und gasförmig befinden kann, in thermischem Austausch mit mindestens einem Teil der Zellen, und
    • - eine Verbindung zwischen dem Volumen der Hülle und der äußeren Umgebung, wobei die Verbindung einen Ablass definiert, der es ermöglicht, dass in einer anormalen Situation des Überhitzens der Zellen, in der sich die Substanz dann in dem Volumen befindet, mindestens ein Teil der Substanz in gasförmiger Form zu der äußeren Umgebung abgelassen wird (Situation eines Entlüftens, „venting“, oder Überdruckventil, „pressure relief valve“ im Englischen).
  • Wie die vorliegende Lösung, FR3063340 schlägt eine thermische Vorrichtung vor, die Folgendes umfasst:
    • - mehrere Zellen, die thermische Energie abführen, im Betrieb,
    • - Mittel zum thermischen Management der genannten Zellen, die eine Hülle mit einem Volumen umfassen, in dem eine wärmeabsorbierende Substanz mit Phasenwechsel zwischen flüssig und gasförmig enthalten sein kann, die mit mindestens einem Teil der Zellen in Wärmeaustausch steht, und
    • - eine Verbindung zwischen dem Volumen der Hülle und der äußeren Umgebung, wobei die Verbindung einen Abfluss definiert, der es in einer abnormalen Situation der Überhitzung der Zellen, in der die Substanz dann in dem Volumen vorhanden ist, ermöglicht, dass zumindest ein Teil der Substanz in Gasform in die äußere Umgebung abgeleitet wird (Situation des „Venting“ oder „pressure relief valve“ auf Englisch).
  • Im Text wird „Venting“ daher konventionell übersetzt als: Entlüftung der äußeren Umgebung (nachfolgend mit 39 gekennzeichnet).
  • Es wurde bereits eine thermische Sicherung um (oder entlang mindestens eines Teils) mindestens einer Zelle einer elektrischen Batterie, die sich übermäßig erwärmen kann, und/oder zwischen mindestens zwei solchen Zellen vorgeschlagen, um die Kontrolle eines unangemessenen Temperaturanstiegs dieser Zelle(n) zu fördern, wobei die Zellen alle oder in Gruppen (als Module bezeichnet) in einem gemeinsamen Gehäuse ( unten) oder in einem oder mehreren Gehäusen (ein Gehäuse pro Modul gemäß der in der Branche üblichen Bezeichnung) zusammengefasst sind.
  • Wenn von einem „nicht reversiblen thermischen Durchdrehen der Zelle(n)“ die Rede ist, handelt es sich um eine Situation, die beispielsweise bei Li-Ion-Zellen auftritt, die, wenn sie in den genannten anormalen Betriebszustand geraten, in dem an der Oberfläche Hotspots von 80 °C (auf 10 °C genau) existieren können, innerhalb weniger Sekunden (dies kann in der Größenordnung von 10 s liegen) auf mehrere hundert °C an der Oberfläche ansteigen, wobei eine Energiemenge von 200 bis 500 J/gr freigesetzt wird: kommt es zu einem nicht umkehrbaren und eigentlich auch nicht kontrollierbaren Thermal Runaway.
  • Die folgenden Bezeichnungen sind darüber hinaus wie folgt zu verstehen:
    • - äußere Umgebung: Es handelt sich um eine Belüftung der wärmeaufnehmenden Substanz an der Luft, in der Atmosphäre, also bei atmosphärischem oder Umgebungsdruck, wodurch sie in der Dampfphase entweichen kann und dabei eine große Menge der aus der/den Zelle(n) entnommenen Kalorien mitnimmt,
    • - Funktionsorgan: Organ, das eine Rolle bei der Funktion und/oder Nutzung des Fahrzeugs spielt und für seine Funktion eine Stromversorgung benötigt, wie z. B. Motor (elektrisch oder thermisch), elektrische Fensterheber, Radio, Klimaanlage, Türverriegelung usw,
    • - Zelle (oder Akkumulator): Speichermedium für elektrische Energie, das Wärme erzeugt. Es kann sich dabei insbesondere um elektrochemische Zellen handeln,
    • - Modul: eine Gruppe von Zellen, die physisch miteinander verbunden und nebeneinander angeordnet sind. Mehrere Module, deren Zellen elektrisch miteinander verbunden sind, bilden eine Batterie,
    • - Nominaler bzw. abnormaler Betriebszustand: Situationen, in denen die Temperatur der betreffenden Zelle unter bzw. über einem Temperaturschwellenwert liegt, wobei dieser Schwellenwert in der „Steuerung“ gespeichert sein kann, die :
      • -- mit einem (mindestens) Sensor für die Temperatur oder einen anderen nützlichen Parameter (siehe unten) verbunden ist und
      • -- angepasst ist, um selektiv dieses oder jenes Element oder diese Vorrichtung (Ventil, Pumpe, Klappe ...) zu steuern, in Abhängigkeit von den von dem (den) Detektor(en) empfangenen Daten oder sogar auch in Abhängigkeit von einem vorab im Speicher eines im Fahrzeug eingebauten Rechners gespeicherten Betriebsprogramm.
  • Der abnormale Zustand einer Zelle umfasst die Situation, in der sich eine beschädigte Zelle plötzlich zu erhitzen beginnt, z. B. nach einem Durchbruch oder einer Überspannung der Zelle oder einer Überhitzung der Kabel (Markierungen 51 a, 51b unten).
  • Anders als in US2016264018 A1 sollte das hier vorgesehene „Venting“ so sein, dass die wärmeabsorbierende Substanz in Gasform in die genannte äußere Umgebung abgegeben wird, die weiter von allen genannten Zellen entfernt ist als das genannte Volumen.
  • In diesem Zusammenhang stellte sich den Erfindern ein Problem im Zusammenhang mit der optimierten Leistung der oben genannten thermischen Vorrichtung und/oder den Massen und/oder den Temperaturen, um die es dabei geht.
  • Es wurde daher eine Lösung gesucht, die insgesamt die Zuverlässigkeit der oben genannten Vorrichtung erhöhen und/oder ihre Wartung erleichtern und/oder ihren Betrieb optimieren und/oder sie umweltfreundlicher machen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung zielt darauf ab, zumindest einen Teil der oben genannten Probleme zu lösen und schlägt zu diesem Zweck grundlegend eine thermische Vorrichtung vor, die in einer ersten Lösung Folgendes umfasst:
    • - mehrere Zellen einer elektrischen Akkumulator-Batterie, die (gemeinsam) in einem Gehäuse angeordnet sind, und
    • - Mittel zum thermischen Management der Zellen, die eine Hülle umfassen, welche ein Volumen aufweist, das eine flüssige wärmeabsorbierende Substanz mit Fähigkeit zum Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas enthält, die in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Zellen um die Zellen herum angeordnet ist, und
    • - eine äußere Umgebung, die außerhalb des Volumens liegt, und
    • - eine Verbindung zwischen dem Volumen und der äußeren Umgebung, wobei die Verbindung einen Ablass mit Fähigkeit zum Ablassen von Dampf definiert,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    • - sich die äußere Umgebung auf Atmosphärendruck befindet.
  • Auf diese Weise umgibt die Hülle mehrere der Zellen.
  • Vorteilhafterweise kann das Volumen so beschaffen sein, dass die wärmeabsorbierende Substanz darin sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Phase enthalten sein kann. In diesem Fall kann die wärmeabsorbierende Substanz innerhalb des Volumens von ihrer flüssigen Phase in ihre gasförmige Phase übergehen, und es kann flexibel entschieden werden, wann die gasförmige Phase aus dem Volumen in die äußere Umgebung entweichen soll.
  • Darüber hinaus ist mindestens eines der folgenden Merkmale a), b) erfüllt:
    • - a) Die Hülle ist gemäß dem folgenden Fall a1) oder a2) ausgeführt:
      • a1) sie gehört zu einer umlaufenden Wand des Gehäuses:
        • -- a11) die entweder die Zellen umgibt, die in die Substanz getaucht sind (die Hülle definiert dann zumindest teilweise die Umfangswand des Gehäuses),
        • -- a12) oder in deren Dicke die Hülle definiert ist und durch die hindurch der thermische Kontakt zwischen der Substanz und den Zellen erfolgt, ohne physischen Kontakt zwischen ihnen, oder
      • a2) gehört zu einer zweiten umlaufenden Wand, die um eine erste umlaufende Wand des Gehäuses herum liegt und durch die hindurch der thermische Kontakt zwischen der Substanz und den Zellen mittels des Weiteren der ersten umlaufenden Wand erfolgen kann, ohne physischen Kontakt zwischen den Zellen und der Substanz,
    • - b) die Mittel zum thermischen Management umfassen des Weiteren Mittel zum Anpassen des Drucks, die zusammen mit der Hülle geeignet sind, damit sich die flüssige Substanz in dem Volumen unter einem Druck befindet:
      • -- der höher ist als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe, und/oder
      • -- sodass die Substanz in dem Volumen eine höhere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe aufweist.
  • Bei Messungenauigkeiten kann man davon ausgehen, dass 1,01×105Pa der atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist.
  • Im Fall b) wird der Druck auf die in dem Volumen enthaltene flüssige Substanz günstig wirken, wenn sich die Zellen im Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur befinden, die typischerweise über 15 °C, aber unter 30 °C oder sogar unter 20 °C liegt, z. B. zwischen 20 °C und 25 °C.
  • Das Volumen, das die Substanz enthält, wird dicht sein, vorzugsweise bis die in diesem Volumen enthaltene flüssige Substanz ihre Siedetemperatur erreicht. Bis zu einem Schwellenwert, a priori einem Temperatur- oder Druckschwellenwert, werden also das Volumen und die Substanz von der äußeren Umgebung, die dem atmosphärischen Druck unterliegt und in der sich die thermische Vorrichtung und damit die Hülle befindet, isoliert sein.
  • In den Fällen a12) oder a2) wird also durch mindestens eine periphere Wand der besagte thermische Kontakt zwischen der Substanz und den Zellen bestehen, ohne dass es einen physischen Kontakt zwischen ihnen gibt. Im Fall a2) kann der thermische Kontakt zwischen der Substanz und den Zellen über die erste und zweite Umfangswand erfolgen, wobei es immer noch keinen physischen Kontakt zwischen der Substanz und den Zellen gibt.
  • Außerdem kann man durch die Beeinflussung der Siedetemperatur auf den ersten Blick die Zellen besser schützen, indem man die Temperatur an sie anpasst.
  • Da sie dampfabführend ist, wird die „Verbindung“ in einer anormalen Situation der Überhitzung der Zellen ermöglichen, dass zumindest ein Teil der dann in dem Volumen enthaltenen Substanz in Gasform in die äußere Umgebung abgeführt wird.
  • Ein in dem Volumen erzeugter Überdruck könnte jedoch in bestimmten Situationen als nicht ausreichend wirksam oder nicht angemessen angesehen werden.
  • Als Alternative zum obigen Fall b) wird daher in einer zweiten Lösung eine thermische Vorrichtung vorgeschlagen, die Folgendes umfasst::
    • - Zellen einer elektrischen Akkumulator-Batterie,
    • - Mittel zum thermischen Management der Zellen, die eine Hülle umfassen, welche ein Volumen aufweist:
      • -- das eine wärmeabsorbierende Substanz mit Fähigkeit zum Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas enthält, die in thermischem Kontakt mit den Zellen angeordnet ist, und
      • -- das von einer äußeren Umgebung, die dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, isoliert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum thermischen Management des Weiteren Mittel zum Anpassen des Drucks umfassen, die zusammen mit der Hülle geeignet sind, damit sich die flüssige Substanz in dem Volumen unter einem Druck befindet:
    • - der niedriger ist als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe, und/oder
    • - sodass die Substanz in dem Volumen eine niedrigere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe aufweist.
  • In dieser zweiten Lösung :
    • - ist das Volumen, das die Substanz enthält, auch nach Erreichen der Siedetemperatur und damit darüber hinaus dicht,
    • - das Volumen ist somit zusammen mit der Substanz in jeder Situation von der äußeren Umgebung isoliert, die dem atmosphärischen Druck unterliegt und in der sich die thermische Vorrichtung und damit die Hülle befindet.
  • In Anbetracht dessen wird vorgeschlagen, um die Kalorien der Zellen abzuführen, ohne die genannte „Substanz“ in die Umgebungsluft zu schicken, die zweite Lösung zu vervollständigen, indem vorgesehen wird, dass die Mittel zur thermischen Verwaltung der Zellen außerdem eine Fluidverbindung zwischen dem Volumen und einem Wärmetauscher umfassen, die es der genannten Substanz ermöglicht, zum Wärmetauscher zu zirkulieren und dort zu kondensieren.
  • Dabei kann ein Thermosiphon-Prinzip zum Einsatz kommen. Die Fluidverbindung ist wie das Volumen dicht und von der äußeren Umgebung isoliert, die dem atmosphärischen Druck unterliegt.
  • Die Fluidverbindung hält das Volumen unter dem Teilvakuum und damit vom atmosphärischen Druck isoliert, selbst wenn die Substanz zum Wärmetauscher fließt und dort kondensiert. Die Isolierung kann zu jedem Zeitpunkt bestehen.
  • Die Fluidverbindung kann einen (in sich) geschlossenen Kreislauf definieren, auf dem das Volumen und der Wärmetauscher angeordnet sind, so dass die Substanz, nachdem sie im Wärmetauscher kondensiert ist, zumindest teilweise in flüssiger Phase wieder in das Volumen zurückgeführt werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Mittel zur thermischen Steuerung der Zellen einen Kondensatsammler umfassen, mit dem der Wärmetauscher in Verbindung steht, so dass die aus der Kondensation der genannten Substanz stammenden Kondensate zurückgewonnen werden können.
  • Bei der ersten und zweiten Lösung wird also mit der Siedetemperatur der wärmeabsorbierenden Substanz in dem Volumen gespielt. Auf diese Weise kann man die Zellen besser schützen, indem man diese Temperatur an sie anpasst; man könnte sie dazu bringen, sich weniger zu erhitzen.
  • In FR3084525 ist nicht offenbart :
    • - eine äußere Umgebung mit atmosphärischem Druck,
    • - ein Volumen, das die Fähigkeit hat, dass eine wärmeabsorbierende Substanz darin einen flüssigen Zustand und dann einen gasförmigen Zustand einnimmt,
    • - von Druckanpassungsmitteln, die zusammen mit der Hülle geeignet sind:
      • -- die in diesem Volumen enthaltene flüssige Substanz in Bezug auf den Druck der äußeren Umgebung in einen Über- oder Unterdruck zu versetzen,
      • -- zuzulassen, dass die in dem Volumen enthaltene Substanz eine andere Siedetemperatur aufweist als die Siedetemperatur, die die Substanz bei atmosphärischem Druck auf Meereshöhe aufweist,
    • - noch dass die betreffende Hülle gemäß dem obigen Fall a1) oder a2) gebildet werden kann.
  • Vorzugsweise:
    • - sich der Über- oder Unterdruck in dem Volumen um mindestens 5% des Atmosphärendrucks der Substanz auf Meereshöhe unterscheidet und/oder,
    • - sich die Siedetemperatur der Substanz in dem Volumen um mindestens 5% von der Siedetemperatur der Substanz bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe unterscheidet.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei weniger als 5% der Effekt oft nicht substanziell genug sein kann. Außerdem kann es schwierig sein, eine geeignete Einstellung der Druckanpassungsmittel über längere Zeit aufrechtzuerhalten.
  • In FR3063340 ist nicht offenbart :
    • - Druckanpassungsmittel wie oben beschrieben,
    • - noch dass die betreffende Hülle gemäß dem vorstehenden Fall a1) oder a2) gebildet werden kann.
  • Bei Messungenauigkeiten kann man davon ausgehen, dass 1,01×105Pa der atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist.
  • Wie unten näher erläutert, ist hier hingegen vorgesehen, wie bereits durch die generische Lösung in FR3063340 abgedeckt:
    • - d) sowohl für den Fall, dass Zellen in einem Gehäuse angeordnet sind, in dem sie einzeln oder in Gruppen durch eine Reihe von sogenannten Hüllen voneinander getrennt sind, die jeweils ein Volumen definieren, in dem die wärmeabsorbierende Substanz, wenn sie vorhanden ist, mit diesen Zellen Kalorien austauschen kann,
    • - e) dass alle Fälle, in denen eine Reihe der Zellen in Wärmeaustausch mit (mindestens) einer Hülle steht, deren Volumen alle diese Zellen im Wesentlichen umgibt.
  • In diesem Fall e) wird außerdem speziell berücksichtigt, dass das Volumen alle diese Zellen im Allgemeinen auf die gleiche Weise umgibt:
    • -- e1) dem Volumen eines Gehäuses, das diese Reihe von Zellen enthält, die zu einem Zeitpunkt in der wärmeabsorbierenden Substanz baden können, oder
    • -- e2) (mindestens) einer sogenannten Hülle, die ein Gehäuse umgibt, das diese Reihe von Zellen enthält, wobei dann die wärmeabsorbierende Substanz um dieses Gehäuse herum vorhanden sein kann, ohne physischen Kontakt mit der Reihe von Zellen, da sie von diesen durch die Wand des Gehäuses und/oder die Wand der Hülle getrennt ist.
  • Zweckmäßigerweise umfassen die Mittel zur Druckanpassung eine Pumpe oder einen Kompressor.
  • Eine einfache Lösung: Eine Pumpe oder ein Kompressor sorgt für einen Überdruck.
  • Mit einer Vakuumpumpe kann ein Unterdruck erzeugt werden.
  • Wenn bei der obigen „ersten Lösung“ die wärmeabsorbierende Substanz in flüssiger Phase nicht nur in dem Volumen, sondern auch außerhalb des Gehäuses in einem Kreislauf außerhalb des Volumens zirkuliert (dies kann in einem Versorgungs- oder Recyclingkreislauf sein), kann die Pumpe oder der Kompressor permanent an den Kreislauf angeschlossen und/oder permanent mit dem Volumen verbunden sein.
  • Als Alternative wird vorgeschlagen:
    • - dass die Hülle eine Öffnung aufweist, durch die die Pumpe oder der Kompressor mit dem genannten Volumen verbunden werden kann, und
    • - dass die oben genannte Vorrichtung einen Verschluss der genannten Öffnung und eine trennbare Fluidverbindung umfasst, die es ermöglicht, die Hülle von der Pumpe oder dem Kompressor zu trennen.
  • Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die wärmeabsorbierende Substanz in der flüssigen Phase statisch in dem Volumen gelagert wird und nicht außerhalb zirkuliert.
  • Diese Anordnung der trennbaren Verbindung und damit der zeitweiligen Verbindung der Pumpe wird in der Praxis bei der oben genannten „zweiten Lösung“ a priori systematisch sein: Die Vakuumpumpe wird nach dem Evakuieren des Volumens abgetrennt und der entsprechende Zugang zum Volumen geschlossen.
  • Auf diese Weise kann die Pumpe oder der Kompressor vom Volumen und/oder vom Gehäuse abgenommen werden, während der gewünschte Unter- oder Überdruck industriell erreicht wird.
  • Der (jeder) Nennzustand einer Zelle kann der Zustand sein, in dem sie sich befindet, wenn sie „normal“ funktioniert, z. B. bei einer stabilisierten Fahrsituation mit 80 km/h oder bei einer elektrischen (Wieder-)Aufladung: „Fast Charge“ oder „Ultra Fast Charge“, ohne Überhitzung, die sie beschädigen könnte.
  • Für eine elektrochemische Li-Ion-Zelle liegt der übliche nominale Temperaturbereich zwischen 15°C und 35°C, mit einer Abweichung von 5°C. Dies kann ein erster nominaler Betriebszustand sein, also mit einer ersten Temperaturschwelle bei 35°C, auf 5°C genau.
  • Ein zweiter nomineller Betriebszustand, der der Schnellladephase („fast charge“ oder „ultra fast charge“) entsprechen kann, kann zwischen 35°C und 45°C, auf 5°C genau, liegen, also mit einer zweiten Temperaturschwelle bei 45°C, auf 5°C genau.
  • Der abnormale Betriebszustand, der dieser Phase entsprechen kann, in der die Zelle(n) zu stark oder zu lange überhitzt wird/werden und sich daher verschlechtert/verschlechtern), kann zwischen 45 °C und etwa 60 °C, auf 5 °C genau, liegen, mit einem dritten Temperaturschwellenwert bei 55-65 °C, auf 5 °C genau.
  • Darüber kann man davon ausgehen, dass man sich zu sehr der tatsächlichen Schwelle nähert (im obigen Beispiel etwa 80 °C), bei der eine Zelle einen nicht reversiblen thermischen Runaway erleidet.
  • Beachten Sie, dass diese Verweise auf die Oberflächentemperaturen der Zelle durch Werte für die elektrische Energie der Zelle ersetzt werden könnten, z. B. Spannung, Stromstärke, Verringerung des elektrischen Widerstands.....
  • Man könnte auch annehmen, dass bei niedrigen Temperaturen der anormale Zustand einer Zelle unterhalb von 10 °C beginnt: Man könnte dann unterhalb dieser Temperatur die Zelle vorübergehend bis zu ihrem ersten nominalen Betriebszustand aufheizen müssen.
  • So kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn die wärmeabsorbierende Substanz ein dielektrisches Fluid ist, wobei für höhere Temperaturen allgemein auch vorgeschlagen wird, dass die „wärmeabsorbierende Substanz“ mindestens einen der folgenden Bestandteile enthalten kann oder ausschließlich aus einem der folgenden Bestandteile besteht: Wasser, Öl. „Wasser“ deckt also den Fall einer wässrigen Verbindung (wie Wasser + Gycol) ab, wobei das Problem bei Wasser die elektrische Unverträglichkeit mit den Zellen ist.
  • Als „dielektrische Flüssigkeit“ kann eine „Bio“-Flüssigkeit vom Typ „bio-based fluid“ (siehe „MIVOLTCOOLING. com“), ein GTL (Gaz to liquid) Naptha, ein GTL Parrafin, ein Hydrofluorether, ein Hydrofluorolefin, fluorierte Fluide (Fluorinated fluids), ein HC-Fluid (HC fluids): Kältemittel auf Kohlenwasserstoffbasis, oder auch ein fluoriertes Fluid, wie etwa aus der Familie der Hydrofluorether (HFE), oder der Familie der Fluoroketone (FK) oder der Familie der Fluoroinert (PFC).
  • Insbesondere ein dielektrisches Fluid (wie eines, das zur Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung von elektrischen Transformatoren verwendet wird) oder ein Wärmeträgeröl könnte geeignet sein, auch wenn es nicht als „MCP“ kommerziell gelistet ist und im Betriebszustand keine feste Phase aufweist (was nicht von vornherein ein Nachteil ist).
  • Um insbesondere Kompaktheit, Effizienz, Sicherheit und/oder reduzierte Masse weiter zu fördern, wird außerdem vorgeschlagen :
    • - dass, mit Ausnahme des Falls a11), die wärmeabsorbierende Substanz eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 0,0045 S/m aufweist, und/oder,
    • - dass im Fall a11) die wärmeabsorbierende Substanz eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 5x10-4 S/m aufweist.
  • Im Fall a1) kann man sich somit von den Problemen der elektrischen Unverträglichkeit mit Zellen und allgemein mit Batterien von elektrischen Akkumulatoren befreien, während in den anderen Fällen die Wahl offen bleibt.
  • Bei einem dielektrischen Fluid und/oder einer wärmeabsorbierenden Substanz mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 5x10-4 S/m kann es von Vorteil sein, wenn die wärmeabsorbierende Substanz einen Siedepunkt zwischen 15°C und 80°C und vorzugsweise zwischen 25°C und 70°C aufweist. Dadurch wird es möglich, die Wahl eines thermisch sehr leistungsfähigen Fluids mit einer begrenzten Siedetemperatur zu kombinieren.
  • Um das Erreichen der oben genannten Ziele weiter zu optimieren, wird in allen oben genannten Fällen vorgeschlagen, dass :
    • - dass die wärmeabsorbierende Substanz in diesem Volumen eine Siedetemperatur zwischen 10°C und 140°C und vorzugsweise zwischen 15°C und 80°C aufweisen kann, und/oder
    • - dass die Über- oder Unterdruckbeaufschlagung der Substanz in dem Volumen zu einem Zeitpunkt eingerichtet wird, zu dem die Zellen eine Temperatur von weniger als 45 °C haben, a priori in dem Gehäuse oder bereit, darin platziert zu werden.
  • Dies wird die Sicherheit und Langlebigkeit der Zellen weiter verbessern.
  • Während gute Hoffnungen in die Wirksamkeit der bisher beschriebenen Lösung gesetzt wurden, ist es wahrscheinlich (möglich), dass wirklich leistungsfähige Ergebnisse im Hinblick auf den Kompromiss zwischen thermischer Wirksamkeit/Kosten/Gewicht/Platzbedarf/angemessene Einbaukapazität im Fahrzeug dazu führen, dass man hinsichtlich der Anwendung der Lösung in ausreichend großem Maßstab in Bereichen wie dem Automobilbau oder der Luftfahrt zurückhaltend sein kann.
  • Wenn dies der Fall ist, wird vorgeschlagen :
    • - dass die Mittel zur thermischen Steuerung des thermischen Mittels außerdem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gruppen von Zellen mindestens ein thermisches Isolierelement umfassen,
    • - oder sogar, dass das oder jedes wärmeisolierende Element ein plattenförmiges Element umfasst, das in einer luftleeren, hermetischen Hülle angeordnet ist, um ein Vakuumisolationspaneel zu definieren.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass dieses Hinzufügen von Wärmeisolierelement(en) zwischen Zellen (insbesondere in einer Vakuumisolierausführung; PIV) von den Erfindern zunächst intuitiv als irrelevant angesehen wurde, angesichts der Werte der auf dem Spiel stehenden Wärmeenergie und der mit dieser Anordnung verbundenen Risiken, insbesondere in einer PIV-Lösung (Risiko des Verlusts des Vakuums). Ein Beharren auf diesem Ansatz hat die Erfinder jedoch dazu veranlasst, die Versuche zu vervielfachen und schließlich die Qualität der Ergebnisse festzustellen, die mit der Zwischenschaltung solcher thermisch isolierender Elemente erzielt wurden, die die Rolle von Stabilisatoren/Glättern des Temperaturanstiegs spielen, insbesondere im zweiten (oder Ende des) oben genannten nominalen und anormalen Zustand.
  • Das wärmeisolierende Element wird die Ausbreitung von Wärme auf benachbarte Zellen und/oder Module (Zellgruppen) begrenzen. Durch den Phasenwechsel wird die Temperatur der Flüssigkeit bei der Siedetemperatur blockiert.
  • Da diese jedoch höher sein kann als die Temperatur, bei der die benachbarte Zelle oder das benachbarte Modul betroffen sein könnte, kann es besonders nützlich sein, eine zwischengeschaltete thermische Barriere zu schaffen. PIV ist vorzuziehen, da seine Leitfähigkeit fünfmal geringer ist als die herkömmlicher Isolierungen, was zu einem geringeren Platzbedarf führt, da die angestrebte Temperaturabsenkung 40 °C betragen kann. Die Wärmeisolierung muss möglicherweise nicht angebracht werden, wenn das ausgewählte Fluid (die ausgewählte Substanz) bei einer Temperatur siedet, die mehrere Grad (5 bis 10 °C) unter der Runaway-Temperatur der benachbarten Zellen liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Wärmeisolierung tatsächlich empfohlen.
  • Direkt an oder in der Nähe des Gehäuses (seiner Außenwand) kann ein „Vorrat“ an flüssigem Fluid (d. h. wärmeabsorbierender Substanz) vorgesehen werden.
  • Sie enthält eine verfügbare Menge dieser Substanz, sowohl in der nominalen als auch in der anormalen Situation des Betriebs der Zellen, und ermöglicht, typischerweise durch kommunizierende Gefäße, bei Bedarf einen Ausgleich der Niveaus.
  • Insbesondere in diesem Fall kann es von Vorteil sein, wenn die Umfangswand des Gehäuses auf mindestens einer Seite (mindestens) ein zusätzliches Volumen enthält oder von diesem umgeben ist, in dem ein Fluid (F2), das mit der Substanz identisch oder von ihr verschieden ist, enthalten ist:
    • - enthalten sein kann, und
    • - das dann zumindest in einem Teil zumindest des Nennzustands in Wärmeaustausch mit den Zellen stehen wird.
  • Wenn sich die Hülle, die zur Aufnahme der wärmeabsorbierenden Substanz vorgesehen ist, um eine Wand eines Gehäuses erstreckt, das eine Reihe der Zellen enthält, mit denen die Substanz durch die Wand hindurch in Wärmeaustausch treten kann, dann kann es von Vorteil sein, wenn die Hülle durch eine Trennwand von dem zusätzlichen Volumen isoliert ist.
  • In Bezug auf das (die) oben genannte(n) zusätzliche(n) Volumen ist anzumerken, dass man auf diese Weise das Vorhandensein der thermischen Sicherheit durch Dampfaustritt in einer anormalen Betriebssituation (Überhitzung und/oder elektrische Beeinträchtigung) nutzen kann, um ihr eine weitere thermische Sicherheit anzufügen, die in einer nominalen Betriebssituation der Batterie über das Fluid F2, das in dem (den) zusätzlichen Volumen zirkulieren kann, wirken kann.
  • Insbesondere bei Vorhandensein dieses Zusatzvolumens/dieser Zusatzvolumina ist es von Vorteil, wenn mindestens ein Detektor vorhanden ist, der auf mindestens einen der folgenden Zustände anspricht:
    • - mindestens einen der nominalen oder abnormalen Betriebszustände der Zellen,
    • - einen chemischen oder physikalischen Parameter, bei dem es sich um die Temperatur der oder mindestens einer der Zellen oder um einen Druck der wärmeabsorbierenden Substanz handeln kann, oder einen elektrischen Parameter der oder mindestens einer der Zellen.
  • Ein Steuerorgan, das mit dem/den Detektor(en) und mit Mitteln zur selektiven Zirkulation des Fluids (F2) in diesem/diesen zusätzlichen Volumen verbunden ist, kann es ermöglichen, das Fluid zumindest während der Zeit zirkulieren zu lassen, in der sich die Zellen im Nennzustand befinden, wodurch die Risiken eines thermischen Durchdrehens noch weiter begrenzt werden.
  • Als Steuereinheit kann man an eine Komponente eines BMS (Battery Management System) denken, das, wie bekannt, ein elektronisches System ist, das eine Batterie (ihre Zellen) verwaltet, indem es insbesondere verhindert, dass die Batterie außerhalb ihres Sicherheitsbereichs (des sogenannten Nennzustands) arbeitet, ihren Zustand überwacht, ihre Umgebung kontrolliert, bestimmte Daten berechnet und andere überträgt, beispielsweise an eine Pumpe(n) und/oder ein Ventil(e) und/oder eine Wärmetauschervorrichtung.
  • Als oben genannte Mittel zur selektiven Zirkulation kann man also an eine Pumpe, ein oder mehrere Ventile, ein oder mehrere Klappen denken.
  • Was die Vorgehensweise betrifft, insbesondere gemäß der oben genannten " ersten Lösung", so kann diese als Verfahren zur Durchführung eines Wärmemanagements von Zellen einer elektrischen Akkumulator-Batterie, wobei bei dem Verfahren in einem Gehäuse in Nähe zueinander platziert zu finden sind:
    • - die Zellen,
    • - Mittel zum thermischen Management der Zellen, die mindestens eine Hülle umfassen, welche ein Volumen aufweist, das eine Substanz mit Akkumulation von latenter Wärme durch Phasenwechsel enthält oder enthalten kann, die in thermischem Kontakt mit den Zellen angeordnet oder anzuordnen ist, wobei die Substanz eine Siedetemperatur aufweist, oberhalb der sie in eine gasförmige Phase übergeht, und
    • - eine Verbindung zwischen dem Volumen der Hülle und einer äußeren Umgebung, die außerhalb des Volumens liegt und sich auf Atmosphärendruck befindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    • - wenn sich die Substanz auf einer Temperatur befindet, die niedriger ist als ihre Siedetemperatur bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe, die Substanz in dem Volumen einem Druck ausgesetzt wird:
      • -- der höher ist als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe, und/oder
      • -- sodass die in dem Volumen enthaltene Substanz dann eine höhere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe aufweist, und anschließend,
    • - wenn die in dem Volumen enthaltene Substanz durch thermischen Austausch mit den Zellen eine Temperatur gleich ihrer oder größer als ihre Siedetemperatur erreicht, ein Entweichen des Gases, in das sich die Substanz verwandelt hat, durch die Verbindung in die äußere Umgebung sichergestellt wird.
  • Was die Vorgehensweise, insbesondere gemäß der oben genannten „zweiten Lösung“ betrifft, so kann diese als ein Verfahren zur Durchführung eines Wärmemanagements von Zellen einer Batterie elektrischer Akkumulatoren übersetzt werden, bei dem man in einem Gehäuse nahe beieinander platziert findet :
    • - die Zellen,
    • - Mittel zum thermischen Management der Zellen, die mindestens eine Hülle umfassen, welche ein dichtes Volumen aufweist, das enthält oder enthalten kann eine Substanz:
      • -- mit Fähigkeit zum Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas,
      • -- die in thermischem Kontakt mit den Zellen angeordnet oder anzuordnen ist, wobei die Substanz eine Siedetemperatur aufweist, oberhalb der sie in eine gasförmige Phase übergeht, wobei das Volumen von einer äußeren Umgebung, die dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, isoliert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenn sich die Substanz auf einer Temperatur befindet, die niedriger ist als ihre Siedetemperatur bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe, die Substanz in dem Volumen einem Druck ausgesetzt wird:
    • - der niedriger ist als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe, und/oder
    • - der so ist, dass die in Volumen) enthaltene Substanz (15) eine niedrigere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe aufweist.
  • Tatsächlich wird die in diesem Volumen enthaltene Substanz unter einem anderen Druck als dem atmosphärischen Druck stehen :
    • - unabhängig vom Sieden, d. h. potenziell bei einer Temperatur unterhalb ihrer Siedetemperatur, und/oder
    • - während es sich in einem anderen als dem gasförmigen Zustand befindet. Dies kann günstigerweise der flüssige Zustand sein.
  • Dieses relative Vakuum der genannten Substanz in dem Volumen könnte :
    • - geringer sein als der Druck innerhalb einer Flugzeugkabine, wobei dieser Druck technisch als äquivalente effektive Kabinenhöhe oder, gebräuchlicher, als Kabinenhöhe bezeichnet wird. Dies ist definiert als die äquivalente Höhe über dem mittleren Meeresspiegel mit demselben Luftdruck nach einem Standardatmosphärenmodell wie der internationalen Standardatmosphäre. So hätte die Kabinenhöhe von Null den Druck auf mittlerer Meereshöhe, d. h. 1,01×105Pa,
    • -- und sogar niedriger sein als der Luftdruck auf der Erde in einer Höhe zwischen 1000m und 10.000m.
  • Um die positive Wirkung des relativen Vakuums im Volumen wie oben beschrieben sinnvoll zu ergänzen, wird es von vornherein bevorzugt, dass, wenn die im Volumen enthaltene Substanz durch Wärmeaustausch mit den Zellen eine Temperatur erreicht, die gleich oder höher als ihre Siedetemperatur ist, die Substanz aus dem Volumen entweichen kann und nach dem Prinzip des Thermosiphons in einem Kreislauf zirkulieren kann, in dem ein Wärmetauscher angeordnet ist, so dass die Substanz im Wärmetauscher zirkuliert und kondensiert.
  • Insbesondere kann man bei dieser im Volumen erreichten Temperatur dafür sorgen, dass die Substanz, die sich dann zumindest teilweise in der Gasphase befindet, auf natürliche Weise aus dem Volumen in Richtung Wärmetauscher entweichen kann.
  • Es ist anzumerken, dass die Substanz bei beiden Verfahrensweisen nach dem einen oder dem anderen der beiden oben genannten Verfahren vor der Druckbeaufschlagung des betreffenden Volumens vorzugsweise in das Volumen eingebracht wird :
    • - in flüssigem Zustand und/oder
    • - in einem Zustand, in dem sie sich bei atmosphärischem Druck und einer Temperatur befindet, die somit unter ihrer Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck auf Meereshöhe liegt.
  • Sowohl bei der „ersten Lösung“ als auch bei der zweiten Lösung sollte man außerdem, wenn sich die Substanz in dem Volumen bei einer solchen Temperatur unterhalb ihrer Siedetemperatur befindet, Folgendes feststellen können:
    • - bei atmosphärischem Druck auf Meereshöhe, aber auch tatsächlich
    • - bei dem Druck in dem Volumen :
    • - dass die Zellen in ihrem nominalen Zustand sind, bei einer Temperatur unterhalb ihrer sogenannten vorbestimmten Temperatur, und/oder
    • - dass die Substanz in dem Volumen überhaupt nicht gasförmig ist; sie müsste dann sogar völlig flüssig sein.
  • Sobald eine Verbindung zwischen dem Volumen und der äußeren Umgebung (im Fall der „ersten Lösung“) oder mit einem so genannten Kreislauf wie oben erwähnt (isoliert von dieser äußeren Umgebung; im Fall der „zweiten Lösung“) besteht, wurde die Art und Weise, wie diese Verbindung gestaltet werden soll, sorgfältig berücksichtigt, da dies insgesamt mit der Konzeption und der Realisierung der Mittel zur thermischen Steuerung der Zellen interagiert.
  • Die bevorzugten zurückbehaltenen Annahmen sind dann die folgenden: Die besagte Kommunikation stellt sich dar :
    • - als mindestens ein Schlitz, der eine Öffnung in einer Wand eines (peripheren) Gehäuses bildet, wobei das Gehäuse die Zellen enthält, oder
    • - als eine Verbindung mit dem Volumen, dessen Hülle sich um eine Wand eines Gehäuses herum erstreckt, wobei die wärmeabsorbierende Substanz durch die Wand hindurch mit den Zellen in Wärmeaustausch treten kann, wobei die Zellen in dem Gehäuse enthalten sind, oder
    • - als Verbindung mit dem Volumen, dessen Hülle als Wand eines (peripheren) Gehäuses ausgebildet ist, das die Zellen enthält, die einzeln oder in Gruppen in die wärmeabsorbierende Substanz (wenn sie in dem Volumen vorhanden ist) eingetaucht sind, wobei die wärmeabsorbierende Substanz dann eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 5×10-4 S/m aufweist.
  • Bei dieser letzten Option kann die Wand perimetrisch sein und sich auch bis zum Boden des Gehäuses erstrecken, um die Herstellung eines Behälters für die Substanz zu begünstigen, wenn sie flüssig ist.
  • Bei der ersten Option wird eine strukturierende Wirkung begünstigt. Dito in der zweiten Option, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, einen weiteren Fluidstrom (F2 unten) hinzuzufügen, der zwischen den beiden so geschaffenen Trennwänden zirkulieren kann. Bei der letzten Option passt man sich an eine Version mit „eingetauchten Zellen“ an.
  • Die besagte Verbindung kann durch einen Deckel des Gehäuses erfolgen (siehe z. B. , unten). Wenn die erste Option gewählt wird, kann dieser Deckel die genannte Wand des Gehäuses sein.
  • Die erste Option schließt nicht aus, dass die wärmeabsorbierende Substanz, nachdem sie den Schlitz oder die Öffnung durchquert hat und durch Phasenänderung zumindest teilweise gasförmig geworden ist, in eine Auslassleitung außerhalb des Gehäuses gelangt (siehe z. B. die Leitung 211 in unten), die sie stärker kanalisiert als im Fall von Schlitzen, die direkt zur Atmosphäre hin offen sind.
  • Bei der „ersten Lösung“ und somit bei einer zur Atmosphäre hin offenen „Verbindung“ kann die Dichtheit des Volumens damit zusammenhängen, dass die Mittel zur thermischen Steuerung der Zellen auf dieser Verbindung ein normalerweise geschlossenes Sicherheitshindernis umfassen, das bei einem vorbestimmten Druck oder einer vorbestimmten Temperatur geöffnet werden kann.
  • Auf diese Weise wird die Kontrolle des Drucks in dem Volumen besser beherrscht und das Erreichen der gewünschten Siedetemperatur in dem Volumen sichergestellt.
  • Dieser vorbestimmte Druck bzw. diese vorbestimmte Temperatur sollte zweckmäßigerweise gleich oder höher sein als :
    • - der Siedetemperatur der genannten Substanz in dem Volumen, oder
    • - dem Druck, der in dem Volumen bei der Siedetemperatur der genannten Substanz in dem Volumen herrscht.
  • Das Sicherheitshindernis ist normalerweise geschlossen und kann bei einem vorbestimmten Druck bzw. einer vorbestimmten Temperatur geöffnet werden. So muss es vorteilhafterweise geöffnet werden, um die wärmeabsorbierende Substanz in die äußere Umgebung entweichen zu lassen, wenn die wärmeabsorbierende Substanz zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand übergegangen ist.
  • Das Sicherheitshindernis kann so angepasst werden, dass es :
    • - bei der Siedetemperatur der Substanz in dem Volumen und darüber hinaus geöffnet und
    • - bei einer Temperatur unterhalb dieser Siedetemperatur geschlossen sein.
  • Auf diese Weise werden das Volumen und die darin enthaltene Substanz bis zu dieser Siedetemperatur in der „ersten Lösung“ vom atmosphärischen Druck isoliert.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die wärmeabsorbierende Substanz das Sicherheitshindernis öffnet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Druck in dem Volumen die Sicherheitsbarriere bei einem vorbestimmten Schwellenwert mechanisch durchbricht.
  • Es kann vorgesehen werden, dass das Sicherheitshindernis bei einem Temperaturschwellenwert schmilzt, der die Siedetemperatur der genannten Substanz in dem Volumen sein kann.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in den obigen Ausdrücken und ganz allgemein in diesem Text :
    • „Schlitz“ bedeutet Öffnung in einer Wand eines Gehäuses, das die genannten Zellen umgibt, wobei die Öffnung es der verdampften/gärenden Substanz ermöglicht, in die Atmosphäre zu entweichen. Der Schlitz oder die Öffnung kann sich - ebenso wie der Deckel - an der Oberseite oder an einer anderen Stelle des Elements befinden, das damit versehen wird. Der Druck der Substanz in dem Volumen, wenn das Gas entweicht, gleicht die Schwerkraft leicht aus.
  • Der Begriff „Gehäusewand“ hat folgende Bedeutungen:
    • - Trennwand (barrier wall) einer Struktur, die die genannten Zellen umgibt oder enthält, oder
    • - Modulares Element, Teil, das zu dieser Trennwand gehört.
  • Die Wand kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Sie kann ein Hohlrohr sein oder umfassen, das zwei Abschnitte der Trennwand miteinander verbindet, wie z. B. das Hohlrohr wie 32a, 32b oder 36 unten. Ein hohler Block, wie z. B. Block 35a 35b oder unten, kann ebenfalls ein solches modulares Wandelement sein. Der Schlitz kann sich dann durch das Material des Blocks oder des Rohrs erstrecken, um die besagte Öffnung für den Austritt von Gasen in die Atmosphäre zu definieren. Der Dichtungsrahmen (wie 265 unten) ist eine (zumindest ein Teil einer) sogenannten Wand, in dem Sinne, dass er ein Bestandteil des Gehäuses ist, in dem die thermisch zu verwaltenden Zellen enthalten sind.
  • Bei der oben genannten ersten Option kann die Wand mit dem Schlitz oder der Öffnung zweckmäßigerweise die Hülle des Volumens bilden, das sie definiert. So kann die Hülle trotz des Schlitzes/der Öffnung strukturell sein.
  • Der Begriff „Gehäuse“ bedeutet, dass es sich um eine Struktur handelt, die die Zellen umgibt oder enthält. Mehrere Gehäuse oder Untergehäuse können nebeneinander angeordnet sein, um alle Zellen der Batterie zu enthalten. Es kann ein (Unter-)Gehäuse pro (Zell-)Modul oder ein Gehäuse für alle Module vorhanden sein. Mehrere Untergehäuse bilden ein Gehäuse.
  • Um die Effizienz der Lösung zu optimieren (geringere Masse, noch höhere Sicherheit, Begrenzung der beteiligten Temperaturen), wird außerdem vorgeschlagen, dass die in dem Volumen vorhandene Substanz unter den genannten, vom Atmosphärendruck abweichenden Druck gesetzt wird, während sie in flüssiger Form vorliegt und die Zellen eine Temperatur haben, die unter derjenigen der anormalen Überhitzungssituation liegt, die zu einem irreversiblen Durchdrehen der Batterie führt.
  • Ein Fahrzeug, das mit der oben genannten thermischen Vorrichtung versehen ist, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
  • Eine zusätzliche Beschreibung im Hinblick auf die Realisierung der hier eingesetzten Mittel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben, in denen :
  • Figurenliste
    • [1]: ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Motor, das mit der erfindungsgemäßen Lösung ausgestattet ist ;
    • [2]: ist ein Detail von (Funktionsbaugruppe 7) ;
    • [3]: ist ein Beispiel für ein Gehäuse für das Wärmemanagement von Batteriezellen im Vertikalschnitt ;
    • [4]: zeigt eine zweite mögliche Ausführung der in der Erfindung vorgeschlagenen Art des Thermomanagements ;
    • [5] und [6]: und sind zwei Varianten der Umfangswand eines Gehäuses in einem vertikalen Schnitt an der Stelle der Markierung V in ;
    • [7] und [8]: Die und zeigen Details von ;
    • [9]: zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines vertikalen Wandschnitts an der Stelle der Markierung V in ;
    • [10]: zeigt die zusammengesetzte Lösung aus , die entlang von Zellen angeordnet ist ;
    • [11]: zeigt eine weitere mögliche Ausführung einer Hülle, die eine flüssige wärmeabsorbierende Substanz enthalten kann und, falls gewünscht, die Zirkulation eines anderen Stroms (z. B. Fluid F2) ermöglicht, wie in der Erfindung vorgeschlagen, in der Ansicht mit Abriss ;
    • [12]; schematische Darstellung, wie die Lösung in , eines Gehäuses, in dem die Zellen in ein Fluid eingetaucht sind, jedoch ohne die äußere Hülle: Die Zellen sind in die Wärmeabsorbersubstanz eingetaucht, die statisch ist, während in der Lösung in die Zellen in einen sogenannten „anderen Strom“ eingetaucht sind,
    • [13] zeigt eine Ausführungsvariante, die der in dargestellten sehr ähnlich ist, jedoch ein leeres Gehäuse ohne die Zellen und ohne die wärmeisolierenden Platten zwischen den Zellen, falls diese vorhanden sind, und die sich von der Ausführung in möglicherweise nur in der Art und Weise unterscheidet, wie die Abstandshalter zwischen den Zellen hergestellt werden,
    • [14], [15] und [16] jeweils eine weitere Lösungsvariante der Erfindung schematisch darstellen, wobei einen Teil des Schnitts XV-XV von mit seinen zusammengefügten Elementen illustriert, eine Variante von ist,
    • [17] schematisiert noch eine weitere Ausführungsvariante mit hohlen Röhren, die mit Deckeln versehen sind.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • In den Abbildungen deuten bestimmte an den Markierungen angebrachte gestrichelte Linien darauf hin, dass das betreffende Mittel in der abgebildeten Abbildung nicht unbedingt sichtbar ist, sondern vorhanden, versteckt ist oder ein anderes Mittel ersetzt (wie in : entweder Schlitze 210 oder Abflussrohr mit „Venting“ 21).
  • Die Abbildungen zeigen ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen thermischen Vorrichtung 1 zur thermischen Steuerung einer Batterie 3, die typischerweise für ein Fahrzeug 2, wie insbesondere ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb (siehe z. B. und ), bestimmt ist, obwohl auch eine Batterie für ein Verbrennungsfahrzeug betroffen sein kann. Auch die Bereiche anderer Fahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Seefahrzeuge sind betroffen.
  • Im nachfolgend dargestellten und detaillierten Anwendungsfall umfasst die Batterie 3, die in einer Funktionseinheit 7 im Fahrzeug 2 angeordnet ist, mehrere elektrische Akkumulatoren oder Stromspeicherzellen 5 (z. B. elektrochemische Zellen), die so ausgerichtet und miteinander verbunden sind, dass sie einen elektrischen Generator mit gewünschter Spannung und Kapazität bilden, dessen elektrische Verbindungen weder zwischen den Zellen noch mit den Funktionsorganen des Fahrzeugs (Anschlussklemmen zur Verteilung der erzeugten Elektrizität) abgebildet sind. Die elektrischen Anschlussklemmen für die Zellen 5 sind mit 50a,50b gekennzeichnet (z. B. ). Es kann sich dabei um Sammelschienen (Busbar) handeln. An sie sind Kabel 51 a,51 b für den Stromfluss angeschlossen.
  • Innerhalb der Funktionseinheit 7 speichern die Zellen der Batterie 3 die vom Generator 4 erzeugte elektrische Energie und geben sie dann an mindestens ein Funktionselement 6, z. B. einen Motor, ab. Die gespeicherte Energie kann also zum Starten dieses Motors sowie für den Betrieb verschiedener anderer Organe 8 des Fahrzeugs verwendet werden, die eine elektrische Versorgung benötigen (Fensterheber usw.).
  • Wie in den ff. dargestellt, kann die thermische Vorrichtung 1, die eine Art „thermische Sicherung“ bildet, angeordnet werden :
    • - sowohl um die Gesamtheit der Zellen 5 herum, um zu versuchen, einen unangemessenen Temperaturanstieg am Rand der Batterie zu regulieren/beherrschen, wie z. B. in den und den ff. dargestellt,
    • - als auch zwischen zwei Zellen (wie z. B. ) oder Gruppen von Zellen 5.
  • Die Gesamtheit der thermisch zu managenden Zellen, hier also die Zellen 5 ist, möglicherweise gruppen- oder serienweise, in einem Gehäuse 26 angeordnet, das beispielsweise nach oben offen ist, um die Zellen einzusetzen und zu entnehmen.
  • Das Folgende gilt also für diesen Fall, wobei die oben gemachten Vorschläge beachtet werden, gegebenenfalls mit den folgenden zusätzlichen Erläuterungen, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, dass im Folgenden noch andere Möglichkeiten, Zellen und Mittel zur thermischen Steuerung zusammenzubringen, vorgestellt werden, ohne dass dies in jedem Fall einschränkend ist.
  • Die Zellen, oder Zellen 5, sind somit auf mehreren Seiten von den Umfangswänden 30 des Gehäuses umgeben.
  • Die thermische Vorrichtung 1 umfasst also :
    • - zellen 5, als Spezialfall von Zellen, die thermische Energie abführen, im Betrieb,
    • - und Mittel 9 zum thermischen Management dieser Zellen 5.
  • Die Zellen 5 sind elektrisch mit den oben genannten funktionellen Organen des Fahrzeugs, wie 4, 6, 8, verbunden.
  • Im Folgenden wird (willkürlich) angenommen, dass die Zellen jeweils flach sind (sogenannte prismatische Zellen); dies ist jedoch nicht einschränkend: Pouch-/zylindrische Zellen usw. sind möglich.
  • Die Mittel 9 umfassen mindestens eine Hülle 19, die ein Innenvolumen 13 aufweist (d. h. umgebend definiert), in dem eine wärmeabsorbierende Substanz 15 (die man auch Sicherheitsfluid/safety fluid nennen kann) mit mindestens einer Zelle 5 in Wärmeaustausch steht, zumindest zu einem Zeitpunkt: ganz oder teilweise des oben genannten nominalen Betriebszustands und/oder des abnormalen Betriebszustands.
  • Wie beispielsweise in dargestellt, umfassen die Mittel 9 für das Wärmemanagement außerdem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen 5 (Seiten 5a, 5b) oder auf mindestens einer Seite einer solchen Zelle (Seite der Zelle) mindestens ein wärmeisolierendes Element 17.
  • Das wärmeisolierende Element 17 befindet sich vorteilhafterweise in einem Vakuum (also vom Typ PIV).
  • Im vorliegenden Text hat Wärmeisolierung die Bedeutung: Wärmeleitfähigkeit (λ) kleiner als 100 mW /mK.
  • Wir haben den Fall von Volumina 13 oder sogar von Wärmeisolierungen 17 zwischen zwei Zellen illustriert; aber es kann natürlich auch zwischen Gruppen von Zellen oder Modulen sein.
  • Mindestens eine Schicht aus Latentwärmespeichermaterial(en) 31 kann auch zwischen Zellen oder Gruppen von Zellen vorgesehen sein.
  • Im Allgemeinen wird die Substanz 15 so angepasst, dass sie im abnormalen Betriebszustand der Zellen 5 über den gewählten Temperaturschwellenwert hinaus in den gasförmigen Zustand übergehen kann. Bei niedrigeren Temperaturen kann die Substanz 15 flüssig sein.
  • In jedem Fall wird die Substanz 15 genutzt, um überschüssige Kalorien, die von mindestens einer der dann heißen Zellen stammen können, mit ihr aus dem inneren Volumen 13 abzuführen.
  • Der Mantel 19 ist so beschaffen, dass er vorzugsweise zumindest bei einer vorbestimmten Temperatur, die höher ist als die maximale Temperatur des nominalen Betriebszustands der Batterie, einen Teil der enthaltenen Substanz 15 durch Verdampfung an die Atmosphäre („Venting“) verlieren kann, also zu einem Zeitpunkt, an dem mindestens eine Zelle 5 aufgrund einer Fehlfunktion übermäßig heiß wird.
  • So:
    • - um 100°C, wenn, wie z. B. in , die Substanz 15 Wasser ist und man sich bei atmosphärischem Druck - also auf Meereshöhe - befindet, und
    • - die Temperatur in mindestens einer Zelle 5 zu hoch wird/wurde,
    wird die Substanz 15 in die Dampfphase übergehen; und es wird ihr ermöglicht, durch Gasentweichung aus dem Volumen auszutreten. Das Volumen 13 wird dann von einem Teil dieser Substanz 15 entleert.
  • Zu diesem Zweck weist die thermische Vorrichtung 1 (mindestens) eine Verbindung 21 zwischen dem (jedem) Volumen 13 der Hülle 19 und der Außenseite (äußere Umgebung 39) auf, die es ermöglicht, über diese Verbindung und zumindest in der genannten anormalen Überhitzungssituation zumindest einen Teil der Substanz 15 und somit einen Teil der bis dahin von der Substanz aufgenommenen Wärme in die Umgebung 39 abzugeben.
  • Die Verbindung 21 zum „Venting“ der Substanz 15 kann als eine Öffnung gestaltet sein, die sich in die Umgebung 39 (also zur Atmosphäre) öffnet:
    • - in der Art mindestens eines Schlitzes 210 (z. B. und ) in einer umlaufenden Gehäusewand, durch den der genannte verdampfte Teil der Substanz 15 aus der Hülle 19 direkt in die Umgebung 39 entweichen kann, oberhalb der genannten Temperaturschwelle, oder
    • - in der Art eines Austrittskanals 211, der eine Öffnung in der Wand außerhalb des Gehäuses verlängert, wie z. B. in gestrichelter Linie.
  • Der Begriff „Verbindung“ ist also im weitesten Sinne zu verstehen.
  • Im unteren Teil 191 kann das /jede Gehäuse 19 ebenfalls offen sein (vgl. z. B. ), und/oder eine oder mehrere Verbindungsleitungen 29 können es der flüssigen Substanz 15 ermöglichen, in das entsprechende Volumen 13 zu gelangen; vgl. z. B. .
  • Der/die Verbindungskanal/e 29 kann/können in einem Boden 25 des Gehäuses, wie z. B. 26 ( ) oder 264 ( oder ), angebracht sein. Es kann sich um ein System mit kommunizierenden Gefäßen handeln.
  • Um über ausreichend Substanz 15 zu verfügen, kann vorgesehen werden:
    • - einen Vorrat 410, der beispielsweise in die Umfangswand 30 des Gehäuses integriert ist und, wie beispielsweise in , mit den Hüllen 19 über mindestens einen inneren Kanal verbunden ist, der die Verbindungsleitung(en) 29 umfassen kann, oder
    • - eine externe Reserve, wie z. B. 600 , und über mindestens einen Kanal 61 mit mindestens einem Volumen 19 verbunden, das in oder um die Umfangswand 30 des Gehäuses gebildet ist.
  • Die Leitung 61, die mit dem/den Volumen 13 verbunden ist, ermöglicht, dass die Substanz in dem/den Volumen 13 in flüssigem Zustand vorliegt und mit der/den Zelle(n) 5 in Wärmeaustausch steht, zumindest zu Beginn des abnormalen Betriebszustands.
  • Außerdem ist am Fahrzeug ein Sensor 260 vorgesehen, der mindestens mit:
    • - mit der Steuerung 67 oder mit (einem Organ eines) BMS, und/oder
    • - mit einem oder mehreren der Mittel 9 für das Thermomanagement und insbesondere mit einem oder mehreren Organen für die selektive Zirkulation, z. B. einem Blitzventil 63b in .
  • Der Eintritt 23a der Substanz 15 aus der Leitung 61 in das Gehäuse 26 kann durch den Boden 25 erfolgen; siehe für ein Beispiel.
  • Wie z. B. im Fall von ist es möglich, dass die Substanz 15 nur in einer abnormalen Situation der Überhitzung (mindestens einer) der Zellen 5 in dem betrachteten Gehäuse 13 vorhanden ist.
  • Für die Versorgung der (jeder) Hülle 13 mit flüssiger Substanz 15 kann der Vorrat 600 unter Druck stehen oder eine Pumpe 65 hinzugefügt werden, z. B. eine Tauchpumpe.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass Pumpe(n) 65 und Ventil 63b zwei Beispiele für ein sogenanntes „selektives Zirkulationsorgan“ definieren, mit dem die Zufuhr von flüssiger Substanz 15 in die (jede) Hülle 13 gesteuert oder angepasst werden kann.
  • Im Allgemeinen kann das (jedes) selektive Zirkulationsorgan durch die Steuerung (oder elektronische Steuereinheit) 67 gesteuert werden.
  • Diese Steuerung 67 kann programmiert worden sein. Dies kann eine der Komponenten eines BMS 671 (Battery Management System) sein, das, wie bekannt, ein elektronisches System ist, das eine Batterie (ihre Zellen) verwaltet, insbesondere indem es die Batterie daran hindert, außerhalb ihres Sicherheitsbereichs („Nennzustand“) zu arbeiten, ihren Zustand überwacht, ihre Umgebung kontrolliert, bestimmte Daten berechnet und andere überträgt, z. B. in diesem Fall an eine Pumpe wie 65 oder ein Ventil wie 63b.
  • Ein solches BMS 671 kann in jeder in Betracht gezogenen Ausführungsform vorhanden sein.
  • Damit das betreffende selektive Zirkulationsorgan möglichst genau gesteuert werden kann, wird in diesem Zusammenhang übrigens vorgeschlagen, dass zusätzlich :
    • - mindestens ein Detektor 260 für chemische oder physikalische Parameter oder den Zustand eines Elements (z. B. Zustand eines Ventils), und
    • - die Steuerung 67, die dann insbesondere mit dem Detektor 260 verbunden ist, um die (jede) Hülle 13 über die mindestens eine Leitung 61 in Abhängigkeit von dem durch den Detektor 260 erfassten Parameter mit einer Substanz 15 im flüssigen Zustand zu versorgen.
  • Obwohl in den Abbildungen nicht systematisch schematisiert, kann jede Lösung mindestens einen Detektor 260 und eine Steuerung 67 und/oder 671 umfassen.
  • Beispielsweise ist in den eine mögliche Ausführung des Gehäuses 19 detailliert dargestellt, die sich von der Ausführungsform in unterscheidet und der Art und Weise entsprechen kann, wie das Gehäuse 26 in den Ausführungen der ganz oder teilweise ausgeführt ist; siehe Bereich V als Beispiel, das auf oder die nachfolgenden Varianten verweist.
  • Wie z. B. in den kann das (jedes) Volumen 13 in einer Wand 28 definiert sein, die aus zwei parallelen korrugierten Platten 30a,30b gebildet werden kann, die aneinander angelegt werden, um zwischen ihnen das Volumen 13 zu definieren. Die Wand 28 bildet somit die Hülle 19 des Volumens.
  • Diese Wand 28 kann auch direkt die Umfangswand 30 des Gehäuses bilden.
  • Der untere offene Teil des Volumens, also der Platten, kann mit einem ersten Rohr 32a kommunizieren, das seinerseits bei 33a seitlich offen ist, um einen der Verbindungskanäle 29 zu bilden, durch die die flüssige Substanz 15 in das Volumen 13 gelangen kann.
  • Die offene Oberseite 193 des Volumens, also der Platten, kann entweder so belassen werden (z. B. oder Schlitz 210 ) oder mit einem zweiten Rohr 32b (z. B. ) in Verbindung stehen, das ebenfalls seitlich bei 33b offen ist. Das zweite Rohr 32b kann mit dem ersten Rohr 32a identisch sein und kann daher einen Teil der Verbindung 21 bilden, die das Entweichen der gasförmigen Substanz 15 aus dem Volumen 13 ermöglicht (siehe z. B. Pfeile in den ).
  • zeigt eine Hülle 19/Wand 28, die angrenzend an eine Gruppe von Zellen 5 angeordnet ist, um mit diesen in thermischem Kontakt zu stehen und damit die Substanz 15 in Thermik mit diesen Zellen zirkulieren kann.
  • Für eine Evakuierung durch einen Kollektor und infolge des Siedens können Verbindungshohlblöcke 35a,35b es ermöglichen, einerseits die ersten Rohre 32a und andererseits die zweiten Rohre 32b von zwei benachbarten Wänden 28 mechanisch und fluidisch miteinander zu verbinden (siehe z. B. ). Die unteren Hohlblöcke 35a,35b zur Verbindung zweier erster Rohre 32a werden es ermöglichen, mehrere Volumina 13 miteinander zu verbinden und somit ein System kommunizierender Gefäße zu gewährleisten.
  • Wie z. B. in den dargestellt, kann eine Lösung vorsehen, dass die (jede) Hülle 19 in einer (mehreren) Wand(en) 28 definiert ist, aber mit einem Volumen 13, das parallel zu ihm und ohne mit ihm in Verbindung zu stehen von einem zusätzlichen Volumen 130 begrenzt wird:
    • - von dem das Volumen 13 durch eine Trennwand 37 isoliert ist (die durch eine der beiden gewellten Platten 30a, 30b gebildet und seitlich durch eine dritte gewellte Platte 30c begrenzt werden kann), und
    • - in dem ein Fluid F2, das mit der genannten Substanz 15 identisch oder von ihr verschieden ist, enthalten sein kann, um in eine Situation des Wärmeaustauschs gebracht zu werden :
      • -- mit den Zellen 5, oder
      • -- mit der äußeren Atmosphäre 39, die unter atmosphärischem Druck steht,
    mit dem Ziel, eine Wärmebarriere um das (die) Volumen 13 zu bilden.
  • Durch diesen Zusatz entstehen also zwei Volumen 13,130, die gegeneinander abgedichtet und in der Ebene P der Platten parallel sind.
  • Wie z. B. in dargestellt, ist es auch möglich, zwei zusätzliche parallele Volumina 130 und 131 zu schaffen, die immer noch gegenüber dem Volumen 13 abgedichtet sind und sich auf beiden Seiten davon in der Ebene P einer hohlen Wand, wie z. B. 28, befinden, die ein Volumen 13 enthält. Das erste Zusatzvolumen 130, das möglichst nahe an den Zellen 5 angeordnet werden kann, kann dann zur Zirkulation des Fluids F2 dienen, das als Kühlmittel für diese Zellen fungiert. Das zweite Zusatzvolumen 131, das am weitesten von den Zellen 5 entfernt (also jenseits des Volumens 13) angeordnet wird, kann für die Anbringung einer Wärmeisolierung 31 verwendet werden.
  • Es folgt nun eine weitere Lösung zur Herstellung der Hülle(n) 19) und damit des Volumens 13; siehe z. B. .
  • Die nachfolgenden Ausführungsformen geben in jedem Fall die grundlegenden Merkmale der Erfindung wieder.
  • In der folgenden noch alternativen Version, die in oder dargestellt sein kann, ist die mindestens eine Hülle 19 eine Umfangswand 263 eines Gehäuses 264, dessen Volumen 13, das sein gesamtes Innenvolumen definiert, eine Reihe von Zellen 5 enthält, die einzeln oder in Gruppen (zu einem Zeitpunkt) in die Substanz 15 eingetaucht werden, die dann mit diesen Zellen 5 in Wärmeaustausch steht.
  • Auf diese Weise kann die verdampfbare Substanz 15 sowohl in physischem als auch in thermischem Kontakt mit den Zellen 5 stehen, die somit ganz oder teilweise in diese Substanz 15 eingetaucht werden.
  • Die Umfangswand 263 des Gehäuses 264 kann seitlich und mit einem Boden (Markierung 25) den gesamten für die Zellen reservierten Innenraum umschließen.
  • Ein Deckel 266 kann eine Seite des Gehäuses verschließen. Der Deckel 266 kann die Verbindung 21, z. B. einen Verbindungsausgang zur Leitung 211, für den Austritt der Substanz 15 aufweisen.
  • Wenn die wärmeabsorbierende Substanz 15 in physischem Kontakt mit den Zellen 5 stehen soll, muss sie eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Die Substanz 15 kann statisch in dem Gehäuse enthalten sein. Alternativ kann über eine Leitung 61 ein Strom der Substanz 15 in das Gehäuse geleitet werden, z. B. über den Schaltkreis 23 (siehe die gestrichelte Linie am Boden 25 im Beispiel der und , die den optionalen Charakter dieser Leitung verdeutlicht).
  • Auf jeden Fall kann die Substanz 15, sobald sie sich im Gehäuse befindet, nach Öffnen des Deckels 45 durch die Verbindung 21 entweichen.
  • Um das Wärmemanagement der Zellen 5 noch weiter zu fördern, wird auch eine Version vorgeschlagen (siehe für das Beispiel ), bei der :
    • - die Zellen 5 in dem Gehäuse in ein so genanntes Fluid F2 eingetaucht sind, das mit der Substanz 15 identisch oder von ihr verschieden ist,
    • - die Wand (wie 263) des Gehäuses (wie 264) auf mindestens einer Seite von einem zusätzlichen Volumen 131 umgeben ist, das das Volumen 13 definiert, in dem die Substanz 15:
      • -- enthalten sein kann und
      • -- dann indirekt in Wärmeaustausch mit den Zellen 5 und dem Fluss F2 steht.
  • Das zusätzliche Volumen 131 kann in einer Umfangswand 265 geschaffen werden, die einen hohlen Kasten bildet, in dem ein oder mehrere Kanäle 177 verlaufen und der sich um die Wand 263 des Gehäuses auf einer oder mehreren Seiten erstreckt. Der Kasten ermöglicht es, dass die Substanz 15 um die Wand (wie 263) des Gehäuses herum vorhanden ist und über die Verbindung 21 aus dem Gehäuse entweichen kann.
  • Wie beispielhaft dargestellt, kann sich das zusätzliche Volumen 131 somit auf mehreren seitlichen Seiten um das betrachtete Gehäuse herum erstrecken. Es könnte aber auch nur unter oder über ihm sein, in thermischem Kontakt mit ihm, anstelle des Deckels 266, dessen Austrittskanal für das Fluid F2 durch das Zusatzvolumen 131 hindurchgehen kann.
  • Um die Wand 263 (ihre Seitenteile) herum kann sich das Gehäuse 19 und damit das Volumen 13 nur über einen Teil der Höhe dieser Wand und damit der Zellflächen erstrecken.
  • Es kann zum Beispiel vorgesehen sein:
    • - dass die Reihe von Zellen 5 nur im unteren Teil vor der Verdampfung eingetaucht wird, und/oder
    • - dass das Volumen 13 nur dem oberen Teil der Zellen 5 gegenüberliegt, z. B. nur dem oberen Teil der Wand (wie 263) des Gehäuses gegenüberliegt.
  • Das zusätzliche Volumen 131 (also der hohle Kasten und seine Kanäle 177) könnte sogar direkt in der Dicke der Gehäusewand 264 gebildet werden. Das Zusatzvolumen 131 würde dann selbst einen Teil, z. B. einen Seitenteil, der Wand 263 bilden, die dann lokal hohl wäre.
  • Das Fluid F2 kann durch die Wand des Gehäuses (wie 263), beispielsweise über die bereits erwähnte Leitung 61, in das Gehäuse eintreten, dort zirkulieren und es dann über eine Verbindung mit einem nicht dargestellten äußeren Kreislauf verlassen, der es ermöglicht, das Fluid F2 auf die gewünschte Temperatur zu bringen, um es durch Recycling zumindest teilweise wieder in den Eingang des Gehäuses einzuführen.
  • Eine Pumpe ermöglicht es, außerhalb des Gehäuses 264 das Kühlfluid F2 umzuwälzen.
  • Wie bereits erläutert, kann es außerdem von Interesse sein, dass die Mittel 9 zur thermischen Steuerung bei allen Versionen zusammengenommen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen 5 oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gruppen von Zellen 5 einer Serie oder auf mindestens einer Seite einer solchen Zelle mindestens ein wärmeisolierendes Element 17 umfassen, das vorzugsweise unter Vakuum (PIV) steht.
  • Wenn die Hülle 19, also das Volumen 13, den gesamten für die Zellen 5 reservierten Innenraum seitlich und von unten umgibt (wie z. B. oben, indem sie die Wand 263 des Gehäuses 264 bildet; vgl. z. B. bis ), wird man es a priori vorziehen, Abstandshalter 80 zwischen die Zellen zu legen, um die Verteilung des Fluids im Gehäuse zu erleichtern.
  • Wie im Beispiel der bis könnten die Abstandshalter 80, die beispielsweise mit 800 bezeichnet sind, in die Innenseite der Seitenwände des Gehäuses 264 integriert sein und somit in den Raum 13 hineinragen, der somit alle Zellen 5 aufnimmt.
  • Der Boden des Gehäuses kann außerdem einen Verbindungskanal 29 enthalten, der ein System kommunizierender Gefäße unter den Zellen 5 bildet. Beachten Sie, dass dieser Kanal 29 auch dann vorhanden sein kann, wenn das Fluid, in das die Zellen eingetaucht sind, wie z. B. die Substanz 15, statisch im Gehäuse enthalten ist und der Boden somit keinen Kanal 61 aufweist (siehe z. B. durchgestrichener Boden, , oder Fehlen des Kanals 23, ).
  • Zu beachten ist auch, dass die Zellen trotz der abgebildeten Beispiele nicht unbedingt vom prismatischen Typ sein müssen. Es kann sich um sogenannte Pouch-Zellen handeln; es können aber auch z. B. zylindrische Zellen sein. Die Erfindung ist also nicht auf einen Zelltyp beschränkt und auch nicht auf eine zwangsläufig „vertikale“ Ausrichtung der Zellen.
  • Als allgemeine Zusammenfassung der obigen Ausführungen kann man davon ausgehen, dass z. B. bei Li-Ion-Zellen im Falle eines Zwischenfalls (Überhitzung) an einer Zelle 5 die von der Zelle in einigen Sekunden freigesetzte Wärmemenge etwa 200 bis 400 J/gr beträgt, d. h. bei einer 2 kg schweren Zelle eine Wärmeleistung zwischen 200 und 400 kW, die in einigen Sekunden freigesetzt wird. Etwa 80 % dieser Wärmeleistung können über den Dampfauslass 21 abgeführt werden („Venting“ der Substanz 15). Daraus ergibt sich die Kopplung zwischen :
    • - nutzung des Siedens eines Fluids (der Substanz 15) mit Ableitung nach außerhalb des Volumens 13, wobei die Entgasung des erzeugten Dampfes die Ableitung der genannten „Restleistung“ nach außerhalb des Volumens mit sich bringt, und
    • - eine spezifische Art der Anordnung der Hülle 19, die, um mehrere der genannten thermischen Mittel 5, die zusammen in einem Gehäuse (wie 26, 264) angeordnet sind, zu umgeben :
      • - a1) zu einer Umfangswand (wie 30a, 30b; 30) des Gehäuses gehört:
        • -- welche Umfangswand entweder die Zellen 5, die in Wärmeaustausch mit der Substanz 15 stehen, in die sie eingetaucht sind, in dem Volumen 13 umgibt (vgl. z. B. ),
        • -- oder die vorzugsweise hohl ist und durch die die Substanz 15 in Wärmeaustausch mit den Zellen 5 stehen kann, ohne physischen Kontakt mit ihnen (vgl. z. B. ), oder
      • - a2) zu einer zweiten Umfangswand gehört, die um eine erste Umfangswand des Gehäuses herum angeordnet ist und die vorzugsweise hohl ist und durch die die Substanz 15 in Wärmeaustausch mit den thermischen Mitteln 5 stehen kann, ohne mit diesen in physischen Kontakt zu kommen (vgl. z. B. , oder ), wobei davon ausgegangen wird, dass eine doppelwandige Lösung 30a,30b, wie z. B. , um eine erste einfache Umfangswand des Gehäuses herum angeordnet wird, die dann wie die 30 wärmeleitend ist.
  • Gemäß der Erfindung können diese Annahmen a1) oder a2) außerdem dadurch ergänzt oder ersetzt werden, dass die Mittel 9 zur thermischen Steuerung außerdem Mittel zur Veränderung oder Anpassung des Drucks umfassen, die beispielsweise ΔP symbolisiert sind, auf die Substanz 15 einwirken, während sie in flüssiger Form vorliegt, und die zusammen mit der Hülle 19 dazu geeignet sind, dass die Substanz in dem genannten Volumen 13 gemäß der folgenden Lösung b1 oder b2 vorliegt:
    • b1) unter einem Druck :
      • -- höher als der atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist, oder
      • -- so, dass die Substanz in dem Volumen eine Siedetemperatur aufweist, die höher ist als die, die sie bei Atmosphärendruck auf Meereshöhe aufweist,
    • b2) unter einem Druck :
      • -- niedriger als der atmosphärische Druck auf Meereshöhe, oder
      • -- so, dass der Stoff in dem Volumen eine Siedetemperatur aufweist, die niedriger ist als diejenige, die er bei atmosphärischem Druck auf Meereshöhe aufweist.
  • Die Mittel zur Druckänderung oder -anpassung, symbolisiert durch ΔP, können insbesondere im Substanzvorrat angeordnet sein: der 600 (wie ), oder der 410 ( ).
  • Die Mittel ΔP zur Veränderung oder Anpassung des Drucks können umfassen :
    • - einen Kompressor oder eine Pumpe für einen Überdruckaufbau; dies kann der Kompressor 277a sein,
    • - eine Vakuumpumpe für eine Unterdruckeinstellung; dies kann die Vakuumpumpe 277b sein.
  • Ein Ausdehnungsballon könnte verwendet werden, um den Druck zu regulieren.
  • Die in den Fällen b1) und b2) einzusetzenden Mittel können weitgehend gleich sein.
  • Was für sie spezifisch ist, ist:
    • - im Fall b1):
      • -- dass die Verbindung 21 zwischen dem (den) Volumen 13 und der Außenseite dieses Volumens in die äußere Umgebung 39 mündet, die unter atmosphärischem Druck steht,
      • -- dass ein Sicherheitshindernis 45, wie z. B. eine zerreißbare Membran oder ein Ventil, zweckmäßigerweise auf dieser Verbindung 21 anzuordnen ist,
    • - im Fall b2):
      • -- dass die Mittel 9 zur thermischen Steuerung der Zellen 5 eine Fluidverbindung 280 zwischen dem (den) Volumen 13 und einem Wärmetauscher 282 umfassen, wobei diese Verbindung vom Atmosphärendruck isoliert ist und es der genannten Substanz 15 ermöglicht, zum Wärmetauscher 282 zu zirkulieren und dort zu kondensieren, indem sie ihn durchquert,
      • -- dass ein Sicherheitshindernis 45 dann nicht notwendigerweise nützlich ist.
  • Die Verbindung 280 definiert somit einen Kreislauf.
  • Im Folgenden wird zunächst der Fall b1) behandelt, sofern nicht eine Ausnahme angegeben ist :
    • - Das Sicherheitshindernis isoliert das/die Volumen 13 von der äußeren Umgebung 39 (also vom atmosphärischen Druck) und kann so beschaffen sein, dass es sich aus einem der folgenden Gründe öffnet (z. B. durch Reißen oder Kippen): durch einen Temperaturanstieg oder eine Druckänderung oder durch thermische Zerstörung, wenn ein als kritisch angesehener Zustand erreicht ist. Auf diese Weise kann der durch das Kochen oder die Umgebungstemperatur erzeugte Gasdruck, den dieses Kochen oder das Durchdrehen einer Zelle verursacht hat, der Auslöser für das Öffnen des Sicherheitshindernisses sein, wodurch die Isolierung und das Venting in Richtung Evakuierung 21 gestoppt werden.
  • Einige Punkte sind auch bezüglich der Möglichkeit zu beachten, die zu evakuierende wärmeabsorbierende Substanz 15 aus dem (den) Volumen 13 zu kanalisieren.
  • Wie bereits erwähnt, kann die wärmeabsorbierende Substanz, da sie durch Phasenänderung zumindest teilweise gasförmig geworden ist, am Auslass 23b des Volumens 13 in eine Leitung 211 übergehen, die sie stärker kanalisiert als im Fall des in der betreffenden Wand gebildeten und direkt zur Außenseite des Volumens hin offenen Schlitzes 210.
  • Ein solcher Kanal 211 oder die Verbindung 21, die der Kanal herstellt, kann durch eine Wand eines Gehäuses verlaufen, das die Zellen 5 enthält.
  • Wie bereits erläutert, kann dieser Kanal oder die Verbindung 21 durch einen Deckel 266 verlaufen, der eine Seite des Gehäuses verschließt, und kann somit der Auslass 23b sein, der mit dem Kanal 211 verbunden ist, um die Substanz 15 abzuführen. Beispiele hierfür sind in den , dargestellt.
  • Aber die Leitung oder Verbindung 21 kann alternativ oder zusätzlich auch durch ein anderes Element des Gehäuses verlaufen.
  • So können, wie beispielsweise in den bis dargestellt, über einen Rahmen 265 wahlweise die Außenseite und ein so genanntes Volumen 13 miteinander verbunden werden, das gebildet werden kann :
    • -- in (oder am äußeren Rand von) mindestens einer Wand 28 eines umlaufenden Gehäuses 269, oder
    • -- durch den Innenraum eines Gehäuses 275, das als peripher bezeichnet werden kann.
  • Das Gehäuse 269,275 enthält die genannten Zellen 5.
    • - Im zweiten Fall, wie z. B. in , sind die Zellen 5 in die Substanz 15 eingetaucht, so dass der Innenraum eines Gehäuses 271 das Volumen 13 definiert, wie in den bereits dargestellten Fällen (vgl. als Beispiel).
  • Der Schlitz oder die Öffnung, in beispielhaft mit 210b gekennzeichnet, kann nur in dem Rahmen 265 gebildet werden, der, umlaufend, das Gehäuse auf einer Seite isoliert, wobei die anderen Seiten durch eine Wand 28 verschlossen sind, die massiv oder zum Teil hohl (und nicht wärmeisolierend) sein kann, um einen Strom zur Kühlung der Zellen, wie den oben genannten Strom F2, zirkulieren zu lassen.
    • - Im ersten Fall, für den als Beispiel die Abbildung in als Illustration dienen kann, erstreckt sich der Schlitz oder die Öffnung :
      • -- einerseits in 210a durch die Wand 28, die das Volumen 13 enthält und somit die Hülle 19 definieren kann (daher die bereits im gleichen Sinne verwendete Markierung 19/28),
      • -- andererseits bei 210b durch den Rahmen 265, der eine Seite des Gehäuses 269 verschließt, wobei die anderen Seiten, mit Ausnahme der Wand der Hülle 19, geschlossen sein können, wie das Gehäuse geschlossen ist.
  • Auf der betreffenden Seite umschließt der Rahmen 265 die Wand(en) 28 und definiert eine ringförmige oder in sich geschlossene Dichtung, die das oder jedes Volumen 13 von der äußeren Umgebung 39 isolieren kann.
  • Die Öffnung 210b des Rahmens 265 oder die Öffnung der Wand 28 kann mit einem Sicherheitshindernis 45 versehen sein, das die Verbindung 21 schließt, solange die Bedingung für ihre Öffnung nicht erfüllt ist (siehe oben Fall b1)). Bei geöffnetem Sicherheitshindernis 45 kann die Substanz 15 aus dem Volumen 13 entweichen; siehe für das Beispiel die Pfeile in den und .
  • Unabhängig von der Version im Fall b1) kann jedes Gehäuse zweckmäßigerweise eine Entlüftungsöffnung 220 enthalten, um die von den Zellen 5 beim Erhitzen erzeugten Gase entweichen zu lassen. Die Entlüftung 220 steht somit in Verbindung mit dem Raum im Gehäuse, in dem die Zellen 5 angeordnet sind.
  • Zweckmäßigerweise wird die Entlüftungsöffnung 220 mit einem sogenannten Sicherheitshindernis 45, wie z. B. einem Deckel, versehen. Es gelten dann vorzugsweise die oben genannten Merkmale für das Sicherheitshindernis 45.
  • Wenn keine Entlüftungsöffnung 220 vorhanden ist, können die Gase der sich erwärmenden Zellen auch durch den Auslass 23b oder die Öffnung 210b entweichen; siehe Pfeile zur Atmosphäre 39 , .
  • Der Rahmen 265 schließt nicht die gesamte Seite des Gehäuses ab, die dem Raum zugewandt ist, der die Zellen 5 enthält.
  • Ein Deckel übernimmt diese Funktion und ergänzt daher den Rahmen 265. Der Deckel kann zweckmäßigerweise eine Kühlplatte 272 sein, die von dem/den zusätzlichen Volumen oder Durchgang(en) 130 durchdrungen wird. Einlass- und Auslassöffnungen 130a, 130b ermöglichen es dem Fluid F2, zu zirkulieren, in die Kühlplatte 272 einzutreten und aus ihr auszutreten. Boden oder Deckel eines Gehäuses: Die Position einer möglichen Kühlplatte 272, die also von Durchgängen 130 durchquert wird, die geeignet sind, einem Kühlfluid, wie dem oben genannten F2, zu ermöglichen, in Wärmeaustausch mit dem Volumen 13 und/oder den Zellen 5, die in dem Gehäuse enthalten sind, zu zirkulieren, ist den Umständen anzupassen.
  • Eine Wärmetauschervorrichtung, wie z. B. 69, die an einen Rückführungskreislauf außerhalb der Kühlplatte 272 angeschlossen ist, kann es ermöglichen, die Temperatur des so zirkulierenden Fluids F2 anzupassen.
  • Sowohl das Gehäuse 269 als auch das Gehäuse 271 oder 275 können von allen oder einigen dieser Aspekte betroffen sein.
  • Im Fall von eingetauchten Zellen 5, wie z. B. in , können zumindest einige der Wände, wie z. B. 28, des Gehäuses, die die Substanz 15 enthalten, hohl sein und ein Kühlmittel, wie z. B. F2, aufnehmen, das geeignet ist, dort im Wärmeaustausch mit der Substanz 15 und den Zellen 5 zu zirkulieren, wodurch die thermische Kontrolle der Zellen verbessert wird.
  • Andere Ausführungen des Sicherheitshindernisses 45 sind möglich. Außer zum Verschließen des Schlitzes 193/210 durch das Material einer Wand 19/28 bis zum Bruch (siehe z. B. ) kann das Sicherheitshindernis 45 auf einem hohlen Rohr oder Block, wie einem der oben genannten 32a, 32b, 36, 35a, 35b, zur Verbindung zwischen Gehäusewänden angeordnet sein, wobei das Gehäuse die Zellen 5 enthält.
  • Wenn es auf einem solchen hohlen Verbindungsrohr angeordnet ist, wird das Rohr, z. B. wie 36 in , eine durchgehende Öffnung 36a für die Substanz 15 aufweisen, so dass sie durch diese hindurchgehen und das Sicherheitshindernis 45 erreichen kann.
  • Ein Gehäuse, das Zellen 5 (nicht abgebildet) enthält, wie das Gehäuse 275 im Ausführungsbeispiel in , kann hohle Wände 28 aufweisen, die durch aufgerichtete hohle Rohre 36 miteinander verbunden sind, deren Form dem betreffenden Bereich angepasst ist: T-, X-, L-förmig oder einfach axial, wenn es nur zwei koplanare Wände gibt, die fluidisch verbunden werden müssen (Pfeile in schematisieren diese Zirkulation). Mechanisch können Steckverbindungen für die Verbindung geeignet sein. An einigen der hohlen Rohre 36 sind Sicherheitshindernisse, wie z. B. Sicherheitshindernisse, (die sich öffnen lassen) 45 angeordnet.
  • Wenn die Substanz 15 in die Gasphase übergeht, bricht mindestens eines der Sicherheitshindernisse 45 und die Substanz entweicht in die freie äußere Umgebung 39 (siehe Schlangenlinie ).
  • Bei einem Gehäuse, das Zellen 5 enthält, ist jede Leitung zwischen zwei hohlen Wänden, wie z. B. 28, dieses Gehäuses geeignet, die nicht wie oben erwähnt aus einem hohlen Rohr oder einem hohlen Block besteht, sondern es ermöglicht, die Wände miteinander fluidisch zu verbinden, um ein System kommunizierender Gefäße für die Zirkulation der Substanz 15 zu gewährleisten.
  • Bei den obigen Ausführungen zu Fall b1) ist zu beachten, dass die Substanz 15, sobald sie durch die Verbindung 21 austritt, irreversibel aus dem Volumen 13 entfernt wird.
  • Dies kann im Fall b2) anders sein, da die Kondensation der Substanz 15 im Wärmetauscher 282 zu einem Kalorienverlust geführt hat und sie somit flüssig in das Volumen 13 zurückgeführt werden könnte.
  • Im Folgenden befassen wir uns mit dem Fall b2), der den Fall betrifft, dass trotz des Temperaturanstiegs in dem/den Volumen 13 dieses/diese gegenüber der äußeren Umgebung 39 unterdruckbehaftet bleibt/bleiben, wenn die Kalorienmenge, die die wärmeabsorbierende Substanz 15 abführen muss, erhöht werden soll, nachdem sie zumindest teilweise gasförmig geworden ist.
  • Eine vorgeschlagene Lösung besteht darin, dass, nachdem die im Volumen 13 enthaltene Substanz 15 durch Wärmeaustausch mit den Zellen 5 eine Temperatur erreicht hat, die gleich oder höher als ihre Siedetemperatur ist, die Substanz dann nach einem Thermosiphonprinzip :
    • - in den Kreislauf 280 durch die Verbindung 21 entweichen und
    • - zum Wärmetauscher 282 zirkulieren, wo sie durch Wärmeaustausch mit einem Drittfluid F3 kondensiert.
  • Der Wärmetauscher 282 kann somit als Kondensator definiert werden.
  • Nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 282 könnte ein Expansionsventil in den Kreislauf 280 eingefügt werden.
  • Die obige Lösung wurde an einigen Beispielen veranschaulicht, die zuvor in Verbindung mit Fall b1) vorgestellt wurden.
  • So sind in den , und die Elemente, die dem oben genannten Fall b2) eigen sind, gestrichelt dargestellt. Diese Elemente können neben den zuvor in Verbindung mit anderen Aspekten des vorliegenden Themas dargestellten Elementen bestehen. Und alle zuvor dargestellten Ausführungsvarianten können entsprechend angepasst werden, um mit der obigen Lösung kompatibel zu sein.
  • Zu beachten ist jedoch auch :
    • - dass die von vornherein temporäre Verbindung zur Vakuumpumpe 277b als durch den Verschluss oder Stopfen 279 verschließbar beibehalten wird, und
    • - dass, wenn es eine Schließung des Kreislaufs 280 an einem Eingang in das Volumen 13 gibt, diese über einen Zugang 284 erfolgt, der sich von dem Zugang des durch den Verschluss 279 verschließbaren Zugangs unterscheiden kann.
  • Der letzte Punkt ist in den und zu sehen.
  • Die beiden Zugänge könnten zu einem einzigen Zugang zusammengefasst werden; siehe als Beispiel .
  • Angewandt auf eine Situation gemäß Fall b2) würde die Schaltung 280 im Fall von zwischen dem Ausgang 23 und direkt der Leitung 61 angeschlossen werden.
  • Im Fall von wäre der Kreislauf 280 zwischen dem Ausgang 23 und einem Eingang geschaltet, der in einer der Wände 28 oder in einem der hohlen Rohre 36 zu realisieren ist. Die Vakuumpumpe 277b würde den Kompressor 277a ersetzen.
  • Im Fall von würde der Schaltkreis 280 zwischen einem (gemeinsam zu nutzenden) Ausgang der Leitungen 211 und einem in einer der Wände 30 zu realisierenden Eingang angeschlossen werden, um die jeweiligen Umhüllungen 19 im Gehäuse zu erreichen.
  • Es sei noch angemerkt, dass in allen Situationen gemäß Fall b2) der Wärmetauscher 282 am Ausgang :
    • - entweder auf den Einlass 284 (siehe oben) zurückgeführt werden, um eine zumindest teilweise Rückführung der Substanz 15 zu ermöglichen,
    • - oder mit einem Kondensatrückgewinnungsgerät 286 verbunden sein, damit das bei der Kondensation der genannten Substanz anfallende Kondensat zurückgewonnen werden kann.
  • In allen Fällen b1) oder b2) wird die Substanz 15, bevor sie durch die Verbindung 21 austritt, in dem Volumen 13 über Druckanpassungsmittel konditioniert, die daher zweckmäßigerweise eine Pumpe oder einen Kompressor umfassen können.
  • Wenn hingegen die wärmeabsorbierende Substanz 15 in der flüssigen Phase (oder allgemeiner vor dem Übergang in die Gasphase) statisch im Volumen 13 gelagert wird, ohne außerhalb dieses Volumens zu zirkulieren, wird vorgeschlagen, dass der Mantel 19 eine Öffnung aufweist, wie 276 in den , oder , durch die die Pumpe oder der Kompressor, wie 277a oder 277b, mit dem Volumen verbunden werden kann.
  • Und es wird auch vorgeschlagen, dass die oben genannte Vorrichtung umfasst:
    • - einen Verschluss 279 zum Verschließen der Öffnung 276, und/oder
    • - eine trennbare Fluidverbindung 281, die zwischen dem Gehäuse 19 und der Pumpe oder dem Kompressor eingefügt ist.
  • Die trennbare Fluidverbindung 281 kann zwischen dem Verschluss 279 und der Pumpe oder dem Kompressor angeordnet sein.
  • Die trennbare Fluidverbindung 281 kann durch verbindbare Endstücke gebildet werden.
  • Die trennbare Fluidverbindung 281 kann selbstschließend sein. Dadurch kann sie den Verschluss 279 integrieren.
  • Der Verschluss 279 kann unter anderem ein Stopfen oder ein Ventil sein, das auch rückschlagsicher sein kann.
  • In der Praxis wird eine relevante Wahl des Grades des Vakuums oder des Überdrucks, der im Volumen 13 angewendet werden soll, darin bestehen, das Paar Druck/Wahl der Substanz 15 anzupassen in Abhängigkeit von :
    • - der Temperatur, bei der die Substanz ihre Siedetemperatur erreichen soll, und/oder
    • - der Temperatur der Zellen 5, bei der man davon ausgeht, dass die Substanz 15, die dann zumindest teilweise gasförmig wird, aus dem Volumen 13 entweichen können muss, um ein Maximum der aus den Zellen stammenden Kalorien mitzunehmen.
  • Wie dem auch sei, wie man verstanden haben wird, werden zwei aufeinanderfolgende Phasen durchgeführt, wenn die obige Lösung gewählt wird:
    • Zunächst eine Phase der Erstverpackung der Vorrichtung, a priori in der Fabrik:
      • - da das Volumen 13 leer ist, kann man damit beginnen, es mit der Substanz 15 zu füllen, a priori in flüssiger Phase,
      • - wenn eine Pumpe oder ein Kompressor wie 277a oder 277b an das Volumen 13 angeschlossen ist, kann dieses auf den gewünschten Druck gebracht werden (das Gleiche gilt für den gesamten Kreislauf 280 in dem betreffenden Fall);
      • - wenn dies erreicht ist, wird man sich wahrscheinlich dafür entscheiden, die Pumpe oder den Kompressor abzuschalten und die trennbare Fluidverbindung 281 zu trennen, während die Druckbedingungen im Volumen 13 aufrechterhalten werden.
  • Die Phase der anfänglichen Konditionierung ist abgeschlossen. Die erfindungsgemäße thermische Vorrichtung mit ihren Zellen 5 und ihren Mitteln 9 für das Thermomanagement ist nun in dem betreffenden Fahrzeug betriebsbereit.
  • Nun kann die Betriebsphase folgen: Das Fahrzeug wird aus der Fabrik ausgeliefert und der äußeren Umgebung 39 ausgesetzt. Die Zellen sind in Betrieb und stehen in thermischem Kontakt mit der im Volumen 13 enthaltenen Substanz 15.
  • Es folgen nun zwei Beispiele für das in einem Volumen 13 herzustellende Paar Siedetemperatur/Druck, falls die Substanz 15 Wasser ist:
    • - für den Überdruck: 140°C / 3,84x105 Pa,
    • - für den Unterdruck: 85°C / 0,58 Pa.
  • Je nach Art der Substanz 15 wird man also die Temperatur festlegen, bei der man das Siedeereignis herbeiführen möchte. Wenn diese Temperatur für die gewählte Substanz nicht unter atmosphärischem Druck erreicht werden kann, dann kann sie mit der erfindungsgemäßen Lösung trotzdem erreicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • FR 3063340 [0008, 0009, 0040, 0042]
    • US 2016264018 A1 [0015]
    • FR 3084525 [0037]

Claims (3)

  1. Thermische Vorrichtung, umfassend: - mehrere Zellen (5) einer elektrischen Akkumulator-Batterie, die in einem Gehäuse (26, 264, 269, 275) angeordnet sind, das durch eine erste umlaufende Wand (28, 30a, 30b; 30; 263) begrenzt ist, und - Mittel (9) zum thermischen Management der Zellen (5), die eine Hülle (19) umfassen, welche ein Volumen (13) aufweist, das eine flüssige wärmeabsorbierende Substanz (15) mit Fähigkeit zum Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas enthalten kann, die in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Zellen (5) um die Zellen herum anzuordnen ist, und - eine Verbindung (21, 211; 23, 28) zwischen dem Volumen (13) und der Außenumgebung (39), die sich außerhalb des Volumens (13) und auf Atmosphärendruck befindet, wobei die Verbindung einen Ablass (21; 23, 28) mit Fähigkeit zum Ablassen von Dampf definiert, dadurch gekennzeichnet, dass: - die Hülle (19) zu der ersten umlaufenden Wand (28, 30a, 30b; 30; 263) des Gehäuses gehört, welche die Zellen (5) umgibt, die in die Substanz (15) getaucht sind, - die flüssige wärmeabsorbierende Substanz (15) ein dielektrische Fluid ist und/oder eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 5×10-4 S/m aufweist, und - die Mittel (9) zum thermischen Management des weiteren Mittel zum Anpassen des Drucks (ΔP) umfassen, die zusammen mit der Hülle (19) so ausgelegt sind, dass in dem Volumen (13) ein Druck herrscht, der höher oder niedriger als der Atmosphärendruck auf Meereshöhe ist, sodass die wärmeabsorbierende Substanz eine niedrigere Siedetemperatur aufweist als die, die sie bei Atmosphärendruck aufweist.
  2. Thermische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Siedetemperatur zwischen 15°C und 80°C liegt.
  3. Thermische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Siedetemperatur zwischen 25°C und 70°C liegt.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160264018A1 (en) 2013-07-05 2016-09-15 Renault S.A.S. Electric vehicle battery thermal management device
FR3063340A1 (fr) 2017-02-28 2018-08-31 Hutchinson Dispositif thermique a evacuation de securite
FR3084525A1 (fr) 2019-02-14 2020-01-31 Hutchinson Structure de gestion thermique de batterie electrique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160264018A1 (en) 2013-07-05 2016-09-15 Renault S.A.S. Electric vehicle battery thermal management device
FR3063340A1 (fr) 2017-02-28 2018-08-31 Hutchinson Dispositif thermique a evacuation de securite
FR3084525A1 (fr) 2019-02-14 2020-01-31 Hutchinson Structure de gestion thermique de batterie electrique

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