WO2013053653A2 - Battery system, method for reducing the moisture in the drying agent of the drying device of a battery system, motor vehicle, and method for operating a motor vehicle - Google Patents
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Definitions
- Batteriesvstem method for reducing the moisture of the desiccant of the drying device of a battery system, motor vehicle and method for operating a motor vehicle
- the present invention relates to a battery system and a method for
- the present invention relates to a motor vehicle and a method for operating a motor vehicle.
- the present invention is particularly related to a lithium-ion battery system or lithium-ion batteries or corresponding battery cell modules.
- Lithium-ion technology It is characterized among other things by high energy density and extremely low self-discharge.
- Such lithium-ion cells usually comprise an electrode which
- Lithium-ion can store reversibly in the course of the so-called intercalation or can outsource again in the course of so-called deintercalation.
- the intercalation takes place during the charging process of the battery cell, and deintercalation takes place during the discharge of the battery cell for the power supply of electrical units.
- the battery cells To ensure the safety of lithium-ion battery modules as well as to optimize battery performance and lifetime, the battery cells
- Heating the battery cells are avoided over a certain operating temperature and operationally occurring heat dissipated.
- air or water is used as the medium, wherein the respective medium absorbs the heat and dissipates from the cells.
- Aqueous cooling media are often passed through a bottom plate, which is thermally connected, for example via sheets with the battery cells. When using air as a cooling medium, this is between the cells
- Battery cells are usually housed in a battery cell housing, which protects the battery cells from mechanical stress and should continue to serve isolation from the environment.
- the problem with this is that a hermetically sealed housing in particular by pressure differences, which weather conditions as well as due to different geodetic heights can occur during use of the battery cells, is heavily loaded. With a longer service life, the penetration of moisture into the housing can not be prevented.
- sealing membranes as used for example in control units or headlamps are often permeable to water vapor, which can condense when cooling the battery cells, so that in the housing there is a risk of short circuit or at least insulation faults and corrosion.
- the air in the housing can alternatively or additionally be dried by means of desiccant.
- desiccant e.g. not
- DE 102010028861 discloses a drying device for reducing the humidity of a gas in a battery housing interior, wherein the
- Drying device comprises a desiccant body.
- a battery system is provided, which
- At least one battery cell in particular a lithium-ion battery cell, comprises, as well as a drying device for reducing the moisture of gas, in particular of air, wherein the drying device comprises desiccant, with which water from gas can be accommodated. It is provided according to the invention that the drying device has a heating device with which the moisture of the drying agent can be reduced.
- the desiccant can be regenerated so that it can be used to further absorb water from the gas, such. B. from the ambient air of a battery is ready. A complex replacement of the desiccant is thereby avoidable. A constant pressure equalization remains guaranteed.
- the desiccant is preferably in a so-called desiccant cartridge
- the heater is advantageously arranged directly on or in the desiccant or separated only by the wall of the desiccant cartridge from the desiccant.
- the battery system further comprises a housing in which the
- Battery cell is arranged, and one between the desiccant and the
- Moisture barrier arranged battery cell with which it is preventable that the desiccant dispensed or released by the desiccant during heating for
- the moisture barrier can z. B. a valve or even a membrane that is permeable to air with a maximum humidity of 40%.
- the position of the moisture barrier between the desiccant and the battery cell refers to a position in a possible gas volume flow between the desiccant and the battery cell.
- the moisture barrier can be activated.
- the activation can z. B. in certain time intervals automatically or regulated as a function of moisture saturation degree.
- the drying device may comprise a measuring device or a sensor with which the moisture of the TM can be determined.
- a control or regulating device which may be part of a battery management system, can be on detection of an inadmissible saturation of the desiccant with moisture start the heater and simultaneously or at least promptly activate the moisture barrier, so that the desiccant heated moisture not Battery cell can get.
- An advantageous position of the moisture barrier is in a nozzle in or on the housing, which forms the pressure equalization opening.
- the battery system comprises a pressure equalization opening, wherein the drying device is arranged in the pressure equalization opening.
- the pressure compensation opening may be part of the housing.
- the battery system further comprises a
- Gas flow generating device for generating a gas volume flow.
- Such gas flow generating device may, for. B. a fan or a
- the battery system may comprise an air conditioning system with which the gas heated by the desiccant can be cooled, so that the water content present in this gas is at least partially condensed.
- the thus dried gas can be dissipated to the ambient air.
- the air conditioner may be the air conditioning system provided in a motor vehicle for air conditioning of the passenger compartment.
- Another aspect of the invention is a method for reducing the
- Moisture of the desiccant of the drying device of a battery system according to the invention in which desiccant is supplied by the heating means heat, so that the moisture of the desiccant is reduced.
- the heater is electrically operated.
- the energy for operating the heating device is not provided directly by the battery cell. That is, it is preferably provided that the energy of other aggregates or supply systems is used to dry the desiccant, such as. B. the waste heat of an external heating, the waste heat from power electronics such. As shooters and / or Vorladewidermayn, and electrical energy from charging stations or recuperation. In the last-mentioned embodiment, the electrical energy obtained by means of recuperation is preferred in the
- Heater used that can not be fed into the battery cell.
- the heating device can be operated with electrical energy that is provided directly by the battery cell or a plurality of battery cells.
- the battery system according to the invention or the inventive method for reducing the moisture of the drying agent of the drying device of the battery system in a motor vehicle, in particular in an electric or so-called plug-in hybrid vehicle, the
- Drying of the drying agent according to the invention can be realized, if the
- Battery system is connected to an external charging station for charging, so that the supplied electrical energy is used to heat the desiccant.
- the method can be carried out such that the gas heated by the desiccant is cooled by means of an air conditioner, so that the water content present in this gas is at least partially condensed.
- the air conditioning system is used as a cold trap.
- the thus dried gas can be dissipated to the ambient air.
- the resulting condensate can be discharged to the environment.
- This drying operation can also be realized during the connection of the battery system to an external charging station.
- a motor vehicle which in particular can be a motor vehicle which can be driven by an electric motor and which has at least one battery system according to the invention.
- this motor vehicle is operable such that kinetic energy of the motor vehicle is converted into electrical energy and used to heat the desiccant.
- the drying can be realized when an air conditioner of the vehicle is active and thus serves as a cold trap for the gas heated by the desiccant.
- FIG. 1 shows a battery system according to the invention in a schematic view.
- This battery system comprises a housing 10, in which at least one battery cell, not shown, is arranged.
- the housing 10 is by means of a
- gas-permeable line connected to a desiccant cartridge 30, is arranged in the desiccant 31.
- a moisture barrier 20 is arranged, which may be a membrane or a valve. This membrane or valve is designed to be permeable only to gases having a humidity of less than 40%.
- the moisture barrier 20 may also be configured such that it controllably and / or controllably allows or prevents a gas volume flow. Possibly This control and / or regulation can take place automatically, preferably via a battery management system.
- the desiccant 31 is thus in fluid communication with the gas volume in the housing 10, so that water contained in the gas in the housing 10 can be absorbed by the desiccant 31. If it is determined that the moisture of the desiccant 31 exceeds a certain value, such as 60%, the heater 60 is actuated, so that by means of the heat generated by the heater 60, the desiccant 31 is baked.
- the moisture barrier 20 either automatically prevents flow of the relatively humid, unheated gas from the desiccant 31 into the housing 10, or the moisture barrier 20 is controlled by a control and / or regulating circuit to deliver a gas volume flow from the desiccant 31 into the housing 10 Housing 10 prevents.
- the activation of the heating device 60 can take place on the basis of the determination of exceeding the limit value of the moisture content of the desiccant 31 by means of a sensor, or at certain time intervals.
- the heater 60 is electrically powered, such as by the illustrated power source 61. It does not necessarily have its own
- the battery cell in the housing 10 serves as an energy source for the heater 60 or that an external power source, such as an external power connector, for charging the battery of an electric vehicle as Energy source serves.
- the energy source is not electric, but the waste heat of an aggregate arranged in the vicinity of the desiccant cartridge 30, such as, for example, waste heat from power electronics, is used to heat the desiccant.
- the energy source 61 can also be a
- Rekuperations will be that converts kinetic energy of the vehicle into electrical energy when using the battery system in an electric vehicle, so that at least part of this electrical energy is used to heat the
- Desiccant 31 can be used.
- the desiccant cartridge 31 is preferably arranged in a pressure equalization opening of the housing 10 or at such an opening. This ensures that due to pressure differences in the housing 10th
- the battery system may further be additionally configured with an air conditioning system 40 which, when the battery system is used in an electric vehicle, may in particular be the air conditioning system of this vehicle.
- the air conditioner 40 can be cooled by the drying agent 31 relatively humid and warm gas, so that the water content of the gas is condensed. This leads to a decrease in pressure of the gas, so that due to the pressure gradient between the
- Desiccant 31 and the air conditioner 40 a gas flow is generated, which is directed away from the desiccant cartridge 30 and thus causes the heated gas flows through the outlet 50 into the environment.
- a gas flow generating device 51 may be provided, with which a gas volume flow can be generated, which is also of the
- Desiccant cartridge 30 is directed toward the outlet 50.
- the location of the arrangement of the gas flow generating device 51 is not limited to the position shown in the figure, but such
- Gas flow generating device 51 may, especially if it is designed as a fan, also much further upstream in the present invention
- Battery system can be arranged.
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Abstract
The present invention relates to a battery system which comprises at least one battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, and also a drying device for reducing the moisture in gas, in particular in air, wherein the drying device comprises drying agent (31) with which water can be absorbed from gas. The invention makes provision for the dying device to have a heating device (60) with which the moisture in the drying agent (31) can be reduced. The present invention also relates to a method for reducing the moisture in the drying agent (31) of the drying device of a battery system, and also to a motor vehicle and to a method for operating a motor vehicle.
Description
Beschreibung description
Titel title
Batteriesvstem, Verfahren zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels der Trocknungseinrichtung eines Batteriesvstems, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges Batteriesvstem, method for reducing the moisture of the desiccant of the drying device of a battery system, motor vehicle and method for operating a motor vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Verfahren zur The present invention relates to a battery system and a method for
Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels der Trocknungseinrichtung eines Batteriesystems. Reduction of the moisture of the desiccant of the drying device of a battery system.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges. Furthermore, the present invention relates to a motor vehicle and a method for operating a motor vehicle.
Dabei ist die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Lithium-Ionen-Batteriesystem beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien oder entsprechende Batteriezellenmodule bezogen. In this case, the present invention is particularly related to a lithium-ion battery system or lithium-ion batteries or corresponding battery cell modules.
Stand der Technik State of the art
Es besteht ein erheblicher Bedarf an Batterien für breite Anwendungsbereiche, beispielsweise für Fahrzeuge, stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, und mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. An diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt. There is a considerable demand for batteries for a wide range of applications, such as vehicles, stationary equipment such as wind turbines, and mobile electronic equipment such as laptops and communication equipment. These batteries are very high demands in terms of reliability, durability and performance.
Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist die Predestined for a wide range of applications is the
Lithium-Ionen-Technologie. Sie zeichnet sich unter anderem durch hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
Derartige Lithium-Ionen-Zellen umfassen üblicherweise eine Elektrode, die Lithium-ion technology. It is characterized among other things by high energy density and extremely low self-discharge. Such lithium-ion cells usually comprise an electrode which
Lithium-Ionen im Zuge der sogenannten Interkalation reversibel einlagern kann oder im Zuge der sogenannten Deinterkalation wieder auslagern kann. Die Interkalation erfolgt beim Ladeprozess der Batteriezelle, und die Deinterkalation erfolgt bei der Entladung der Batteriezelle zur Stromversorgung von elektrischen Aggregaten. Lithium-ion can store reversibly in the course of the so-called intercalation or can outsource again in the course of so-called deintercalation. The intercalation takes place during the charging process of the battery cell, and deintercalation takes place during the discharge of the battery cell for the power supply of electrical units.
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen wie zum Beispiel bei Windkraftanlagen, in Fahrzeugen wie zum Beispiel in Hybrid- und It is becoming apparent that in the future both in stationary applications such as wind turbines, in vehicles such as in hybrid and
Elektrofahrzeugen als auch im Verbraucher-Bereich, hier zum Beispiel in Laptops und Mobiltelefonen, neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hoheElectric vehicles as well as in the consumer area, here for example in laptops and mobile telephones, new battery systems will be used, at the very high
Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Requirements with regard to reliability, performance and service life.
Um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batteriemodulen zu gewährleisten sowie zur Optimierung der Batterieleistung und Lebensdauer sind die Batteriezellen To ensure the safety of lithium-ion battery modules as well as to optimize battery performance and lifetime, the battery cells
optimalerweise innerhalb eines definierten Temperaturbereiches zu betreiben. optimally operate within a defined temperature range.
Insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe muss das Especially at high power consumption or power output must
Aufheizen der Batteriezellen über eine bestimmte Betriebstemperatur vermieden werden und betriebsbedingt auftretende Wärme abgeführt werden. Zu diesem Heating the battery cells are avoided over a certain operating temperature and operationally occurring heat dissipated. To this
Zweck werden üblicherweise Kühlsysteme eingesetzt. Purpose usually cooling systems are used.
Zur Kühlung der Batteriemodule wird üblicherweise Luft oder Wasser als Medium verwendet, wobei das jeweilige Medium die Wärme aufnimmt und aus den Zellen abführt. Wässrige Kühlmedien werden oftmals durch eine Bodenplatte geleitet, die thermisch zum Beispiel über Bleche mit den Batteriezellen verbunden ist. Bei Nutzung von Luft als Kühlmedium wird diese zwischen den Zellen For cooling the battery modules usually air or water is used as the medium, wherein the respective medium absorbs the heat and dissipates from the cells. Aqueous cooling media are often passed through a bottom plate, which is thermally connected, for example via sheets with the battery cells. When using air as a cooling medium, this is between the cells
hindurchgeführt. Insbesondere bei der Luftkühlung ist ein relativ hoher Aufwand zur Aufbereitung hinsichtlich Entfeuchtung und Filterung der Kühlluft sowie der Strömungsführung durch das Gehäuse zu den Batteriezellen notwendig. Bei einem wassergekühlten Batteriesystem tritt insbesondere das Problem der passed. In particular, in the case of air cooling, a relatively high outlay for preparation with regard to dehumidification and filtering of the cooling air as well as the flow guidance through the housing to the battery cells is necessary. In a water-cooled battery system in particular the problem of
Kondenswasserbildung innerhalb des Gehäuses auf. Condensation within the housing.
Batteriezellen sind üblicherweise in einem Batteriezellengehäuse untergebracht, welches die Batteriezellen vor mechanischer Belastung schützt und weiterhin der Isolierung gegenüber der Umwelt dienen soll. Problematisch dabei ist, dass ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse insbesondere durch Druckunterschiede, welch
wetterbedingt als auch aufgrund unterschiedlicher geodätischer Höhen während des Einsatzes der Batteriezellen auftreten können, stark belastet wird. Bei längerer Lebensdauer lässt sich somit das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse nicht verhindern. Zur Abdichtung des Gehäuses eingesetzte Abdichtungs-Membranen, wie sie zum Beispiel in Steuergeräten oder Scheinwerfern eingesetzt werden, sind oftmals gegenüber Wasserdampf permeabel, der bei Kühlung der Batteriezellen kondensieren kann, so dass im Gehäuse die Gefahr eines Kurzschlusses oder zumindest von Isolationsfehlern und Korrosion besteht. Battery cells are usually housed in a battery cell housing, which protects the battery cells from mechanical stress and should continue to serve isolation from the environment. The problem with this is that a hermetically sealed housing in particular by pressure differences, which weather conditions as well as due to different geodetic heights can occur during use of the battery cells, is heavily loaded. With a longer service life, the penetration of moisture into the housing can not be prevented. For sealing the housing used sealing membranes, as used for example in control units or headlamps are often permeable to water vapor, which can condense when cooling the battery cells, so that in the housing there is a risk of short circuit or at least insulation faults and corrosion.
Zur Verminderung von im Gehäuse anfallender Feuchtigkeit beziehungsweise Kondenswasser kann alternativ oder hinzukommend die im Gehäuse befindliche Luft mittels Trockenmittel getrocknet werden. So beschreibt z.B. die nicht In order to reduce moisture or condensation occurring in the housing, the air in the housing can alternatively or additionally be dried by means of desiccant. Thus, e.g. not
vorveröffentlichete DE 102010028861 eine Trocknungseinrichtung zur Minderung der Feuchtigkeit eines Gases in einem Batteriegehäuseinnenraum, wobei die DE 102010028861 discloses a drying device for reducing the humidity of a gas in a battery housing interior, wherein the
Trocknungseinrichtung einen Trockenmittelkörper umfasst. Drying device comprises a desiccant body.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt, welches According to the invention, a battery system is provided, which
wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, umfasst, sowie eine Trocknungseinrichtung zur Minderung der Feuchtigkeit von Gas, insbesondere von Luft, wobei die Trocknungseinrichtung Trockenmittel umfasst, mit welchem Wasser aus Gas aufnehmbar ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Trocknungseinrichtung eine Heizeinrichtung aufweist, mit der die Feuchtigkeit des Trockenmittels reduzierbar ist. at least one battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, comprises, as well as a drying device for reducing the moisture of gas, in particular of air, wherein the drying device comprises desiccant, with which water from gas can be accommodated. It is provided according to the invention that the drying device has a heating device with which the moisture of the drying agent can be reduced.
Dadurch lässt sich das Trockenmittel regenerieren, so dass es zur weiteren Aufnahme von Wasser aus dem Gas, wie z. B. aus der Umgebungsluft einer Batterie, bereit ist. Ein aufwendiger Austausch des Trockenmittels ist dadurch vermeidbar. Ein ständiger Druckausgleich bleibt gewährleistet. As a result, the desiccant can be regenerated so that it can be used to further absorb water from the gas, such. B. from the ambient air of a battery is ready. A complex replacement of the desiccant is thereby avoidable. A constant pressure equalization remains guaranteed.
Mit der Feuchtigkeit wird hierbei der Wassergehalt im Trockenmittel bezeichnet. Das Trockenmittel ist vorzugsweise in einer sogenannten Trockenmittelpatrone With the moisture in this case the water content in the desiccant is called. The desiccant is preferably in a so-called desiccant cartridge
untergebracht und kann ein Silicagel oder ein Molekularsieb sein. Die Heizeinrichtung
ist vorteilhafterweise unmittelbar an oder im Trockenmittel angeordnet oder lediglich durch die Wand der Trockenmittelpatrone vom Trockenmittel getrennt. housed and may be a silica gel or a molecular sieve. The heater is advantageously arranged directly on or in the desiccant or separated only by the wall of the desiccant cartridge from the desiccant.
Vorzugsweise umfasst das Batteriesystem weiterhin ein Gehäuse, in dem die Preferably, the battery system further comprises a housing in which the
Batteriezelle angeordnet ist, sowie eine zwischen dem Trockenmittel und der Battery cell is arranged, and one between the desiccant and the
Batteriezelle angeordnete Feuchtigkeitssperre, mit der verhinderbar ist, dass die vom Trockenmittel bei Aufheizung abgebbare oder abgegebene Feuchtigkeit zur Moisture barrier arranged battery cell, with which it is preventable that the desiccant dispensed or released by the desiccant during heating for
Batteriezelle gelangt. Battery cell arrives.
Die Feuchtigkeitssperre kann z. B. ein Ventil oder auch eine Membran sein, die permeabel für Luft mit einer Feuchtigkeit von maximal 40 % ist. The moisture barrier can z. B. a valve or even a membrane that is permeable to air with a maximum humidity of 40%.
Die Position der Feuchtigkeitssperre zwischen dem Trockenmittel und der Batteriezelle bezieht sich auf eine Position in einem möglichen Gas-Volumenstrom zwischen dem Trockenmittel und der Batteriezelle. The position of the moisture barrier between the desiccant and the battery cell refers to a position in a possible gas volume flow between the desiccant and the battery cell.
In einer günstigen Ausgestaltung ist die Feuchtigkeitssperre aktivierbar. In a favorable embodiment, the moisture barrier can be activated.
Die Aktivierung kann z. B. in bestimmten Zeitintervallen automatisch oder auch in Abhängigkeit vom Feuchtigkeits-Sättigungsgrad geregelt erfolgen. The activation can z. B. in certain time intervals automatically or regulated as a function of moisture saturation degree.
Zu diesem Zweck kann die Trocknungseinrichtung eine Messeinrichtung bzw. einen Sensor umfassen, mit dem die Feuchtigkeit des TM bestimmbar ist. Mittels einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die Bestandteil eines Batterie-Management-Systems sein kann, lässt sich bei Erkennung einer unzulässigen Sättigung des Trockenmittels mit Feuchtigkeit die Heizeinrichtung starten und gleichzeitig oder zumindest zeitnah die Feuchtigkeitssperre aktivieren, so dass vom Trockenmittel ausgeheizte Feuchtigkeit nicht zur Batteriezelle gelangen kann. Eine vorteilhafte Position der Feuchtigkeitssperre ist dabei in einem Stutzen im oder am Gehäuse, der die Druckausgleichsöffnung ausbildet. For this purpose, the drying device may comprise a measuring device or a sensor with which the moisture of the TM can be determined. By means of a control or regulating device, which may be part of a battery management system, can be on detection of an inadmissible saturation of the desiccant with moisture start the heater and simultaneously or at least promptly activate the moisture barrier, so that the desiccant heated moisture not Battery cell can get. An advantageous position of the moisture barrier is in a nozzle in or on the housing, which forms the pressure equalization opening.
Vorteilhafterweise umfasst das Batteriesystem eine Druckausgleichsöffnung, wobei die Trocknungseinrichtung in der Druckausgleichsöffnung angeordnet ist.
Die Druckausgleichsöffnung kann ein Bestandteil des Gehäuses sein. Die Advantageously, the battery system comprises a pressure equalization opening, wherein the drying device is arranged in the pressure equalization opening. The pressure compensation opening may be part of the housing. The
Trocknungseinrichtung und die Druckausgleichsöffnung sollten derart ausgestaltet sein, dass die Trocknungseinrichtung die Druckausgleichsöffnung verschließt. Vorzugsweise umfasst das Batteriesystem weiterhin eine Drying device and the pressure compensation opening should be designed such that the drying device closes the pressure equalization opening. Preferably, the battery system further comprises a
Gasstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Gas-Volumenstroms. Gas flow generating device for generating a gas volume flow.
Dadurch wird eine sichere und effektive Ableitung des bei der Trockenmittelausheizung entstehenden feuchten Gases von der Trocknungseinrichtung gewährleistet. Eine solche Gasstromerzeugungseinrichtung kann z. B. ein Gebläse oder eine As a result, a safe and effective dissipation of the moist gas produced during desiccant heating is ensured by the drying device. Such gas flow generating device may, for. B. a fan or a
Absaugeinrichtung sein. Absauginrichtung be.
Alternativ oder hinzukommend kann das Batteriesystem eine Klimaanlage umfassen, mit der das von dem Trockenmittel ausgeheizte Gas abkühlbar ist, so dass der in diesem Gas vorhandene Wasseranteil zumindest teilweise kondensiert wird. Das dadurch getrocknete Gas kann an die Umgebungsluft abgeführt werden. Alternatively or additionally, the battery system may comprise an air conditioning system with which the gas heated by the desiccant can be cooled, so that the water content present in this gas is at least partially condensed. The thus dried gas can be dissipated to the ambient air.
Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass aufgrund des Druckgefälles vom Trockenmittel zur Klimaanlage ein sich vom Trockenmittel und somit auch von der Batteriezelle entfernender Gas-Volumenstrom erzeugen lässt und somit die vom Trockenmittel ausgeheizte relativ feuchte Luft von der Batteriezelle ferngehalten werden kann. Die Klimaanlage kann die in einem Kraftfahrzeug zur Klimatisierung der Fahrgastzelle vorgesehene Klimaanlage sein. This device has the advantage that, due to the pressure gradient from the desiccant to the air conditioning system, it is possible to generate a gas volume flow which removes the desiccant and thus also the battery cell and thus keep the relatively humid air blown out by the desiccant away from the battery cell. The air conditioner may be the air conditioning system provided in a motor vehicle for air conditioning of the passenger compartment.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist ein Verfahren zur Reduzierung der Another aspect of the invention is a method for reducing the
Feuchtigkeit des Trockenmittels der Trocknungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems, bei dem Trockenmittel mittels der Heizeinrichtung Wärme zugeführt wird, so dass die Feuchtigkeit des Trockenmittels reduziert wird. Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung elektrisch betrieben. Moisture of the desiccant of the drying device of a battery system according to the invention, in which desiccant is supplied by the heating means heat, so that the moisture of the desiccant is reduced. Preferably, the heater is electrically operated.
In einer energetisch günstigen Ausgestaltung des Verfahrens zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels wird die Energie zum Betreiben der Heizeinrichtung nicht direkt von der Batteriezelle zur Verfügung gestellt.
Das heißt, es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Energie anderer Aggregate oder Versorgungssysteme genutzt wird, um das Trockenmittel zu trocknen, wie z. B. die Abwärme einer externen Heizung, die Abwärme von Leistungselektronik, wie z. B. Schützen und/oder Vorladewiderständen, sowie elektrische Energie von Ladestationen oder Rekuperationseinrichtungen. In der letzten erwähnten Ausgestaltung wird bevorzugt die mittels Rekuperation gewonnene elektrische Energie in der In an energetically favorable embodiment of the method for reducing the moisture of the desiccant, the energy for operating the heating device is not provided directly by the battery cell. That is, it is preferably provided that the energy of other aggregates or supply systems is used to dry the desiccant, such as. B. the waste heat of an external heating, the waste heat from power electronics such. As shooters and / or Vorladewiderständen, and electrical energy from charging stations or recuperation. In the last-mentioned embodiment, the electrical energy obtained by means of recuperation is preferred in the
Heizeinrichtung verwertet, die nicht in die Batteriezelle eingespeist werden kann. Heater used that can not be fed into the battery cell.
Dabei soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die Heizeinrichtung mit elektrischer Energie betreibbar ist, die direkt von der Batteriezelle oder mehreren Batteriezellen zur Verfügung gestellt wird. However, it should not be ruled out that the heating device can be operated with electrical energy that is provided directly by the battery cell or a plurality of battery cells.
Bei der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Batteriesystems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels der Trocknungseinrichtung des Batteriesystems in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektro- oder sogenannten Plug-In-Hybridfahrzeug, kann die In the preferred application of the battery system according to the invention or the inventive method for reducing the moisture of the drying agent of the drying device of the battery system in a motor vehicle, in particular in an electric or so-called plug-in hybrid vehicle, the
erfindungsgemäße Trocknung des Trockenmittels realisiert werden, wenn das Drying of the drying agent according to the invention can be realized, if the
Batteriesystem zum Laden an eine externe Ladestation angeschlossen ist, so dass die zugeführte elektrische Energie zum Ausheizen des Trockenmittels genutzt wird. Battery system is connected to an external charging station for charging, so that the supplied electrical energy is used to heat the desiccant.
Weiterhin kann das Verfahren derart ausgeführt werden, dass das vom Trockenmittel ausgeheizte Gas mittels einer Klimaanlage abgekühlt wird, so dass der in diesem Gas vorhandene Wasseranteil zumindest teilweise kondensiert wird. Furthermore, the method can be carried out such that the gas heated by the desiccant is cooled by means of an air conditioner, so that the water content present in this gas is at least partially condensed.
Das heißt, dass die Klimaanlage als Kältefalle verwendet wird. Das dadurch getrocknete Gas kann an die Umgebungsluft abgeführt werden. Auch das anfallende Kondensat kann an die Umgebung abgeleitet werden. This means that the air conditioning system is used as a cold trap. The thus dried gas can be dissipated to the ambient air. The resulting condensate can be discharged to the environment.
Auch dieser Trocknungsbetrieb kann während des Anschlusses des Batteriesystems an einer externen Ladestation realisiert werden. This drying operation can also be realized during the connection of the battery system to an external charging station.
Ergänzend wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches insbesondere ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug sein kann und welches wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem aufweist.
Erfindungsgemäß ist dieses Kraftfahrzeug derart betreibbar, dass kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in elektrische Energie umgewandelt wird und zur Ausheizung des Trockenmittels genutzt wird. In addition, according to the invention, a motor vehicle is provided, which in particular can be a motor vehicle which can be driven by an electric motor and which has at least one battery system according to the invention. According to the invention, this motor vehicle is operable such that kinetic energy of the motor vehicle is converted into electrical energy and used to heat the desiccant.
Insbesondere nach Erreichung einer vorläufig höchsten geodätischen Höhe, z. B. nach Überquerung eines Bergpasses und anschließender Talfahrt, ist anzunehmen, dass der Gasdruck im Gehäuse ansteigt. Die bei Verringerung der geodätischen Höhe, also bei Talfahrt freigesetzte kinetische Energie kann in einer Rekuperationseinnchtung des Kraftfahrzeuges in elektrische Energie umgewandelt werden und diese kann zur Ausheizung des Trockenmittels, insbesondere zur periodischen Ausheizung, verwendet werden. In particular, after reaching a preliminary highest geodetic altitude, z. B. after crossing a mountain pass and subsequent descent, it is assumed that the gas pressure in the housing increases. The kinetic energy released when the geodetic height is reduced, that is to say when driving downhill, can be converted into electrical energy in a recuperation device of the motor vehicle and this can be used for heating the desiccant, in particular for periodic heating.
Alternativ oder hinzukommend kann die Trocknung realisiert werden, wenn eine Klimaanlage des Kfz tätig ist und somit als Kältefalle für das vom Trockenmittel ausgeheizte Gas dient. Alternatively or additionally, the drying can be realized when an air conditioner of the vehicle is active and thus serves as a cold trap for the gas heated by the desiccant.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der Embodiments of the invention will be with reference to the drawing and the
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. explained in more detail below description.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem in schematischer Ansicht. 1 shows a battery system according to the invention in a schematic view.
Dieses Batteriesystem umfasst ein Gehäuse 10, in dem wenigstens eine nicht dargestellte Batteriezelle angeordnet ist. Das Gehäuse 10 ist mittels einer This battery system comprises a housing 10, in which at least one battery cell, not shown, is arranged. The housing 10 is by means of a
gasdurchströmbaren Leitung mit einer Trockenmittelpatrone 30 verbunden, in der Trockenmittel 31 angeordnet ist. Zwischen dem Gehäuse 10 und der gas-permeable line connected to a desiccant cartridge 30, is arranged in the desiccant 31. Between the housing 10 and the
Trockenmittelpatrone 30 ist eine Feuchtigkeitssperre 20 angeordnet, die eine Membran oder ein Ventil sein kann. Diese Membran oder dieses Ventil ist derart ausgestaltet, dass es lediglich für Gase permeabel ist, welche eine Feuchtigkeit von weniger als 40 % aufweisen. Desiccant cartridge 30, a moisture barrier 20 is arranged, which may be a membrane or a valve. This membrane or valve is designed to be permeable only to gases having a humidity of less than 40%.
Die Feuchtigkeitssperre 20 kann außerdem derart ausgestaltet sein, dass sie steuer- und/oder regelbar einen Gasvolumenstrom erlaubt oder verhindert. Gegebenenfalls
kann diese Steuerung und/oder Regelung automatisch, vorzugsweise über ein Batterie-Management-System erfolgen. The moisture barrier 20 may also be configured such that it controllably and / or controllably allows or prevents a gas volume flow. Possibly This control and / or regulation can take place automatically, preferably via a battery management system.
Im Normalbetrieb steht das Trockenmittel 31 mit dem Gasvolumen im Gehäuse 10 somit in fluidtechnischer Verbindung, so dass Wasser, welches im Gas im Gehäuse 10 enthalten ist, vom Trockenmittel 31 aufgenommen werden kann. Wird festgestellt, dass die Feuchtigkeit des Trockenmittels 31 einen bestimmten Wert, wie zum Beispiel 60 % überschreitet, wird die Heizeinrichtung 60 betätigt, so dass mittels der von der Heizeinrichtung 60 erzeugten Wärme das Trockenmittel 31 ausgeheizt wird. In diesem Fall verhindert die Feuchtigkeitssperre 20 entweder selbsttätig eine Strömung des relativ feuchten, ausgeheizten Gases vom Trockenmittel 31 in das Gehäuse 10, oder die Feuchtigkeitssperre 20 wird durch eine Steuer- und/oder Regelungsschaltung derart angesteuert, dass sie einen Gasvolumenstrom vom Trockenmittel 31 in das Gehäuse 10 verhindert. In normal operation, the desiccant 31 is thus in fluid communication with the gas volume in the housing 10, so that water contained in the gas in the housing 10 can be absorbed by the desiccant 31. If it is determined that the moisture of the desiccant 31 exceeds a certain value, such as 60%, the heater 60 is actuated, so that by means of the heat generated by the heater 60, the desiccant 31 is baked. In this case, the moisture barrier 20 either automatically prevents flow of the relatively humid, unheated gas from the desiccant 31 into the housing 10, or the moisture barrier 20 is controlled by a control and / or regulating circuit to deliver a gas volume flow from the desiccant 31 into the housing 10 Housing 10 prevents.
Die Aktivierung der Heizeinrichtung 60 kann dabei aufgrund der Ermittlung der Überschreitung des Grenzwertes des Feuchtigkeitsgehaltes des Trockenmittels 31 mittels eines Sensors erfolgen, oder in bestimmten Zeitintervallen. The activation of the heating device 60 can take place on the basis of the determination of exceeding the limit value of the moisture content of the desiccant 31 by means of a sensor, or at certain time intervals.
Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung 60 elektrisch betrieben, wie zum Beispiel durch die dargestellte Energiequelle 61 . Dabei muss nicht unbedingt eine eigene Preferably, the heater 60 is electrically powered, such as by the illustrated power source 61. It does not necessarily have its own
Energiequelle 61 für die Heizeinrichtung 60 zur Verfügung gestellt werden, sondern es kann vorgesehen sein, dass die Batteriezelle im Gehäuse 10 als Energiequelle für die Heizeinrichtung 60 dient oder dass eine externe Energiequelle, wie zum Beispiel ein externer Stromanschluss, zur Ladung der Batterie eines Elektrofahrzeuges als Energiequelle dient. It may be provided that the battery cell in the housing 10 serves as an energy source for the heater 60 or that an external power source, such as an external power connector, for charging the battery of an electric vehicle as Energy source serves.
Alternativ oder hinzukommend kann vorgesehen sein, dass die Energiequelle nicht elektrisch ist, sondern die Abwärme eines in der Nähe der Trockenmittelpatrone 30 angeordneten Aggregates, wie zum Beispiel Abwärme von Leistungselektronik, zum Ausheizen des Trockenmittels genutzt wird. Alternatively or additionally, it can be provided that the energy source is not electric, but the waste heat of an aggregate arranged in the vicinity of the desiccant cartridge 30, such as, for example, waste heat from power electronics, is used to heat the desiccant.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Energiequelle 61 auch eine In a further embodiment, the energy source 61 can also be a
Rekuperationseinrichtung sein, die bei Anwendung des Batteriesystems in einem Elektrofahrzeug kinetische Energie des Fahrzeuges in elektrische Energie umwandelt,
so dass zumindest ein Teil dieser elektrischen Energie zur Ausheizung des Rekuperationseinrichtung be that converts kinetic energy of the vehicle into electrical energy when using the battery system in an electric vehicle, so that at least part of this electrical energy is used to heat the
Trockenmittels 31 verwendet werden kann. Desiccant 31 can be used.
Die Trockenmittelpatrone 31 ist vorzugsweise in einer Druckausgleichsöffnung des Gehäuses 10 beziehungsweise an einer solchen Öffnung angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass aufgrund von Druckunterschieden in das Gehäuse 10 The desiccant cartridge 31 is preferably arranged in a pressure equalization opening of the housing 10 or at such an opening. This ensures that due to pressure differences in the housing 10th
einströmende Luft durch das Trockenmittel 31 getrocknet wird, sowie dass ein ausreichender Druckausgleich realisiert wird, so dass Dichtungen des Gehäuses 10 einer geringeren Belastung unterliegen. incoming air is dried by the desiccant 31, and that a sufficient pressure equalization is realized, so that seals of the housing 10 are subject to a lower load.
Das Batteriesystem kann weiterhin zusätzlich mit einer Klimaanlage 40 ausgestaltet sein, welche, bei Anwendung des Batteriesystems in einem Elektrofahrzeug, insbesondere die Klimaanlage dieses Fahrzeuges sein kann. Durch die Klimaanlage 40 lässt sich das vom Trockenmittel 31 ausgeheizte relativ feuchte und warme Gas abkühlen, so dass der Wasseranteil des Gases kondensiert wird. Dies führt zu einer Druckabnahme des Gases, so dass aufgrund des Druckgefälles zwischen dem The battery system may further be additionally configured with an air conditioning system 40 which, when the battery system is used in an electric vehicle, may in particular be the air conditioning system of this vehicle. By the air conditioner 40 can be cooled by the drying agent 31 relatively humid and warm gas, so that the water content of the gas is condensed. This leads to a decrease in pressure of the gas, so that due to the pressure gradient between the
Trockenmittel 31 und der Klimaanlage 40 ein Gasvolumenstrom erzeugt wird, der von der Trockenmittelpatrone 30 weggerichtet ist und somit bewirkt, dass das ausgeheizte Gas durch den Auslass 50 in die Umgebung strömt. Desiccant 31 and the air conditioner 40, a gas flow is generated, which is directed away from the desiccant cartridge 30 and thus causes the heated gas flows through the outlet 50 into the environment.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Gasstromerzeugungseinrichtung 51 vorgesehen sein, mit welcher ein Gasvolumenstrom erzeugbar ist, der ebenfalls von der Alternatively or additionally, a gas flow generating device 51 may be provided, with which a gas volume flow can be generated, which is also of the
Trockenmittelpatrone 30 in Richtung des Auslasses 50 gerichtet ist. Dabei ist der Ort der Anordnung der Gasstromerzeugungseinrichtung 51 nicht auf die in der Figur dargestellte Position eingeschränkt, sondern eine solche Desiccant cartridge 30 is directed toward the outlet 50. In this case, the location of the arrangement of the gas flow generating device 51 is not limited to the position shown in the figure, but such
Gasstromerzeugungseinrichtung 51 kann, insbesondere wenn sie als ein Gebläse ausgestaltet ist, auch wesentlich weiter stromaufwärts im erfindungsgemäßen Gas flow generating device 51 may, especially if it is designed as a fan, also much further upstream in the present invention
Batteriesystem angeordnet sein.
Battery system can be arranged.
Claims
1 . Batteriesystem, umfassend wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere eine 1 . Battery system, comprising at least one battery cell, in particular a
Lithium-Ionen-Batteriezelle, sowie eine Trocknungseinrichtung zur Minderung der Feuchtigkeit von Gas, insbesondere von Luft, wobei die Trocknungseinrichtung Lithium-ion battery cell, and a drying device for reducing the moisture of gas, in particular of air, wherein the drying device
Trockenmittel (31 ) umfasst, mit welchem Wasser aus Gas aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, Desiccant (31) comprises, with which water is absorbable from gas, characterized
dass die Trocknungseinrichtung eine Heizeinrichtung (60) aufweist, mit der die Feuchtigkeit des Trockenmittels (31 ) reduzierbar ist. in that the drying device has a heating device (60) with which the moisture of the desiccant (31) can be reduced.
2. Batteriesystem nach Anspruch 1 , das ein Gehäuse (10) aufweist, in dem die 2. Battery system according to claim 1, comprising a housing (10), in which the
Batteriezelle angeordnet ist, sowie eine zwischen dem Trockenmittel (31 ) und der Batteriezelle angeordnete Feuchtigkeitssperre (20), mit der verhinderbar ist, dass die vom Trockenmittel (31 ) bei Aufheizung abgebbare oder abgegebene Battery cell is arranged, as well as between the desiccant (31) and the battery cell arranged moisture barrier (20), with which is preventable that the desiccant (31) can be dispensed or released during heating
Feuchtigkeit zur Batteriezelle gelangt. Moisture reaches the battery cell.
3. Batteriesystem nach Anspruch 2, bei dem die Feuchtigkeitssperre (20) aktivierbar ist. 3. Battery system according to claim 2, wherein the moisture barrier (20) is activated.
4. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine 4. Battery system according to one of the preceding claims, which a
Druckausgleichsöffnung umfasst, wobei die Trocknungseinrichtung in der Compression orifice comprises, wherein the drying device in the
Druckausgleichsöffnung angeordnet ist. Pressure compensation opening is arranged.
5. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend weiterhin eine Gasstromerzeugungseinrichtung (51 ) zur Erzeugung eines 5. Battery system according to one of the preceding claims, further comprising a gas flow generating means (51) for generating a
Gas-Volumenstroms. Gas volume flow.
6. Verfahren zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels (31 ) der 6. Method for reducing the moisture of the desiccant (31) of
Trocknungseinrichtung eines Batteriesystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem dem Trockenmittel (31 ) mittels der Heizeinrichtung (60) Wärme zugeführt wird, so dass die Feuchtigkeit des Trockenmittels (31 ) reduziert wird. A drying system of a battery system according to any one of claims 1 to 5, wherein heat is supplied to the desiccant (31) by means of the heater (60) so that the moisture of the desiccant (31) is reduced.
7. Verfahren zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels (31 ) nach Anspruch 6, bei dem die Energie zum Betreiben der Heizeinrichtung (60) nicht direkt von der Batteriezelle zur Verfügung gestellt wird. A method for reducing the moisture of the desiccant (31) of claim 6, wherein the energy for operating the heater (60) is not provided directly by the battery cell.
8. Verfahren zur Reduzierung der Feuchtigkeit des Trockenmittels (31 ) nach einem der Ansprüche 6 und 7, bei dem das vom Trockenmittel (31 ) ausgeheizte Gas mittels einer Klimaanlage abgekühlt wird, so dass der in diesem Gas vorhandene Wasseranteil zumindest teilweise kondensiert wird. 8. A method for reducing the moisture of the desiccant (31) according to any one of claims 6 and 7, wherein the heated by the desiccant (31) gas is cooled by means of an air conditioner, so that the present in this gas water content is at least partially condensed.
9. Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, 9. Motor vehicle, in particular an electric motor driven motor vehicle,
umfassend wenigstens ein Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5. comprising at least one battery system according to one of claims 1 to 5.
10. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 9, bei dem 10. A method of operating a motor vehicle according to claim 9, wherein
kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in elektrische Energie umgewandelt wird und zur Ausheizung des Trockenmittels (31 ) genutzt wird. kinetic energy of the motor vehicle is converted into electrical energy and used to heat the desiccant (31).
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