-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer aus einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen aufgebauten Batterie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
-
Batterien, insbesondere Hochvolt- oder Hochleistungs-Batterien, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie, werden häufig eingesetzt, um als Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, die Speicherung von elektrischer Energie zu übernehmen, um diese zum Fahren vorzuhalten. Derartige Batterien sind temperaturempfindlich und heizen sich beim Laden und Entladen entsprechend auf. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Batterien zu erreichen, ist es daher notwendig, solche Batterien aktiv zu kühlen.
-
Beispielhaft soll hierzu auf die durch die
DE 10 2008 034 862 A1 beschriebene Batterie hingewiesen werden. Diese besteht aus einem Zellverbund einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Zellstapel gestapelt sind. Zwischen den Batterieeinzelzellen sind Wärmeleitelemente in Form von Kühlblechen angeordnet, welche in diesem Fall unterhalb des Stapels der Batterieeinzelzelle mit einem Kühlwärmetauscher in Form einer Kühlplatte beziehungsweise einer gekühlten Bodenplatte in Verbindung stehen. Diese Platte kann aktiv gekühlt werden, beispielsweise durch ein flüssiges Kühlmedium oder ein gasförmiges Kühlmedium oder das Klimamittel einer Klimaanlage, wie sie beispielsweise in einem mit einer solchen Batterie als Traktionsbatterie ausgerüsteten zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug vorgesehen sein kann.
-
Aus dem nächstliegenden Stand der Technik ist es nun bekannt, derartige Batterien ergänzend hierzu über Latentwärmespeicher zu kühlen beziehungsweise zu temperieren. Der in der
DE 10 2007 050 812 A1 beschriebene Latentwärmespeicher weist dabei mindestens ein Phasenwechselmaterial auf. Ein solches Phasenwechselmaterial ist ein Material, welches bei einer konstanten Temperatur durch Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe die Phase wechselt. Bei der Wärmespeicherung wird ein solches Phasenwechselmaterial mittels Wärmezufuhr von der einen in die andere Phase überführt und hält dabei die sogenannte Plateautemperatur während des Phasenwechsels auf konstantem oder annähernd konstantem Niveau. Üblicherweise erfolgt der Phasenübergang dabei von einer festen oder kristallinen Phase in eine flüssige oder eine gelöste Phase. Im umgekehrten Fall wechselt die Phase des Materials wieder zurück, wobei auch hier das Temperaturniveau für eine entsprechend lange Zeit konstant gehalten wird. In der
DE 10 2007 050 812 A1 wird ein solches Phasenwechselmaterial oder eine Mischung aus derartigen Phasenwechselmaterialien eingesetzt, um über eine wärmeleitende Paste wärmeleitend an Batterieeinzelzellen einer Batterie angebracht zu werden. Der Latentwärmespeicher mit dem wenigstens einen Phasenwechselmaterial ist so in der Lage, die Erwärmung und Abkühlung der Batterie zu verbessern und durch die geeignete Wahl eines Plateauniveaus auf der Höhe der bevorzugten Arbeitstemperatur der Batterieeinzelzellen, je nach Technologie, in welcher diese ausgeführt sind, zu halten. Damit sind ideale Temperaturbedingungen für den Betrieb der Batterie gewährleistet. Dadurch lassen sich entsprechend hohe Lebensdauern der Batterieeinzelzellen erzielen. Alles in allem ist der Aufbau der durch diese
DE 10 2007 050 812 A1 beschriebenen Batterie dabei sehr komplex, da ein integrierter Aufbau aus Batterieeinzelzellen, Latentwärmespeicher und darin eingebetteten Rohren eines Kühlwärmetauschers realisiert werden muss. Dies ist für eine Serienherstellung vollkommen ungeeignet und erlaubt in einem eventuellen Schadensfall keinen Austausch einzelner Komponenten, wie beispielsweise einzelner Batterieeinzelzellen, da hierzu jeweils der gesamte Aufbau zerlegt werden müsste.
-
Ferner beschreibt die
US 2009/0305124 A1 einen Aufbau, bei welchem ein Phasenwechselmaterial in Form einer Schicht auf Batterieeinzelzellen aufgebracht wird und so eine verbesserte Kühlung beziehungsweise Temperierung der Batterieeinzelzellen gewährleistet. Der Aufbau ist dabei dem einer herkömmlichen Batterie im Wesentlichen vergleichbar, weist jedoch den Nachteil auf, dass der Latentwärmespeicher in vielen einzelnen Elementen hergestellt werden muss, was dessen Herstellung und insbesondere dessen Abdichtung gegenüber der Umgebung, welche zum Sicherstellen einer dauerhaften Funktionalität des Latentwärmespeichers unabdingbar ist, vergleichsweise aufwändig macht.
-
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diese oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie mit einem Latentwärmespeicher mit wenigstens einem Phasenwechselmaterial anzugeben, welcher einfach und effizient im Aufbau ist, sich für eine Serienherstellung oder Nachrüstung bestehender Batterien eignet.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht es also vor, dass im Bereich der Batterieeinzelzellen oder zwischen den Batterieeinzelzellen diskrete Wärmeleitelemente angeordnet sind. Diese diskreten Wärmeleitelemente können beispielsweise die im eingangs genannten Stand der Technik beschriebenen Wärmeleitbleche sein. Insbesondere bei rund ausgeführten Zellen könnten es auch Wärmeleitstäbe sein, welche in den Zwischenräumen zwischen den runden Zellen in einem Gehäuse entsprechend eingebettet sind und auf der einen Seite des Verbunds entsprechend enden. Letztlich könnten die Wärmeleitelemente auch Teile der Batterieeinzelzellen selbst sein, beispielsweise die Hüllbleche bei prismatischen bipolaren Rahmenflachzellen, welche im Bereich eines Endes des Rahmens entsprechend fortgeführt sind, um mit einer Kühlplatte analog der im zuerst genannten Stand der Technik ausgeführten Ausgestaltung realisiert zu sein. Diese Wärmeleitelemente, unabhängig von ihrer konkreten Ausführung, stehen an ihrem einen Ende beziehungsweise in ihrem einen Bereich mit den Batterieeinzelzellen in wärmeleitendem Kontakt. An ihrem anderen Ende stehen sie dann in wärmeleitendem Kontakt mit dem Latentwärmespeicher Der Latentwärmespeicher ist dabei außerhalb oder am Rande des Verbunds der Batterieeinzelzellen angeordnet. Er befindet sich also nicht zwischen den Batterieeinzelzellen, sondern ist unabhängig von dem Verbund der Batterieeinzelzellen 2, beispielsweise neben diesem Verbund oder auch unterhalb dieses Verbunds angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Batterie wie bisher aufzubauen und dennoch einen Latentwärmespeicher zur Verbesserung der Temperierung der Batterie vorzusehen. Der Latentwärmespeicher muss nicht zwischen die Einzelelemente der Batterie integriert ausgeführt werden, sodass dieser entsprechend einfach und effizient realisiert werden kann. Der Latentwärmespeicher kann beispielsweise an die Stelle der Kühlplatte in dem eingangs zuerst genannten Stand der Technik positioniert werden, sodass ein im Wesentlichen unveränderter Aufbau mit weiterhin guter Zugänglichkeit der Batterieeinzelzellen, um diese beispielsweise im Schadensfall einzeln austauschen zu können, gewährleistet ist.
-
Gemäß einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es vorgesehen, dass die mit dem Latentwärmespeicher in Verbindung stehenden Enden der Wärmeleitelemente wärmeleitend an ein Gehäuse angebunden sind, welches das wenigstens eine Phasenwechselmaterial aufweist. Gehäuse und Phasenwechselmaterial bilden damit den Latentwärmespeicher. Dieser kann besonders einfach und effizient ausgebildet werden, da er beispielsweise durch ein prismatisches Gehäuse gefüllt mit wenigstens einem Phasenwechselmaterial realisiert werden kann. Dieser Aufbau ist einfach und effizient und erlaubt eine einfache kostengünstige Ausführung und kann leicht gegenüber der Umgebung abgedichtet werden. Der Aufbau ist damit viel einfacher zu realisieren als es beispielsweise komplex geformte Gehäuse, mit Phasenwechselmaterial gefüllte Beutel oder dergleichen wären, welche zwischen die Batteriezellen eingeschoben werden müssten.
-
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass der Latentwärmespeicher zusätzlich in wärmeleitendem Kontakt zu einem Kühlwärmetauscher steht. Ein solcher Kühlwärmetauscher kann beispielsweise bei der oben genannten Ausgestaltung des Latentwärmespeichers als Gehäuse an dieses Gehäuse wärmeleitend angebunden werden oder auch direkt in eine der Wandungen des Gehäuses integriert ausgebildet sein. Damit entsteht bei dieser bevorzugten Ausführungsform eine ideale Kombination aus Latentwärmespeicher und Kühlwärmetauscher, welcher beispielsweise anstelle von herkömmlichen Kühlplatten an bisher bekannte und übliche Aufbauten von Batterien angebracht werden kann. Der Aufbau der Vorrichtung ist damit nicht nur besonders einfach, sondern auch besonders flexibel, da beispielsweise bestehende Batterien durch einen Austausch der Kühlplatte durch die erfindungsgemäße Kombination aus Latentwärmespeicher und Kühlplatte in der oben beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform nachgerüstet werden können.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufbaus ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
-
2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
In der Darstellung der 1 ist beispielhaft eine Batterie 1 dargestellt, welche als Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug vorgesehen sein soll. Die Batterie 1 besteht aus einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen 2, welche in an sich bekannter Art und Weise in Reihe und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sind. Zwischen den Batterieeinzelzellen 2 sind Wärmeleitelemente 3 zu erkennen, welche mit einem Gehäuse 4 einstückig ausgeführt sind. Vorzugsweise sind die Wärmeleitelemente dabei aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einem metallischen Material aufgebaut. Das Gehäuse 4 besteht aus demselben Material und schließt in seinem Inneren ein Phasenwechselmaterial 5 ein. Das Phasenwechselmaterial 5 bildet zusammen mit dem Gehäuse 4 einen Latentwärmespeicher 6. Das Phasenwechselmaterial 5 kann dabei ein einzelnes Phasenwechselmaterial oder ein Gemisch von Phasenwechselmaterialien sein. Solche Phasenwechselmaterialien, welche häufig auch mit dem englischen Begriff Phase Change Material (PCM) bezeichnet werden, sind typischerweise Parafine, Salzhydrate oder dergleichen. Ein solches PCM nimmt dabei Wärme, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Abwärme der Batterie 1, auf. Die PCM weisen dabei zumeist eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität auf. Sie können die anfallende Abwärme der Batterie 1, welche beim Laden beziehungsweise Entladen anfällt, zu einem großen Teil zwischenspeichern. Erwärmen sich im Betrieb der Batterie 1 die Batterieeinzelzellen 2, so geben sie ihre Abwärme über die Wärmeleitelemente 3 an den Latentwärmespeicher 6 beziehungsweise sein Gehäuse 4 ab. Die Wärme wird dadurch in den Bereich des Phasenwechselmaterials 5 eingeleitet. Die Temperatur des Phasenwechselmaterials 5 steigt dabei solange an, bis der Schmelzpunkt des Phasenwechselmaterials 5 erreicht ist. Die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials 5 liegt dabei idealerweise in einem Temperaturbereich, in dem die optimale Temperatur für den Betrieb der Batterieeinzelzellen 2 ebenfalls angesiedelt ist. Dies lässt sich beispielsweise durch eine geeignete Mischung von Phasenwechselmaterialien in dem Latentwärmespeicher 6 erreichen. Für Lithium-Ionen-Batterien liegt diese ideale Betriebstemperatur beispielsweise zwischen 30 und 35°C. Glaubersalze können beispielsweise als Phasenwechselmaterial 5 eingesetzt werden. Sie haben eine Schmelztemperatur in der Größenordnung von ca. 32°C. Erreicht die in den Bereich des Phasenwechselmaterials 5 eingeleiteten Wärme den Schmelzpunkt, so ändert sich die Temperatur des Phasenwechselmaterials 5 auch bei weiterer Aufnahme von Abwärme der Batterie 1 solange nicht, bis das komplette Phasenwechselmaterial den Phasenübergang von der festen beziehungsweise kristallinen Phase in die flüssige beziehungsweise gelöste Phase abgeschlossen hat. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da so bei einem weiteren Anstieg der Temperatur der Batterieeinzelzellen 2 die Temperaturdifferenz zwischen den Batterieeinzelzellen 2 und dem Phasenwechselmaterial 5, dessen Temperatur konstant bleibt, vergrößert wird. Dies führt zu einem verstärkten Wärmeübergang von den Batterieeinzelzellen 2 auf das Phasenwechselmaterial 5. Hat sich die komplette Masse des Phasenwechselmaterials 5 von fest nach flüssig umgewandelt, so steigt auch die Temperatur des Phasenwechselmaterials 5 weiter an.
-
Ist dieser Anstieg nicht erwünscht, dann kann zusätzlich gekühlt werden. Diese Kühlung kann beispielsweise nach oder kurz vor dem Erreichen des Abschlusses des Phasenübergangs eingeleitet werden, um so die Betriebstemperatur der Batterien 2 im Bereich der Temperatur des Schmelzpunkts des Phasenwechselmaterials 5, der sogenannten Plateautemperatur, konstant zu halten. In der Darstellung der 1 ist hierfür ein Kühlwärmetauscher 7 vorgesehen, welcher in an sich bekannter Art und Weise ausgeführt und gekühlt werden kann. Beispielsweise ist die Ausführung als Kühlplatte 7 denkbar und möglich. Diese kann dann von einem flüssigen Kühlmedium, einem gasförmigen Kühlmedium oder einem aus einer Klimaanlage stammenden Kältemittel in an sich bekannter Art und Weise gekühlt werden. Aufgrund des Wärmespeichervermögens des Latentwärmespeichers 6 kann diese Kühlung dabei zeitlich versetzt zum Betrieb der Batterie 1 erfolgen, was hinsichtlich des Thermomanagements sowie dem energieeffizienten Einsatz von Kühlleistung entsprechende Vorteile bringt.
-
Ferner wird durch das hohe Speichervermögen des Latentwärmespeichers 6 ein schnelles beziehungsweise zu schnelles Auskühlen der Batterieeinzelzellen 2 verhindert. Ist das gesamte oder der größte Teil des Phasenwechselmaterials 5 in die flüssige Phase übergegangen, so hält das Phasenwechselmaterial 5 solange konstant die Schmelztemperatur, welche idealerweise im optimalen Betriebstemperaturbereich der Batterieeinzelzellen 2 liegt, bis die gesamte Masse des Phasenwechselmaterials 5 so viel Wärme über die Wärmeleitelemente 3 an die Batterieeinzelzellen 2 und gegebenenfalls die Umgebung abgegeben hat, dass die gesamte Masse des Phasenwechselmaterials 5 wieder von der flüssigen in die feste Phase übergegangen ist. Um die Wärmeabgabe an die Umgebung zu verhindern, kann es, wie im Stand der Technik beschrieben, auch vorgesehen sein, die nicht mit den Wärmeleitelementen 3 in Verbindung stehenden Bereiche des Latentwärmespeichers 6 thermisch zu isolieren. Dies ermöglicht es insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen, dass die Batterie 1 nicht zu schnell auskühlt und somit über einen längeren Zeitraum hinweg einsatzbereit bleibt, ohne bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben werden zu müssen. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien ist ein solcher Betrieb bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen für die Lebensdauer der Batterie 1 von Nachteil und die Batterie 1 kann außerdem nicht sofort ihre volle Leistungsfähigkeit bereitstellen.
-
In der Darstellung der 1 ist außerdem ein elektrisches Heizelement 8 im Bereich des Latentwärmespeichers 6 beziehungsweise des Phasenwechselmaterials 5 angedeutet. Dieses kann beispielsweise in der Form eines Heizdrahts 8 realisiert und in das Phasenwechselmaterial 5 eingebettet sein. Ein solcher Heizdraht ist in der Lage, bereits vor der Nutzung der Batterie 1 den Latentwärmespeicher 6 mit einer entsprechenden Wärmemenge zu beladen, um so die Batterie 1 sehr schnell auf Betriebstemperatur bringen zu können. Bei einem Fahrzeug wäre es beispielsweise denkbar, dass das elektrische Heizelement 8, während das Fahrzeug abgestellt ist, bei entsprechen kalten Außentemperaturen über ein im Dach des Fahrzeugs integriertes Solarpanel oder dergleichen mit elektrischem Strom versorgt und betrieben wird. Beim Start des Fahrzeugs wäre dann eine vorgewärmte und sehr schnell auf Betriebstemperatur gebrachte Batterie 1 möglich, was einerseits hinsichtlich der Lebensdauer der Batterie 1 und andererseits hinsichtlich der Möglichkeit, die volle Leistung schnellstmöglich abrufen zu können, von entscheidendem Vorteil ist.
-
Neben dem vergleichsweise komplexen Aufbau der 1, welcher Funktionalität und Wirkungsweise der Vorrichtung zum Kühlen der Batterie 1 prinzipmäßig beschrieben hat, ist in der Darstellung der 2 nun eine Ausführungsform zu erkennen, welche so ähnlich der im eingangs genannten Stand der Technik beschriebenen Ausführungsform zu verstehen ist. Die Batterieeinzelzellen 2 der Batterie 1 weisen hierbei beispielsweise beim Aufbau als Rahmenflachzellen Wärmeleitbleche 3 im Bereich jeder der Batterieeinzelzellen 2 direkt auf oder weisen diese Wärmeleitbleche 3 zwischen den Batterieeinzelzellen auf, bei dem im eingangs genannten Stand der Technik beschriebenen Aufbau in der Form von Pouch- beziehungsweise Coffeebag-Zellen. Die Wärmeleitbleche 3 sind am unteren Ende des Batteriestapels entsprechend abgekantet und stehen mit einem Latentwärmespeicher 6 aus Gehäuse 4 und PCM 5 in Verbindung. Da beispielsweise beim Aufbau der Batterieeinzelzellen aus bipolaren Rahmenflachzellen die Wärmeleitbleche 3 im elektrischen Kontakt mit der Batterie 1 stehen können und da insbesondere auch das Gehäuse 4 des Latentwärmespeichers 6 aus einem metallischen Material ausgeführt sein kann, um besonders gut wärmeleitend zu sein, ist zwischen den abgekanteten Teilen der Wärmeleitbleche 3 und dem Gehäuse 4 des Latentwärmespeichers 6 eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie 9 in an sich bekannter Art und Weise eingelegt. Diese verhindert eine elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen Wärmeleitblechen 3 sicher und zuverlässig und stellt dennoch eine gute Wärmeleitung zwischen den Wärmeleitblechen 3 und dem Latentwärmespeicher 6 sicher. Auf der der Batterie 1 abgewandten Seite des Gehäuses 4 des Latentwärmespeichers 6 ist außerdem ein Kühlwärmetauscher 7 in Form einer Kühlplatte angebracht, analog dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der Aufbau aus Kühlwärmetauscher 7 und Latentwärmespeicher 6 kann dabei insbesondere als integrierter Aufbau realisiert werden, sodass der herkömmliche Aufbau einer Batterie 1 mit einer Kühlplatte auf einer Seite der Batterie durch einen einfachen Austausch der Kühlplatte gegen die Kombination aus Kühlwärmetauscher 7 und Latentwärmespeicher 6 entsprechend nachgerüstet werden kann.
-
Über den Kühlwärmetauscher 7 kann, wie bereits erwähnt, Wärme aus dem Bereich des Phasenwechselmaterials 5 abgeführt oder auch diesem zugeführt werden. Hierfür sind in der Darstellung der 2 zwei Ventile 10 eingezeichnet, welche die Strömung des Kühlmediums durch den Wärmetauscher 7 entsprechend beeinflussen, beispielsweise den Volumenstrom einstellbar machen oder auch ganz absperren können. Dadurch lässt sich die Durchflussmenge und damit die Wärmezu- beziehungsweise abfuhr im Bereich des Kühlwärmetauschers 7 steuern beziehungsweise regeln. In dem oben bereits beschriebenen Fall, in dem das Fahrzeug, welches mit der Batterie 1 ausgestattet ist, bei kalten Außentemperaturen abgestellt wird, schließen die beiden Ventile 10 komplett, so dass möglichst viel Wärme möglichst lange innerhalb des Phasenwechselmaterials 5 und der Batterie 1 gespeichert bleibt und so ein Auskühlen der Batterie 1 verhindert wird. Bei hohen Außentemperaturen, beispielsweise im Sommer, können die beiden Ventile 10 geöffnet bleiben, sodass die im Phasenwechselmaterials 5 noch gespeicherte Abwärme der Batterie 1 nach dem Betrieb der Batterie 1 nach außen an die Umgebung abgeführt werden kann. Hierzu kann das Kühlmedium beispielsweise mit einem geringen Volumenstrom umgewälzt werden oder je nach Restwärmemenge reicht auch die reine Wärmeleitung in dem Kühlmedium aus, um die im Phasenwechselmaterial 5 gespeicherte Abwärme an die Umgebung abzuführen. Die Zwischenspeicherung der Abwärme der Batterieeinzelzellen 2 in dem Phasenwechselmaterial 5 hat dabei den Vorteil, dass die im Lastbetrieb der Batterieeinzelzellen 2 anfallende Abwärme zeitversetzt zum Auftreten der Lastspitzen abgeführt werden kann. Wie oben bereits erwähnt, führt dies zu einer höheren Flexibilität im Thermomanagement, was letztlich zu einer besseren Energieeffizienz des gesamten Fahrzeugkühlsystems führt. Die Abwärme kann während des Betriebs für eine relativ lange Zeit in dem Phasenwechselmaterial 5 verbleiben, ohne dass hierbei Kühlleistung nach außen abgeführt werden muss. Dies ermöglicht eine erhebliche Abpufferung von Kühllastspitzen. Erst wenn das komplette Phasenwechselmaterial 5 den Phasenübergang von fest nach flüssig durchlaufen hat, steigt die Temperatur des Phasenwechselmaterials 5 über dessen Schmelztemperatur an. Erst dann muss mit einer aktiven Kühlung durch den Kühlwärmetauscher 7 begonnen werden. Prinzipiell kann dies jedoch auch schon früher erfolgen, sodass zum Beispiel so viel Kühlmittel durch den Kühlwärmetauscher 7 hindurchgeleitet wird, dass nie die komplette Masse des Phasenwechselmaterials 5 in die flüssige Phase übergeht. Somit wird zum Beispiel auch vermieden, dass die Batterieeinzelzellen 2 mit einer höheren Temperatur als der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials 5 beaufschlagt werden. Damit lässt sich eine sichere und zuverlässige Temperierung der Batterieeinzelzellen 2 realisieren, was zu einer längeren Lebensdauer derselben führt. Um die Kühlung über den Kühlwärmetauscher 7 zu aktiveren, aber auch zur Steuerung beziehungsweise Regelung der Kühlung, kann beispielsweise ein Temperatursensor (nicht dargestellt) in das Phasenwechselmaterial 5 eingebettet sein. Überschreitet der Temperatursensor einen bestimmten Wert, typischerweise die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials 5, so ist dies ein Indikator dafür, dass das gesamte Phasenwechselmaterial 5 den Phasenübergang durchlaufen hat. Jetzt kann mit der aktiven Kühlung für den Kühlwärmetauscher 7 begonnen werden.
-
Soll bereits vor dem Erreichen des kompletten Phasenübergangs des Phasenwechselmaterials 5 die aktive Kühlung gestartet werden, so kann dies über unterschiedliche Methoden erfolgen. Es sind beispielsweise Sensoren im Phasenwechselmaterial 5 denkbar, die unterschiedliche physikalische Größen des Phasenwechselmaterials 5 messen, beispielsweise die (elektrische) Leitfähigkeit oder auch den Füllstand des Gehäuses 4. Bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts kann dann die Kühlung aktiviert werden, indem beispielsweise die Ventile 10 geöffnet und der Kühlwärmetauscher 7 von Kühlmedium durchströmt wird. Die Kühlung lässt sich auf eine solche im Phasenwechselmaterial 5 erfasste Größe als Zielwert regeln, um so immer die ideale Kühlung der Batterie 1 gewährleisten zu können. Ergänzend oder alternativ dazu kann über ein Steuergerät der Batterie 1 ein Aufsummieren der entnommenen oder zugeführten elektrischen Ladung erfasst werden, welches ebenfalls Rückschlüsse über die angefallene Abwärme zulässt. Auch hierdurch lässt sich bei Erreichen eines Schwellenwerts die Kühlung aktiveren beziehungsweise die Kühlung kann auf einen solchen Wert geregelt werden.
-
Der in den 1 und 2 dargestellte Aufbau ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Sofern eine größere Menge an Phasenwechselmaterial 5 für die jeweilige Batterie benötigt wird, kann neben der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform auch eine Ausführungsform realisiert werden, welche den Aufbau mit den Wärmeleitelementen 3 und dem Latentwärmespeicher 6 mehrfach aufweist, beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten des Stapels der Batterieeinzelzellen 2.
-
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
-
- DE 102008034862 A1 [0003]
- DE 102007050812 A1 [0004, 0004, 0004]
- US 2009/0305124 A1 [0005]
