DE102014007449A1

DE102014007449A1 - Energiespeicheranordnung, Temperiereinrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014007449A1
Application number: DE102014007449.8A
Authority: DE
Inventors: Joshua Smith; Christian Allmann; Berthold Hellenthal; Michael Hinterberger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US20170093000A1; CN106463798A; CN106463798B; WO2015176787A1; US10116019B2

Abstract

Energiespeicheranordnung (1), umfassend mehrere elektrische Energiespeicher (2), wobei zwischen wenigstens zwei elektrischen Energiespeichern (2) wenigstens ein die wenigstens zwei elektrischen Energiespeicher (2) zumindest abschnittsweise voneinander beabstandendes, thermisch leitfähiges Abstandselement (3) angeordnet oder ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Abstandselement (3) mit wenigstens einer Heat-Pipe (4) einer wenigstens eine Heat-Pipe (4) umfassenden ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) thermisch gekoppelt ist, wobei das wenigstens eine Abstandselement (3) zusätzlich mit wenigstens einer Heat-Pipe (6) einer wenigstens eine Heat-Pipe (6) umfassenden zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) thermisch gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung, umfassend mehrere elektrische Energiespeicher, wobei zwischen wenigstens zwei elektrischen Energiespeichern wenigstens ein die wenigstens zwei elektrischen Energiespeicher zumindest abschnittsweise voneinander beabstandendes, thermisch leitfähiges Abstandselement angeordnet oder ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Abstandselement mit wenigstens einer Heat-Pipe einer wenigstens eine Heat-Pipe umfassenden ersten Heat-Pipe-Anordnung thermisch gekoppelt ist.
Entsprechende Energiespeicheranordnungen sind bekannt und dienen, z. B. im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, der elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher. Derartige Energiespeicheranordnungen umfassen eine Anzahl an elektrisch miteinander verbundenen elektrischen Energiespeichern. Bei diesen elektrischen Energiespeichern kann es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Energiespeicher bzw. Lithium-Ionen-Zellen handeln. Zwischen den elektrischen Energiespeichern sind typischerweise diese voneinander beabstandende Abstandselemente angeordnet, über welche eine elektrische Isolierung der elektrischen Energiespeicher gegeneinander realisiert ist.
Derartige Energiespeicheranordnungen, d. h. insbesondere die diesen zugehörigen elektrischen Energiespeicher, sind üblicherweise zu temperieren, um z. B. ein Überhitzen bzw. Unterkühlen zu verhindern. Sowohl ein Überhitzen als auch ein Unterkühlen beeinträchtigt die Betriebsfähigkeit der elektrischen Energiespeicher und somit der gesamten Energiespeicheranordnung. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Überhitzen kann gegebenenfalls auch eine Beschädigung der elektrischen Energiespeicher bzw. der gesamten Energiespeicheranordnung möglich sein.
Bekannte technische Ansätze zur Temperierung entsprechender elektrischer Energiespeicher bzw. entsprechender Energiespeicheranordnungen sehen beispielsweise mit thermisch leitfähigen Abstandselementen thermisch gekoppelte Heat-Pipes vor. Diese Ansätze zur Temperierung elektrischer Energiespeicher bzw. entsprechender Energiespeicheranordnungen sind insbesondere im Hinblick auf die Effizienz der Temperierung verbesserungswürdig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Energiespeicheranordnung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass das wenigstens eine Abstandselement zusätzlich mit wenigstens einer Heat-Pipe einer wenigstens eine Heat-Pipe umfassenden zweiten Heat-Pipe-Anordnung thermisch gekoppelt ist.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung sieht im Allgemeinen mehrere elektrisch miteinander verbundene, im Weiteren kurz als Energiespeicher bezeichnete, elektrische Energiespeicher vor. Die Energiespeicher sind in serieller oder paralleler Schaltung miteinander verbunden. Hierfür werden typischerweise elektrische Verbindungselemente, wie z. B. Stromschienen („bus bars”), vorgesehen.
Unter entsprechenden Energiespeichern sind typischerweise in entsprechenden, typischerweise quaderförmigen bzw. prismatischen, Energiespeichergehäusen aufgenommene elektrochemische Baueinheiten, welche insbesondere wenigstens zwei Elektroden (Anode, Kathode), einen zwischen diesen angeordneten Separator und einen Elektrolyten umfassen, zu verstehen. Die Energiespeicher können daher auch als Energiespeicherzellen bezeichnet bzw. erachtet werden. Entsprechend der Chemie der elektrochemischen Baueinheiten kann es sich bei einem solchen Energiespeicher z. B. um einen Lithium-(Ionen)-Energiespeicher handeln. Die energiespeicherseitigen Elektroden sind typischerweise mit an freiliegenden Außenwandabschnitten des Energiespeichergehäuses angeordneten oder ausgebildeten elektrischen Anschlussmitteln elektrisch verbunden. Über diese Anschlussmittel erfolgt die vorgenannte elektrische Verbindung der Energiespeicher untereinander.
Zwischen wenigstens zwei, typischerweise zwischen sämtlichen, Energiespeichern, ist wenigstens ein thermisch leitfähiges Abstandselement angeordnet oder ausgebildet. Die Abstandselemente dienen zum einen der Beabstandung jeweiliger unmittelbar benachbart angeordneter Energiespeicher derart, dass jeweilige unmittelbar benachbart angeordnete Energiespeicher einander weder elektrisch noch mechanisch kontaktieren. Entsprechend sind die Abstandselemente auch elektrisch isolierend ausgebildet. Zum anderen dienen die Abstandselemente aufgrund ihrer thermisch leitfähigen Eigenschaften als Wärmeleitmittel, um zum Zwecke der Kühlung Wärme, insbesondere aus den diese kontaktierenden Energiespeichern, abzuführen bzw. zum Zwecke der Erwärmung Wärme, insbesondere in die diese kontaktierenden Energiespeicher, zuzuführen.
Ein entsprechendes Abstandselement kann sonach als, z. B. plattenförmiges, ein- oder mehrlagiges Bauteil vorliegen. Denkbar ist es auch, dass ein entsprechendes Abstandselement als zumindest abschnittsweise Beschichtung wenigstens eines Energiespeichers vorliegt. In jedem Fall ist ein entsprechendes Abstandselement aus wenigstens einem elektrisch isolierenden Material gebildet und/oder von wenigstens einem elektrisch isolierenden Material umgeben. Letzteres kann beispielsweise durch eine aus wenigstens einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. einem Kunststoffmaterial oder einer Keramik, gebildete Beschichtung eines, z. B. aus einem selbst nicht elektrisch isolierenden Material, d. h. z. B. aus einem Metall, wie z. B. Aluminium, gebildeten, Abstandselements realisiert sein.
Es ist also denkbar, dass ein entsprechendes Abstandselement aus wenigstens einem thermisch leitfähigen oder thermisch leitfähig ausgebildeten Kunststoffmaterial oder aus wenigstens einem thermisch leitfähig ausgebildeten Keramikmaterial oder aus einem von wenigstens einem elektrisch isolierenden Material umgebenen Metall gebildet ist. Bei einem entsprechenden Kunststoffmaterial kann es sich z. B. um ein mit thermisch leitfähigen Partikeln, wie z. B. Graphitpartikeln, versehenes, z. B. polyolefinisches, Kunststoffmaterial handeln. Bei einem thermisch leitfähigen Keramikmaterial, kann es sich z. B. um ein oxidkeramisches Material, wie z. B. Aluminiumoxid, handeln. Bei einem entsprechenden Metall kann es sich z. B. um Aluminium oder eine Aluminiumlegierung handeln. Aus metallischen Materialien bzw. allgemein elektrisch leitfähigen Materialien gebildete Abstandselemente sind, wie erwähnt, von wenigstens einem elektrisch isolierenden Material umgeben. Dies ist typischerweise durch elektrisch isolierende Beschichtungen der Abstandselemente realisiert, wobei hier insbesondere aus entsprechenden Kunststoff- bzw. Keramikmaterialien gebildete Beschichtungen in Betracht kommen.
Die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung umfasst wenigstens zwei separate Heat-Pipe-Anordnungen, welche jeweils wenigstens eine Heat-Pipe umfassen. Das erfindungsgemäße Prinzip sieht vor, die Energiespeicher bzw. die Energiespeicheranordnung vermittels so genannter Heat-Pipes entsprechender Heat-Pipe-Anordnungen zu temperieren, d. h. zu erwärmen bzw. zu kühlen. Die Temperierung der Energiespeicher bzw. der Energiespeicheranordnung ist dadurch realisiert, dass die thermisch leitfähigen Abstandselemente thermisch mit entsprechenden Heat-Pipes einer ersten bzw. einer zweiten Heat-Pipe-Anordnung gekoppelt sind. Die thermisch leitfähigen Abstandselemente sind wiederum thermisch mit den zu temperierenden Energiespeichern gekoppelt. Die thermisch leitfähigen Abstandselemente bilden sonach eine thermische Brücke zwischen den Heat-Pipes der ersten bzw. der zweiten Heat-Pipe-Anordnung und den zu temperierenden Energiespeichern.
Typischerweise sind die mehreren elektrischen Energiespeicher, insbesondere in paralleler Ausrichtung, nebst entsprechenden zwischen diesen angeordneten oder ausgebildeten Abstandselementen unter Ausbildung eines Energiespeicherstapels benachbart angeordnet, wobei sich wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung sowie wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung zumindest abschnittsweise entlang zumindest einer Außenfläche des Energiespeicherstapels erstrecken. Dabei ist, wie erwähnt, eine thermische Kopplung zwischen entsprechenden Heat-Pipes der ersten bzw. der zweiten Heat-Pipe-Anordnung und entsprechenden Abstandselementen realisiert.
Bei Heat-Pipes, welche auch als Wärmerohre bezeichnet werden, handelt es sich um effiziente Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme, d. h. um Wärmeübertrager. Heat-Pipes umfassen im Wesentlichen wenigstens einen Verdampfungsbereich, in welchem ein bzw. das innerhalb der Heat-Pipe befindliche(s) flüssige(s) bzw. kondensierte(s) bzw. verflüssigte(s) Arbeitsmedium verdampfbar ist bzw. verdampft wird, und wenigstens einen Kondensationsbereich, in welchem ein bzw. das innerhalb der Heat-Pipe befindliche(s) gasförmige(s) bzw. verdampfte(s) Arbeitsmedium kondensierbar ist bzw. kondensiert wird. Bei dem Arbeitsmedium kann es sich z. B. um Wasser, um organische Fluide, wie z. B. Glykol, oder um entsprechende Mischungen aus Wasser und organischen Fluiden, wie z. B. Glykol, handeln.
Im Rahmen des in dem Verdampfungsbereich erfolgenden Verdampfens des Arbeitsmediums wird einer mit der Heat-Pipe thermisch gekoppelten Wärmequelle Wärme (Verdampfungswärme) entnommen, so dass diese gekühlt wird. Umgekehrt wird im Rahmen des in dem Kondensationsbereich erfolgenden Kondensierens des Arbeitsmediums einer mit der Heat-Pipe thermisch gekoppelten Wärmesenke Wärme (Kondensationswärme) zugeführt, so dass diese erwärmt wird. Das Funktions- und Wirkprinzip entsprechender Heat-Pipes ist im Übrigen hinreichend bekannt, so dass es hierzu an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterungen bedarf.
Die Geometrie entsprechender Heat-Pipes ist in der Regel (im Wesentlichen) rohrförmig bzw. (im Wesentlichen) zylindrisch. Die Heat-Pipes können sonach (im Wesentlichen) einen runden, rundlichen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Bekannt sind jedoch auch Heat-Pipes mit (im Wesentlichen) flächigen Geometrien. Die Heat-Pipes können sonach einen (im Wesentlichen) rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Bezogen auf die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung können die Energiespeicher je nach Anordnung der Heat-Pipes der ersten bzw. der zweiten Heat-Pipe-Anordnung relativ zu den Abstandselementen über die Heat-Pipes der ersten bzw. zweiten Heat-Pipe-Anordnung erwärmt oder gekühlt werden. Damit ist ein besonders effizientes sowie wenig Bauraum beanspruchendes Prinzip zur Temperierung entsprechender Energiespeicher bzw. der Energiespeicheranordnung realisiert.
Es ist dabei z. B. möglich, wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung derart anzuordnen, dass über diese ein Kühlen der Energiespeicher bzw. der Energiespeicheranordnung möglich ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb der Heat-Pipe befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement thermisch gekoppelt ist.
Entsprechend kann wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung derart angeordnet sein, dass über diese ein Erwärmen der Energiespeicher bzw. der Energiespeicheranordnung möglich ist. In diesem Fall es ist zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung mit einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb der Heat-Pipe befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement thermisch gekoppelt ist.
Die thermische Kopplung zwischen entsprechenden Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung und den oder den Abstandselementen bzw. zwischen entsprechenden Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung und den oder den Abstandselementen kann unmittelbar oder mittelbar sein. Im Allgemeinen gilt daher, dass wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung und/oder wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung mit dem wenigstens einen Abstandselement unmittelbar thermisch gekoppelt ist oder wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung und/oder wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung mit dem wenigstens einen Abstandselement unter Zwischenschaltung wenigstens eines thermisch leitfähigen thermischen Kopplungselements mittelbar thermisch gekoppelt ist. Bei einem entsprechenden thermischen Kopplungselement kann es sich z. B. um ein Wärmeleitblech handeln.
Zur Steigerung der Effizienz der Temperierung der Energiespeicher respektive der Temperierung der gesamten Energiespeicheranordnung ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe, insbesondere alle Heat-Pipes, der ersten Heat-Pipe-Anordnung von wenigstens einer Heat-Pipe, insbesondere allen Heat-Pipes, der zweiten Heat-Pipe-Anordnung zumindest weitgehend thermisch entkoppelt ist bzw. sind. Über die thermische Entkopplung wenigstens einer Heat-Pipe, insbesondere aller Heat-Pipes, der ersten Heat-Pipe-Anordnung von wenigstens einer Heat-Pipe, insbesondere allen Heat-Pipes, der zweiten Heat-Pipe-Anordnung ist ein Wärmeaustausch zwischen entsprechenden Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung und entsprechenden Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung unterbunden, was den Wirkungsgrad des über die entsprechenden Heat-Pipe-Anordnungen erfolgenden Erwärmens bzw. Kühlens der Energiespeicher bzw. der Energiespeicheranordnung erhöhen kann. Die thermische Entkopplung kann z. B. über zwischen den jeweiligen Heat-Pipes der ersten und der zweiten Heat-Pipe-Anordnung angeordnete oder ausgebildete thermisch isolierende thermische Isolationselemente, wie z. B. aus thermisch isolierenden Materialien gebildete Formkörper oder Beschichtungen, realisiert sein.
Ausgehend von einer beispielhaften Ausführungsform, gemäß welcher entsprechende Verdampfungsbereiche, in welchen ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, der Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung und entsprechende Kondensationsbereiche, in welchen ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, der Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung thermisch mit entsprechenden Abstandselementen gekoppelt sind, ist eine thermische Entkopplung insbesondere zwischen den Verdampfungsbereichen entsprechender Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung und den Kondensationsbereichen entsprechender Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung zweckmäßig.
Die über jeweilige Kondensationsbereiche der Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung abgegebene Wärme (Kondensationswärme) beeinträchtigt das Verdampfen der in jeweiligen Verdampfungsbereichen der Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung und eine hierdurch erfolgende Kühlung der Energiespeicher sonach nicht oder nur unwesentlich. Umgekehrt beeinträchtigt die über jeweilige Verdampfungsbereiche der Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung aufgenommene Wärme (Verdampfungswärme) das Kondensieren der in jeweiligen Kondensationsbereichen der Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung und eine hierdurch erfolgende Erwärmung der Energiespeicher sonach nicht oder nur unwesentlich.
Insbesondere im Zusammenhang mit der vorgenannten beispielhaften Ausführungsform der Energiespeicheranordnung, wonach wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb der Heat-Pipe befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement thermisch gekoppelt ist, ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe der ersten Heat-Pipe-Anordnung mit einem dieser zugehörigen Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit wenigstens einer Wärmesenke, insbesondere in Form einer als Wärmetauscher ausgebildeten oder wenigstens einen Wärmetauscher umfassenden Kühleinrichtung, thermisch gekoppelt ist. Hierdurch ist die Effizienz des über die Heat-Pipes der ersten Heat-Pipe-Anordnung erfolgenden Wärmeaustauschs mit dem oder den Abstandselementen verbessert.
Entsprechend ist es, insbesondere im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Ausführungsform der Energiespeicheranordnung, wonach wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung mit einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb der Heat-Pipe befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement thermisch gekoppelt ist, zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung mit einem dieser zugehörigen Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit wenigstens einer, insbesondere der Energiespeicheranordnung zugehörigen oder zugeordneten, Wärmequelle thermisch gekoppelt ist. Hierdurch ist die Effizienz des über die Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung erfolgenden Wärmeaustauschs mit dem oder den Abstandselementen verbessert. Bei einer entsprechenden Wärmequelle kann es sich z. B. um wenigstens eine der Energiespeicheranordnung zugehörige oder zugeordnete Funktionskomponente, wie z. B. ein Ladegerät oder eine Steuerungseinrichtung, z. B. in Form einer Steuerungselektronik, handeln.
Um auch wenigstens eine entsprechende Funktionskomponente der Energiespeicheranordnung, wie z. B. ein Ladegerät oder eine Steuerungseinrichtung, z. B. in Form einer Steuerungselektronik, entsprechend zu temperieren, d. h. zu erwärmen bzw. zu kühlen, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Energiespeicheranordnung eine wenigstens eine Heat-Pipe umfassende dritte Heat-Pipe-Anordnung vorhanden, welche mit der oder wenigstens einer der Energiespeicheranordnung zugehörigen oder zugeordneten, als Wärmequelle dienenden Funktionskomponente thermisch gekoppelt ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine Heat-Pipe der dritten Heat-Pipe-Anordnung mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb der Heat-Pipe befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit der wenigstens einen der Energiespeicheranordnung zugehörigen oder zugeordneten, als Wärmequelle dienenden Funktionskomponente thermisch gekoppelt ist. Mithin lassen sich entsprechende Funktionskomponenten über eine derartige Anordnung entsprechender Heat-Pipes einer dritten Heat-Pipe-Anordnung kühlen. In diesem Zusammenhang ist es im Hinblick auf entsprechende Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung zweckmäßig, wenn diese mit jeweiligen Verdampfungsbereichen, in welchen ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit der Funktionskomponente thermisch gekoppelt sind, so dass Letztere über die Heat-Pipes der zweiten Heat-Pipe-Anordnung erwärmt und über die Heat-Pipes der dritten Heat-Pipe-Anordnung gekühlt werden können.
Wenigstens eine Heat-Pipes der dritten Heat-Pipe-Anordnung kann mit einem dieser zugehörigen Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit der oder wenigstens einer Wärmesenke, insbesondere in Form einer als Wärmetauscher ausgebildeten oder wenigstens einen Wärmetauscher umfassenden Kühleinrichtung, thermisch gekoppelt sein. Hierdurch ist die Effizienz des über die Heat-Pipes der dritten Heat-Pipe-Anordnung erfolgenden Wärmeaustauschs mit der oder den Funktionskomponenten der Energiespeicheranordnung verbessert.
In einer weiteren Ausführungsform der Energiespeicheranordnung bilden zumindest die erste Heat-Pipe-Anordnung und die zweite Heat-Pipe-Anordnung jeweilige Bestandteile einer Temperiereinrichtung zum Temperieren wenigstens eines elektrischen Energiespeichers der bzw. einer entsprechenden Energiespeicheranordnung. Sofern eine dritte Heat-Pipe-Anordnung vorhanden ist, bildet diese zweckmäßig ebenso einen Bestandteil der Temperiereinrichtung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Temperiereinrichtung zum Temperieren wenigstens eines elektrischen Energiespeichers einer mehrere elektrische Energiespeicher, wobei zwischen wenigstens zwei elektrischen Energiespeichern wenigstens ein die beiden elektrischen Energiespeicher zumindest abschnittsweise voneinander beabstandendes, thermisch leitfähiges Abstandselement angeordnet oder ausgebildet ist, umfassenden Energiespeicheranordnung, insbesondere einer wie vorstehend beschriebenen Energiespeicheranordnung. Die Temperiereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens zwei jeweils wenigstens eine Heat-Pipe umfassende Heat-Pipe-Anordnungen umfasst, wobei das wenigstens eine Abstandselement oder wenigstens ein Abstandselement mit wenigstens einer Heat-Pipe der Heat-Pipe-Anordnung und mit wenigstens einer Heat-Pipe der zweiten Heat-Pipe-Anordnung thermisch gekoppelt ist. Demnach gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der Energiespeicheranordnung, d. h. insbesondere auch im Zusammenhang mit den beschriebenen Ausführungsformen der Energiespeicheranordnung, analog für die Temperiereinrichtung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine wie beschriebene Energiespeicheranordnung oder wenigstens eine wie beschriebene Temperiereinrichtung. Demnach gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der Energiespeicheranordnung, d. h. insbesondere auch im Zusammenhang mit den beschriebenen Ausführungsformen der Energiespeicheranordnung, sowie im Zusammenhang mit der Temperiereinrichtung analog für das Kraftfahrzeug.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1, 2 jeweils eine Prinzipdarstellung einer Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Energiespeicheranordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Energiespeicheranordnung 1 ist Teil eines Kraftfahrzeugs 12, insbesondere eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, und dient der elektrischen Versorgung kraftfahrzeugseitig vorhandener elektrischer Verbraucher, wie z. B. eines elektrischen Antriebsaggregats (nicht gezeigt).
Die Energiespeicheranordnung 1 umfasst mehrere elektrische Energiespeicher 2. Die elektrischen Energiespeicher 2 sind über ein elektrisches Verbindungselement (nicht gezeigt), insbesondere in Form einer Leiter- oder Stromschiene („bus bar”), elektrisch verbunden, d. h. seriell oder parallel verschaltet. Das elektrische Verbindungselement kontaktiert dabei jeweilige an jeweiligen freiliegenden Außenwandabschnitten entsprechender den Energiespeichern 2 zugehöriger Energiespeichergehäuse (nicht gezeigt) angeordnete elektrische Anschlussmittel (nicht gezeigt).
Ersichtlich sind die in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils quaderförmige bzw. prismatische Energiespeicher 2 in paralleler Ausrichtung unter Ausbildung eines Energiespeicherstapels („stack”) benachbart angeordnet. Der Energiespeicherstapel ist in einer Halterungsvorrichtung (nicht gezeigt) gehaltert. Über die Halterungsvorrichtung lassen sich gegebenenfalls Kräfte, insbesondere Presskräfte, auf den Energiespeicherstapel ausüben.
Zwischen den Energiespeichern 2 sind jeweils diese voneinander beabstandende plattenförmige Abstandselemente 3 angeordnet. Ein entsprechendes Abstandselement 3 beabstandet sonach zwei ansonsten unmittelbar benachbart angeordnete Energiespeicher 2 voneinander um ein durch seine Abmessungen, d. h. insbesondere seine Wandstärke, bestimmtes Maß.
Die Abstandselemente 3 haben daher elektrisch isolierende, gleichwohl thermisch leitfähige Eigenschaften. Die Abstandselemente 3 können daher z. B. aus einem mit thermisch leitfähigen Partikeln, wie z. B. Graphitpartikeln, gebildeten Kunststoff- oder Keramikmaterial gebildet sein. Denkbar ist es auch, die Abstandselemente 3 aus einem mit einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. einem Kunststoff- oder Keramikmaterial, z. B. in Form einer Beschichtung, umgebenen Metall, wie z. B. Aluminium, zu bilden.
Die Abstandselemente 3 dienen sonach zum einen der Beabstandung jeweiliger unmittelbar benachbart angeordneter Energiespeicher 2 derart, dass jeweilige unmittelbar benachbart angeordnete Energiespeicher 2 einander weder elektrisch noch mechanisch kontaktieren. Zum anderen dienen die Abstandselemente 3 aufgrund ihrer thermisch leitfähigen Eigenschaften als Wärmeleitmittel, um zum Zwecke der Kühlung der Energiespeicher 2 bzw. der Energiespeicheranordnung 1 Wärme, insbesondere aus den diese kontaktierenden Energiespeichern 2, abzuführen bzw. zum Zwecke der Erwärmung der Energiespeicher 2 bzw. der Energiespeicheranordnung 1 Wärme, insbesondere in die diese kontaktierenden Energiespeicher 2, zuzuführen.
Ersichtlich ist der Energiespeicherstapel im Bereich der dem Betrachter zugewandten Seitenfläche von einer Heat-Pipe 4 einer ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 und von einer Heat-Pipe 6 einer zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 umgeben. Die Heat-Pipes 4, 6 erstrecken sich sonach entlang dieser Seitenfläche des Energiespeicherstapels. Selbstverständlich ist es möglich, dass sich jeweilige bzw. weitere Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 als auch jeweilige bzw. weitere Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 auch an anderen bzw. weiteren Seitenflächen des Energiespeicherstapels erstrecken. Gleichermaßen ist es denkbar, dass sich jeweilige bzw. weitere Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 als auch jeweilige bzw. weitere Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 zumindest abschnittsweise durch den Energiespeicherstapel erstrecken und somit innerhalb des Energiespeicherstapels angeordnet sind.
Die jeweiligen Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 wie auch die jeweiligen Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 sind jeweils mit den Abstandselementen 3 thermisch gekoppelt. Die Abstandselemente 3 bilden sonach eine thermische Brücke zwischen den Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 bzw. den Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 und den Energiespeichern 2.
Die jeweiligen Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 sind derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass diese mit jeweiligen Verdampfungsbereichen, in welchen ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium, wie z. B. Wasser und/oder ein organisches Fluid, wie z. B. Glykol, verdampfbar ist, mit den Abstandselementen 3 thermisch gekoppelt sind. Die für das Verdampfen des Arbeitsmediums erforderliche Wärme (Verdampfungswärme) wird sonach aus den Abstandselementen 3 bzw. über die Abstandselemente 3 aus den Energiespeichern 2 entnommen. Über die Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 lässt sich sonach eine Kühlung der Energiespeicher 2 respektive der Energiespeicheranordnung 1 realisieren.
Die jeweiligen Kondensationsbereiche, in welchen ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, der Heat-Pipes 4 der ersten Heat-Pipe-Anordnung 5 sind mit einer Wärmesenke 8 in Form eines kraftfahrzeugseitigen Wärmetauschers thermisch gekoppelt. Die im Rahmen der Kondensation des Arbeitsmediums entstehende Wärme (Kondensationswärme) kann sonach an die Wärmesenke 8 abgegeben werden. Der Wärmetauscher kann Teil der Energiespeicheranordnung 1, d. h. der Energiespeicheranordnung 1 zugehörig oder zugeordnet, sein.
Die jeweiligen Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 sind derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass diese mit jeweiligen Kondensationsbereichen, in welchen ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit den Abstandselementen 3 thermisch gekoppelt sind. Die im Rahmen der Kondensation des Arbeitsmediums entstehende Wärme (Kondensationswärme) kann sonach an die Abstandselemente 3 bzw. über die Abstandselemente 3 an die Energiespeicher 2 abgegeben werden. Über die Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 lässt sich sonach eine Erwärmung der Energiespeicher 2 respektive der Energiespeicheranordnung 1 realisieren.
Die jeweiligen Verdampfungsbereiche, in welchen ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, der Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 sind mit einer Wärmequelle 9 in Form einer der Energiespeicheranordnung 1 zugehörigen Funktionskomponente, d. h. z. B. einem Ladegerät oder einer Steuerungseinrichtung bzw. einer Steuerungselektronik, thermisch gekoppelt. Die für das Verdampfen des Arbeitsmediums erforderliche Wärme (Verdampfungswärme) kann sonach aus der Wärmequelle 9 entnommen werden. Über die Heat-Pipes 6 der zweiten Heat-Pipe-Anordnung 7 lässt sich sonach eine Kühlung der Funktionskomponente realisieren.
Die jeweiligen Heat-Pipes 4, 6 der ersten bzw. zweiten Heat-Pipe-Anordnung 5, 7 sind jeweils voneinander thermisch entkoppelt. Ein Wärmeaustausch zwischen den Heat-Pipes 4, 6 der ersten bzw. zweiten Heat-Pipe-Anordnungen 5, 7 ist sonach nicht möglich respektive zumindest weitgehend unterbunden, um die Effizienz der beschriebenen Erwärmungs- bzw. Kühlvorgänge der Energiespeicher 2 respektive der Energiespeicheranordnung 1 nicht zu beeinträchtigen. Die thermische Entkopplung ist über zwischen den Heat-Pipes 4, 6 der ersten und zweiten Heat-Pipe-Anordnung 5, 7 angeordnete thermische Isolationsmittel (nicht gezeigt) realisiert.
Durch die beiden Heat-Pipe-Anordnungen 5, 7 respektive die diesen zugehörigen Heat-Pipes 4, 6 ist eine Temperiereinrichtung zum Temperieren, d. h. zum Erwärmen bzw. Kühlen, der Energiespeicher 2 der Energiespeicheranordnung 1 realisiert.
Die Energiespeicheranordnung 1 bzw. die Temperiereinrichtung kann zusätzlich eine wenigstens eine Heat-Pipe 10 umfassende dritte Heat-Pipe-Anordnung 11 umfassen. Diese Variante ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine der dritten Heat-Pipe-Anordnung 11 zugehörige Heat-Pipe 10 zwischen der als Wärmequelle 9 dienenden Funktionskomponente der Energiespeicheranordnung 1 und der Wärmesenke 8 angeordnet bzw. mit der als Wärmequelle 9 dienenden Funktionskomponente der Energiespeicheranordnung 1 und der Wärmesenke 8 thermisch gekoppelt.
Die Heat-Pipe 10 der dritten Heat-Pipe-Anordnung 11 ist derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass ein Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit der Wärmequelle 9 thermisch gekoppelt ist. Die für das Verdampfen des Arbeitsmediums erforderliche Wärme (Verdampfungswärme) wird sonach auch aus der Wärmequelle 9 entnommen. Über die Heat-Pipe 10 der dritten Heat-Pipe-Anordnung 11 lässt sich sonach ebenso eine Kühlung der Wärmequelle 9 realisieren.
Der Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, der Heat-Pipe 10 der dritten Heat-Pipe-Anordnung 11 ist mit der Wärmesenke 8 thermisch gekoppelt. Die im Rahmen der Kondensation des Arbeitsmediums entstehende Wärme (Kondensationswärme) kann sonach ebenso an die Wärmesenke 8 abgegeben werden.
Wie erwähnt, kann bzw. können entsprechende Heat-Pipes 10 der dritten Heat-Pipe-Anordnung 11 ebenso Bestandteile der bzw. einer entsprechenden, im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erwähnten, Temperiereinrichtung bilden.
Insgesamt ist sonach ein vergleichsweise einfaches und effizientes Prinzip zur Temperierung einer Energiespeicheranordnung 1, der dieser zugehörigen Energiespeicher 2 sowie verschiedener der Energiespeicheranordnung 1 zugehöriger Funktionskomponenten gegeben. Dies resultiert insbesondere aus einer gezielten Anordnung und Ausrichtung der Heat-Pipes 4, 6, 10 respektive der diesen zugehörigen Kondensations- und Verdampfungsbereiche der jeweiligen Heat-Pipe-Anordnungen 5, 7, 11.

Claims

Energiespeicheranordnung (1), umfassend mehrere elektrische Energiespeicher (2), wobei zwischen wenigstens zwei elektrischen Energiespeichern (2) wenigstens ein die wenigstens zwei elektrischen Energiespeicher (2) zumindest abschnittsweise voneinander beabstandendes, thermisch leitfähiges Abstandselement (3) angeordnet oder ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Abstandselement (3) mit wenigstens einer Heat-Pipe (4) einer wenigstens eine Heat-Pipe (4) umfassenden ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstandselement (3) zusätzlich mit wenigstens einer Heat-Pipe (6) einer wenigstens eine Heat-Pipe (6) umfassenden zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement (3) thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) mit einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit wenigstens einem Abstandselement (3) thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) von wenigstens einer Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) thermisch entkoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, von einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, wenigstens einer Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) thermisch entkoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) mit einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit wenigstens einer Wärmesenke (8), insbesondere in Form einer als Wärmetauscher ausgebildeten oder wenigstens einen Wärmetauscher umfassenden Kühleinrichtung, thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit wenigstens einer der Energiespeicheranordnung (1) zugehörigen oder zugeordneten, als Wärmequelle (9) dienenden Funktionskomponente thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, wenigstens eine wenigstens eine Heat-Pipe (10) umfassende dritte Heat-Pipe-Anordnung (11), welche mit der oder wenigstens einer der Energiespeicheranordnung (1) zugehörigen oder zugeordneten, als Wärmequelle (9) dienenden Funktionskomponente thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (10) der dritten Heat-Pipe-Anordnung (11) mit einem Verdampfungsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches flüssiges Arbeitsmedium verdampfbar ist, mit der wenigstens einen der Energiespeicheranordnung (1) zugehörigen oder zugeordneten, als Wärmequelle (9) dienenden Funktionskomponente thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (10) der dritten Heat-Pipe-Anordnung (11) mit einem Kondensationsbereich, in welchem ein innerhalb dieser befindliches gasförmiges Arbeitsmedium kondensierbar ist, mit der oder wenigstens einer Wärmesenke (8), insbesondere in Form einer als Wärmetauscher ausgebildeten oder wenigstens einen Wärmetauscher umfassenden Kühleinrichtung, thermisch gekoppelt ist.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Heat-Pipe-Anordnung (5) und die zweite Heat-Pipe-Anordnung (7) jeweilige Bestandteile einer Temperiereinrichtung zum Temperieren wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (2) der Energiespeicheranordnung (1) bilden.
Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) und/oder wenigstens eine Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) mit dem wenigstens einen Abstandselement (3) unmittelbar thermisch gekoppelt ist oder wenigstens eine Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) und/oder wenigstens eine Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) mit dem wenigstens einen Abstandselement (3) unter Zwischenschaltung wenigstens eines thermisch leitfähigen thermischen Kopplungselements mittelbar thermisch gekoppelt ist.
Temperiereinrichtung zum Temperieren wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (2) einer mehrere elektrische Energiespeicher (2), wobei zwischen wenigstens zwei elektrischen Energiespeichern (2) wenigstens ein die beiden elektrischen Energiespeicher (2) zumindest abschnittsweise voneinander beabstandendes, thermisch leitfähiges Abstandselement (3) angeordnet oder ausgebildet ist, umfassenden Energiespeicheranordnung (1), insbesondere der Energiespeicheranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung wenigstens zwei jeweils wenigstens eine Heat-Pipe (4, 6) umfassende Heat-Pipe-Anordnungen (5, 7) umfasst, wobei das wenigstens eine Abstandselement (3) oder wenigstens ein Abstandselement (3) mit wenigstens einer Heat-Pipe (4) der ersten Heat-Pipe-Anordnung (5) und mit wenigstens einer Heat-Pipe (6) der zweiten Heat-Pipe-Anordnung (7) thermisch gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug (12), umfassend wenigstens eine Energiespeicheranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder wenigstens eine Temperiereinrichtung nach Anspruch 13.