DE102015221264A1

DE102015221264A1 - Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE102015221264A1
Application number: DE102015221264.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (2) zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren und wenigstens einen in dem Energiespeicher (2) angeordneten Teil (6) aufweisenden Kühleinrichtung (5) zum Kühlen des Energiespeichers (2), wobei in der Kühleinrichtung (5) wenigstens ein Schutzelement (13) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung zu ermöglichen und ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Speichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Derartige Speichervorrichtungen zum Speichern von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge sowie derartige Verfahren zum Betreiben von solchen Speichervorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die Speichervorrichtung umfasst wenigstens einen Energiespeicher, mittels welchem die elektrische Energie zu Speichern ist beziehungsweise gespeichert wird. Der Energiespeicher wird auch als elektrischer Energiespeicher bezeichnet und ist beispielsweise als Batterie ausgebildet. Die Batterie ist beispielsweise als Traktionsbatterie ausgebildet, mittels welcher eine Traktionsmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mit in der Traktionsbatterie gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist.
Die Speichervorrichtung umfasst ferner eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers. Die Kühleinrichtung ist von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar und weist wenigstens einen in dem Energiespeicher angeordneten Teil auf. Hierdurch kann Wärme von dem Energiespeicher an die die Kühleinrichtung durchströmende Kühlflüssigkeit übergehen, so dass die übergegangene Wärme mittels der Kühlflüssigkeit von dem Energiespeicher abtransportiert werden kann. Somit können übermäßige Temperaturen und somit Überhitzungen und aus solchen Überhitzungen resultierende Beschädigungen des Energiespeichers vermieden werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Energiespeicher bedarfsgerecht zu temperieren, um eine hinreichende Leistungsfähigkeit und insbesondere Speicherkapazität hinsichtlich der Speicherung von elektrischer Energie zu realisieren. Im Rahmen des Verfahrens ist es somit vorgesehen, dass der Energiespeicher mittels der Kühleinrichtung gekühlt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichervorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um eine Speichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Kühleinrichtung wenigstens ein Schutzelement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung durch die Kühleinrichtung zu ermöglichen und, insbesondere wenn das Schutzelement geschlossen ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teilbereich der Kühleinrichtung mittels des Schutzelements in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung fluidisch versperrbar, so dass die Kühlflüssigkeit die Kühleinrichtung nicht entlang der der Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung durchströmen kann. Jedoch gibt das Schutzelement den Teilbereich in die Strömungsrichtung frei, so dass die Kühlflüssigkeit die Kühleinrichtung durchströmen kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass – wenn es beispielsweise zu einer Leckage der Kühleinrichtung kommt – zumindest ein Teil der Kühlflüssigkeit herkömmlicherweise in die Speichereinrichtung strömen kann. Dies kann zu unerwünschten Effekten wie beispielsweise Kurzschlüssen und/oder zu Beschädigungen des Energiespeichers und somit der Speichervorrichtung insgesamt führen. Durch den Einsatz des Schutzelements kann die Menge der Kühlflüssigkeit, die beispielsweise infolge einer Leckage der Kühleinrichtung in den Energiespeicher strömen kann, zumindest gering gehalten werden, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass es zu aus einer solchen Leckage resultierenden, unerwünschten Effekten kommen kann, besonders gering gehalten werden kann. In der Folge kann ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung realisiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühleinrichtung wenigstens eine Pumpe zum Fördern der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung auf. Dies bedeutet, dass die Kühlflüssigkeit mittels der Pumpe durch die Kühleinrichtung gefördert wird. Mittels der Pumpe kann ein bedarfsgerechtes Fördern der Kühlflüssigkeit durch die Kühleinrichtung realisiert werden, so dass beispielsweise durch Abschalten beziehungsweise Deaktivieren der Pumpe ein durch die Pumpe bewirktes Fördern der Kühlflüssigkeit durch die Kühleinrichtung beendet werden kann. Hierdurch kann verhindert werden, dass eine übermäßige Menge an Kühlflüssigkeit, beispielsweise bei einer Leckage der Kühleinrichtung, in den Energiespeicher gefördert wird, so dass sich ein besonders sicherer Betrieb realisieren lässt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Schutzelement dazu ausgebildet, bei aktivierter Pumpe das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu ermöglichen und infolge eines Deaktivierens der Pumpe das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Mittels der Pumpe wird die Kühlflüssigkeit derart gefördert, dass die Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung durch die Kühleinrichtung strömt. Dabei wird beispielsweise mittels der Pumpe ein Druck der Kühlflüssigkeit bewirkt beziehungsweise die Kühlflüssigkeit wird mittels der Pumpe mit dem Druck gefördert. Übersteigt der Druck einen vorgebbaren Schwellenwert, so öffnet das Schutzelement, so dass das beispielsweise als Ventil ausgebildete Schutzelement das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung freigibt. Somit kann die Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung strömen.
Wird nun die Pumpe deaktiviert, so unterbleibt ein durch die Pumpe bewirktes Fördern der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung. Unterschreitet dabei beispielsweise ferner der Druck den Schwellenwert, so schließt das Schutzelement, wodurch das Schutzelement das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindert. Hierzu wird beispielsweise die Kühleinrichtung mittels des Schutzelements entlang der der Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung fluidisch versperrt. Somit ist es mittels des Schutzelements möglich, ein unerwünschtes Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern, wenn die Pumpe deaktiviert wird. Eine solche Deaktivierung der Pumpe kann beispielsweise nach Detektion eines Unfalls erfolgen, sodass in einem solchen Fall mittels des Schutzelements vermieden werden kann, dass eine übermäßige Menge an Kühlflüssigkeit in die Speichereinrichtung gelangen kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Schutzelement dazu ausgebildet ist, infolge des Deaktivierens der Pumpe das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu verhindern. Dadurch ist es möglich, dass – wenn die Pumpe deaktiviert wird beziehungsweise ausfällt – mittels des Schutzelements ein unerwünschtes Strömen der Kühlflüssigkeit sowohl in die Strömungsrichtung als auch in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu vermeiden, so dass ein übermäßiges Einströmen von Kühlflüssigkeit in den Energiespeicher vermieden werden kann. Durch das Schutzelement ist es vermeidbar, dass eine übermäßige Menge an Kühlflüssigkeit aus der Strömungsrichtung sowie aus der der Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung in den Energiespeicher einströmt. Wird die Pumpe beispielsweise deaktiviert, so dass ein durch die Pumpe bewirktes Fördern der Kühlflüssigkeit unterbleibt, so ist der Druck der Kühlflüssigkeit unter dem zuvor genannten Schwellenwert. In der Folge schließt beispielsweise das Schutzelement, so dass das Schutzelement ein Strömen der Kühlflüssigkeit sowohl in die Strömungsrichtung als auch in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung vermeidet. Dadurch kann die Menge an in den Energiespeicher einströmender Kühlflüssigkeit besonders gering gehalten werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, mittels welchem eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung, insbesondere des Kraftfahrzeugs und vorzugsweise der Speichervorrichtung, erfassbar ist, wobei die Kühleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Pumpe infolge der mittels des Sensors erfassten unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu deaktivieren. Der Sensor stellt beispielsweise wenigstens ein die mittels des Sensors erfasste, unfallbedingte Kraftbeaufschlagung charakterisierendes Signal bereit, wobei in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe deaktiviert wird. Hierdurch kann insbesondere bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs vermieden werden, dass eine übermäßig hohe Menge an Kühlflüssigkeit in den Energiespeicher strömt. Zum einen wird ein mittels der Pumpe bewirktes Fördern der Kühlflüssigkeit in den Energiespeicher vermieden. Zum anderen sinkt aufgrund dessen, dass die Pumpe deaktiviert wird, der Druck der Kühlflüssigkeit unter den Schwellenwert, wodurch das Schutzelement schließt. Dadurch kann eine unerwünschte Strömung der Kühlflüssigkeit vermieden werden, so dass die Menge an in den Energiespeicher strömender Kühlflüssigkeit besonders gering gehalten werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzelement in dem in dem Energiespeicher angeordneten Teil der Kühleinrichtung angeordnet. Mit anderen Worten ist das Schutzelement selbst in dem Energiespeicher angeordnet. Dadurch ist beispielsweise eine besonders große Menge der Kühlflüssigkeit bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Kühleinrichtung stromauf oder stromab des Schutzelements angeordnet, mittels welchem verhindert werden kann, dass diese große Menge an Kühlflüssigkeit, insbesondere bei einer Leckage der Kühleinrichtung, in den Energiespeicher strömt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der in dem Energiespeicher angeordnete Teil der Kühleinrichtung wenigstens einen in dem Energiespeicher angeordneten Kühler zum Kühlen des Energiespeichers. Darüber hinaus umfasst die Kühleinrichtung wenigstens ein zusätzlich zu dem Kühler vorgesehenes, fluidisch mit dem Kühler verbundenes Leitungselement, in welchem das Schutzelement angeordnet ist. Dabei ist das Schutzelement beispielsweise stromauf des Kühlers oder stromab des Kühlers in dem Leitungselement angeordnet. Kommt es beispielsweise, insbesondere infolge eines Unfalls, zu einer Leckage des Kühlers und ist das Schutzelement stromauf des Kühlers angeordnet, so kann beispielsweise verhindert werden, dass eine stromauf des Schutzelements angeordnete Menge der Kühlflüssigkeit zu dem stromab des Schutzelements angeordneten Kühler und über den Kühler in den Energiespeicher strömt, so dass die in den Energiespeicher strömende Menge der Kühlflüssigkeit besonders gering gehalten werden kann. Ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Schutzelement stromab des Kühlers angeordnet ist, so kann mittels des schließenden Schutzelements vermieden werden, dass eine stromab des Schutzelements angeordnete Menge der Kühlflüssigkeit in den Kühler und über diesen in den Energiespeicher strömt, so dass auch dann die in den Energiespeicher strömende Menge der Kühlflüssigkeit besonders gering gehalten werden kann. In der Folge kann ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung gewährleistet werden.
Um zumindest einen Teilbereich der Kühleinrichtung mittels des Schutzelements effektiv verschließen beziehungsweise fluidisch versperren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Schutzelement in seinem geöffneten Zustand zumindest teilweise elastisch verformt ist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil des Schutzelements in dessen geöffnetem Zustand elastisch verformt. In dem geöffneten Zustand ermöglicht das Schutzelement ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung. Ferner ist es vorgesehen, dass sich das Schutzelement ausgehend von dem geöffneten Zustand selbständig in einen Ausgangszustand zurückverformt und dadurch schließt, um ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Dadurch kann sich beispielsweise das Schutzelement selbständig schließen, wenn der Druck der Kühlflüssigkeit insbesondere infolge des Deaktivierens der Pumpe unter den Schwellenwert sinkt. Dadurch ist ein Stellglied zum Schließen des Schutzelements nicht vorgesehen und nicht erforderlich, so dass ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung darstellbar ist.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb der Speichervorrichtung darstellbar ist, ist in der Kühleinrichtung wenigstens ein Schutzelement angeordnet, welches ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung ermöglicht und, insbesondere in Abhängigkeit von einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindert. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Das Schutzelement ist somit als Rücklaufschutzelement ausgebildet, welches das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung, welche eine vorgesehene Durchflussrichtung ist, ermöglicht, in Gegenrichtung jedoch abschließt und somit ein unerwünschtes Strömen der Kühlflüssigkeit, insbesondere bei einem Unfall, in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindert. Hierdurch kann die insbesondere unfallbedingt in den Energiespeicher fließende Menge der Kühlflüssigkeit besonders gering gehalten werden, so dass die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Effekten wie beispielsweise Kurzschlüssen besonders gering gehalten werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Speichervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren und wenigstens einen in dem Energiespeicher angeordneten Teil aufweisenden Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers, wobei in der Kühleinrichtung wenigstens ein Schutzelement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung zu ermöglichen und ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung, insbesondere in Abhängigkeit von einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Speichervorrichtung, zu verhindern;
2 eine weitere schematische Darstellung der Speichervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ausschnittsweise eine schematische Darstellung der Speichervorrichtung;
4 ausschnittsweise eine weitere schematische Darstellung der Speichervorrichtung;
5 eine schematische Darstellung der Speichervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
6 eine weitere schematische Darstellung der Speichervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Speichervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs. Die zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine wird auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Mittels der Traktionsmaschine ist das Kraftfahrzeug antreibbar. Die Traktionsmaschine ist eine Hochvolt-Komponente (HV-Komponente), da die Traktionsmaschine eine Betriebsspannung aufweist beziehungsweise mit einer elektrischen Spannung betrieben wird, welche wesentlich größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist.
Die Traktionsmaschine ist in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Um die Traktionsmaschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt.
Hierzu umfasst die Speichervorrichtung 1 einen Energiespeicher 2, welcher beispielsweise als Batterie ausgebildet ist. Die Batterie wird auch als Hochvoltspeicher (HVS) bezeichnet, da der Energiespeicher 2 eine elektrische Spannung bereitstellt, welche wesentlich größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist. Insbesondere stellt der Energiespeicher 2 die Betriebsspannung der Traktionsmaschine bereit. Der Energiespeicher 2 umfasst beispielsweise ein Gehäuse 3, durch welches ein Aufnahmeraum 4 begrenzt ist. In dem Aufnahmeraum 4 sind beispielsweise mehrere Speicherelemente des Energiespeichers 2 angeordnet, wobei mittels der Speicherelemente die elektrische Energie gespeichert wird. Bei diesen Speicherelementen handelt es sich beispielsweise um Batteriezellen, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Batteriezellen in Reihe miteinander verbunden, so dass der Energiespeicher 2 die Betriebsspannung bereitstellen kann.
Die Speichervorrichtung 1 umfasst ferner eine Kühleinrichtung 5, welche zum Kühlen des Energiespeichers 2 ausgebildet ist. Dabei ist die Kühleinrichtung 5 von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar. Die Kühlflüssigkeit wird auch als Kühlmittel bezeichnet und ist beispielsweise als ein Wasser-Glykol-Gemisch ausgebildet. Aus 1 ist erkennbar, dass die Kühleinrichtung 5 wenigstens einen in dem Energiespeicher 2 angeordneten Teil 6 aufweist, wobei dieser Teil 6 von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist.
Durch den Einsatz der Kühleinrichtung 5 kann ein definiertes Thermomanagement des Energiespeichers 2, insbesondere der Batteriezellen beziehungsweise von durch die Batteriezellen gebildeten Batteriezellmodulen, realisiert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, den Energiespeicher 2 durch den Einsatz der Kühleinrichtung 5 bedarfsgerecht zu temperieren, das heißt beispielsweise in einem vorteilhaften Temperaturbereich zu halten. Dadurch kann eine vorteilhafte Speicherkapazität des Energiespeichers 2 realisiert werden. Unter der Speicherkapazität ist die Fähigkeit zu verstehen, elektrische Energie zu speichern. Ferner kann durch das Thermomanagement eine hinreichende Lebensdauer und eine abrufbare Leistung gesichert werden. Die Kühleinrichtung 5 kann dabei als aktives oder passives Kühlsystem ausgebildet sein.
Die Kühleinrichtung 5 weist wenigstens eine Pumpe 7 auf, mittels welcher die Kühlflüssigkeit, insbesondere in einem in 1 gezeigten Normalbetrieb der Speichervorrichtung 1, in eine Strömungsrichtung durch die Kühleinrichtung 5 gefördert und somit gepumpt wird. Diese Strömungsrichtung ist in 1 durch Richtungspfeile 8 veranschaulicht. Dabei umfasst die Kühleinrichtung 5 wenigstens ein von der Kühlflüssigkeit durchströmbares Leitungselement 9 sowie einen Ausgleichsbehälter 10 zum Aufnehmen der Kühlflüssigkeit. Der Ausgleichsbehälter 10 ist fluidisch mit dem Leitungselement 9 verbunden und wird dazu verwendet, Mengen- oder Volumenschwankungen der Kühlflüssigkeit in der Kühleinrichtung 5 zu kompensieren. Zu solchen Mengen- beziehungsweise Volumenschwankungen kommt es beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen und/oder aufgrund von Leckagen. Die Kühleinrichtung 5 weist ferner eine Mehrzahl von zusätzlich zu dem Leitungselement 9 vorgesehenen Kühlern 11, welche – wie zumindest ein Teilbereich des Leitungselements 9 – in dem Teil 6 und somit in dem Energiespeicher 2 angeordnet sind. Die Kühler 11 sind fluidisch mit dem Leitungselement 9 verbunden und somit über das Leitungselement 9 mit der Kühlflüssigkeit versorgbar. Dabei sind die Kühler 11 von der Kühlflüssigkeit durchströmbar. Das Leitungselement 9 dient somit dazu, die Kühlflüssigkeit zu den Kühlern 11 zu führen und somit die Kühler 11 mit der Kühlflüssigkeit zu versorgen. Darüber hinaus wird die Kühlflüssigkeit mittels des Leitungselements 9 von den jeweiligen Kühlern 11 abgeführt und zurück zur Pumpe 7 geführt.
Über die Kühler 11 kann ein Wärmeübergang von dem Energiespeicher 2 an das die Kühler 11 durchströmende Kühlmittel erfolgen. Mit anderen Worten nimmt die Kühlflüssigkeit von dem Energiespeicher 2 Wärme auf, wenn die Kühlflüssigkeit mittels der Pumpe 7 durch das Leitungselement 9 und die Kühler 11 und somit durch den Teil 6 gepumpt wird. Das dann aus dem Teil 6 und somit aus dem Energiespeicher 2 ausströmende Kühlmittel transportiert somit Wärme von dem Energiespeicher 2 ab und kann die Wärme beispielsweise über wenigstens eine außerhalb des Energiespeichers 2 angeordnete Kühleinrichtung abgeben. Hierbei erfolgt beispielsweise ein Wärmeübergang von dem die Kühleinrichtung durchströmenden Kühlmittel über die Kühleinrichtung an die Kühleinrichtung umströmende Luft oder an eine die Kühleinrichtung umströmende Flüssigkeit. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit gekühlt, woraufhin die Kühlflüssigkeit wieder zu den Kühlern 11 gefördert wird und Wärme von dem Energiespeicher 2 aufnehmen kann.
2 zeigt die Speichervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in einem von dem Normalbetrieb unterschiedlichen Zustand, in dem es beispielsweise zu einer Leckage L des in einem Bereich B angeordneten Kühlers 11 kommt. Infolge dieser Leckage L kann – wie in 2 durch einen Richtungspfeil 12 veranschaulicht – ein Teil der Kühlflüssigkeit aus der Kühleinrichtung 5, insbesondere aus dem Teil 6, über den Kühler 11 ausströmen und in den Energiespeicher 2 einströmen. Zu dieser Leckage L kommt es beispielsweise infolge eines Unfalls sowie beispielsweise infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Speichervorrichtung 1.
Um nun die Menge der aus der Kühleinrichtung 5 ausströmenden und in den Energiespeicher 2 einströmenden Kühlflüssigkeit bei einer solchen Leckage L besonders gering zu halten, sind in der Kühleinrichtung 5 Schutzelemente 13 angeordnet, welche vorliegend in dem Leitungselement 9 und dabei in dem in dem Energiespeicher 2 angeordneten Teil 6 angeordnet sind. Das jeweilige Schutzelement 13 ist dazu ausgebildet, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu ermöglichen und ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Mit anderen Worten sind die Schutzelemente 13 Rücklaufschutzelemente, die so ausgestaltet sind, dass die Kühlflüssigkeit die Kühleinrichtung 5 in der vorgesehenen Strömungsrichtung und somit in Durchflussrichtung durchströmen kann beziehungsweise ein solcher Durchfluss ermöglicht wird. In Gegenrichtung jedoch schließen die Schutzelemente 13 ab, so dass die Kühleinrichtung 5 zumindest teilweise mittels der Schutzelemente 13 fluidisch versperrt werden kann.
Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass das jeweilige Schutzelement 13 zwischen wenigstens einem in 1 gezeigten geöffneten Zustand und wenigstens einem in 2 gezeigten geschlossenen Zustand verstellbar, insbesondere bewegbar, ist. Dabei ist der geschlossene Zustand ein Ausgangszustand. In dem geöffneten Zustand ist das jeweilige Schutzelement 13 elastisch verformt, so dass sich das jeweilige Schutzelement 13 ausgehend von dem geöffneten Zustand selbständig in den Ausgangszustand zurückverformt. Hierdurch schließt das Schutzelement 13 ab und verhindert dadurch ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung.
Mittels der Pumpe 7 wird die Kühlflüssigkeit mit einem Druck gefördert. Im Normalbetrieb, das heißt wenn die Kühlflüssigkeit mittels der Pumpe 7 gefördert wird, übersteigt der Druck einen Schwellenwert, wodurch das jeweilige Schutzelement 13 aus dem Ausgangszustand und somit aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand elastisch verformt wird. Durch den Druck der Kühlflüssigkeit, das heißt mittels der geförderten Kühlflüssigkeit wird das jeweilige Schutzelement 13 in dem geöffneten Zustand gehalten.
Wird die Pumpe 7 dann deaktiviert, beispielsweise infolge eines Unfalls, so wird das durch die Pumpe 7 bewirkte Fördern der Kühlflüssigkeit beendet, und der Druck der Kühlflüssigkeit sinkt unter den Schwellenwert. Dann kann die Kühlflüssigkeit das jeweilige Schutzelement 13 nicht mehr in dem geöffneten Zustand halten, und das jeweilige Schutzelement 13 verformt sich selbständig zurück in den Ausgangszustand und somit in den geschlossenen Zustand, wodurch das jeweilige Schutzelement 13 das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindert. Ferner verhindert das jeweilige Schutzelement 13 in dem geschlossenen Zustand auch ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung. Das jeweilige Schutzelement 13 ist somit dazu ausgebildet, bei aktivierter Pumpe 7 das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu ermöglichen und infolge eines Deaktivierens der Pumpe 7 das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung sowie in die Strömungsrichtung zu verhindern. Vereinfacht gesagt kann die Kühlflüssigkeit bei deaktivierter Pumpe 7 und somit in geschlossenem Zustand des jeweiligen Schutzelements 13 weder vor noch zurück strömen. Hierdurch kann die Menge, die infolge der Leckage L über den Kühler 11 in den Energiespeicher 2 strömt, besonders gering gehalten werden, so dass die Wahrscheinlichkeit von aus der Leckage L resultierenden Effekten besonders gering gehalten werden kann.
Beispielsweise ist wenigstens ein Sensor vorgesehen, mittels welchem – insbesondere im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Speichervorrichtung 1 – eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung, insbesondere des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Speichervorrichtung 1, erfasst wird. Der Sensor stellt beispielsweise ein die erfasste unfallbedingte Kraftbeaufschlagung charakterisierendes Signal bereit. Dabei wird die Pumpe 7 in Abhängigkeit von dem Signal betrieben. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Pumpe 7 in Abhängigkeit von dem Signal, das heißt dann, wenn mittels des Sensors die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung erfasst wird, deaktiviert wird. Dies bedeutet, dass die Pumpe 7 in einem Fehlerfall abgeschaltet beziehungsweise deaktiviert wird, so dass die als Rücklaufschutzelemente fungierenden Schutzelemente 13 abschließen, das heißt sich selbständig aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand verformen.
Dadurch kann beispielsweise lediglich das sich in dem Bereich B befindende Kühlmittel über die Leckage L in den Energiespeicher 2 strömen, so dass die Menge, die in den Energiespeicher 2 strömen kann, besonders gering gehalten werden kann. Das jeweilige Schutzelement 13 ist somit derart gestaltet, dass das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung nur durch den durch die Pumpe bewirkten Druck der Kühlflüssigkeit möglich ist. Ist die Pumpe 7 nicht in Betrieb, so unterbindet das jeweilige Schutzelement 13 ein Strömen der Kühlflüssigkeit sowohl in die Strömungsrichtung als auch in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung. Die Schutzelemente 13 wirken also hinsichtlich des Verhinderns des Strömens der Kühlflüssigkeit nur dann, wenn die Pumpe 7 abgeschaltet wird. Hierzu ist eine entsprechende Steuerung beziehungsweise Regelung der Pumpe 7 vorgesehen, in deren Rahmen die Pumpe 7 abgeschaltet wird, wenn eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung mittels des Sensors erfasst wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, in dem Energiespeicher 2 wenigstens einen Feuchtesensor zum Erfassen von sich in dem Energiespeicher 2 befindender Flüssigkeit einzusetzen. Mit anderen Worten ist es möglich, dass der Feuchtesensor zum Erfassen von Feuchtigkeit beziehungsweise Nässe im Energiespeicher 2 ausgebildet ist. Der Feuchtesensor stellt ein die erfasste Flüssigkeit charakterisierendes Feuchtesignal bereit, wobei vorgesehen sein kann, die Pumpe 7 in Abhängigkeit von dem Feuchtesignal zu betreiben, insbesondere zu deaktivieren. Wird mittels des Feuchtesensors Feuchte in dem Energiespeicher 2 erfasst, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass die Kühleinrichtung 5 eine Leckage aufweist. Um zu vermeiden, dass eine übermäßig hohe Menge an Kühlflüssigkeit in den Energiespeicher 2 strömt, wird die Pumpe 7 deaktiviert, so dass die Schutzelemente 13 schließen.
5 und 6 zeigen die Speichereinrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Ausführungsform ohne weiteres auch auf die zweite Ausführungsform übertragen werden können und umgekehrt.
3 zeigt am Beispiel eines der Schutzelemente 13 die Speichervorrichtung 1 im Normalbetrieb. Im geöffneten Zustand wirken durch Kraftpfeile F veranschaulichte Rückstellkräfte, wobei das Schutzelement 13 entgegen der Rückstellkräfte durch Fördern der Kühlflüssigkeit in dem geöffneten Zustand gehalten wird. Die Rückstellkräfte sind interne beziehungsweise in dem Schutzelement 13 wirkende Kräfte, die aus der elastischen Verformung des Schutzelements 13 resultieren. Mittels der Pumpe 7 wird ein Druck der Kühlflüssigkeit erzeugt, wobei aus diesem Druck Kräfte resultieren, die auf das jeweilige Schutzelement 13 wirken. Diese Kräfte wirken den Rückstellkräften entgegen und sind größer als die Rückstellkräfte, so dass das Schutzelement 13 in dem geöffneten Zustand gehalten wird.
Wird die Pumpe abgeschaltet, so werden der durch die Pumpe 7 bewirkte Druck der Kühlflüssigkeit und somit die den Rückstellkräften entgegenstehende Kräfte geringer beziehungsweise verschwinden, so dass das Schutzelement 13 aufgrund der Rückstellkräfte aus dem geöffneten Zustand zurück in den geschlossenen Zustand verformt wird, was in 4 gezeigt ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Schutzelement 13 auch in dem geschlossenen Zustand noch elastisch verformt ist, so dass auch im geschlossenen Zustand Rückstellkräfte wirken, die das Schutzelement 13 geschlossen halten. Dadurch verhindert das Schutzelement 13 den Durchfluss der Kühlflüssigkeit in beide Richtungen (Strömungsrichtung und der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung). Durch den Einsatz der Schutzelemente 13 in Verbindung mit der Abschaltung der Pumpe 7 kann die Menge der Kühlflüssigkeit, die in den Energiespeicher 2 fließt, stark begrenzt werden. Dadurch kann ein sicherer Betrieb der Speichervorrichtung 1 dargestellt werden.
5 und 6 zeigen die zweite Ausführungsform der Speichereinrichtung 1. Bei der ersten Ausführungsform ist ein Hinlauf der Kühlflüssigkeit von der Pumpe 7 zu den Kühlern 11 und ein Rücklauf der Kühlflüssigkeit von den Kühlern 11 zur Pumpe 7 in ein Element, insbesondere Leitungselement 9, integriert beziehungsweise über ein Element, insbesondere Leitungselement 9, umgesetzt.
Im Gegensatz dazu ist bei der zweiten Ausführungsform ein Hinlauf 14 vorgesehen, mittels welchem die Kühlflüssigkeit von der Pumpe 7 zu den Kühlern 11 geführt wird. Ferner ist ein separater Rücklauf 15 vorgesehen, mittels welchem die Kühlflüssigkeit von den Kühlern 11 abgeführt und zurück zur Pumpe 7 geführt wird. Der Hinlauf 14 und der Rücklauf 15 sind beispielsweise durch wenigstens ein jeweiliges, von der Kühlflüssigkeit durchströmbares Leitungselement 9 gebildet.
Dabei veranschaulicht 5 den in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Normalbetrieb. Ferner zeigt 6 die Speichereinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in dem in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Zustand, in welchem die Speichereinrichtung 1 die Leckage L aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Speichervorrichtung
2: Energiespeicher
3: Gehäuse
4: Aufnahmeraum
5: Kühleinrichtung
6: Teil
7: Pumpe
8: Richtungspfeil
9: Leitungselement
10: Ausgleichsbehälter
11: Kühler
12: Richtungspfeil
13: Schutzelement
14: Hinlauf
15: Rücklauf
B: Bereich
F: Kraftpfeil
L: Leckage

Claims

Speichervorrichtung (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (2) zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren und wenigstens einen in dem Energiespeicher (2) angeordneten Teil (6) aufweisenden Kühleinrichtung (5) zum Kühlen des Energiespeichers (2), dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühleinrichtung (5) wenigstens ein Schutzelement (13) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung zu ermöglichen und ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern.
Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (5) wenigstens eine Pumpe (7) zum Fördern der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung umfasst.
Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (13) dazu ausgebildet ist, bei aktivierter Pumpe (7) das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu ermöglichen und infolge eines Deaktivierens der Pumpe (7) das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu verhindern.
Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (13) dazu ausgebildet ist, infolge des Deaktivierens der Pumpe (7) das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung zu verhindern.
Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, mittels welchem eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung erfassbar ist, wobei die Kühleinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, die Pumpe (7) infolge der mittels des Sensors erfassten unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu deaktivieren.
Speichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (13) in dem in dem Energiespeicher (2) angeordneten Teil (6) der Kühleinrichtung (5) angeordnet ist.
Speichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (6) wenigstens einen in dem Energiespeicher (2) angeordneten Kühler (11) zum Kühlen des Energiespeichers (2) umfasst, wobei die Kühleinrichtung (5) wenigstens ein zusätzlich zu dem Kühler (11) vorgesehenes und fluidisch mit dem Kühler (11) verbundenes Leitungselement (9) umfasst, in welchem das Schutzelement (13) angeordnet ist.
Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (13) stromauf des Kühlers (11) oder stromab des Kühlers (11) in dem Leitungselement (9) angeordnet ist.
Speichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (13) in seinem das Strömen der Kühlflüssigkeit in die Strömungsrichtung ermöglichenden, geöffneten Zustand zumindest teilweise elastisch verformt ist und sich ausgehend von dem geöffneten Zustand selbständig in einen das Strömen der Kühlflüssigkeit in die der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindernden Ausgangszustand, insbesondere infolge des Deaktivierens der Pumpe (7), zurückverformt.
Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (2) zum Speichern der elektrischen Energie, und mit einer von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren und wenigstens einen in dem Energiespeicher (2) angeordneten Teil (6) aufweisenden Kühleinrichtung (5), mittels welcher der Energiespeicher (2) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühleinrichtung (5) wenigstens ein Schutzelement (13) angeordnet ist, welches ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine Strömungsrichtung ermöglicht und ein Strömen der Kühlflüssigkeit in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Richtung verhindert.