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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Energiespeicher mit in einem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer solchen Energiespeicheranordnung.
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Insbesondere rein elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge besitzen als Energiespeicher üblicherweise eine aufladbare Lithium-Ionen-Batterie, die bei schnellen Lade- und Entladevorgängen eine hohe Wärmeentwicklung aufweist und bei welcher diese Wärme abgeführt werden muss, um ein Überhitzen des Energiespeichers zuverlässig vermeiden zu können. Zur Kühlung der Energiespeicher werden dabei wahlweise eine sogenannte indirekte Kühlung oder eine direkte Kühlung eingesetzt. Bei der indirekten Kühlung erfolgt ein Wärmeübertrag üblicherweise über eine flächig an einer jeweiligen Energiespeicherzelle anliegende Kühlplatte. Bei der direkten Kühlung werden die Energiespeicherzellen direkt mit Temperierfluid, beispielsweise Kühlöl, umströmt. Die direkte Kühlung weist dabei einen deutlich höheren Wirkungsgrad als die indirekte Kühlung und ist deshalb bevorzugt. Da bei der direkten Kühlung das Temperierfluid bzw. Kühlöl in direktem Kontakt zu den Energiespeicherzellen steht, muss dieses elektrisch nicht leitend sein, um einen Kurzschluss zuverlässig ausschließen zu können. Dies stellt jedoch hohe Anforderungen.
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Aus der
US 2013/0260195 A1 ist ein gattungsgemäßer Energiespeicher für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug bekannt, der ein Gehäuse aufweist, in welchem Energiespeicherzellen angeordnet sind. Das Gehäuse selbst besitzt einen Zulauf sowie einen Ablauf für Temperierfluid zum direkten Temperieren, insbesondere zum direkten Kühlen, der Energiespeicherzellen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Energiespeicheranordnung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen zuverlässigen Betrieb derselben ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeicher eine direkte Kühlung von in einem Gehäuse des Energiespeichers angeordneten Energiespeicherzellen vorzunehmen und für das hierfür vorgesehene Temperierfluid, beispielsweise Kühlöl, zumindest einen Wassersensor zum Ermitteln eines Wassergehalts in dem Temperierfluid zu verwenden, mittels welchem Wasseranteile in dem Temperierfluid, beispielsweise dem Kühlöl, erfasst werden können, sodass beispielsweise bei Erreichen eines für einen Kurzschluss kritischen Wassergehalts mittels einer Kontrolleinrichtung eine entsprechende Maßnahme ergriffen und die Kurzschlussgefahr reduziert werden kann. Die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug weist dabei einen Energiespeicher mit in einem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen auf. Dieses Gehäuse besitzt einen Zulauf, sowie einen Ablauf für Temperierfluid zum direkten Temperieren, insbesondere zum direkten Kühlen, der Energiespeicherzellen. Erfindungsgemäß weist nun die Energiespeicheranordnung einen Temperierfluidkreislauf auf, in welchem das Gehäuse, das heißt der Energiespeicher, eine Pumpe zum Fördern des Temperierfluids sowie ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Kühler angeordnet sind. In dem Temperierfluidkreislauf ist zudem zumindest ein Wassersensor zum Ermitteln eines Wassergehalts in dem Temperierfluid angeordnet. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kontrolleinrichtung, welche kommunizierend mit dem zumindest einen Wassersensor verbunden ist und welche derart ausgebildet ist, dass sie ab zumindest einem vordefinierten und von dem zumindest einen Wassersensor im Temperierfluid detektierten Wassergehalt einen Steuerbefehl erzeugt. Ein derartiger Steuerbefehl kann beispielsweise ein Warnhinweis zum Austausch des Temperierfluids oder die Aktivierung eines Wasserabscheiders sein. Über den Wassersensor und die Kontrolleinrichtung können somit im Temperierfluid vorhandene Wasseranteile ermittelt und ggf. Maßnahmen eingeleitet werden, wodurch die Gefahr einer Stromübertragung zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen über die Wasserpartikel im Temperierfluid abgeschätzt/erkannt und auch die Lebensdauer des gesamten Energiespeichers erhöht werden können. Durch die Begrenzung des im Temperierfluid vorhandenen Wasseranteils können eine dielektrische Wirkung des Temperierfluids verbessert und dadurch Beschädigungen des Energiespeichers, beispielsweise durch einen Kurzschluss, zuverlässig vermieden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wassersensor im Bereich einer Energiespeicherzelle angeordnet. Hierdurch ist es möglich den Wassergehalt des Temperierfluids am kritischen Ort, nämlich dem Ort eines möglichen Kurzschlusses, zu ermitteln.
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Zweckmäßig ist die Kontrolleinrichtung derart ausgebildet, dass sie ab einem ersten vordefinierten und von dem zumindest einen Wassersensor im Temperierfluid detektierten Wassergehalt eine Warnmeldung erzeugt, und ab einem zweiten und höheren vordefinierten und von dem zumindest einen Wassersensor im Temperierfluid detektierten Wassergehalt die Energiespeicheranordnung abschaltet oder eine Ventileinrichtung betätigt und einen Wasserabscheider, insbesondere einen Trockner, aktiviert. Ein Abschalten kann beispielsweise durch ein Trennen von einem Stromkreis erfolgen. Hierdurch wird das Kraftfahrzeug stillgelegt, wodurch die Gefahr von Unfällen reduziert werden kann. Das Aktivieren des Wasserabscheiders bzw. des Trockners bewirkt eine Reduzierung des Wassergehalts in dem Temperierfluid und damit eine Reduzierung der Gefahr eines Kurzschlusses.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist in dem Temperierfluidkreislauf eine Filtereinrichtung angeordnet. Eine derartige Filtereinrichtung kann beispielsweise ein Partikelfilter aufweisen. Eine derartige Filtereinrichtung kann somit mithelfen, im Temperierfluid mitgeführte Feststoffpartikel, die zu einer Beschädigung der Pumpe bzw. der Energiespeicherzellen führen können, abzuscheiden bzw. herauszufiltern, wodurch die Lebensdauer der Energiespeicheranordnung ebenfalls gesteigert werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Wasserabscheider Bestandteil der Filtereinrichtung. Der Wasserabscheider kann somit üblicher Bestandteil eines Ölfilters sein, sofern das Temperierfluid als Kühlöl ausgebildet ist. Über den Wasserabscheider wird in dem Temperierfluid vorhandenes Wasser abgeschieden bzw. ausgetragen und beispielsweise in einem separaten Wassersammelraum gesammelt.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Wasserabscheider als Trockner, insbesondere als Kartuschentrockner, ausgebildet ist. Über einen derartigen Trockner wird das Temperierfluid, das heißt im speziellen Fall das Kühlöl, getrocknet, und dadurch der Wasseranteil im Temperierfluid zumindest reduziert. Der Trockner kann dabei in einem Nebenstromkreislauf des Temperierfluidkreislaufes angeordnet sein, um einen Druckverlust in einem für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Energiespeicheranordnung verträglichen Maß halten zu können.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer solchen Energiespeicheranordnung auszustatten und dadurch die Lebensdauer der Energiespeicheranordnung bzw. des Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu steigern, da insbesondere die die elektrische Leitfähigkeit des Temperierfluids erhöhenden Wasserbestandteile erfasst und ggf. entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können, bevor es zu einem Kurzschluss kommt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung mit einem erfindungsgemäßen Wassersensor und einer Kontrolleinrichtung,
- 2 eine Darstellung wie in 1, mit einem als Trockner ausgebildeten Wasserabscheider,
- 3 eine Ausführungsform eines Wassersensors,
- 4 eine mögliche Ausführungsform eines Energiespeichers mit zwei Wassersensoren in einem Ablauf,
- 5 eine mögliche Ausführungsform eines Energiespeichers mit einem Wassersensor in einem gemeinsamen Ablauf,
- 6 eine mögliche Ausführungsform eines Energiespeichers mit einem Wassersensor an jeder Energiespeicherzelle.
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Entsprechend den 1, 2 sowie 4 bis 6, weist eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 1 für beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug 2 einen Energiespeicher 3 mit in einem Gehäuse 4 angeordneten Energiespeicherzellen 5 auf. In dem Gehäuse 4 sind dabei gemäß den 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber lediglich einige Energiespeicherzellen 5 eingezeichnet. Das Gehäuse 4 besitzt darüber hinaus zumindest einen Zulauf 6 und zumindest einen Ablauf 7 für Temperierfluid 8, welches in einem Temperierfluidkreislauf 9 strömt. Der Temperierfluidkreislauf 9 ist dabei vorzugsweise Bestandteil der Energiespeicheranordnung 1. Über den Zulauf 6 und den Ablauf 7 ist es möglich, die im Gehäuse 4 des Energiespeichers 3 angeordneten Energiespeicherzellen 5 direkt mit Temperierfluid 8 zu beaufschlagen und diese dadurch direkt zu temperieren bzw. zu kühlen. In dem Temperierfluidkreislauf 9 sind nicht nur das Gehäuse 4, sondern zusätzlich auch eine Pumpe 10 sowie ein Wärmeübertrager 11 angeordnet. Über die Pumpe 10, welche beispielsweise als elektrische Pumpe ausgebildet ist, erfolgt eine Förderung des Temperierfluids 8 im Temperierfluidkreislauf 9. Über den Wärmeübertrager 11 kann insbesondere eine Kühlung des Temperierfluids 8 erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist in dem Temperierfluidkreislauf 9 ein Wassersensor 19 zum Ermitteln eines Wassergehalts des Temperierfluids 8 angeordnet. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kontrolleinrichtung 20, welche kommunizierend mit dem Wassersensor 19 verbunden ist und welche derart ausgebildet ist, dass sie ab zumindest einem vordefinierten und vom Wassersensor 19 im Temperierfluid 8 detektierten Wassergehalt einen Steuerbefehl erzeugt. Dabei können auch weitere Steuerbefehle abhängig von dem vom Wassersensor 19 ermittelten Wassergehalt vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Kontrolleinrichtung 20 ab einem ersten vordefinierten und vom Wassersensor 19 im Temperierfluid 8 detektierten Wassergehalt eine Warnmeldung erzeugen bzw. anzeigen und ab einem zweiten und im Vergleich zum ersten Wassergehalt höheren, vordefinierten und vom Wassersensor 19 im Temperierfluid 8 detektierten Wassergehalt die Energiespeicheranordnung 1 abschalten oder eine Ventileinrichtung 13' betätigen und einen Wasserabscheider 14, insbesondere einen Trockner 17, aktivieren, um den Wassergehalt in dem Temperierfluid 8 wieder zu senken. Dabei ist denkbar, dass beispielswiese bei Erreichen des vordefinierten ersten Wassergehalts der Wasserabscheider 14, insbesondere der Trockner 17, aktiviert wird, der bis zum Erreichen des vordefinierten ersten Wassergehalts mittels eines Bypasskanals umgangen wird.
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Der zumindest eine Wassersensor 19 kann dabei im Bereich einer Energiespeicherzelle 5 angeordnet sein, wie dies den 2 und 6 zu entnehmen ist oder beispielsweise im Zulauf 6 (vgl. 1) oder im Ablauf 7 (vgl. 4 bis 6). Der Wassersensor 19 ist vorzugsweise derart konzipiert, dass er in dafür vorgesehene Einstecköffnungen in den Temperierfluidkreislauf 9 eingesteckt und ggf. auch leicht ausgetauscht werden kann. Über einen Kopf 21 (vgl. 3) wird er kommunizierend mit der Kontrolleinrichtung 20 verbunden. Der Kopf 21 ist dabei von einem Deckel 22 abgedeckt.
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Darüber hinaus vorgesehen sein kann ein den Wärmeübertrager 11 umgehender Bypass 12, mittels welchem das Temperierfluid 8 um den Wärmeübertrager 11 herum geleitet werden kann, um insbesondere eine unerwünschte Kühlung des Energiespeichers 3 ausschließen zu können. Eine Aufteilung des Temperierfluids 8 zwischen dem Wärmeübertrager 11 und dem Bypass 12 erfolgt dabei über eine Ventileinrichtung 13.
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Betrachtet man die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 1 gemäß der 1, so kann man erkennen, dass in dem Temperierfluidkreislauf 9 eine Filtereinrichtung 16 angeordnet ist, die beispielsweise einen Partikelfilter aufweist oder als solche ausgebildet ist, wobei der Wasserabscheider 14 Bestandteil der Filtereinrichtung 16 sein kann. In diesem Fall kann Wasser 15 über den Wasserabscheider 14 der Filtereinrichtung 16 ausgetragen bzw. abgeschieden werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar, dass der Wasserabscheider 14 als Trockner 17 ausgebildet ist, wie dies gemäß der 2 dargestellt ist, wobei in diesem Fall der Trockner 17 in einem Nebenstromkreislauf 18 des Temperierfluidkreislaufs 9 angeordnet ist. In diesem Fall kann auf einen Wasserabscheider 14 im Bereich der Filtereinrichtung 16 verzichtet werden. Ein derartiger Trockner 17 kann beispielsweise ein Trocknungsgranulat aufweisen und beispielsweise in der Art eines Kartuschentrockners ausgebildet sein. Eine Aktivierung des Nebenstromkreislaufs 18 kann beispielsweise über eine Ventileinrichtung 13' erfolgen, sofern beispielsweise von zumindest einem Wassersensor 19 ein vordefinierter erster oder zweiter und höherer Wassergehalt ermittelt wird. In diesem Fall kann die Kontrolleinrichtung 20 die Ventileinrichtung 13' betätigen und das Temperierfluid 8 auf den Trockner 17 umleiten.
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Unabhängig von der gewählten Ausführungsform ermöglicht der Wasserabscheider 14 ein Abscheiden bzw. Austragen von Wasseranteilen aus dem Temperierfluid 8, welches beispielsweise als Kühlöl ausgebildet sein kann, und reduziert dadurch die elektrische Leitfähigkeit des Temperierfluids 8, wodurch insbesondere die Gefahr eines Kurzschlusses bzw. eines Brands reduziert werden kann. Über die Filtereinrichtung 16 können darüber hinaus der Verschleiß der Pumpe 10, des Wärmeübertragers 11 und auch ein Verschleiß an den Energiespeicherzellen 5 reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0260195 A1 [0003]
