DE102021126129A1

DE102021126129A1 - Kühlanordnung, Batterieanordnung und Verfahren zum Kühlen einer Batterie

Info

Publication number: DE102021126129A1
Application number: DE102021126129.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Deindl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, wobei die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung (13a) zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle zu erzeugen. Dabei weist die Kühlanordnung (10) eine von einem Kühlmittel (13) durchströmbare Kühleinrichtung (12) zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle in einem ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle auf, wobei die Kühlanordnung (10) eine Detektionseinrichtung (24) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen vom ersten Zustand der Batteriezelle verschiedenen zweiten Zustand, der einen Fehlerzustand darstellt, zu detektieren, und in Abhängigkeit von der Detektion des zweiten Zustands das Erzeugen der Kältemischung (13a) auszulösen, und wobei die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, mittels der erzeugten Kältemischung (13a) die mindestens eine Batteriezelle über die Kühleinrichtung (12) zu kühlen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, wobei die Kühlanordnung dazu ausgelegt ist, eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle zu erzeugen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterieanordnung mit einer solchen Kühlanordnung und ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie.
Mit der immer größer werdenden Verbreitung von Traktionsbatterien in Fahrzeugen, die insbesondere als Hochvolt-Batterien ausgebildet sein können, werden auch immer neue Anforderungen und Gesetze bezüglich der Sicherheit dieser veröffentlicht, die sich unter anderem mit dem Verhalten einer Traktionsbatterie im Fahrzeug beim Thermal Runaway, das heißt einem thermischen Durchgehen einer Zelle beschäftigen. Beispielsweise gibt es Richtlinien, die besagen, dass nach einem detektierten Thermal Runaway einer Zelle den Fahrzeuginsassen eine Evakuierungszeit von mindestens fünf Minuten bleiben muss, in der es zu keiner Gefährdung durch zum Beispiel Feuer kommen darf.
Um dies zu ermöglichen, wird beispielsweise versucht, eine Propagation durch zusätzliche Zellisolationen oder eine weniger reaktive Zellchemie in den Griff zu bekommen. Beide Maßnahmen haben negative Auswirkungen auf die volumetrische und gravimetrische Energiedichte. Auch auf der Kostenseite wirken sich zusätzliche Isolationen negativ aus.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in der DE 20 2017 005 985 U1 beschrieben, dass durch eine Kältemischung, die eine endotherme Reaktion hervorruft, eine Kühlwirkung erzielt werden kann. Dieser Effekt wird beispielsweise auch in der DE 10 2010 004 110 A1 zum Kühlen einer Batteriezelle verwendet. Hierbei ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, der eine elektrochemische Zelle umfasst, sowie ein eine endotherme Reaktion ausführendes Kühlmittel. Dabei kann zum Beispiel die durch einen Kurzschluss im Energiespeicher entstehende Wärme dafür verwendet werden, die endotherme Reaktion zu initiieren und ablaufen zu lassen. Des Weiteren kann die endotherme Reaktion auch mechanisch initiiert werden, indem die miteinander reagierenden Substanzen zunächst voneinander räumlich getrennt sind und erst durch ein mechanisches Zusammenführen der Substanzen die endotherme Reaktion überhaupt ablaufen kann, wobei die Substanzen durch eine Trennvorrichtung, zum Beispiel eine Kunststofffolie, voneinander getrennt sind, durch deren Beschädigung, zum Beispiel induziert durch einen Unfall, ein Zusammenführen der Substanzen erreicht wird. Das Kühlmittel, welches aus den miteinander endotherm reagierenden Substanzen besteht, ist dabei weiterhin innerhalb der elektrochemischen Zelle angeordnet, zum Beispiel in den Bereichen um den Wickeldorn oder in Kontaktbereichen innerhalb des Zellgehäuses.
Diese Art der Kühlung hat jedoch den Nachteil, dass ein Kurzschluss oder eine mechanische Beschädigung der Zelle vorliegen muss, um die Reaktion auszulösen. Eine reine Erhitzung einer Zelle zum Beispiel, die ebenfalls mit einem thermischen Durchgehen einer Zelle einhergehen kann, führt in diesem Fall nicht zur Kühlung der Zelle. Umgekehrt kann es auch aus anderen Gründen zu einer mechanischen Beschädigung der Folie kommen und die endotherme Reaktion ausgelöst werden, selbst wenn beispielsweise gar kein Zelldefekt vorliegt. Da es sich bei der Kältemischung um eine elektrisch leitende Flüssigkeit handelt, die in die Zelle integriert ist, kann dies wiederum Ursache für einen Kurzschluss der Zelle sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung, eine Batterieanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst einfache, effiziente, zuverlässige und sichere Kühlung mindestens einer Batteriezelle im Falle eines Defekts ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung, eine Batterieanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle ist dazu ausgelegt, eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle zu erzeugen. Dabei weist die Kühlanordnung eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle in einem ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle auf, wobei die Kühlanordnung eine Detektionseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen vom ersten Zustand der Batteriezelle verschiedenen zweiten Zustand, der einen Fehlerzustand darstellt, zu detektieren, und in Abhängigkeit von der Detektion des zweiten Zustands das Erzeugen der Kältemischung auszulösen. Dabei ist die Kühlanordnung weiterhin dazu ausgelegt, mittels der erzeugten Kältemischung die mindestens eine Batteriezelle über die Kühleinrichtung zu kühlen.
Somit lässt sich vorteilhafterweise die Kühleinrichtung, die auch im normalen Betriebszustand der Batterie, das heißt wenn kein Defekt beziehungsweise Fehlerfall vorliegt, zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle verwendet wird, auch im Fehlerfall zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle unter der Verwendung der erzeugten Kältemischung nutzen. Dabei wird die Kältemischung erzeugt, wenn die Detektionseinrichtung einen solchen Fehlerfall, der vorliegend als zweiter Zustand der Batteriezelle bezeichnet wird, detektiert. Der erste Zustand korrespondier entsprechend zu einem Normalzustand, d.h. einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand, in welchem kein Fehler oder Defekt vorliegt. Das Erzeugen der Kältemischung wird also aktiv ausgelöst, d.h. z.B. durch ein Ansteuersignal, wenn die Detektionseinrichtung den zweiten Zustand detektiert. Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit und Sicherheit enorm steigern. Zusätzlich können durch die Verwendung einer bestehenden Kühleinrichtung nicht nur Bauraum und Kosten eingespart werden, da auf zusätzliche Vorkehrungen, wie zum Beispiel die Integration der Kältemischungskomponenten in eine Zelle, verzichtet werden kann, sondern es lässt sich hierdurch gleichzeitig auch eine sichere Trennung von Kühlmittel beziehungsweise Kältemischung und der mindestens einen Batteriezelle bereitstellen. Dadurch kann weder das Kühlmittel noch die Kältemischung in direkten Kontakt mit der mindestens einen Batteriezelle geraten. Hieraus resultierende Gefahren können damit ebenso vermieden werden. Ein zusätzlicher besonders großer Vorteil der Nutzung der Kühleinrichtung zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle im Fehlerfall über die Kältemischung besteht zudem noch darin, dass es sich so einfach bewerkstelligen lässt, nicht nur die betreffende defekte Zelle zu kühlen, sondern auch andere von der Batterie umfasste weitere Batteriezellen. Hierzu kann zum Beispiel eine gemeinsame Kühleinrichtung, zum Beispiel eine Art Kühlplatte mit Kühlkanälen, die zum Beispiel einen Kühlboden eines Batteriegehäuses darstellen kann, genutzt werden. Die durch die Kältemischung erzeugte Kühlwirkung kann damit vorteilhafterweise nicht nur zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle, welche den Defekt aufweist, genutzt werden, sondern auch zur Kühlung weiterer von der Batterie umfasster Batteriezellen. Dies beruht wiederum auf der Erkenntnis, dass sich ein thermisches Durchgehen einer Batteriezelle oftmals sehr schnell auf andere benachbarte Batteriezellen überträgt und auch zum Überhitzen dieser Batteriezellen und wiederum zu einem thermischen Durchgehen dieser Batteriezellen führt. Dies endet letztendlich in einer Kettenreaktion über alle Zellen der Batterie hinweg. Dies lässt sich beispielsweise durch die Erfindung und ihre später noch erläuterten Ausgestaltungen vorteilhafterweise vermeiden, indem zum Beispiel die Kühlwirkung der Kältemischung im Defektfall auch für andere Zellen gleichzeitig genutzt werden kann. Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung besteht zudem darin, dass zur Erzeugung der Kältemischung beispielsweise das im normalen Betrieb zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle vorgesehene Kühlmittel genutzt werden kann. Damit lässt sich eine kurzzeitige, extrem effiziente Kühlwirkung durch Erzeugung der Kältemischung auf besonders effiziente und bauraumsparende Weise umsetzen. Die Erfindung ermöglicht es so vorteilhafterweise, durch Abkühlung der mindestens einen Batteriezelle ein Thermal Runaway dieser Zelle in seiner Intensität stark zu vermindern und die Propagation auf die Nachbarzellen bei ausreichender Kühlung sogar zu verhindern. Zwar besitzen die meisten Batterien in Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen eine Kühlung zur Temperierung der Batteriezellen im Fahr- und Ladebetrieb, um eine effektive Abkühlung der Batterie bei einem Thermal Runaway zu erreichen, ist diese Kühlung jedoch nicht ausreichend. Durch die Zugabe von Chemikalien, wie dies im Zuge der Erzeugung der Kältemischung vorgesehen sein kann, kann eine stark endotherme Reaktion, vorzugsweise mit dem Kühlmittel, herbeigeführt werden und die Batterie beziehungsweise zumindest die mindestens eine Batteriezelle dabei stark abgekühlt werden, und so die Reaktion verlangsamt werden oder gar gestoppt werden.
Zum einen kann durch das Erzeugen einer Kältemischung also ein Absenken der Ursprungstemperatur der Ausgangskomponenten, aus welchen die Kältemischung erzeugt wird, erreicht werden. Dadurch kann eine zusätzliche Kühlwirkung des Kühlmittels erreicht werden, wodurch die Kühlwirkung beziehungsweise Brandbekämpfungswirkung deutlich gesteigert werden kann. Gerade, wenn zum Beispiel auch nur wenig Kühlmittel zur Verfügung steht, wie dies im Kraftfahrzeug bei beschränktem Bauraum in der Regel der Fall ist, so bietet diese zusätzliche Temperaturerniedrigung einen großen Mehrwert hinsichtlich der Verhinderung oder Verlangsamung eines Thermal Runaways. Zum anderen kann durch die Kältemischung auch eine bestimmte Energiemenge aufgenommen werden, ohne dass sich hierdurch die Temperatur der Kältemischung erhöht. Die der Kältemischung zugeführte Energie wird stattdessen für einen Phasenübergang oder Lösungsvorgang zumindest einer Komponente der Kältemischung verwendet. Dies ermöglicht es wiederum, dass die kühlende Wirkung der Kältemischung für längere Zeit aufrechterhalten werden kann, als bei reinen Kühlmitteln, wie zum Beispiel Wasser.
Zum Erzeugen der Kältemischung werden vorzugsweise, wie dies später näher erläutert wird, zumindest zwei Substanzen miteinander gemischt. Grundsätzlich kann der Ausgangsaggregatzustand dieser mindestens zwei Substanzen beliebig sein, zum Beispiel gasförmig, flüssig oder fest. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zumindest eine der beiden Substanzen flüssig ist. Durch eine flüssige Komponente lässt sich die Kühlwirkung maximieren. Die andere der beiden Komponenten ist vorzugsweise zumindest im Ausgangszustand, das heißt vor dem Erzeugen der Kältemischung, fest. Nachdem die Kältemischung erzeugt ist, insbesondere durch Mischen der mindestens zwei Substanzen, kann zum Beispiel die zweite Substanz ihren Zustand, zum Beispiel Aggregatszustand oder Lösungszustand, ändern, und zum Beispiel vom festen Aggregatszustand ebenfalls in den flüssigen Aggregatszustand übergehen oder von einem ungelösten in einen gelösten Zustand übergehen, wobei durch dessen Lösungsvorgang der Umgebung Energie entzogen wird, was das Herunterkühlen der Kältemischung ermöglicht.
Die zu kühlende Batterie des Kraftfahrzeugs stellt dabei vorzugsweise eine Hochvolt-Batterie dar. Diese umfasst mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise jedoch mehr als nur eine Batteriezelle, insbesondere vielzählige Batteriezellen, die optional auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein können. Zum Beispiel kann die Hochvolt-Batterie also mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen. Das Kraftfahrzeug, in welchem die Erfindung vorzugsweise Anwendung findet, kann entsprechend als Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug ausgebildet sein. Die Batterie fungiert entsprechend als Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug. Bei den Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Zellen. Diese weisen im Vergleich zu anderen Zellchemien eine sehr hohe Energiedichte auf.
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei der Kühleinrichtung zum Beispiel um eine Kühlplatte handeln, die Kühlkanäle aufweist, die von dem Kühlmittel durchströmbar sind. Die Detektionseinrichtung kann zur Detektion des Fehlerzustands einen oder mehrere Sensoren umfassen. Eine Detektion kann dabei zum Beispiel auf einer Spannungsmessung der Zellspannung der mindestens einen Batteriezelle beruhen, wobei zum Beispiel anhand eines Spannungseinbruchs ein Kurzschluss beziehungsweise Defekt der Zelle detektiert werden kann. Beispielsweise kann die Detektionseinrichtung auch einen Drucksensor umfassen, der einen Überdruck in der Batteriezelle und/oder innerhalb eines Batteriegehäuses, in welchem die Batteriezelle aufgenommen ist, erfassen kann. Die Detektionseinrichtung kann auch einen Gassensor aufweisen, der zum Beispiel eine bestimmte Gaszusammensetzung, die auf ein Ausgasen einer Batteriezelle hinweist, detektieren kann. Auch kann die Detektionseinrichtung einen Temperatursensor aufweisen, der eine der mindestens einen Batteriezelle zugeordnete Temperatur erfassen kann. Überschreitet diese einen vorgegebenen Schwellwert, so kann der zweite Zustand als detektiert gelten. Das Detektieren des zweiten Zustands kann also durch Detektieren eines Überdrucks in der Batterie, durch Detektieren einer erhöhten Zelltemperatur, durch einen Spannungsabfall oder durch ein Detektieren eines Ausgasens einer Zelle erfasst werden. Auch beliebige Kombinationen dieser Detektionsmöglichkeiten sind denkbar. Damit ist ein sehr zuverlässiges Detektieren eines Defekts der mindestens einen Batteriezelle möglich. Die Detektion einer bestimmten Temperaturerhöhung zur Detektion des zweiten Zustands ist dabei besonders vorteilhaft, da sich daran ein beginnender Thermal Runaway sehr frühzeitig erkennen lässt, insbesondere noch bevor die betreffende Zelle ausgast.
Wie oben bereits erwähnt, ist es bevorzugt, dass die Kühlanordnung dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen der Kältemischung mindestens zwei vor dem Erzeugen voneinander separierte Substanzen zu mischen. Dabei ist es weiterhin sehr vorteilhaft, wenn zum Beispiel eine erste Substanz der mindestens zwei Substanzen das Kühlmittel darstellt, welches insbesondere ein Kühlmittel auf Wasserbasis darstellt. Üblicherweise wird als Kühlmittel ein Wasser-Glykol-Gemisch verwendet, was sich auch hervorragend zur Erzeugung der Kältemischung eignet. Damit können vorteilhafterweise im Fahrzeug üblicherweise ohnehin vorhandene Ressourcen zur Erzeugung der Kältemischung genutzt werden. Hierbei kann das Kühlmittel insbesondere dasjenige darstellen, welches zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle im ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle die Kühleinrichtung durchströmt. Somit kann also das im Normalbetrieb zur Kühlung der Zellen genutzte Kühlmittel gleichzeitig auch zur Erzeugung der Kältemischung im Fehlerfall verwendet werden.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn mindestens eine zweite Substanz der mindestens zwei Substanzen ein Salz darstellt. Dieses Salz kann zur Erzeugung der Kältemischung endotherm in der ersten Substanz auf Wasserbasis gelöst werden. Wenn also die Kältemischung durch Mischung der mindestens zwei Substanzen erzeugt, das heißt, wird also das bereitgestellte Salz mit zumindest dem Wasser gemischt, so wird das Salz im Wasser gelöst, wodurch der Umgebung Energie entzogen wird, was einerseits zur Abkühlung der Kältemischung führt und andererseits korrespondierend zur Kühlung der Umgebung. Nach dem Mischen der mindestens zwei Substanzen stellt sich also eine für zumindest eine bestimmte Zeitdauer geringere Temperatur der Kältemischung ein als die Ausgangstemperatur der mindestens zwei Substanzen vor dem Mischen. Durch die Mischung eines Salzes mit Wasser lässt sich dieses Abkühlen auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisieren. Dieser Effekt lässt sich dabei grundsätzlich bei jeder Ausgangstemperatur nutzen. Dabei kann die Kühlanordnung weiterhin eine Dosiereinheit mit einem Reservoir zur Aufnahme zumindest der zweiten Substanz der mindestens zwei Substanzen aufweisen. Mit anderen Worten kann in dieser Dosiereinheit mit dem Reservoir das Salz oder die Salzmischung aufbewahrt werden, welches im Notfall, das heißt, bei Detektion des zweiten Zustands der mindestens einen Batteriezelle, dem Kühlmittel zugeführt wird, um die Kältemischung zu erzeugen.
Um nun die mindestens eine Batteriezelle im Fehlerfall mittels der Kältemischung über die Kühleinrichtung zu kühlen, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten, nämlich eine direkte Kühlung durch die Kältemischung und eine indirekte Kühlung durch die Kältemischung, die nun nachfolgend näher erläutert werden.
Dabei stellt es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Kühlanordnung derart ausgebildet ist, dass die Kühleinrichtung von der erzeugten Kältemischung zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle durchströmbar ist. Dies korrespondiert also zur direkten Kältemischungskühlung. Dabei durchströmt die erzeugte Kältemischung also die Kühleinrichtung, zum Beispiel deren Kühlkanäle, die im Normalbetrieb vom Kältemittel durchströmt werden. Um dies zu bewerkstelligen kann zum Beispiel oben beschriebene zweite Substanz, das heißt also zum Beispiel das Salz oder die Salzmischung, einfach dem im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittel zugeführt werden. Dadurch wird automatisch die Kältemischung erzeugt, die dann entsprechend weiterhin durch diesen Kühlkreislauf und entsprechend auch durch die Kühleinrichtung zirkuliert wird.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kühlanordnung eine Zuführleitung zur Zuführung des Kühlmittels zur Kühleinrichtung im ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle und zur Zuführung der Kältemischung zur Kühleinrichtung im Falle der Detektion des zweiten Zustands der mindestens einen Batteriezelle aufweist, wobei die Kühlmittelzuführleitung eine erste Entgasungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines beim Erzeugen der Kältemischung entstehenden Gases aus der Kühlmittelzuführleitung auszuführen. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass beim Erzeugen einer Kältemischung in der Regel Gase entstehen. Gelangen diese Gase ins Kühlsystem, zum Beispiel in die Kühlkanäle, die durch die Kühleinrichtung bereitgestellt sind, so mindert dies die Kühlwirkung in vielerlei Hinsicht. Zum einen führt dies zu einer sehr inhomogenen Kühlung, da die mit Gas gefüllten Teile der Kühlkanäle eine deutlich geringere Kühlwirkung haben als die mit der Kältemischung gefüllten Teile der Kühlkanäle. Weiterhin kann ein solches Gas im Kühlsystem einen Überdruck bewirken, für den das eigentliche Kühlsystem, das heißt, die Kühleinrichtung, nicht ausgelegt ist. Schlimmstenfalls führt dies zu einer Beschädigung der Kühleinrichtung, zum Beispiel einem Leck in einem der Kühlkanäle. Durch die Entgasungseinrichtung kann dies nun vorteilhafterweise vermieden werden, indem zumindest ein Großteil des beim Erzeugen der Kältemischung entstehenden Gases aus der Kühlmittelzuführleitung abgeführt wird, und somit es gar nicht in die Kühleinrichtung gelangen kann. Eine solche Entgasungseinrichtung kann zum Beispiel einfach als Überdruckventil ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Entgasungseinrichtung an einem räumlichen lokalen Maximum der Zuführleitung angeordnet sein. Dadurch würde sich ein solches Gas, das üblicherweise leichter ist als eine Flüssigkeit, in diesem lokal erhöhten Bereich ansammeln und könnte über die Entgasungseinrichtung damit einfach abgeführt werden.
Die Kühlmittelzuführleitung kann auch an mehreren Stellen eine solche Entgasungseinrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Entgasungseinrichtung auch in einem Bereich der Kühleinrichtung selbst angeordnet sein und fluidisch mit einem der Kühlkanäle gekoppelt sein.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlanordnung einen ersten Kühlkreislauf auf, wobei die Kühleinrichtung Teil des ersten Kühlkreislaufs ist, wobei die Kühlanordnung dazu ausgelegt ist, die Kältemischung in einem fluidisch vom ersten Kühlkreislauf separierten Kältemischungsbereich zu erzeugen, und wobei die Kühlanordnung eine Wärmetauschereinrichtung aufweist, die den ersten Kühlkreislauf thermisch mit dem Kältemischungsbereich koppelt.
Dies korrespondiert zur oben erwähnten indirekten Kältemischungskühlung. In diesem Fall durchläuft die erzeugte Kältemischung nicht selbst die Kühlkanäle der Kühleinrichtung, sondern kühlt lediglich das Kühlmittel über einen Wärmetauscher, wobei das Kühlmittel weiterhin wie üblich durch den ersten Kühlkreislauf zirkuliert und damit auch die Kühleinrichtung durchläuft. Der Kältemischungsbereich kann insbesondere als Kältemischungsreservoir und/oder als ein Kältemischungskreislauf bereitgestellt sein. Dieser kann also einen zweiten Kühlkreislauf darstellen. Dieser Kältemischungskreislauf ist entsprechend vom ersten Kühlkreislauf fluidisch separiert, aber thermisch mit diesem über den Wärmetauscher gekoppelt. Wenngleich diese Ausgestaltung bautechnisch etwas aufwendiger ist, so hat dies jedoch den großen Vorteil, dass hierdurch sichergestellt werden kann, dass kein Gas, welches beim Erzeugen der Kältemischung entsteht, in den ersten Kühlkreislauf gelangen kann, da dieser vollständig fluidisch vom Kältemischungsbereich separiert ist. Eine eventuelle Beschädigung der Kühlstrukturen der Kühleinrichtung durch Überdruck oder eine inhomogene Kühlung bedingt durch ein solches Eindringen von Gas kann somit vorteilhafterweise ausgeschlossen werden. Nichts desto weniger kann dennoch ein entsprechendes Entgasungsventil beziehungsweise eine Entgasungseinrichtung vorgesehen sein.
Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der Kältemischungsbereich, der insbesondere durch ein Kältemischungsreservoir und/oder einen Kältemischungskreislauf bereitgestellt ist, eine zweite Entgasungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines beim Erzeugen der Kältemischung entstehenden Gases aus dem Kältemischungsbereich auszuführen. Dies hat ähnliche Vorteile wie bereits zur ersten Entgasungseinrichtung beschrieben. Dies ermöglicht es beispielsweise, das Kältemischungsreservoir beziehungsweise den Kältemischungskreislauf einfacher auszulegen, da dieser entsprechend keinen hohen Drücken standhalten muss. Zudem kann auch hierdurch wiederum die Kühleffizienz gesteigert werden, da durch das im Kältemischungskreislauf zirkulierende Gas ebenfalls die Wärmeaufnahme über den Wärmetauscher gemindert wäre.
Ein Wärmetauscher kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte im einfachsten Fall eine Wärmetauschereinrichtung bereits dadurch bereitgestellt sein, indem ein zum ersten Kühlkreislauf korrespondierender Leitungsabschnitt sehr nahe oder sogar kontaktierend an einem dem Kältemischungskreislauf zugeordneten Leitungsabschnitt angeordnet ist, oder direkt am Kältemischungsbereich beziehungsweise Kältemischungsreservoir. Eine Kopplung kann aber auch über einen Kühlkörper erfolgen, der die beiden genannten Leitungsabschnitte miteinander noch besser thermisch koppelt. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar.
Wie oben bereits beschrieben, kann die Kühlanordnung eine Dosiereinheit mit einem Reservoir zur Aufnahme zumindest einer zweiten Substanz der mindestens zwei Substanzen, die insbesondere ein Salz darstellt, aufweisen. Dabei ist es bevorzugt, dass die Dosiereinheit dazu ausgelegt ist, bei Detektion des zweiten Zustands zur Erzeugung der Kältemischung zumindest einen Teil der im Reservoir aufgenommenen zumindest einen zweiten Substanz der Zuführleitung und/oder dem Kältemischungsbereich zuzuführen. Ist also der Kühlmechanismus als direkte Kältemischungskühlung ausgeführt, gemäß welcher die erzeugte Kältemischung direkt durch die Kühlkanäle der Kühleinrichtung zirkuliert wird, so kann zum Erzeugen der Kältemischung das im Reservoir befindliche Salz über die Dosiereinrichtung in geeigneter Menge einfach der Zuführleitung zur Zuführung der Kältemischung zur Kühleinrichtung zugeführt werden. Insbesondere kann hierbei also das im Reservoir aufgenommene Salz einfach dem ersten Kühlkreislauf zugeführt werden, der durch das zirkulierende herkömmliche Kühlmittel bereitgestellt ist. Im Falle einer indirekten Kältemischungskühlung kann ganz analog über die Dosiereinheit das im Reservoir aufgenommene Salz dem Kältemischungsbereich zugeführt werden, insbesondere dem Kältemischungskreislauf, in dem bereits das Kühlmittel, insbesondere vorzugsweise ebenfalls eine Wasser-Glykol-Mischung, zirkuliert wird. Im zweiten Fall kann grundsätzlich auch eine vom Kühlmittel verschiedene erste Substanz zur Erzeugung der Kältemischung verwendet werden, die vorzugsweise eine flüssige Substanz darstellt, insbesondere unter Normalbedingungen, und vorzugsweise eine Substanz auf Wasserbasis ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterieanordnung mit einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise auch für die erfindungsgemäße Batterieanordnung.
Dabei weist die Batterieanordnung die Batterie mit der mindestens einen Batteriezelle auf. Vorzugsweise umfasst die Batterie mehrere Batteriezellen umfassend die mindestens eine Batteriezelle, wobei die Kühleinrichtung zur Kühlung der mehreren Batteriezellen ausgelegt ist. Insbesondere kann die Kühleinrichtung dabei zur gleichzeitigen Kühlung der mehreren Batteriezellen ausgelegt sein. Dies gilt sowohl für den Normalbetrieb als auch für die Kühlung im Fehlerfall mittels der Kältemischung. Mit anderen Worten wird im Fehlerfall nicht nur gezielt die defekte beziehungsweise thermisch durchgehende Zelle gekühlt, sondern auch alle übrigen der mehreren Batteriezellen, die an die gleiche Kühleinrichtung angebunden sind. Dadurch können die Nachbarzellen der thermisch durchgehenden Zelle bereits gekühlt werden, bevor sie sich selbst im Thermal Runaway befinden und ein Stoppen der Propagation kann dadurch deutlich effizienter erreicht werden. Zudem bietet diese zentrale Lösung Kosten- und Bauraumvorteile.
Die Batterie kann wie oben bereits beschrieben als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein und zum Beispiel mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen. Dabei ist es prinzipiell auch denkbar, pro Modul oder Modulgruppe separate Kühleinrichtungen vorzusehen. Es können aber auch alle von der Batterie umfassten Batteriezellen und Batteriemodule durch eine gemeinsame Kühleinrichtung gekühlt werden. Mit anderen Worten muss eine selektive Batteriemodulkühlung oder Zellkühlung nicht umgesetzt sein.
Auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle mittels einer Kühlanordnung, die eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle erzeugt. Dabei weist die Kühlanordnung eine Kühleinrichtung auf, die in einem ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle von einem Kühlmittel durchströmt wird. Weiterhin weist die Kühlanordnung eine Detektionseinrichtung auf, die einen vom ersten Zustand der Batteriezelle verschiedenen zweiten Zustand, der einen Fehlerzustand darstellt, detektiert, und in Abhängigkeit von der Detektion des zweiten Zustands das Erzeugen der Kältemischung auslöst. Weiterhin wird die mindestens eine Batteriezelle mittels der erzeugten Kältemischung über die Kühleinrichtung gekühlt.
Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung und ihre Ausgestaltung beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Kühlanordnung mit einer direkten Kältemischungskühlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung einer Kühlanordnung mit einer indirekten Kältemischungskühlung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühlanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel ist die Kühlanordnung als eine direkte Kältemischungskühlung ausgestaltet, wie dies nun nachfolgend näher erläutert wird. Die Kühlanordnung 10 weist zunächst eine Kühleinrichtung 12 auf, welche wiederum mehrere von einem Kühlmittel 13 durchströmbare Kühlkanäle 14 umfasst. Das Kühlmittel 13 sowie dessen Strömungsrichtung sind dabei vorliegend exemplarisch durch Pfeile veranschaulicht. Diese Kühleinrichtung 12 ist dabei Teil eines ersten Kühlkreislaufs 16, von welchem vorliegend nur ein Teil dargestellt ist. Über eine Kühlmittelzuführleitung 18 kann das Kühlmittel 13 der Kühleinrichtung 12, insbesondere den Kühlkanälen 14 zugeführt werden. Diese dargestellte Kühlstruktur, das heißt, die Kühlkanäle 14, können dabei auch in eine Kühlplatte integriert sein, auf welcher vorliegend nicht näher dargestellte Batteriezellen einer Batterie, insbesondere einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, angeordnet sind. Die von einer solchen Hochvolt-Batterie umfassten Batteriezellen können dabei insbesondere durch eine gemeinsame solche Kühleinrichtung 12 gekühlt werden. Die Kühlmittelzuführleitung 18 ist dabei über einen Zuführanschluss 20 an der Kühleinrichtung 12 beziehungsweise deren Kühlkanäle beziehungsweise Kühlkanalsystem 14 angeschlossen. Denkbar ist es dabei auch, das Kühlmittel 13 nicht nur über einen solchen Zuführanschluss 20 zuzuführen, sondern beispielsweise auch über mehrere. Weiterhin weist die Kühleinrichtung 12 mindestens einen Abführanschluss 22 auf, wobei auch hier wiederum mehrere solcher Abführanschlüsse 22 zum Abführen des Kühlmittels 13 aus der Kühleinrichtung 12 denkbar sind. Über ein weiteres Leitungssystem mit weiteren Kühlkreiskomponenten, wie zum Beispiel eine Pumpe, ein Kühlmittelreservoir, und so weiter, kann der Abführanschluss 22 wiederum mit dem Zuführanschluss 20 fluidisch verbunden sein. Somit zirkuliert im normalen Betrieb der Batterie das Kühlmittel 13 in diesem Kältemittelkreislauf 16, durchläuft dabei zum Kühlen der Batteriezellen die Kühleinrichtung 12, wird daraufhin wieder abgekühlt und erneut der Kühleinrichtung 12 über die Zuführleitung 18 zugeführt, und so weiter. Grundsätzlich eignet sich eine solche Kühleinrichtung 12 beziehungsweise der Kühlkreislauf 16 auch zum Beheizen von Batteriezellen, zum Beispiel zum Zwecke einer Vorkonditionierung oder ähnlichem. Ob hierdurch eine Kühl- oder Heizfunktion umgesetzt wird, hängt von der eingestellten Temperatur des Kühlmittels ab.
Im Falle eines Thermal Runaways einer Batteriezelle kann ein solcher Thermal Runaway in seiner Intensität stark vermindert werden und eine Propagation auf Nachbarzellen sogar verhindert werden, wenn die Zellen dabei ausreichend gekühlt werden. Eine herkömmliche Kühlung für Batteriezellen reicht hierfür jedoch nicht aus. Die Erfindung und ihre Ausgestaltungen ermöglicht es nun vorteilhafterweise, die Kühlleistung des beschriebenen Kühlsystems zumindest kurzzeitig stark zu erhöhen und so die Reaktion zu verlangsamen oder gar zu stoppen. Dies kann durch das Erzeugen einer Kältemischung 13a erreicht werden. Um dies zu ermöglichen, weist die Kühlanordnung 10 zunächst noch eine Detektionseinrichtung 24 auf, die dazu ausgelegt ist, einen solchen Defektfall einer Batteriezelle zu detektieren. Weiterhin ist in diesem Beispiel als Teil der Kühlanordnung 10 eine Dosiereinheit 26 mit einem Reservoir 28 zur Aufnahme einer Substanz, im vorliegenden Beispiel eines Salzes 30, vorgesehen. Die Detektionseinrichtung 24 ist weiterhin dazu ausgelegt, das Erzeugen der Kältemischung auszulösen. Zu diesem Zweck kann die Detektionseinrichtung 24 entweder direkt oder indirekt dazu ausgebildet sein, die Dosiereinheit 26 entsprechend anzusteuern, um das Salz 30 dem Kühlmittel 13 beizumischen, um dadurch die Kältemischung 13a zu erzeugen. Währenddessen wird das Kühlmittel, dem nunmehr dieses Salz 30 beigemischt ist, weiter wie gewohnt durch die Kühleinrichtung 12 und insbesondere durch den Kühlkreislauf 16 zirkuliert, wie zuvor beschrieben. Durch die Beimischung des Salzes 30 wird eine Kältemischung 13a erzeugt, die zu einer enormen Abkühlung des Kühlmittels 13 führt. Das Kühlmittel stellt vorzugsweise eine Wasser-Glykol-Mischung dar, dem das Salz 30 beigemischt wird. Als Salze könnten dem Kühlmittel 13 zum Beispiel Bariumhydroxid und Ammoniumthiocyanat beigemischt werden, um die Kältemischung 13a zu erreichen. Dies lässt sich zum Beispiel durch folgende Formel beschreiben: Ba(OH)₂ + 8 H₂O + 2 NH₄SCN → Ba²⁺ + 2 SCN- + 2NH₃ + 10 H₂O
Aber auch andere Salze wie Ammoniumnitrat oder Ammoniumchlorid, die eine endotherme Reaktion mit Wasser eingehen, wären denkbar.
Bei einem detektierten Thermal Runaway, wie sich dies durch die Detektionseinrichtung 24 bewerkstelligen lässt, wird also im Bereich des Kühlmitteleinlasses 20 das Kühlmittel 13 der Batterie, also meist eine Wasser-Glykol-Mischung, in oder mittels einer Dosiereinheit 26 direkt mit dem Salz 30 gemischt und dadurch eine endotherme Reaktion direkt im Kältemittelkreislauf 16 herbeigeführt. Dadurch kühlt sich das Kühlmittel 13 schlagartig ab, welches nun in Kombination mit dem zugeführten Salz 30 die Kältemischung 13a darstellt, und kann so die Batterie beziehungsweise die Batteriezellen besser kühlen und eine Propagation verhindern. Zur Vermeidung eines zu großen Überdrucks innerhalb des Kühlsystems und zur Vermeidung von Gasansammlungen im Bereich der Zellkühlung, welche die Wärmeübertragung beeinträchtigen, ist es zudem bevorzugt, dass die Kühlanordnung 10 eine Entgasungseinrichtung 32 aufweist, zum Beispiel ein Überdruckventil. Dies kann zum Beispiel in die Zuführleitung 18 integriert sein. Dadurch kann das Gas aus der Zuführleitung 18 abgeführt werden, bevor dieses in die Kühleinrichtung 12, insbesondere in die Kühlkanäle 14 gelangt. Das abgeführte Gas kann dabei in eine Umgebung der Kühlanordnung 10, insbesondere eine Umgebung der gesamten Batterie und sogar in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben werden. Alternativ kann es auch in einem Gasauffangbehälter gesammelt werden bzw. in einen solchen eingeleitet werden. Auch die Mischung des Salzes 30 mit dem Kühlmittel 13 zur Kältemischung 13a im Bereich der Dosiereinheit 26 ist in 1 exemplarisch durch Pfeile veranschaulicht.
2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Kühlanordnung 10. Auch diese Kühlanordnung 10 weist wiederum eine Kühleinrichtung 12 auf, die wie zur 1 beschrieben ausgebildet sein kann. Auch hier ist diese Kühleinrichtung 12 wiederum Teil eines Kühlkreislaufes 16, in welchem das Kühlmittel 13 zirkuliert und so im normalen Betriebszustand der Batterie die Zellen kühlt oder temperiert. Tritt nun ein Fehlerfall ein, der wiederum durch die Detektionseinrichtung 24 detektiert werden kann, so wird auch hier wiederum eine Kältemischung 13a erzeugt. Diese wird jedoch nicht dem ersten Kühlkreislauf, in dem die Kühleinrichtung 12 eingebunden ist, zugeführt, sondern zirkuliert stattdessen in einem zweiten separaten Kühlkreislauf 34. Diese beiden Kühlkreisläufe 16, 34 können über einen Wärmetauscher 36 miteinander thermisch gekoppelt sein. Das bedeutet, dass ein thermischer Widerstand zwischen den beiden Kreisläufen 16, 34 im Bereich des Wärmetauschers 36 geringer ist als außerhalb des Wärmetauschers 36. Nichts desto weniger kann aber auch hier die Kältemischung 13a wie zuvor beschrieben erzeugt werden. Auch hierzu kann die Kühlanordnung 10 eine Dosiereinheit 26 mit einem Reservoir 28 umfassen, in welchem eine zur Erzeugung der Kältemischung 13a zu verwendende Substanz 30, vorzugsweise wiederum ein Salz 30 angeordnet ist. Dieses kann über die Dosiereinheit 26 auf Ansteuerung, zum Beispiel über die Detektionseinrichtung 24 hin, einer weiteren Substanz zur Erzeugung der Kältemischung 13a zugeführt werden. Diese weitere Substanz stellt vorzugsweise wiederum ein Kältemittel 13`, vorzugsweise wiederum eine Wasser-Glykol-Mischung, dar, die sich im zweiten Kreislauf 34 befindet. Alternativ kann auch für diese zweite Substanz 13` ein eigenes Reservoir vorgesehen sein, welches hier jedoch nicht dargestellt ist. Grundsätzlich kann als zweite Substanz 13' aber auch eine von dem Kühlmittel 13 verschiedene Flüssigkeit verwendet werden. Denkbar ist es auch, dass dieser zweite Kreislauf 34, der zwar fluidisch vom ersten Kreislauf 16 entkoppelt ist, über ein gemeinsames Kühlmittelreservoir gespeist wird. In diesem Beispiel wird also das Salz 30 nicht direkt mit dem Kühlmittel 13, welches am ersten Kühlmittelkreislauf 16 zirkuliert, gemischt, sondern in einem separaten Kreislauf 34. Das Kühlmittel 13 der Batterie, das heißt dem ersten Kreislauf 16, wird dann über den Wärmetauscher 36 abgekühlt. Das hat den Vorteil, dass kein beim Erzeugen der Kältemischung 13a entstehendes Gas in den Batteriekreislauf, das heißt in den ersten Kühlkreislauf 16, kommen kann. Zusätzlich kann auch hier wiederum eine Entgasungseinrichtung 32 vorgesehen sein, diesmal jedoch im zweiten Kreislauf 34.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Batteriekühlung bei einer Thermal Propagation durch eine endotherme Reaktion im Kühlwasser mittels Kältemischung bereitgestellt werden kann. Diese dadurch erreichte, zumindest kurzfristige, deutlich erhöhte Kühlleistung ermöglicht es, Zellen mit höherer Energiedichte zu verwenden beziehungsweise die Zwischenzellisolierung zu reduzieren und dennoch für ausreichend Sicherheit selbst im Falle einer thermischen Propagation einer Zelle zu sorgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202017005985 U1 [0004]
DE 102010004110 A1 [0004]

Claims

Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, wobei die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung (13a) zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlanordnung (10) eine von einem Kühlmittel (13) durchströmbare Kühleinrichtung (12) zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle in einem ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle aufweist; - wobei die Kühlanordnung (10) eine Detektionseinrichtung (24) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen vom ersten Zustand der Batteriezelle verschiedenen zweiten Zustand, der einen Fehlerzustand darstellt, zu detektieren, und in Abhängigkeit von der Detektion des zweiten Zustands das Erzeugen der Kältemischung (13a) auszulösen; und - wobei die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, mittels der erzeugten Kältemischung (13a) die mindestens eine Batteriezelle über die Kühleinrichtung (12) zu kühlen.
Kühlanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) derart ausgebildet ist, dass die Kühleinrichtung (12) von der erzeugten Kältemischung (13a) zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle durchströmbar ist.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) eine Kühlmittelzuführleitung (18) zur Zuführung des Kühlmittels (13) zur Kühleinrichtung (12) im ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle und zur Zuführung der Kältemischung (13a) zur Kühleinrichtung (12) im Falle der Detektion des zweiten Zustands der mindestens seinen Batteriezelle aufweist, wobei die Kühlmittelzuführleitung (18) eine erste Entgasungseinrichtung (32) aufweist, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines beim Erzeugen der Kältemischung (13a) entstehenden Gases aus der der Kühlmittelzuführleitung (18) auszuführen.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) einen ersten Kühlkreislauf (16) aufweist, wobei die Kühleinrichtung (12) Teil des ersten Kühlkreislaufs (16) ist, wobei die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, die Kältemischung (13a) in einem fluidisch vom ersten Kühlkreislauf (16) separierten Kältemischungsbereich (34) zu erzeugen, wobei die Kühlanordnung (10) eine Wärmetauschereinrichtung (36) aufweist, die den ersten Kühlkreislauf (16) thermisch mit dem Kältemischungsbereich (34) koppelt.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemischungsbereich (34), der insbesondere durch ein Kältemischungsreservoir und/oder einen Kältemischungskreislauf (34) bereitgestellt ist, eine zweite Entgasungseinrichtung (32) aufweist, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines beim Erzeugen der Kältemischung (13a) entstehenden Gases aus dem Kältemischungsbereich (34) auszuführen.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen der Kältemischung (13a) mindestens zwei vor dem Erzeugen voneinander separierte Substanzen (13, 13'; 30) zu mischen.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Substanz (13, 13`) der mindestens zwei Substanzen das Kühlmittel (13) darstellt, welches insbesondere ein Kühlmittel (13) auf Wasserbasis darstellt.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) eine Dosiereinheit (26) mit einem Reservoir (28) zur Aufnahme zumindest einer zweiten Substanz (30) der mindestens zwei Substanzen (13, 13'; 30), die insbesondere ein Salz (30) darstellt, aufweist, wobei die Dosiereinheit (26) dazu ausgelegt ist, bei Detektion des zweiten Zustands zur Erzeugung der Kältemischung (13a) zumindest einen Teil der im Reservoir (28) aufgenommenen zumindest einen zweiten Substanz (30) der Zuführleitung (18) und/oder dem Kältemischungsbereich (34) zuzuführen.
Batterieanordnung mit einer Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung die Batterie mit der mindestens einen Batteriezelle aufweist, insbesondere wobei die Batterie mehrere Batteriezellen umfassend die mindestens eine Batteriezelle aufweist, wobei die Kühleinrichtung (12) zur Kühlung der mehreren Batteriezellen ausgelegt ist.
Verfahren zum Kühlen einer Batterie mit mindestens einer Batteriezelle mittels einer Kühlanordnung (10), die eine eine endotherme Reaktion ausführende Kältemischung (13a) zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle zu erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlanordnung (10) eine Kühleinrichtung (12) aufweist, die in einem ersten Zustand der mindestens einen Batteriezelle von einem Kühlmittel (13) durchströmt wird; - wobei die Kühlanordnung (10) eine Detektionseinrichtung (24) aufweist, die einen vom ersten Zustand der Batteriezelle verschiedenen zweiten Zustand, der einen Fehlerzustand darstellt, detektiert, und in Abhängigkeit von der Detektion des zweiten Zustands das Erzeugen der Kältemischung (13a) auslöst; und - wobei die mindestens eine Batteriezelle mittels der erzeugten Kältemischung (13a) über die Kühleinrichtung (12) gekühlt wird.