AT512016A1 - Elektrischer energiespeicher - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (1) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welcher eine Vielzahl an elektrisch miteinander verbundenen, insbesondere flachen und im wesentlichen plattenförmigen Batteriezellen aufweist, welche in zumindest einem Stapel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordnet sind. Um die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers (1) zu erhöhen, ist vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses (8) zumindest eine Sammelleiste (15) und/oder zumindest eine vorzugsweise labyrinthartig geformte Kapillarstruktur (13) zum Sammeln von Kondensat angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welcher eine Vielzahl an elektrisch miteinander verbundenen, insbesondere flachen und im wesentlichen plattenförmigen Batteriezellen aufweist, welche in zumindest einem Stapel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Aus der DE 10 2009 035463 Al ist eine Batterie mit einer Vielzahl von flachen im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen sind zu einem Zellenstapel gestapelt und mit einem Batteriegehäuse umgeben. Die Batterieeinzelzellen sind dabei in Rahmenflachbauweise mit metallischen Blechen und einem Rahmen aus isolierendem Material ausgebildet.
Auch aus der WO 2008/048751 A2 ist ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an nebeneinander in einem Stapel angeordneten plattenförmigen Batteriezellen bekannt, weiche in einem Gehäuse untergebracht sind.
Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen, welche nebeneinander angeordnet sind. Das Gehäuse ist zur Kühlung mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Fluid durchströmt.
Bereits durch geringe Temperaturschwankungen im Batteriemodui kann sich auf den Oberflächen (Metall oder Kunststoff) der Bauteile Wasserdampf bilden. Diese Kondenswasserbildung im Inneren des Batteriemoduls wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer der Batterie und des Batteriemoduls aus.
Zur Vermeidung von Kondensationsprobiemen ist es bekannt, Batterien in Vakuumatmosphäre zu fertigen oder zu warten. Weiters ist es bekannt, Batterien in einem evakuierbaren Behälter anzuordnen und durch Veränderung des Vakuums bzw. des Druckes im Behälter oder zwischen doppelten Behälterwänden die Wärmeleitfähigkeit zur Umgebung zu verändern (JP 10-064 597 A2, JP 07-226 230 A2, EP 0 633 420 A2).
Ferner ist aus der FR 2 869 722 Al eine Lithium-Polymer-Batterie mit einem Gehäuse bekannt, welches Gehäuse durch eine Vakuumpumpe evakuierbar ist.
Die KR 2008-0053717 A offenbart eine Vorrichtung zur Regelung ddr Tämpefätdf j* · und der Feuchtigkeit in einem Hybridfahrzeug. Dabei wird in das Gehäuse der Batterie konditionierte Spülluft eingeleitet. Die Klimatisierung der Spülluft erfolgt in Abhängigkeit von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren im Gehäuse und im Spülluftzuführkanal, wobei der Betrieb einer Klimaanlage, einer Heizeinrichtung und eines elektrischen Gebläses durch eine elektronische Steuereinheit geregelt wird. Nachteilig ist, dass zur Entfeuchtung ein hoher sensorischer und messtechnischer Aufwand erforderlich ist.
Weiters ist aus der DE 1 921 618 A ein Verfahren zum Trocknen der Elektroden in Behältern bei der Batterieherstellung bekannt, wobei durch den die Elektroden aufweisenden Behälter ein Trockenmittel hindurchströmt.
Ferner beschreibt die DE 30 44 741 CI eine Kühleinrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten elektrischen Akkumulator mit einem in die Flüssigkeit eintauchenden, durch den Deckel des Akkumulatorgehäuses herausragenden Wärmeabführrohr. Das Wärmerohr ist im Inneren teilweise mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeübertragungsmediums von der wärmeabgebenden Stelle zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise Probleme mit Kondenswasserbildung innerhalb des Gehäuses der Batterie zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass innerhalb des Gehäuses zumindest eine Sammelleiste und/oder zumindest eine vorzugsweise labyrinthartig geformte Kapillarstruktur zum Sammeln von Kondensat angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Sammelleiste und/oder die Kapillarstruktur in einen Auffangbehälter mündet.
Bei Kondensationsbildung durch Temperatur- und/oder Druckunterschiede wird über die Sammelleiste und/oder die Kapillarstruktur das Kondensat gezielt im Auffangbehälter gesammelt, welcher bei Bedarf entleert werden kann. Dadurch kann es zu keinen Schäden der Batterie selbst und der Umwelt durch Stromschläge oder dergleichen kommen.
Der Auffangbehälter kann beispielsweise innerhalb des Gehäuses in dessen Bodenbereich angeordnet sein. 3
Durch die Sammelleiste und/oder die beispielsweise durch eine Pordn SCifwieiSShitte*» Stäbchen-, Röhrchen- oder eine Schwammstruktur gebildete Kapiilarstruktur erfolgt eine gezielte Entfeuchtung insbesondere der relevanten Stellen im Batteriemodul und des gesamten Batteriepaketes durch die Kapillarwirkung. Je nach Temperatur und Druckbedingungen können dabei unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Durch die Form des aus einem ein- oder mehrteiligen Kunststoffteil bestehenden Gehäuses werden Zonen mit erhöhter Kondenswasserbildung, wie zum Beispiel Kühlung der Batteriekontaktstellen, vorrangig mit einer Kapiilarstruktur ausgebildet. Das Kondenswasser wird durch Schwerkraft in den in den Behälter Integrierten Auffangbehälter abgeleitet.
Zumindest eine Kapiilarstruktur und/oder zumindest eine Sammelleiste geht vorteilhafterweise von einer Busbar-Kühleinrichtung aus, wobei vorzugsweise die Kapiilarstruktur die Busbar-Kühleinrichtung kontaktiert.
Die Sammelleiste ist bevorzugt durch zumindest eine in das Gehäuse eingeformte Nut oder Rinne gebildet, wobei die Sammelleiste unmittelbar an die Kapiilarstruktur grenzt, wobei vorzugsweise die Sammelleiste zwischen Kapiilarstruktur und Gehäuse angeordnet sein kann. Dies ermöglich eine besonders effektive Ableitung von Kondenswasser.
Das Entleeren des Auffangbehälters kann bevorzugt im Rahmen eines routinemäßigen Fahrzeugservice erfolgen, wobei der Auffangbehälter gewechselt oder das Kondenswasser über eine verschließbare Entleeröffnung ausgelassen werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Auffangbehälter einen mit der elektronischen Steuereinheit kommunizierenden Füllstandssensor aufweist, um den Füllstand im Auffangbehälter festzustellen und gegebenenfalls dem Fahrer entsprechende Warnhinweise zu geben. Wenn der Auffangbehälter einen definierte Füllstand erreicht, muss dieser durch einen Fachmann etwa im Rahmen eines Fahrzeugservices geleert werden.
Um eine einfache Reinigung zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sammelieiste und/oder die Kapiilarstruktur mit einer Luftspüleinrichtung strömungsverbindbar ist. Die Spülung der Sammelleiste und/oder der Kapiilarstruktur kann im Rahmen des Fahrzeugservice erfolgen. 4 ♦··· ··# ·
Der Auffangbehälter ist zum Gehäuse hin abgedichtet, sodass Leck5gdhivdn"i **j* ·ββί I Kondenswasser zuverlässig vermieden werden.
Die Erfindung wird im folgenden Anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Energiespeicher in einer Schrägansicht von oben, Fig. 2 den Energiespeicher in einer Schrägansicht von unten, Fig. 3 den Energiespeicher in einer Seitenansicht, Fig. 4 den Energiespeicher in einem teilweisen Schnitt gemäß der Linien IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 das Detail V-V aus Fig. 4,
Fig. 6 den Energiespeicher in einer weiteren Schrägansicht von oben, Fig. 7 das Detail VII aus Fig. 6, Fig. 8 den Energiespeicher in einerweiteren Schrägansicht von unten, Fig. 9 das Detail IX aus Fig. 8, Fig. 10 den Energiespeicher mit entferntem Gehäusedeckel in einer Schrägansicht von oben, Fig, 11 das Detail XI aus Fig. 10, Fig. 12 den Energiespeicher mit entferntem Gehäuseboden in einer Schrägansicht von unten, Fig. 13 das Detail XIII aus Fig. 12, Fig. 14 eine Innenansicht des Gehäusebodens, Fig. 15 das Detail XV aus Fig. 14, Fig. 16 eine Innenansicht des Gehäusedeckels und Fig. 17 ein Batteriepaket des Energiespeichers in einer Schrägansicht.
Der durch eine wiederaufladbare Batterie gebildete Energiespeicher 1 weist ein Batteriepaket 2 mit mehreren nebeneinander angeordneten Batteriemodulen 2a auf. Jedes Batteriemodul 2a weist im Inneren einen nicht weiter ersichtlichen Stapel von nebeneinandergereihten plattenförmigen Batteriezellen (Pouchzellen) auf, welche durch Druckplatten 3 aneinander gepresst sind. Die Druckplatten 3 sind über Schrauben 4a mit Seitenplatten 4 verbunden. Im Ausführungsbeispiel weist das Batteriepaket 2 vier Batteriemodule 2a auf, wie aus Fig. 17 hervorgeht.
Im Deckenbereich 5a des Energiespeichers 1 sind die Batteriezellen verbindendende Sammelschienen (nicht ersichtlich) angeordnet, wobei zu deren Kühlung eine Busbar-Kühleinrichtung 6 vorgesehen ist, welche über Kühlkanäle 7 mit Kühlmittelsammler bzw. -Verteiler 7a, 7b in Verbindung steht. Die Kühlung erfolgt bevorzugt durch ein flüssiges Kühlmedium.
Das Batteriepaket 2 ist in einem Gehäuse 8 angeordnet, welches einen Gehäusedeckelteil 8a und einen Gehäusebodenteil 8b aufweist. Im Bodenbereich 5b des Energiespeichers 1, insbesondere im Gehäusebodenteil 8b ist zumindest eine durch einen Verschlussteil 9a verschließbare Entleeröffnung 9 mit einem 5 » * · » * · ι · * integrierten, im Gehäusebodenteil 8b abgedichteten AuffangbehälteütlW^i *|ϊ '*·* · angeordnet, wobei der Gehäusebodenteil 8b zur Entleeröffnung 9 hin abfallend geformt ist (Fig. 8, 9).
Im Gehäusedeckelteil 8 sind über Verschlussdeckel 11 verschließbare Öffnungen 12 für Luftspülvorrichtungen angeordnet (Fig. 4).
In Zonen mit erhöhter Kondenswasserbildung, wie Batteriekontaktstellen, ist jeweils eine Kapillarstruktur 13 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Kapillarstrukturen 13 an oder in der Innenwand des Gehäuses 8 zwischen dem Bereich der Busbar-Kühleinrichtung 6 im Gehäusedeckelteil 8a und dem Gehäusebodenteil 8b. Die Kapillarstruktur 13 steht mit dem oberen Bereich der Busbar-Kühleinrichtung 6 in Kontakt. Falls erforderlich, kann sie auch mit dem unteren Bereich der Busbar-Kühleinrichtung 6 in Kontakt stehen. An den anderen Stellen besteht kein direkter Kontakt zwischen der Kapillarstruktur und den Bauteiloberflächen. Der Kontaktbereich zwischen der Busbar-Kühleinrichtung 6 und der Kapillarstruktur 13 ist mit Bezugszeichen 14 bezeichnet. Durch die Verdunstung des Kondensates werden die anderen Stellen sekundär entfeuchtet oder von der Kapillarstruktur 13 entlang des gesamten Batteriepaketes 2 aufgesaugt.
Die Kapillarstrukturen 13 können nach Form und Lage (quer oder längs zur Kühleinrichtung 6) je nach Variation des Batteriepaketes 2 und/oder der Batteriemodule 2a unterschiedlich ausgeführt sein.
Die Labyrinthkanäle aufweisenden Kapällarstrukturen 13 können durch kapillare Materialien wie Stäbchen, Röhrchen, Schwämme, oder dergleichen mit feinster Porenstruktur gebildet sein. Die Kapillarstrukturen 13 werden an der Innenseite des Gehäuses 8 angebracht. Dadurch erfolgt eine gezielte Entfeuchtung des gesamten Batteriepaketes 2 durch die Kapillarwirkung. Je nach Druck und Temperaturbedingungen können unterschiedliche Materialien eingesetzt werden.
Durch die Formgebung des Gehäuses 8, der als ein-, zwei oder mehrlagiger Kunststoffbauteil ausgebildet sein kann, können Zonen mit erhöhter Kondenswasserbildung, wie Batteriekontaktstellen, vorrangig mit Kapillarstrukturen 13 ausgebildet sein.
Das Gehäuse 8 ist mit beispielsweise durch Spaltrinnen gebildete Sammelleisten 15 im Gehäusedeckelteil 8a und Gehäusebodenteil 8b ausgeführt. Die Sammelleisten 6 15 können durch Spalte bzw. Spaltrinnen zwischen den Kapillarstrufct^4n#l;?tih*d·* dem Gehäuse 8 gebildet sein.
Das Kondenswasser wird durch die Kapillarstrukturen 13 aufgenommen und in die Sammelleisten 15 geleitet, welche es durch Schwerkraft zum Bodenbereich 5b und in den Auffangbehälter 10 ableiten.
Bei einem Service werden die Kapillarstrukturen 13 und die Sammelleisten 15 über die Öffnungen 12 mit Frischluft gespült. Der Auffangbehälter 10 kann je nach Bedarf ebenfalls im Rahmen eines Services gewechselt oder entleert werden. Insbesondere kann der Auffangbehälter 10 einen Füllstandssensor 16 aufweisen, welcher mit der elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges kommuniziert und entsprechende Informationen an den Lenker oder Servicepersonal weiterleitet.
Durch die gezielte Ableitung des Kondenswassers in einen Auffangbehälter 10 können kondenswasserbedingte Schäden am Energiespeicher 1 oder eine Gefährdung von Personen durch Stromschläge oder dergleichen zuverlässig vermieden werden.
Die Erfindung ist an Hand eines Batteriepaketes 2 mit Pouchzellen in einer lp-Schaltung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung auch auf andere Batterien mit einer anderen Art von Batteriezellen, anderer Schaltung der Zellen und/oder anderer Kühlung anwendbar ist.
Claims (13)
- 7 ♦··* ···« • · * · »·*·*·» » 0 • · * t * ·«·· i· ·« «· 0 ·« 0 PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrischen Energiespeicher (1) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welcher eine Vielzahl an elektrisch miteinander verbundenen, insbesondere flachen und im wesentlichen plattenförmigen Batteriezellen aufweist, welche in zumindest einem Stapel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (8) zumindest eine Sammelleiste (15) und/oder zumindest eine vorzugsweise labyrinthartig geformte Kapillarstruktur (13) zum Sammeln von Kondensat angeordnet ist.
- 2. Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleiste (15) und/oder die Kapillarstruktur (13) zumindest in einen Auffangbehälter (10) mündet.
- 3. Energiespeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (10) im Bodenbereich (5b) des Energiespeichers (1), vorzugsweise im Gehäusebodenteil (8b) angeordnet ist, wobei besonders vorzugsweise der Gehäusebodenteil (8b) zum .Auffangbehälter (10) hin abfallend ausgebildet ist.
- 4. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, der Auffangbehälter (10) in einen Verschlussteil (9a) einer Entleeröffnung (9) integriert ist.
- 5. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (10) einen Füllstandssensor (16) aufweist.
- 6. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (10) eine vorzugsweise verschließbare Entleeröffnung aufweist.
- 7. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (10) zum vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Gehäuse (8) abgedichtet ist. «t ·· Μ · *··* #*·· ·*·«··» · · ········ · ·
- 8. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, , dadufrctw^! ]*; **j ·β>! Ϊ gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (10) austauschbar im Gehäuse (8) angeordnet ist.
- 9. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelieiste (15) und/oder die Kapillarstruktur (13) mit einer Luftspüleinrichtung strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise das Gehäuse (8) zumindest eine verschließbare Öffnung 12 zum Anschluss einer Luftspüleinrichtung aufweist,
- 10. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (13) durch eine Poren aufweisende Stäbchenstruktur, Röhrchenstruktur oder einen Schwammstruktur gebildet ist.
- 11. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kapiliarstruktur (13) und/oder zumindest eine Sammelleiste (15) von einer Busbar-Kühleinrichtung (6) ausgeht, wobei vorzugsweise die Kapillarstruktur (13) die Busbar-Kühleinrichtung (6) kontaktiert.
- 12. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleiste (15) durch zumindest eine Nut oder Rinne gebildet ist, wobei vorzugsweise die Sammelleiste (15) in das Gehäuse (8) eingeformt ist.
- 13. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleiste (15) unmittelbar an die Kapillarstruktur (13) grenzt, wobei vorzugsweise die Sammelleiste (15) zwischen Kapillarstruktur (13) und Gehäuse (8) angeordnet ist. 2011 09 15 Fu/BtPatertan ivait Dlpl-ing, Mag. A-115C WiVn, MsriihUfer Tc!: M: Fi»: (·
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