DE102009058880B4

DE102009058880B4 - Elektrisches Energiespeichersystem sowie Betriebsverfahren hierfür, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102009058880B4
Application number: DE102009058880.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Birke Peter; Lutz Dornburg; Michael Schiemann
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: DE102009058880A1

Abstract

Elektrisches Energiespeichersystem (10), insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen in einer Gehäuseanordnung (12) untergebrachten elektrischen Energiespeicher (14), wobei die Gehäuseanordnung (12) eine mit einer Entfeuchtungseinrichtung (16) versehene Luftaustauschpassage (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustauschpassage (18) wenigstens einen gekühlten Luftkanal aufweist, welcher die Gehäuseanordnung (12) derart durchsetzt, dass im Luftkanal entstehendes Kondensatwasser im Luftkanal schwerkraftbedingt in Richtung zur Außenseite der Gehäuseanordnung (12) abfließt und der gekühlte Luftkanal (18) einen mäanderartigen Verlauf besitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen in einer Gehäuseanordnung untergebrachten elektrischen Energiespeicher, bei dem es sich insbesondere um einen elektrochemischen Energiespeicher (z. B. Bleibatterie, Nickel-Metallhydrid-Zellen, Nickel/Zink-Zellen, Lithium-Ionen-Zellen etc.) oder einen elektrostatischen Energiespeicher (z. B. Doppelschichtkondensatoren etc.) handeln kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen elektrischen Energiespeichersystems.
Insbesondere für automotive Anwendungen von elektrischen Energiespeichern als Antriebsenergiequelle eines Fahrzeuges ergibt eine optimale Systemauslegung eine Batteriespannung (z. B. Nennspannung oder Maximalspannung), die typischerweise im Bereich von 100 bis 1000 V liegt. Zur Erzielung derart hoher Spannungen müssen in der Regel eine Vielzahl von Einzelzellen (z. B. gavanische Zellen, Doppelschichtkondensatoren oder dergleichen) miteinander verbunden werden.
Im Hinblick auf die Gefahr von elektrischen Kriechströmen bzw. Kurzschlüssen im Bereich des elektrischen Energiespeichersystems können die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft und das bei Temperaturwechsel entstehende Kondensat ein Problem darstellen. Besonders kritisch ist es, wenn das Energiespeichersystem aufgrund von Undichtigkeiten der Gehäuseanordnung von Luft aus der Umgebung durchströmt wird, insbesondere wenn es sich um relativ warme Luft (z. B. aus dem Motorraum eines Fahrzeuges) handelt. Warme Luft vermag eine relativ große Menge an Feuchtigkeit aufzunehmen. Beim Durchgang der Luft durch das (oftmals aktiv gekühlte) Energiespeichersystem kühlt sich die Luft dann allmählich ab, und es kommt zu Kondenswasserbildung im Inneren des Energiespeichersystems. Dies wiederum kann schwerwiegende Schädigungen am Energiespeicher selbst (z. B. durch Korrosion) oder, an einer typischerweise ebenfalls in der Gehäuseanordnung untergebrachten Elektronik (z. B. durch Kurzschlüsse) verursachen.
Die DE 10 2007 011 026 A1 , welche den Oberbegriff darstellt, offenbart ein Batteriegehäuse mit einer kompakten Kühlfalle, in der ein verrippter Kühlkörper in einem Kondensationsraum vorgesehen ist. Aufgrund der Rippen ergibt sich auf kurzer Kondensationsstrecke in Längsrichtung der Kühlfalle eine stark variierende Kanalquerschnittsfläche, so dass sich im Betrieb schnell Ablagerungen festsetzen, die die Kühlwirkung stark herabsetzen und insbesondere den Abfluss von Kondensationswasser blockieren können.
Ein vollkommen hermetisches Abdichten des elektrischen Energiespeichersystems durch eine entsprechend aufwändig ausgeführte Gehäuseanordnung kommt je nach Art des Energiespeichers oftmals prinzipbedingt nicht in betracht, vor allem da durch die Temperaturwechsel Volumenänderungen der enthaltenen Luft verursacht werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem elektrischen Energiespeichersystem der eingangs genannten Art die Gefahr von elektrischen Kriechströmen bzw. Kurzschlüssen durch das sich bildende Kondensat zu verringern.
Das erfindungsgemäße elektrische Energiespeichersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung eine mit einer Entfeuchtungseinrichtung versehene Luftaustauschpassage aufweist.
Damit kann die Luftfeuchte der Luft, die über die Luftaustauschpassage in das Energiespeichersystem gelangt, vorteilhaft herabgesetzt werden. Die Gefahr einer Abscheidung von Kondenswasser an elektrischen Kontakten oder elektronischen Bauteilen und die damit verbundene Gefahr von elektrischen Kriechströmen bzw. Kurzschlüssen wird somit verringert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Entfeuchtungseinrichtung zum Feuchteentzug eine Kondensationstrocknung durch Tauwasserbildung bzw. Kondenswasserabscheidung vor. In diesem Fall entsteht im Bereich der Luftaustauschpassage Kondenswasser, welches in einfacher Weise abgeführt werden kann.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luftaustauschpassage wenigstens einen gekühlten, bevorzugt langgestreckten Luftkanal aufweist, welcher die Gehäuseanordnung derart durchsetzt, dass im Luftkanal entstehendes Kondenswasser im Luftkanal schwerkraftbedingt in Richtung zur Außenseite der Gehäuseanordnung abfließt. In diesem Fall ist eine Einrichtung zum aktiven Abführen des gebildeten Kondenswassers entbehrlich. Unter diesem Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einem Energiespeichersystem der hier beschriebenen Art, welches in einer Lage installiert ist, welche den beschriebenen schwerkraftbewirkten oder - unterstützten Kondenswasserabfluss gewährleistet.
Zur Steigerung der Effizienz der Luftentfeuchtung kann hierbei vorgesehen sein, dass der gekühlte Luftkanal einen mäanderartigen Verlauf besitzt.
Optimal ist in dieser Hinsicht ein mäanderartiger Verlauf, bei welchem keine Mäanderabschnitte existieren, welche von dem abzuführenden Tauwasser entgegen der Schwerkraft sondern nur durch die Schwerkraft unterstützt zu durchströmen sind.
Im einfachsten Fall besitzt der gekühlte Luftkanal einen kreisrunden, über die Länge des Luftkanals nicht variierenden Querschnitt. Im Hinblick auf eine Steigerung der Effizienz der Kondensatwasserbildung und somit Entfeuchtung können jedoch auch Kanalgeometrien mit demgegenüber vergrößerter Innenoberfläche vorgesehen werden.
Die mit der Entfeuchtungseinrichtung versehene Luftaustauschpassage kann aus einem oder mehreren derartigen Luftkanälen gebildet sein.
Eine Verstopfung einer nach dem Prinzip der Kondensationstrocknung arbeitenden Entfeuchtungseinrichtung durch Fremdpartikel kann z. B. durch ein geeignetes Sieb bzw. einen Filter im Bereich einer äußeren Mündung der Luftaustauschpassage und/oder z. B. durch eine „Lotusbeschichtung“ der Luftaustauschpassage weitgehend ausgeschlossen werden.
Für einen Feuchtigkeitsentzug mittels Kondensationstrocknung muss die Entfeuchtungseinrichtung eine Kühleinrichtung aufweisen bzw. mit einer solchen verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass die Entfeuchtungseinrichtung eine elektrisch betriebene Kühleinrichtung (z. B. Peltier-Kühleinrichtung) umfasst, die z. B. aus einem elektrischen Niedervolt-Bordnetz und/oder aus einem Hochvolt-Bordnetz (für welches das Energiespeichersystem vorgesehen ist) eines Fahrzeuges versorgt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform steht die Entfeuchtungseinrichtung über einen Wärmetauscher mit einem Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufes in thermischem Kontakt. In diesem Fall kann die eigentliche Kälteerzeugung außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems erfolgen, etwa in an sich bekannter Weise mittels eines Kühlmittelkompressors, dem ein Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme und eine Expansionseinrichtung zur Abkühlung des Kühlmediums nachgeschaltet ist, wobei das abgekühlte Kühlmedium über eine den Kühlmittelkreislauf bildende Leitung durch die Entfeuchtungseinrichtung des elektrischen Energiespeichersystems geführt wird. Damit kann in einfacher Weise z. B. eine Kühlung des oder der oben bereits erwähnten Luftkanäle realisiert werden.
Beispielsweise können in einem Wandungsabschnitt eines Energiespeichergehäuses ein oder mehrere Luftkanäle (in einer Parallelanordnung) in einem gut wärmeleitenden Material (z. B. metallisches Material) eingebettet bzw. ausgebildet sein, so dass durch Kühlung dieses Materials die Innenflächen des oder der Luftkanäle gekühlt werden.
Bei Verwendung einer gekühlten Oberfläche zur Bewerkstelligung einer Kondensationstrocknung durch Tauwasserbildung ist die Oberflächentemperatur bevorzugt um mindestens 5 °C, insbesondere mindestens 10 °C kleiner als die Umgebungslufttemperatur gewählt bzw. eingestellt. Alternativ oder zusätzlich beträgt diese Oberflächentemperatur weniger als 15 °C, insbesondere weniger als 10 °C, und liegt z. B. im Bereich von 3 °C bis 7°C.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der einen Kühlmittelkreislauf vorsehenden Ausführungsform wird ein Kühlmittelkreislauf zum Betrieb der Entfeuchtungseinrichtung verwendet, der gleichzeitig zur Kühlung irgendwelcher anderer Komponenten des Gesamtsystems (also z. B. eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges) verwendet wird bzw. somit im Gesamtsystem ohnehin vorhanden ist.
Unter diesem Aspekt ist z. B. eine Ausführung besonders interessant, bei welcher der Kühlmittelkreislauf ferner wenigstens einen Abschnitt zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers und/oder weiterer in der Gehäuseanordnung untergebrachter Systemkomponenten aufweist. Elektrische Energiespeicher der hier interessierenden Art müssen im Betrieb aufgrund des entstehenden Energiedurchsatzes oftmals ohnehin gekühlt werden, so dass ein hierfür ohnehin vorhandener Kühlmittelkreislauf im Rahmen der Erfindung vorteilhaft mitgenutzt werden kann. Speziell für den Fall, dass der elektrische Energiespeicher und/oder weitere in der Gehäuseanordnung des Energiespeichersystems untergebrachte Systemkomponenten (z. B. dem Energiespeicher zugeordnete Überwachungs- und/oder Steuerelektronik) durch Abschnitte eines Kühlmittelkreislaufes gekühlt werden, ergibt sich der besondere Vorteil, dass bei der gleichzeitigen Nutzung dieses Kühlmittelkreislaufes für die im Bereich der Gehäuseanordnung vorgesehene Entfeuchtungseinrichtung keine langen Kühlmittelleitungen erforderlich sind. Vielmehr befindet sich die Entfeuchtungseinrichtung ohnehin in unmittelbarer Nähe zum Energiespeicher bzw. zugeordneter Systemkomponenten des Energiespeichersystems, so dass vorteilhaft eine parallele oder serielle Kühlmitteldurchströmung einerseits des Energiespeichersystems und andererseits der Entfeuchtungseinrichtung praktisch ohne Mehraufwand realisierbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung dieser Doppelnutzung ein und desselben Kühlmittelkreislaufes ist vorgesehen, dass das herabtemperierte Kühlmittel das Energiespeichersystem bzw. dessen zu kühlende Einbauten einerseits und, die Entfeuchtungseinrichtung andererseits seriell durchströmt, und zwar so, dass zunächst die Entfeuchtungseinrichtung und erst dann das Energiespeichersystem (bzw. Komponenten davon) durchströmt werden. In diesem Fall lässt sich nämlich in einfacher Weise sicherstellen, dass die Temperatur der die Tauwasserbildung in der Entfeuchtungseinrichtung bewirkenden Teile (z. B. Innenoberflächen des oder der gekühlten Luftkanäle) niedriger ist als die Temperatur von anderen Komponenten innerhalb des Energiespeichersystems, mit welchem einströmende Luft in Kontakt treten kann.
Damit kann bewirkt werden, dass eine Tauwasserbildung praktisch ausschließlich in der Entfeuchtungseinrichtung und nicht im Innenraum des Energiespeichersystems stattfindet.
Die Entfeuchtungseinrichtung entzieht der Luft somit bereits die Feuchtigkeit, noch bevor diese Luft in den Innenraum des Energiespeichersystems eindringen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Energiespeichersystem ferner Mittel zum Sicherstellen eines Luftaustausches für den Innenraum der Gehäuseanordnung, bei welchem die mit der Entfeuchtungseinrichtung versehene Luftaustauschpassage in Richtung des Innenraumes mit Luft durchströmt wird.
Derartige Mittel können z. B. einen Lüfter oder dergleichen im Bereich der mit der Entfeuchtungseinrichtung versehenen Luftaustauschpassage (an deren Eingang, in deren Verlauf oder an deren Ausgang) umfassen, um eine zwangsweise Einströmung von Umgebungsluft in die Luftaustauschpassage zu bewirken.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Lüfter oder dergleichen an einer anderen Stelle der Gehäuseanordnung vorgesehen sein, um für eine zwangsweise Ausströmung von Luft aus dem Innenraum des Energiespeichersystems heraus in den Außenraum des Energiespeichersystems zu sorgen (was zur Folge hat, dass die gewünschte Einströmung von Umgebungsluft in die mit der Entfeuchtungseinrichtung versehene Luftaustauschpassage gefördert bzw. bewirkt wird).
In diesem Zusammenhang ist auch eine Ausführungsform von Vorteil, bei welcher die Gehäuseanordnung wenigstens eine weitere Luftaustauschpassage aufweist, wobei der Strömungswiderstand der weiteren Luftaustauschpassage(n) wesentlich größer als der Strömungswiderstand der mit der Entfeuchtungseinrichtung versehenen Luftaustauschpassage ist. Insbesondere wenn der Strömungswiderstand der weiteren Luftaustauschpassage(n) wenigstens das 5-fache, insbesondere wenigstens das 10-fache des Strömungswiderstandes der mit der Entfeuchtungseinrichtung versehenen Luftaustauschpassage ist, so kann damit eine besonders bevorzugte Lufteinströmung über die entfeuchtende Luftaustauschpassage bewerkstelligt werden.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass in der Praxis auch ohne aktiven Luftaustausch bzw. aktive Luftdurchströmung fördernde Mittel (z. B. Lüfter oder dergleichen) in bestimmten Betriebssituationen eine unterdruckbedingte Lufteinströmung vorkommen kann. Auch im Hinblick auf diesen Fall ist es günstig, die vorstehend erwähnte Dimensionierung des Strömungswiderstandsverhältnisses vorzusehen. Ein Unterdruck im Energiespeichersystem kann z. B. dadurch hervorgerufen werden, dass aufgrund einer nicht 100%-igen Abdichtung Luft mit hoher Feuchtigkeit eindringt und durch eine im Innenraum erfolgende Kondensation von Wasser an den Oberflächen der Wasserpartialdruck der Luft im Innenraum abgesenkt wird, was aufgrund des osmotischen Effektes zu einem unterdruckbedingten Eindringen weiterer Umgebungsluft führen kann.
Falls es in irgendeiner Betriebssituation demgegenüber zu einem Überdruck im Energiespeichersystem kommt (z. B. aufgrund von thermischen Effekten im Energiespeicher), so führt das vorstehend erläuterte Dimensionierungsverhältnis zwar zu einer bevorzugten Luftausströmung (und nicht Lufteinströmung) durch die mit der Entfeuchtungseinrichtung versehene, Luftaustauschpassage. Dies ist jedoch insofern belanglos bzw. unschädlich, weil bei einer solchen Luftausströmung Feuchtigkeit allenfalls aus dem Energiespeichersystem heraus, jedoch nicht in dieses hinein transportiert wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems umfassend einen in einer Gehäuseanordnung untergebrachten elektrischen Energiespeicher vorgesehen, bei welchem Luft im Bereich einer Luftaustauschpassage der Gehäuseanordnung entfeuchtet wird.
Eine bevorzugte Verwendung dieses Betriebsverfahrens bzw. eines z. B. wie oben beschrieben hierfür geeigneten Energiespeichersystems ergibt sich für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, welches zum Antrieb mit wenigstens einer elektrischen Maschine ausgestattet ist, für deren Versorgung das betreffende Energiespeichersystem genutzt wird.
Die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Energiespeichersystem bereits beschriebenen Ausführungsformen und Weiterbildungen können in analoger Weise, einzeln oder in Kombination, auch für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren vorgesehen sein.
So kann bei dem Betriebsverfahren beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Entfeuchtung mittels einer Kondensationstrocknung durch Tauwasserbildung durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäß verwendete Entfeuchtungseinrichtung kann im Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems permanent betrieben werden. Alternativ ist ein (bedarfsweise) angesteuerter Betrieb der Entfeuchtungseinrichtung möglich, z. B. auf Basis von bevorzugt mittels einer im Innenraum des Energiespeichersystems angeordneten Sensorik gemessenen Betriebsparametern wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, etc.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
2 eine Prinzipdarstellung eines in einen Kühlmittelkreislauf eingebundenen elektrischen Energiespeichersystems.

1 veranschaulicht ein elektrisches Energiespeichersystem 10 eines insgesamt nicht dargestellten, wenigstens eine elektrische Maschine zum Antrieb aufweisenden Hybridfahrzeuges.
Das Energiespeichersystem 10 umfasst eine Gehäuseanordnung 12 und einen darin untergebrachten Energiespeicher 14, der im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Lithium-Ionen-Zellenblock mit zugehöriger Elektronik gebildet ist.
Ganz allgemein ergibt sich bei einem derartigen Energiespeichersystem die Problematik, dass eindringendes Wasser bzw. zusammen mit Umgebungsluft eindringende Feuchtigkeit schwerwiegende Schädigungen des Zellenblockes bzw. der damit zusammengefassten Elektronik verursachen und somit sogar zu einem totalen Ausfall des Energiespeichersystems führen kann.
Ein Spritzwasserschutz kann in einfacher Weise z. B. durch eine Labyrinthdichtung im Bereich der Gehäuseanordnung 12 bewerkstelligt werden. Dies verhindert jedoch nicht ein Eindringen von Luft und somit die vorstehend erläuterte Gefahr von Schäden durch sich im Gehäuseinneren niederschlagende Feuchtigkeit.
Zur Entschärfung dieser Problematik weist das dargestellte Energiespeichersystem 10 einen im Bereich der Gehäuseanordnung 12 vorgesehenen und mit einer Entfeuchtungseinrichtung 16 versehenen Luftaustauschkanal 18 auf.
Der von der Außenseite (äußere Kanalmündung 20) zur Innenseite (Kanalmündung 22) verlaufende Luftaustauschkanal 18 ermöglicht einen Luftaustausch. Den Kanal 18 umgebendes und gut wärmeleitendes Material (Wärmeleitfähigkeit z. B. größer als 1 W/mK, insbesondere größer als 10 W/mK), beispielsweise metallisches Material bildet einen Wärmetauscher 24, der sowohl mit dem Kanal 18 als auch Abschnitten 26-1 und 26-2 eines Kühlmittelkreislaufes in thermischem Kontakt steht. Das Kühlmittel gelangt hierbei über Kühlmitteleingänge 28-1 und 28-2 in die genannten Abschnitte 26-1 bzw. 26-2 und durchströmt sodann sich daran anschließende Abschnitte 30-1 bzw. 30-2, um das Energiespeichersystem 10 an Kühlmittelausgängen 32-1 bzw. 32-2 wieder zu verlassen.
Der Luftkanal 18 bildet in Zusammenwirkung mit dem Wärmetauscher 24 und den Kühlkreislaufabschnitten 26-1, 26-2 somit die nach dem Prinzip einer Kondensationstrocknung durch Tauwasserbildung arbeitende Entfeuchtungseinrichtung 16. über die äußere Kanalmündung 20 einströmende Luft tritt in Kontakt mit der Innenoberfläche des gekühlten Luftkanals 18, so dass Feuchtigkeit aus dieser Luft auskondensiert und entgegen der Lufteinströmungsrichtung nach unten zur Mündung 20 fließt und von dort heraustropft. Die äußere Kanalmündung 20 fungiert somit als Kondensatablauf der als „Kondenswasserabscheider“ ausgebildeten Entfeuchtungseinrichtung 16.
Durch die damit realisierte Entfeuchtung der Luft, welche durch den Luftkanal 18 hindurch nach oben zur inneren Kanalmündung 22 und somit in den Innenraum des Energiespeichers 10 gelangt, wird vorteilhaft die mit Feuchtigkeit einhergehende Gefahr von elektrischen Kriechströmen bzw. Kurzschlüssen im Bereich des Energiespeichers 14 samt damit verbundener Elektronik beseitigt.
Bevorzugt erfolgt die Kühlung des Luftkanals 18 wie dargestellt im Wesentlichen bis hin zur äußeren Kanalmündung 20, so dass an dieser Mündung 20 eintretende Umgebungsluft frühzeitig entfeuchtet wird.
Der zur Kühlung des Energiespeichers 14 ohnehin vorgesehene Kühlmittelkreislauf wird im dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft zum Betrieb der Entfeuchtungseinrichtung 16 mitgenutzt.
Durch die beschriebene serielle Anordnung der Kühlabschnitte 26-1, 26-2 und 30-1, 30-2 kann sichergestellt werden, dass die über den Luftkanal 18 eindringende Luft soweit entfeuchtet wird, dass in den Innenbereichen des Systems 10 jenseits der inneren Luftkanalmündung 22 keine weitere Kondensation mehr stattfinden kann. Abweichend von der in 1 veranschaulichten Geometrie des Luftkanals 18 könnte dieser auch z. B. durch die Zwischenräume von Kühlrippen oder dergleichen gebildet sein, um die zur Kondensation effektive Oberfläche zu vergrößern.
Der in 1 dargestellte mäanderförmige Verlauf des Luftkanals 18 vergrößert dessen Innenoberfläche und wirkt somit zur Steigerung der Entfeuchtungseffizienz bei. Außerdem ist es von Vorteil, wenn der z. B. mäanderförmige Verlauf des Luftkanals 18 so gewählt ist, dass darin beim Entfeuchtungsprozess entstehendes Tauwasser schwerkraftbedingt von selbst zur äußeren Kanalmündung 20 hin abfließt.
An einer anderen Stelle der Gehäuseanordnung 12, bevorzugt wie dargestellt auf der der inneren Kanalmündung 22 entgegengesetzten Gehäuseseite (in 1 oben), ist eine weitere Luftaustauschpassage 34 bestehend aus mehreren relativ kleinen Durchtrittsöffnungen vorgesehen.
Die Dimensionierung dieser weiteren Luftaustauschpassage 34 bzw. der diese ausbildenden Durchgangsöffnungen ist so gewählt, dass der (sich für Luft ergebende) Strömungswiderstand der weiteren Luftaustauschpassage 34 wesentlich größer als der Strömungswiderstand des Luftkanals 18 ist. Damit wird im Falle einer Einströmung von Umgebungsluft in das Energiespeichersystem 10 sichergestellt, dass diese Einströmung im Wesentlichen über den entfeuchtenden Luftkanal 18 und nicht über die (nicht entfeuchtende) weitere Luftaustauschpassage 34 erfolgt.
In dieser Hinsicht könnte eine im Bereich der weiteren Luftaustauschpassage 34 angeordnete Lüftereinrichtung 36 (in 1 gestrichelt eingezeichnet) vorgesehen werden, um eine gezielte Ausströmung von Luft über die weitere Luftaustauschpassage 34 und folglich eine Einströmung über den entfeuchtenden Luftkanal 18 bzw. die Entfeuchtungseinrichtung 16 sicherzustellen. In diesem Fall kann, zumindest während des Betriebes einer solchen Lüftereinrichtung, auch ein relativ niedriger Strömungswiderstand der weiteren Luftaustauschpassage 34 vorgesehen sein. Die Lüftereinrichtung kann z. B. elektrisch betrieben werden, und dies z. B. nur bedarfsweise in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Betriebsparametern, welche repräsentativ für einen Entfeuchtungsbedarf für die im Energiespeichersystem 10 befindliche Luft sind.
2 veranschaulicht die Anbindung des Energiespeichersystems 10 an einen in 2 insgesamt mit 100 bezeichneten Kühlmittelkreislauf.
Der Wärmetauscher 24 der Entfeuchtungseinrichtung 16 ist im Kühlmittelkreislauf des restlichen zu kühlenden Systems in Reihe geschaltet, so dass das betreffende Kühlmedium zuerst an der Entfeuchtungseinrichtung 16 und dann an den zu kühlenden weiteren Systemkomponenten des Energiespeichersystems 10 (z. B. Energiespeicher 14) vorbeiströmt. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Oberflächentemperatur an dem Luftkanal 18 der Entfeuchtungseinrichtung 16 etwas unterhalb der Temperatur der zu kühlenden restlichen Energiespeichersystemkomponenten liegt (z. B. um wenigstens 1 °C). Die Feuchtigkeit in der Luft, welche über den Luftkanal 18 in das Energiespeichersystem 10 eindringt, kondensiert somit bereits in der Entfeuchtungseinrichtung 16, noch bevor diese in diejenigen Innenraumbereiche gelangt, in welchen die elektrischen Komponenten des Energiespeichersystems 10 untergebracht sind.
Das an den Kühlmittelausgängen 32-1 und 32-2 aus dem Energiespeichersystem 10 austretende Kühlmittel gelangt im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Kompressor 102 zur Kompression des Kühlmittels, und erreicht nachfolgend einen Kondensator 104, in welchem dem Kühlmittel Wärme entzogen und an die Umgebung abgegeben wird. Sodann folgt im Kühlmittelkreislauf 100 ein Flüssigkeitsbehälter („Ausgleichsbehälter“) 106. Sodann folgt ein Expansionsventil 108 bzw. Verdampfer 110, in deren Bereich eine Expansion und Verdampfung des Kühlmediums erfolgt, bevor dieses über die Kühlmitteleingänge 28-1 und 28-2 wieder in das Energiespeichersystem 10 eintritt.
Wie in 2 symbolisiert, steht die Expansions- und Verdampfungseinrichtung 108 bzw. 110 in thermischem Kontakt mit demjenigen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufes 100, welcher zwischen dem Energiespeichersystem 10 und dem Kompressor 102 verläuft. Damit kann vorteilhaft der entsprechende Kühlmittel-Temperaturunterschied für eine Abkühlung des Kühlmittels beim Expansions/Verdampfungsprozess genutzt werden.
Es versteht sich, dass die in 2 dargestellte Gestaltung des Kühlmittelkreislaufes 100 lediglich beispielhaft zu verstehen ist und diese Gestaltung in der Praxis in vielfältiger Weise modifiziert werden kann.
Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen Luftaustauschsystem an einem elektrischen Energiespeichersystem eine Kondenswasserbildung insbesondere an aktiv gekühlten Systemspeicherkomponenten ausgeschlossen werden. Wird die mit der Entfeuchtungseinrichtung versehene Luftaustauschöffnung über eine Wärmeaustauschverbindung mit einem ohnehin vorhandenen Kühlmittelkreislauf kombiniert, so ist der konstruktive Mehraufwand gering im Vergleich zu einer prinzipiell auch möglichen Anordnung einer unabhängig von diesem Kühlmittelkreislauf arbeitenden Entfeuchtungseinrichtung. Durch eine möglichst passive Auslegung des Entfeuchtungssystems ist auch ein zusätzlicher energetischer Aufwand entbehrlich. Bei entsprechender Gestaltung kann auf zusätzliche aktive Komponenten für die Luftentfeuchtung verzichtet werden. Insbesondere können z. B. in einer Gehäusewandung, unmittelbar einem Kühlmitteldurchtritt benachbart, ein oder mehrere Luftkanäle in einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet werden, welches unmittelbar in thermischem Kontakt zu einem herabtemperierten, den Kühlmitteldurchtritt durchströmenden Kühlmittel steht.
Ein wesentlicher Vorteil des oben detaillierter beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht darin, dass eine für die Kondensatbildung verantwortliche Oberfläche prinzipbedingt eine niedrigere Temperatur aufweist als das Innere des Energiespeichersystems, da das Kühlmittel zuerst den Luftfeuchtigkeitsabscheider an der Luftaustauschöffnung durchströmt. Bei entsprechender Auslegung der Entfeuchtungseinrichtung wird somit aufgrund der aus der Luft entzogenen Luftfeuchtigkeit im Bereich der restlichen zu kühlenden Systemkomponenten der Taupunkt nicht mehr unterschritten (nachdem die Luft entfeuchtet wurde).

Claims

Elektrisches Energiespeichersystem (10), insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen in einer Gehäuseanordnung (12) untergebrachten elektrischen Energiespeicher (14), wobei die Gehäuseanordnung (12) eine mit einer Entfeuchtungseinrichtung (16) versehene Luftaustauschpassage (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustauschpassage (18) wenigstens einen gekühlten Luftkanal aufweist, welcher die Gehäuseanordnung (12) derart durchsetzt, dass im Luftkanal entstehendes Kondensatwasser im Luftkanal schwerkraftbedingt in Richtung zur Außenseite der Gehäuseanordnung (12) abfließt und der gekühlte Luftkanal (18) einen mäanderartigen Verlauf besitzt.
Energiespeichersystem nach Anspruch 1, wobei die Entfeuchtungseinrichtung (16) zum Feuchteentzug eine Kondensationstrocknung durch Kondensatwasserbildung vorsieht.
Energiespeichersystem nach Anspruch 1 oder 2 wobei die Entfeuchtungseinrichtung (16) über einen Wärmetauscher (24) in einem thermischen Kontakt mit einem Abschnitt (26-1, 26-2) eines Kühlmittelkreislaufes (100) steht.
Energiespeichersystem nach Anspruch 3, wobei der Kühlmittelkreislauf (100) ferner wenigstens einen Abschnitt (30-1, 30-2) zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers (14) und/oder weiterer in der Gehäuseanordnung (12) untergebrachter Systemkomponenten aufweist.
Energiespeichersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend Mittel (34, 36) zum Sicherstellen eines Luftaustausches für den Innenraum der Gehäuseanordnung (12), bei welchem die mit der Entfeuchtungseinrichtung (16) versehene Luftaustauschpassage (18) in Richtung des Innenraumes mit Luft durchströmt wird.
Energiespeichersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gehäuseanordnung (12) wenigstens eine weitere Luftaustauschpassage (34) aufweist, und wobei der Strömungswiderstand der weiteren Luftaustauschpassage(n) (34) wesentlich größer als der Strömungswiderstand der mit der Entfeuchtungseinrichtung (16) versehenen Luftaustauschpassage (18) ist.
Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems (10) umfassend einen in einer Gehäuseanordnung (12) untergebrachten elektrischen Energiespeicher (14), insbesondere in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei Luft im Bereich einer Luftaustauschpassage (18) der Gehäuseanordnung (12) entfeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kondensatwasser, das in einem mäanderförmig verlaufenden Luftkanal der Luftaustauschpassage entsteht, aufgrund der Durchsetzung des Luftkanals durch die Gehäuseanordnung schwerkraftbedingt in Richtung zur Außenseite der Gehäuseanordnung abfließt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zur Entfeuchtung eine Kondensationstrocknung durch Kondensatwasserbildung vorgesehen ist.