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Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, umfassend mindestens eine Batteriezelle und mindestens ein Wärmerohr, das mit der mindestens einen Batteriezelle in thermischem Kontakt steht, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls.
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Die Temperierung bzw. Kühlung von Batteriemodulen ist ein seit langem bekanntes Problem, wobei zur Lösung bereits unter anderem Wärmerohre vorgeschlagen wurden. Wärmerohre (auch Heatpipes genannt) sind vom Prinzip her gasdicht verschlossene Rohre, welche zu einem Teil mit einer Flüssigkeit mit definiertem Siedepunkt gefüllt sind. Im Bereich von 0°C bis ca. 400°C kann beispielsweise Wasser verwendet werden, wobei der Siedepunkt durch den Innendruck des Rohres eingestellt wird. Das Wärmerohr weist dabei einen Verdampferabschnitt und einen Kondensationsabschnitt auf. In der einfachsten Ausführung, auch als Gravitationswärmerohr bezeichnet, sammelt sich die Flüssigkeit am Rohrboden (Verdampferabschnitt) und nimmt dort die Wärme durch Verdampfen auf. Der Dampf steigt dann auf in die kalte Zone (Kondensationsabschnitt), wo er kondensiert und die Verdampfungsenthalpie an die Umgebung abgibt. Anschließend läuft das Kondensat wieder hinab zur Wärmequelle und der Kreislauf schließt sich. Die Vorgänge laufen quasi isotherm ab, weshalb die Temperaturen an den Enden des Wärmerohrs während des Wärmetransports nur minimal differieren. Durch die Nutzung der Verdampfungswärme des Mediums für den Wärmetransport können Wärmerohre ein Vielfaches an Energie abführen im Vergleich zu massiven Wärmeleitern. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wärmerohre leichter sind.
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Aus der
WO 2013/056877 A1 ist ein gattungsgemäßes Batteriemodul bekannt, mit einer Vielzahl von Lithium-Ionen-Zellen und einer Temperiereinheit zur Temperaturregelung der Lithium-Ionen-Zellen, wobei die Temperiereinheit ein oder mehrere Wärmerohre umfasst.
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Aus der
DE 197 24 020 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, umfassend Batteriezellen in einem Gehäuse, wobei das Gehäuse auf einer wärmeleitfähigen Platte steht, in der ein Wärmerohr angeordnet ist. Dabei wird die Wärme der Batteriezellen durch den Gehäuseboden in die Platte übertragen und von dort über das Wärmerohr abgeführt.
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Aus der
EP 2 370 280 B1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen der Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, das eine Klimaanlage enthält, deren Verdampfer geeignet ist, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen, und in einem geschlossenen Raum enthalten ist, wobei die Batterie sich in einem Behälter befindet. Der Raum des Verdampfers ist an einen Kanal angeschlossen, dessen Ausgang zu einer Wärmetauschzone gerichtet ist, die auf mindestens einer Außenseite des Behälters vorgesehen ist, wobei die Wärmetauschzone einen Bereich außerhalb des Behälters, der gegenüber dem Ausgang des Kanals angeordnet ist, und einen Bereich aufweist, der gegenüber dem Innern des Behälters angeordnet ist. Die Wärmetauschzone besteht aus einem Kühler, der eine metallische Grundplatte aufweist, die auf einer ihrer Seiten eine erste Reihe von Rippen, die zum Ausgang des Kanals gerichtet sind, und auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Reihe von Rippen aufweist, die ins Innere des Behälters gerichtet sind. Der Kühler ist dicht an eine Außenwand des Behälters angeschlossen, die sich gegenüber dem Ausgang des Kanals befindet. Die Vorrichtung enthält Einrichtungen zum Wärmeaustausch durch Konduktion zwischen den Rippen des Kühlers und der Batterie, wobei diese Einrichtungen eine metallische Struktur oder Wärmeleitrohre enthalten.
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Ein Problem bei allen bekannten Lösungen ist, dass diese zwar eine Wärmeabfuhr beschreiben, jedoch einen Wärmeeintrag von außen in die Batterie nicht verhindern. Eine solche Wärmequelle ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor. Dies kann dazu führen, dass das Batteriemodul trotz Kühlung Temperaturen erreicht, die zu einer Leistungsbegrenzung führen.
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Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Wärmerohren ist, dass sich der Wärmetransport nur schlecht bzw. gar nicht steuern lässt.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Batteriemodul mit mindestens einem Wärmerohr zu schaffen, bei dem der Wärmetransport gesteuert werden kann, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Batteriemoduls zur Verfügung zu stellen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu umfasst das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und mindestens ein Wärmerohr, das mit der mindestens einen Batteriezelle in thermischem Kontakt steht, wobei das Wärmerohr einen Verdampferabschnitt und einen Kondensationsabschnitt aufweist. Dabei sei angemerkt, dass der Querschnitt des Wärmerohrs nicht kreisförmig sein muss. Vielmehr sind auch andere, beispielsweise rechteckförmige, Querschnitte möglich. Sind mehrere Batteriezellen vorhanden, so muss nicht jeder Batteriezelle ein Wärmerohr zugeordnet sein. An dem Verdampferabschnitt und/oder dem Kondensationsabschnitt ist mindestens ein oberflächenvergrößerndes Element angeordnet. Dieses besteht aus einem gut wärmeableitenden Material wie beispielsweise Kupfer. Die Funktion des oberflächenvergrößernden Elements an dem Verdampferabschnitt ist es, den Wärmetransport von der Batteriezelle zum Wärmerohr zu verbessern. Daher kann dieses Element auch als Wärmesammler bezeichnet werden. Die Funktion des oberflächenvergrößernden Elements am Kondensationsabschnitt ist es primär, die Wärmeabfuhr aus dem Wärmerohr zu verbessern. Daher kann man dieses Element auch als Kühlkörper bezeichnen.
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Weiter weist das Batteriemodul mindestens einen Aktor auf, wobei mittels des mindestens einen Aktors mindestens ein oberflächenvergrößerndes Element relativ zu dem Wärmerohr verschiebbar ist. Hierdurch kann der Wärmetransport zwischen der Batteriezelle und dem Wärmerohr sehr einfach gesteuert werden. Die relative Verschiebung ist dabei derart, dass in mindestens einer Position eine gute thermische Kopplung zwischen Wärmerohr und oberflächenvergrößerndem Element existiert und in mindestens einer Position eine schlechtere thermische Kopplung vorliegt. Dabei kann diese Verschiebung auch bewirken, dass in einer Position mechanischer Kontakt und in der anderen Position Wärmerohr und oberflächenvergrößerndes Element räumlich getrennt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass beiden Abschnitten des Wärmerohres ein oberflächenvergrößerndes Element zugeordnet ist, aber nur eines durch einen Aktor verschiebbar ist. Des Weiteren ist auch möglich, dass beiden oberflächenvergrößernden Elementen für die beiden Abschnitte jeweils ein Aktor zugeordnet ist, die voneinander unabhängig arbeiten. Die Aktoren können sowohl aktive als auch passive Aktoren sein, was später noch näher erläutert wird. Des Weiteren kann die Verschiebung kontinuierlich sein oder aber die Verschiebung erfolgt nur zwischen zwei diskreten Positionen. Dabei kann ein oberflächenvergrößerndes Element auch mehreren Wärmerohren zugeordnet sein.
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In einer Ausführungsform ist die Batteriezelle oder sind die Batteriezellen von einer thermischen Isolierung umgeben. Die thermische Isolierung kann dabei beispielsweise ein Fließ oder ein Gehäuse sein. Die thermische Isolierung weist dabei eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, die einen Wärmeeintrag von außen in die Batteriezelle verhindert oder reduziert. Das mindestens eine Wärmerohr ist dabei durch die thermische Isolierung geführt, sodass der Verdampferabschnitt innerhalb der thermischen Isolierung und der Kondensationsabschnitt außerhalb der thermischen Isolierung angeordnet ist. Dadurch kann weiterhin Wärme von den Batteriezellen abgeführt werden, der Wärmeeintrag von außen jedoch stark reduziert werden. Lediglich über das Rohr des Wärmerohres kann Wärme von außen in den von der thermischen Isolierung umgebenen Raum eingeleitet werden. Da jedoch der Flächenanteil des Durchganges durch die thermische Isolierung im Verhältnis zur Gesamtoberfläche der thermischen Isolierung gering ist, ist dieser Wärmeeintrag äußerst gering. Durch die Verschiebung der oberflächenvergrößernden Elemente, insbesondere der den Kondensationsabschnitten zugeordneten Elemente, kann der Wärmeeintrag von außen weiter reduziert werden.
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Prinzipiell kann das oder können die Wärmerohre als Gravitationswärmerohre ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Wärmerohr jedoch als kapillarisches Wärmerohr ausgebildet. Diese weisen üblicherweise einen mittigen Kanal mit einem großporigen Material und einen umgebenen Kanal mit einem kleinporigen Material auf, über den das kondensierte Medium auch gegen die Schwerkraft über Kapillarkraft zum Verdampfungsabschnitt zurückgeführt werden kann. Neben dem Vorteil, dass die Wärmerohre nicht mit Gefälle eingebaut werden müssen, erlaubt ein kapillarisches Wärmerohr darüber hinaus auch ein Heizen des Batteriemoduls unter bestimmten Voraussetzungen. Ist beispielsweise die Umgebungstemperatur größer als die Siedetemperatur des Mediums im Wärmerohr, die Temperatur im Innern der thermischen Isolierung jedoch niedriger als die Siedetemperatur, so kann durch die Kapillarkraft Flüssigkeit in den eigentlichen Kondensationsabschnitt fließen. Dort nimmt die Flüssigkeit Wärme der Umgebung auf, verdampft und kehrt als Dampf zurück zum Verdampfungsabschnitt an der Batteriezelle und kann dort kondensieren und seine Wärme abgeben. In dieser Situation arbeitet das Wärmerohr quasi umgekehrt. Das kapillarische Wärmerohr erlaubt also ohne separate Steuerung eine gute Wärmeabfuhr von den Batteriezellen im Normalbetrieb und sogar eine Beheizung der Batteriezellen, wenn die Umgebungstemperatur über und die Batteriezellentemperatur unter der Siedetemperatur des Mediums ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Rohr des Wärmerohres zwischen dem Verdampferabschnitt und dem Kondensationsabschnitt einen Isolations-Abschnitt auf, der eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die beiden anderen Abschnitte, wobei der Isolations-Abschnitt im Bereich des Durchgangs des Wärmerohres durch die thermische Isolierung angeordnet ist. Dies erlaubt einen guten Wärmeeintrag in und einen guten Wärmeaustrag aus dem Wärmerohr bei gleichzeitig thermischer Isolierung gegen Wärmeeintrag von außerhalb der thermischen Isolierung. Der Kondensationsabschnitt und der Verdampferabschnitt bestehen vorzugsweise aus Kupfer, wobei der Isolations-Abschnitt aus Kunststoff ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das oberflächenvergrößernde Element am Kondensationsabschnitt als Platte mit mindestens einer Vertiefung ausgebildet, wobei das oder die Wärmerohre derart zu den Vertiefungen ausgerichtet sind, dass diese in die Vertiefungen eintauchen. Dies erlaubt die Verwendung nur eines oberflächenvergrößernden Elements für alle Kondensationsabschnitte der Wärmerohre, wobei prinzipiell auch nur ein Aktor für dieses Element notwendig ist. Dies ist aber nicht zwingend. So ist es möglich, die eine Platte durch mehr als einen Aktor zu bewegen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um die Hubbewegung der Platte über die volle Breite zu vergleichsmäßigen. Des Weiteren ist es denkbar, die eine Platte in mehrere Platten zu unterteilen. Tauchen dann die Wärmerohre in die Vertiefungen ein, so wird eine gute Wärmekopplung erreicht. Entsprechend wird die Wärmekopplung reduziert, wenn die Wärmerohre aus den Vertiefungen gezogen werden und von der Platte beabstandet sind. Alternativ kann das Element als Kühlgitter mit Bohrungen für die Wärmerohre ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform läuft um die oberflächenvergrößernden Elemente an dem Kondensationsabschnitt und die thermische Isolierung eine weitere thermische Isolierung. Diese weitere thermische Isolierung verhindert einen Austausch von Wärme mit der Umgebung. Vorzugsweise ist die weitere thermische Isolierung als Faltenbalg ausgebildet. Vorzugsweise kommt dabei die gemeinsame Platte mit Vertiefungen oder ein gemeinsames Kühlgitter als oberflächenvergrößerndes Element zur Anwendung, da dies die Abdichtung vereinfacht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das oberflächenvergrößernde Element an dem Verdampferabschnitt als mindestens ein Blech, vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildet. Über die große Fläche des Bleches kann sehr viel Wärme von der Batteriezelle aufgenommen und abgeleitet werden. Vorzugsweise ist an jeder Umfangswand der Batteriezelle solch ein Blech angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Aktor als Formgedächtnislegierung oder als Dehnstoffelement oder als Bi-Metall ausgebildet. Der Vorteil dieser passiven Aktoren ist, dass diese keine separate Ansteuerung, Zusatzenergie, Sensorik oder Elektronik benötigen. Vielmehr existiert jeweils eine vorab einstellbare Temperatur, bei der der Aktor durch Formänderung eine Kraft erzeugt. Formgedächtnislegierungen haben die Eigenschaft, ihre Gitterstruktur bei einer bestimmten, in Grenzen einstellbaren Temperatur zu ändern. Dabei können diese Arbeit verrichten, etwa indem sie sich verkürzen (Drahtaktor) oder eine bestimmte, vorher antrainierte Form annehmen. Werden sie unter ihre Umwandlungstemperatur abgekühlt, kann man sie mit einem Bruchteil der Kraft, die sie als Aktor beim Erwärmen aufbringen, wieder in ihre Ausgangslage bringen. Als Dehnstoffelement bezeichnet man einen mit Dehnstoff gefüllten Aktor. Das Dehnstoffelement besteht in der Regel aus einem Gehäuse, einem Arbeitskolben und dem Dehnstoff. Durch Temperaturänderung findet ein materialabhängiger Phasenübergang statt. Dabei erfährt der Dehnstoff eine signifikante Volumenänderung. Kühlt der Dehnstoff wieder ab, wird der Arbeitskolben meist durch ein Federmechanismus in das Gehäuse zurückgedrückt. Prinzipiell kann der Aktor aber auch als aktiver Aktor, beispielsweise als Elektromotor, ausgebildet sein. Dies erlaubt komplexere und flexiblere Ansteuerstrategien, ist aber entsprechend aufwendiger.
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Vorzugsweise ist das Medium des Wärmerohrs Wasser, da dieses über Einstellung des Drucks einen weiten Bereich von Siedetemperaturen abdecken kann, ungiftig und preiswert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmerohr entlang einer Umfangsfläche der Batteriezelle angeordnet. Neben der vergrößerten Aufnahmefläche für Wärme bewirkt dies einen Wärmetransport von unten nach oben, was eine Zirkulation innerhalb der Batteriezelle unterstützt, was insbesondere bei Blei-Säure-Batterien vorteilhaft ist.
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In einer weiteren Ausführungsform liegt die Siedetemperatur des Mediums zwischen 20°C bis 30°C, sodass frühzeitig vor Erreichen einer kritischen Temperatur für die Batteriezellen die Wärmeabfuhr einsetzt.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Batteriemoduls ist der Einsatz als Bordnetz-, Starter- oder Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein Batteriemodul,
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2 einen schematischen Querschnitt durch ein kapillarisches Wärmerohr,
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3 eine schematische Seitenansicht auf einen Teil des Batteriemoduls mit abgesenktem oberflächenvergrößerndem Element,
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4 eine schematische Seitenansicht auf einen Teil des Batteriemoduls mit angehobenem oberflächenvergrößerndem Element,
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5 eine schematische Vorderansicht auf eine Ausführungsform mit einem oberflächenvergrößernden Element an dem Verdampferabschnitt und
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6 eine schematische Seitenansicht zur Darstellung der Bewegung des oberflächenvergrößernden Elements gemäß 5.
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In der 1 ist schematisch ein Batteriemodul 1 im Querschnitt dargestellt, wobei der Schnitt derart gelegt wurde, dass eine Vorderwand einer thermischen Isolierung 2 weggeschnitten wurde, ohne eine innerhalb der thermischen Isolierung 2 befindliche Batteriezelle 3 zu schneiden. Neben der bereits erwähnten thermischen Isolierung 2 und der Batteriezelle 3 umfasst das Batteriemodul 1 mehrere Wärmerohre 4, wobei in 4 vier Wärmerohre 4 dargestellt sind. Dabei ist jeweils ein Wärmerohr 4 an einer linken Seitenwand 5 und ein Wärmerohr 4 an der rechten Seitenwand 6 der Batteriezelle 3 angeordnet sowie zwei Wärmerohre 4 an einer Vorderwand 7. Die Wärmerohre 4 erstrecken sich dabei über die volle Höhe der Batteriezelle 3. Vorzugsweise sind um die gesamte Umfangsfläche der Batteriezelle 3 weitere Wärmerohre angeordnet, die durch die dargestellten Wärmerohre 4 verdeckt sind. Zwischen der Batteriezelle 3 und der thermischen Isolierung 2 ist Luft oder ein Vakuum 8, um eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit zwischen der thermischen Isolierung 2 und der Batteriezelle 3 zu erreichen. Die Wärmerohre 4 umfassen jeweils ein Rohr 9, das aus drei Abschnitten besteht. Dabei bildet der untere Abschnitt einen Verdampferabschnitt 10 und der obere Abschnitt einen Kondensationsabschnitt 12 des Wärmerohrs 4. Der mittlere Abschnitt stellt einen thermischen Isolations-Abschnitt 11 dar. Die Wärmerohre 4 sind durch die thermische Isolierung 2 geführt, wobei der thermische Isolations-Abschnitt 11 im Bereich des Durchgangs durch die thermische Isolierung 2 liegt. Der Kondensationsabschnitt 12 liegt außerhalb der thermischen Isolierung 2, wobei an dessen Ende ein Element 13 zur Oberflächenvergrößerung angeordnet ist, das als Platte ausgebildet ist. Dabei weisen der Verdampferabschnitt 10 und der Kondensationsabschnitt 12 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise sind diese beiden Abschnitte 10, 12 aus Kupfer. Der Isolations-Abschnitt 11 weist gegenüber den Abschnitten 10, 12 eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf und ist beispielsweise aus Kunststoff. Das plattenförmige Element 13 weist Vertiefungen auf, in die mindestens ein Teil der Kondensationsabschnitte 12 der Wärmerohre 4 eintauchen. Dabei können die Vertiefungen derart dimensioniert sein, dass es auch zu einem mechanischen Kontakt zwischen plattenförmigen Element 13 und Kondensationsabschnitt kommt. Dies ist aber nicht zwingend. Zumindest ist in dieser Lage eine gute Wärmekopplung zwischen Wärmerohr 4 und plattenförmigen Element 13 gegeben. Um das plattenförmige Element 13 und die thermische Isolierung 2 läuft eine weitere thermische Isolierung 17 herum, die beispielsweise als Faltenbalg ausgebildet ist. Die Funktion der weiteren thermischen Isolierung 17 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 3 und 4 näher erläutert. Schließlich sei noch angemerkt, dass zwischen der Batteriezelle 3 und den Verdampferabschnitten 10 der Wärmerohre 4 weitere oberflächenvergrößernde Elemente angeordnet sein können. Dies können beispielsweise Bleche sein, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen. Die Bleche sind vorzugsweise an der Vorderwand 7, der Rückwand und den Seitenwänden 5, 6 der Batteriezelle 3 angeordnet.
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Die Wärmerohre 4 sind als kapillarische Wärmerohre 4 ausgebildet (siehe auch 2). Das Wärmerohr 4 weist dazu im Innern des geschlossenen Rohres 9 einen Kern mit großporigem Material 14 und einen Mantel mit kleinporigem Material 15 auf. In dem Wärmerohr 4 befindet sich ein Medium mit einer definierten Siedetemperatur Ts von beispielsweise 25°C. Das Medium ist beispielsweise Wasser, wobei die Siedetemperatur Ts durch einen entsprechenden Unterdruck im Wärmerohr 4 eingestellt wird. Die Temperatur der Batteriezelle 3 wird mit Ti und die Temperatur der Umgebung am Kondensationsabschnitt 12 wird mit Ta bezeichnet.
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In den 3 und 4 ist eine Vorderansicht auf einen Teil des Batteriemoduls 1 dargestellt. Dabei ist links und rechts jeweils ein Kniehebel 18 dargestellt, wobei jeweils ein Schenkel 19 des Kniehebels 18 mit der thermischen Isolierung 2 und jeweils der andere Schenkel 20 des Kniehebels 18 mit dem plattenförmigen Element 13 verbunden ist. Zwischen dem Kniehebel 18 ist eine Stange 21 oder Draht aus einer Formgedächtnislegierung angeordnet. Die Kniehebel 18 und die Stange 21 bilden einen Aktor 20.
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In der 3 ist nun dargestellt, dass die Temperatur Ta der Umgebung unter der Umgebungstemperatur der Formgedächtnislegierung ist. Das plattenförmige Element 13 ist abgesenkt und die Wärmerohre 4 sind thermisch mit dem Element 13 gekoppelt. Die Wärme der Batteriezelle 3 kann somit über die Wärmerohre 4 und das Element 13 nach außen abgeführt werden. Erreicht dann die Umgebungstemperatur die Umwandlungstemperatur der Stange 21, so zieht sich diese zusammen und hebt über die Kniehebel 18 das Element 13 an, sodass die thermische Kopplung unterbrochen oder reduziert wird (siehe 4). Dadurch wird der Wärmetransport unterbrochen. Es kann nun zwar keine Wärme mehr von der Batteriezelle 3 abgeführt werden, aber auch keine Wärme von außen in die Batteriezelle 3 eingekoppelt werden. Die weitere als Faltenbalg ausgebildete thermische Isolierung 17 verhindert nun den Verlust von Wärme direkt aus den nun freien Kondensationsabschnitten 12 der Wärmerohre 4 durch Konvektion nach außen. Gleichzeitig verhindert die thermische Isolierung 17 auch einen Wärmeeintrag von außen.
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Kühlt dann die Stange 21 wieder unter ihre Umwandlungstemperatur ab, verliert diese einen großen Teil ihrer Spannung und das Element 13 senkt sich durch sein Gewicht wieder auf die Wärmerohre 4, genauer die Kondensationsabschnitte 12 ab. Dies kann gegebenenfalls auch durch nicht dargestellte federnde Elemente, welche sich während des Anhebens verspannen, unterstützt werden. Die Umwandlungstemperatur der Stange 21 stellt also eine vorbestimmte Grenztemperatur Tg dar, in deren Abhängigkeit die Bewegung erfolgt. Aus Symmetriegründen sind vorzugsweise zwei Aktoren (jeweils einer an der Vorderseite und einer an der Rückseite) vorgesehen, um das Element gleichmäßig zu heben und zu senken.
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Es sind auch Anwendungsfälle denkbar, wo der Aktor 20 umgekehrt arbeiten soll. Durch eine entsprechend angepasste Umlenkung kann dann das Element 13 angehoben werden, wenn eine bestimmte Temperatur unterschritten wird. Umgekehrt wird dann das Element in warmer Umgebung durch den Aktor 20 gegen die Kraft federnder Elemente auf die Wärmerohre 4 gedrückt.
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Ergänzend sei angemerkt, dass das Element 13 statt als Platte auch als Kühlgitter 24 ausgebildet sein kann (siehe auch 5). Des Weiteren sei angemerkt, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel die Bewegung durch den Aktor 20 vertikal auf und ab ist. Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, wo durch den Aktor 20 eine Horizontalbewegung erzeugt wird. Beispielsweise liegen die Wärmerohre 4 in den Vertiefungen derart, dass diese in einer ersten Position von dem Element beabstandet sind und in einer zweiten Position das Element berühren.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetransport auch dadurch unterbrochen oder hergestellt werden, indem ein oberflächenvergrößerndes Element, das dem Verdampferabschnitt 10 des Wärmerohres 4 zugeordnet ist, relativ zu dem Wärmerohr 4 verschoben wird. Dies soll nun anhand der 5 und 6 näher erläutert werden.
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In der 5 sind zwei Wärmerohre 4 dargestellt, die jeweils einen horizontalen Abschnitt 22 und einen vertikalen Abschnitt 23 aufeisen. Die vertikalen Abschnitte 23 entsprechen den Kondensationsabschnitten 12 und die horizontalen Abschnitte 22 entsprechen den Verdampferabschnitten 10. Die vertikalen Abschnitte 23 sind durch ein Kühlgitter 24 als Element 13 geführt, das die Wärme am Kondensationsabschnitt 12 abführt. Die horizontalen Abschnitte 22 sind mit einem Blechstreifen 25 verbunden, beispielsweise verlötet. Unterhalb des Blechstreifens 25 ist ein oberflächenvergrößerndes Element 26 in Form eines Bleches angeordnet, das beispielsweise als Kupferblech ausgebildet ist. Durch mindestens einen Aktor 20 kann nun das Element 26 relativ zu dem Blechstreifen 25 verschoben werden, sodass diese sich entweder berühren oder voneinander getrennt sind.
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Das Prinzip soll anhand 6 erläutert werden, wobei 6 nur eine Prinzipdarstellung ist und keine exakte Seitenansicht der Darstellung gemäß 5. Der Aktor 20 besteht beispielsweise aus zwei Federn 27, 28 aus einer Formgedächtnislegierung. Dabei weist die linke Feder 27 beispielsweise eine Umwandlungstemperatur T1 und die rechte Feder 28 eine Umwandlungstemperatur T2 auf, wobei sich die Federn 27, 28 oberhalb der Umwandlungstemperatur T1, T2 ausdehnen. Im dargestellten Fall liegt also die Temperatur Ti der Batteriezelle 3 zwischen T1 und T2. Das Element 26 ist vom Blechstreifen 25 getrennt und der Wärmetransport unterbrochen. Steigt dann die Temperatur Ti über T2 an, entspannt die Feder 28 und drückt das Element 26 gegen den Blechstreifen 25. Dabei wird die Feder 27 durch die Kraft der Feder 28 gestaucht. Der Wärmetransport ist hergestellt. Alternativ kann die Feder 27 auch eine normale Feder sein. Vorzugsweise ist das Element 26 fest mit der Batteriezelle 2 verbunden, sodass nur ein Teil des Elements 26 durch den Aktor 20 bewegt wird, um den Blechstreifen 25 zu kontaktieren. Anstelle der Federn 27, 28 aus Formgedächtnislegierung können auch Biegebalken aus Formgedächtnislegierungen verwendet werden. Des Weiteren können auch Dehnstoffelemente oder Bi-Metalle als Aktor 20 verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/056877 A1 [0003]
- DE 19724020 A1 [0004]
- EP 2370280 B1 [0005]