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Title:
CONDENSATION DEVICE, COOLING DEVICE FOR A TRACTION BATTERY, ELECTRICALLY OPERATABLE VEHICLE WITH A TRACTION BATTERY AND A COOLING DEVICE, AND METHOD FOR COOLING A TRACTION BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/074264
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a condensation device (12, 13) for installing on a vehicle (1) in order to form a cooling device (6) for cooling a traction battery (2) of the vehicle (1) by means of a fluid (19), comprising an inlet (32) for gaseous fluid (19), an outlet (33) for condensed fluid (19), and a heat exchanger element (31) for receiving heat from the fluid (19) and dispensing heat to an external environment (35) of the heat exchanger element. The condensation device (12, 13) is characterized in that the condensation device (12, 13) has a pressure equalization device (20) for equalizing the pressure between the interior (34) of the condensation device (12, 13) and the external environment (35). The invention additionally relates to a cooling device (6) for cooling a traction battery (2) of a vehicle (1) by means of a fluid (19), comprising a cooling circuit (42), wherein the cooling device (6) has a pressure equalization device (20) for equalizing the pressure between the interior (34) of the cooling device (6) and the external environment (35).

Inventors:
HAAS FELIX (DE)
LIPPERHEIDE MORITZ (DE)
WOLF HARTMUT (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/078983
Publication Date:
April 22, 2021
Filing Date:
October 15, 2020
Export Citation:
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Assignee:
KAUTEX TEXTRON GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H01M10/613; F25B39/04; H01M10/625; H01M10/6569
Foreign References:
DE4441162A11996-06-05
CN109346801A2019-02-15
EP2903076A12015-08-05
CN105644381A2016-06-08
US20160274628A12016-09-22
Attorney, Agent or Firm:
RICHLY & RITSCHEL (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zur Anbringung an einem

Fahrzeug (1) zur Bildung einer Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) des Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Einlass (32) für gasförmiges Fluid (19), einem Auslass (33) für kondensiertes Fluid (19), und einem Wärmetauscherelement (31) zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid (19) und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung (35) davon, wobei die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) dadurch ge kennzeichnet ist, dass die Kondensierungsvorrichtung (12, 13) eine Druckaus- gleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem In nenraum (34) der Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.

2. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) ein Druckausgleichsven til (22) aufweist.

3. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Steuervorrichtung (37) aufweist oder die Steuervorrichtung (37) der Druckaus gleichsvorrichtung (20) zugeordnet ist, und das Druckausgleichsventil (22) ein steuerbares Druckaus- gleichsventil (22) ist, das über die Steuervorrichtung (37) an steuerbar ist.

4. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Trocknungseinrich tung (41) aufweist, die in einem Einströmpfad (36) der Druck ausgleichsvorrichtung (20) angeordnet ist.

5. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) einen kaminartig aus geführten Ausströmpfad (36) aufweist.

6. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Filtereinrichtung

(38) aufweist, die in einem Ausströmpfad (36) der Druckaus gleichsvorrichtung (20) angeordnet ist und gasförmiges Fluid (19) zurückhält.

7. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Entladevorrichtung

(39) aufweist, die ausgeführt und angeordnet ist, in der Fil tereinrichtung (38) zurückgehaltenes Fluid (19) zurückzugewin nen.

8. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (20) eine Kühleinheit (40) aufweist, die in oder an einem Ausströmpfad (36) der Druckaus gleichsvorrichtung (20) angeordnet ist.

9. Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement (31) integral mit der Druckaus gleichsvorrichtung (20) ausgeführt ist, oder das Wärmetauscherelement (31) und die Druckausgleichsvor richtung (20) separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln mit einander verbunden sind.

10. Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) eines Fahrzeugs (1) mit einem Fluid (19), mit einem Kühlkreislauf (42) umfassend eine Verdampfungsvorrichtung (7) zur Anbringung in einem Gehäusekörper (3) der Traktionsbatterie (2), wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zur An bringung an dem Fahrzeug (1) außerhalb des Gehäusekörpers (3) der Traktionsbatterie (2), und wenigstens eine Verbindungsleitung (17, 18), die in der Verdampfungsvorrichtung (7) verdampftes Fluid (19) zu der we nigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und konden siertes Fluid (19) von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zurück zu der Verdampfungs vorrichtung (7) leitet, wobei die Kühlvorrichtung (6) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Druckausgleichsvorrichtung (20) zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) aufweist.

11. Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.

12. Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, dass die Kühlvorrichtung (6) einen Vorratsbehälter aufweist zur Abgabe von Fluid (19) in den Kühlkreislauf (42), insbesondere zur Abgabe von flüssigem Fluid (19) in den Kühlkreislauf (42).

13. Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (6) eine Mehrzahl Kondensierungsvor richtungen (12, 13) aufweist, und die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen (12, 13) insbeson dere zur verteilten Montage an dem Fahrzeug (1) ausgeführt sind, besonders bevorzugt in Längsrichtung (14) des Fahrzeugs (1) vor und hinter der Verdampfungsvorrichtung (7).

14. Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) mit einer Traktions batterie (2) und einer Kühlvorrichtung (6) nach einem der vor hergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei die Traktionsbatterie (2) mit ihrem Gehäusekörper (3) und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung (7) in einem Bo denbereich (8) des Fahrzeugs (1) angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung (12, 13) au ßerhalb der Traktionsbatterie (2) in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrichtung (7) angebracht ist, und ein Fluid (19) in der Kühlvorrichtung (6) aufgenommen ist.

15. Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie (2) eines Fahrzeugs (1) mit einer Kühlvorrichtung (6) und einem darin auf genommenen Fluid (19), umfassend die Schritte

Verdampfen des flüssigen Fluides (10) in einer Verdamp fungsvorrichtung (7) in einem Gehäusekörper (3) der Traktions batterie (2) durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen (4) der Traktionsbatterie (2),

Transportieren des verdampften Fluides (19) von der Ver dampfungsvorrichtung (7) zu wenigstens einer Kondensierungsvor richtung (12, 13), die an dem Fahrzeug (1) angebracht ist,

Kondensieren des verdampften Fluides (19) in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung (35), und Transportieren des kondensierten Fluides (19) von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) zu der Verdampfungsvorrichtung (7), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Schritt zum Durchführen eines Druckausgleichs zwi schen einem Innenraum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äu ßeren Umgebung (35) aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innen raum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Belüften des Innenraums (34) mit einem Belüftungsgas (46), insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschrei ten eines Minimaldrucks umfasst.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüften des Innenraums (34) mit einem Belüftungsgas

(46), insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Un terschreiten eines Minimaldrucks ein Entfeuchten des eintreten den Belüftungsgases (46), insbesondere Umgebungsluft, umfasst.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innen raum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Durchführen des Druckausgleichs zwischen einem Innenraum (34) der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung (12, 13) und der äußeren Umgebung (35) umfasst.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, dass das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innen raum (34) der Kühlvorrichtung (6) und der äußeren Umgebung (35) ein Entlüften des Innenraums (34) beim Erreichen oder Über schreiten eines Maximaldrucks umfasst.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verfahren Schritte umfasst zum Ermitteln eines Systemdrucks,

Ermitteln einer Systemtemperatur,

Bestimmen eines Anteils gasförmigen Fluides (19) basierend auf dem Systemdruck, der Systemtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides (19) in einem Gasgemisch (48) mit einem Fremdgas basierend auf dem Systemdruck und der Sys temtemperatur, und

Entlüften des Innenraums (34) beim Erreichen eines Anteils gasförmigen Fluides (19) unterhalb eines Grenzanteils.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch ge kennzeichnet, dass das Entlüften des Innenraums (34) ein Rückgewinnen von gas- förmigem Fluid (19) aus einem Gasgemisch (48) umfasst.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt zum Zuführen von Fluid (19) aus einem Fluidvorrat umfasst.

Description:
Kondensierungsvorrichtung, Kühlvorrichtung für eine Traktions batterie, elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Trakti onsbatterie sowie einer Kühlvorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensierungsvorrich tung zur Anbringung an einem Fahrzeug zur Bildung einer Kühl vorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einem Einlass für gasförmiges Fluid, einem Auslass für kondensiertes Fluid, und einem Wärmetauscherelement zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung davon. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einen Kühlkreislauf umfassend eine Verdampfungsvor richtung zur Anbringung in einem Gehäusekörper der Traktions batterie, wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an dem Fahrzeug außerhalb des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie, und wenigstens eine Verbindungsleitung, die in der Verdampfungsvorrichtung verdampftes Fluid zu der wenigs tens einen Kondensierungsvorrichtung und kondensiertes Fluid von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zurück zu der Verdampfungsvorrichtung leitet.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisch an- treibbares Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer oben angegebenen Kühlvorrichtung, wobei die Traktionsbatterie mit ih rem Gehäusekörper und der darin angebrachten Verdampfungsvor richtung in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung außerhalb der Trakti- onsbatterie in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrich tung angebracht ist, und ein Fluid in der Kühlvorrichtung aufgenommen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einer Kühl vorrichtung und einem darin aufgenommenen Fluid, umfassend die Schritte Verdampfen des flüssigen Fluides in einer Verdampfungs vorrichtung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen der Traktionsbatterie, Trans- portieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvorrich tung zu wenigstens einer Kondensierungsvorrichtung, die an dem Fahrzeug angebracht ist, Kondensieren des verdampften Fluides in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung, und Transportieren des kondensierten Fluides von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zu der Verdampfungsvorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Hochleis tungsbatterien bekannt. In solchen Hochleistungsbatterien, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterien von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb Verwendung finden, werden beim Laden und Entladen hohe Leistungen umgesetzt. Solche Hochleistungsbatte rien können aktuell mit Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt betrieben werden. Außerdem können aktuell Lade- und Entladeströme von mehreren hundert Am pere bis hin zu 1000 Ampere auftreten. Für zukünftige Entwick lungen sind prinzipiell auch höhere Spannungen und Ströme möglich . In den Hochleistungsbatterien verursachen die großen Lade- und Entladeströme große thermische Verluste, die zu einer Erwärmung der Hochleistungsbatterien führen. Um die Batterien vor thermi scher Beschädigung zu schützen und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es wichtig, die Hochleistungsbatterien in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten. Um ein Überschreiten des Temperaturbereichs zu vermeiden, muss Wärme aus den Batte rien abgeführt werden. Dies ist umso wichtiger, je größere Ströme und damit einhergehend größere thermische Verluste auftreten, damit die Batterien auch bei solchen großen Strömen in dem ge wünschten Temperaturbereich bleiben. Aktuelle Batteriezellen in Lithium-Ionen Technik arbeiten am besten in einem engen Tempe raturbereich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Temperaturhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen. Bei solchen Bedingungen können ein sicherer Betrieb der Hochleistungsbatte rien und eine lange Lebensdauer mit gleichbleibender Performance erreicht werden.

Um diese Bedingungen sicherzustellen und ein Überschreiten des Temperaturbereichs zu vermeiden, werden Batteriezellen von ak tuellen Hochleistungsbatterien im Betrieb, d.h. beim Laden und/oder Entladen, gekühlt. Dabei werden aktuell verschiedene Arten der Kühlung verwendet. So kann beispielsweise eine Flüs sigkeitskühlung mit einem von einem flüssigen Wärmetransportme dium durchströmten Wärmeübertrager erfolgen. Der Wärmeübertrager ist meist unter den Batteriezellen angeordnet, wobei der Wärme übertrager über einen Kontaktwärmeübergang wärmeleitfähig mit den Batteriezellen verbunden ist. Dabei wird die Wärmekapazität des flüssigen Wärmetransportmediums verwendet, um von den Bat teriezellen bzw. der jeweiligen Batterie insgesamt abgegebene Wärme über eine Temperaturdifferenz aufzunehmen und entweder di rekt an die Umgebung oder über einen Klimakreislauf abzugeben. Als Wärmetransportmedium werden dabei beispielsweise elektrisch leitfähiges Wasser oder eine ebenfalls elektrisch leitfähige Wasser-Glykol-Mischung verwendet, weshalb eine zuverlässige Trennung des Wärmetransportmediums von den Batteriezellen er forderlich ist.

Eine ähnliche Kühlung kann auch mit Luft als Wärmetransportme dium realisiert werden. Da Luft im Gegensatz zu Wasser nicht elektrisch leitend ist, können die Batteriezellen in direktem Kontakt mit dem Wärmetransportmedium stehen und beispielsweise davon umströmt werden. Ein Wärmeübertrager ist daher nicht zwin gend erforderlich.

Bei aktuell verfügbaren Systemen erfolgt eine aktive Zirkulation des Wärmetransportmediums, um die abgegebene Wärme durch Kon vektion abzuführen. Bei der aktiven Zirkulation wird das Wär metransportmedium aktiv zirkuliert, um die Wärme von den Batteriezellen abzuführen.

Als Weiterentwicklung der Flüssigkeitskühlung mit einem Wärme übertrager in Kontakt zu den Batteriezellen kann das flüssige Wärmetransportmedium durch die Wärmeaufnahme von dem Wärmeüber trager verdampft werden, was zu höheren Wärmeübergängen und durch die Verdampfungsenthalpie zu einer hohen Wärmeaufnahme pro Masse des Wärmetransportmediums führt. Nach einer Kondensation kann das Wärmetransportmedium wieder dem Wärmeübertrager im flüssigen Zustand zugeführt werden.

Teilweise sind auch Systeme zur Kühlung mit einem flüssigen Wär metransportmedium in der Entwicklung, beispielsweise bei der in dustriellen Anwendung für Hochvolt-Traktionsbatterien, die auf einen Wärmeübertrager in Kontakt mit den Batteriezellen verzich ten. Vergleichbar mit der Verwendung von Luft als Wärmetrans portmedium, erfolgt die Kühlung über eine direkte Umströmung der zu kühlenden Komponenten mit dem flüssigen Wärmetransportmedium. Eine wichtige Eigenschaft des flüssigen Wärmetransportmediums ist daher dessen Dielektrizität, da das Wärmetransportmedium in direktem Kontakt mit den Batteriezellen steht, d.h. mit elektrisch leitenden und potentialführenden Komponenten. Darüber hinaus kann auch bei dem dielektrischen, flüssigen Wärmetrans portmedium dessen Verdampfungsenthalpie und der damit verbundene hohe Wärmeübergang genutzt werden, wenn das Wärmetransportmedium durch den Wärmeeintrag von den zu kühlenden Batteriezellen wäh rend des Wärmeüberganges verdampft. Eine solche Kühlung wird als Zwei-Phasen Immersionskühlung bezeichnet.

Bei solchen Systemen mit einer aktiven Zirkulation sind sowohl Gewicht und Energieverbrauch durch zusätzliche Aggregate wie Kompressor oder Pumpe erhöht. Außerdem erfolgt bei einem Strom ausfall im Fahrzeug keine Kühlung der Batteriezellen, was ins besondere im Zusammenhang mit einer vorher erfolgten hohen Leistungsabgabe problematisch ist und zu einem Wärmestau führen kann.

Prinzipiell sind auch Systeme mit einer passiven Zirkulation bekannt, bei denen in der Kühlvorrichtung gasförmiges Fluid auf grund seiner geringeren Dichte aus der Verdampfungsvorrichtung in die Kondensierungsvorrichtung strömt, und kondensiertes Fluid schwerkraftgetrieben von der Kondensierungsvorrichtung zurück in die Verdampfungsvorrichtung strömt. Bei der Verwendung eines Fluides mit einer Siedetemperatur im Bereich einer Umgebungs temperatur bei Normdruck können sich Druckänderungen in der Kühlvorrichtung ergeben, so dass ein Druck in der Kühlvorrich tung von einem Unterdrück bis hin zu einem Überdruck von mehreren bar variieren kann. Eine Bereitstellung einer Kühlvorrichtung und/oder einer Traktionsbatterie wird aber durch eine erforder liche Unterdruckstabilität erschwert, was den Komplexitätsgrad davon bei der Herstellung erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kon densierungsvorrichtung, eine Kühlvorrichtung, ein elektrisch an- treibbares Fahrzeug und ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, die eine effiziente Kühlung von Batteriezellen der Traktionsbatterie bei einem geringen Gewicht und einer hohen Zuverlässigkeit ermöglichen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Kondensierungsvorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kondensie rungsvorrichtung sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundelie gende Aufgabe durch eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbrin gung an einem Fahrzeug zur Bildung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit einem Fluid, mit einem Einlass für gasförmiges Fluid, einem Auslass für kon densiertes Fluid, und einem Wärmetauscherelement zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung davon gelöst.

Die erfindungsgemäße Kondensierungsvorrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Kondensierungsvorrichtung eine Druckaus gleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum der Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlvorrichtung sind in den von Anspruch 10 abhängigen Ansprüchen 11 bis 13 beschrie ben.

Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundelie gende Aufgabe auch durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Fluid gelöst. Die Kühlvorrichtung weist einen Kühlkreislauf auf, umfassend eine Verdampfungsvorrichtung zur Anbringung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie, wenigstens eine Kondensierungsvorrich tung zur Anbringung an dem Fahrzeug außerhalb des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie, und wenigstens eine Verbindungsleitung, die in der Verdampfungsvorrichtung verdampftes Fluid zu der we nigstens einen Kondensierungsvorrichtung und kondensiertes Fluid von der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung zurück zu der Verdampfungsvorrichtung leitet.

Die Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druckausgleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem In nenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird zu sätzlich durch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundelie gende Aufgabe zusätzlich durch ein elektrisch antreibbares Fahr zeug mit einer Traktionsbatterie und einer oben angegebenen Kühlvorrichtung, wobei die Traktionsbatterie mit ihrem Gehäuse körper und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung in ei nem Bodenbereich des Fahrzeugs angebracht ist, die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung außerhalb der Traktionsbatterie in einem Bereich oberhalb der Verdampfungsvorrichtung angebracht ist, und ein Fluid in der Kühlvorrichtung aufgenommen ist, ge löst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den von Anspruch 15 abhängigen Ansprüchen 16 bis 22 beschrieben.

Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundelie gende Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Kühlung einer Trak tionsbatterie eines Fahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung und einem darin aufgenommenen Fluid gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte Verdampfen des flüssigen Fluides in einer Verdamp fungsvorrichtung in einem Gehäusekörper der Traktionsbatterie durch Wärmeaufnahme von Batteriezellen der Traktionsbatterie, Transportieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvor richtung zu wenigstens einer Kondensierungsvorrichtung, die an dem Fahrzeug angebracht ist, und Kondensieren des verdampften Fluides in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung durch Wärmeabgabe an eine äußere Umgebung, und Transportieren des kon- densierten Fluides von der wenigstens einen Kondensierungsvor richtung zu der Verdampfungsvorrichtung.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt zum Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlkreislauf zur Kühlung von Traktionsbatterien von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen dadurch zu verbessern, dass ein Druckausgleich zwi- sehen dem Innenraum und der äußeren Umgebung durchgeführt wird. Dies kann verschiedene Vorteile für den Kühlkreislauf und die Traktionsbatterie bewirken. So kann bei einem sich in der Kühl vorrichtung und damit in der Traktionsbatterie bildenden Unter drück eine Belüftung erfolgen, d.h. es wird Belüftungsgas zugeführt, beispielsweise Umgebungsluft, wodurch der Druck darin steigt. Damit können kritische Unterdrücke in der Kühlvorrich tung und damit in der Traktionsbatterie vermieden werden. Ent sprechend können Anforderungen an eine unterdruckstabile Ausgestaltung des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie oder auch der Kühlvorrichtung reduziert werden, wodurch ein Komplexitäts grad davon bei der Herstellung reduziert wird. Die Belüftung kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Innenraums des Kühlkreislaufs erfolgen. Der Innenraum ist ein prinzipiell be liebiger Teil des Kühlkreislaufs, durch den das Fluid strömt, und schließt einen Innenraum der wenigstens einen Kondensie rungsvorrichtung ein.

Außerdem kann bei einem sich in der Kühlvorrichtung und damit in der Traktionsbatterie bildenden Überdruck eine Entlüftung er folgen, d.h. es wird Gas aus dem Kühlkreislauf abgelassen, wodurch der Druck darin fällt. Das Ablassen des Gases erfolgt bei einem Kühlkreislauf vorzugsweise aus der Kondensierungsvor richtung, in der sich gasförmiges Fluid zum Kondensieren sam melt. Dadurch können hohe Drücke in dem Kühlkreislauf vermieden werden. Außerdem ist es möglich, Belüftungsgas von einer vorhe rigen Belüftung aus dem Kühlkreislauf als Entlüftungsgas abzu lassen. Das Belüftungsgas weist üblicherweise eine niedrigere Siedetemperatur als das Fluid auf. Das Entlüften zum Ablassen des Belüftungsgases gewährleistet eine hohe Effizienz des Kühl kreislaufes und eine ausreichende Kühlung der Traktionsbatterie. Phasenübergänge des Fluides in der Kühlvorrichtung können ein fach erreicht werden, insbesondere beim Kondensieren in der Kon densierungsvorrichtung. Nach dem Belüften mit dem Belüftungsgas erfolgt in der Kühlvorrichtung eine Vermischung des Belüftungs gases mit dem gasförmigen Fluid zu einem Gasgemisch. Dadurch wird der Wärmeübergang insbesondere in der Kondensierungsvor richtung prinzipiell verschlechtert. Entsprechend kann eine Ent lüftung über die Druckausgleichsvorrichtung durch Ablassen von Entlüftungsgas durchgeführt werden. Bevorzugt wird bei der Ent lüftung das beim vorherigen Belüften aufgenommene Belüftungsgas abgelassen, um die Konzentration des gasförmigen Fluides in dem Kühlkreislauf zu erhöhen. Prinzipiell kann aber auch gasförmiges Fluid oder eine Mischung aus gasförmigem Fluid und dem Belüf tungsgas als Entlüftungsgas abgelassen werden. Dabei kann zu sätzlich das Entlüftungsgas gesammelt werden, um dieses dem Kühlkreislauf als Belüftungsgas wieder zuzuführen. Es können prinzipiell beliebige Gase oder Gasgemische als Be- und Entlüf tungsgas verwendet werden. Die Druckausgleichsvorrichtung weist beispielsweise eine Druck ausgleichsöffnung auf, über welche der Druckausgleich durchge führt werden kann. Die Druckausgleichsvorrichtung kann separate Vorrichtungen zur Belüftung und zur Entlüftung aufweisen, oder diese Funktionen integral bereitstellen.

Die Kondensierungsvorrichtung umfasst das Wärmetauscherelement zur Abgabe von Wärme aus dem gasförmigen Fluid an die Umgebung. Das gasförmige Fluid tritt über den Einlass in das Wärmetausche relement ein, kondensiert unter Abgabe von Wärme, und tritt als kondensiertes Fluid über den Auslass aus dem Wärmetauscherele ment aus. Einlass und Auslass können als eine einzelne Öffnung ausgeführt sein, die beide Funktionen realisiert. Typischerweise sind der Einlass und der Auslass durch separate Öffnungen rea lisiert.

Das Fahrzeug ist ein prinzipiell beliebiges Fahrzeug mit elekt rischem Antrieb. Das Fahrzeug kann ausschließlich einen elektri schen Antrieb aufweisen, oder als sogenanntes Hybridfahrzeug eine Kombination aus verschiedenen Antriebsarten aufweisen.

Die Traktionsbatterie ist vorzugsweise eine Hochleistungsbatte rie, die mit Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von meh reren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere betrieben werden kann. Für zukünftige Entwicklungen sind prinzipiell auch höhere Spannungen und Ströme möglich. Um die Hochleistungsbatterie vor thermischer Beschädigung zu schützen und einen hohen Wirkungs grad zu erzielen, wird die Traktionsbatterie in einem gewünsch ten Temperaturbereich gehalten. Aktuelle Batteriezellen solcher Traktionsbatterien sind beispielsweise in Lithium-Ionen Technik hergestellt und arbeiten am besten in einem engen Temperaturbe reich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Tempera turhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen. Die Batteriezellen können einzeln oder als Einheiten/Blöcke/Mo- dule mit mehreren Batteriezellen in dem Gehäusekörper der Trak tionsbatterie aufgenommen sein. Dazu kann der Gehäusekörper geeignete Aufnahmepositionen aufweisen, in denen die Batterie zellen jeweils einzeln oder zu mehreren oder als Batteriemodul aufgenommen sind.

Bei der Kühlvorrichtung kann die Druckausgleichsvorrichtung prinzipiell unterschiedlich angeordnet sein, beispielsweise als Teil der Kondensierungsvorrichtung. Die Kühlvorrichtung kann zu sätzlich weitere Kondensierungsvorrichtungen umfassen, die mit Druckausgleichsvorrichtung oder als konventionelle Kondensie rungsvorrichtungen ohne Druckausgleichsvorrichtung ausgeführt sind.

Die Verdampfungsvorrichtung ist ein Wärmeübertrager oder Wärme tauscher, in dem Wärme von den Batteriezellen der Traktionsbat terie an das flüssige Fluid übertragen wird, so dass dieses verdampfen kann. Eine solche Verdampfungsvorrichtung ist auch als Verdampfer bekannt. Die Kondensierungsvorrichtung ist eben falls ein Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, der Wärme von dem gasförmigen Fluid aufnimmt und an eine Umgebung abgibt, so dass das gasförmige Fluid kondensiert. Eine solche Kondensierungs vorrichtung ist auch als Dampfkondensator oder Verflüssiger be kannt.

Die Traktionsbatterie mit der Verdampfungsvorrichtung ist vor zugsweise in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet, be sonders bevorzugt unterhalb einer Fahrgastzelle, d.h. zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Fahrzeugs. Die Ver dampfungsvorrichtung kann in dem Gehäusekörper der Traktions batterie als separates Bauteil eingebracht sein. Alternativ kann die Verdampfungsvorrichtung fest in dem Gehäusekörper eingebaut sein. Die Verdampfungsvorrichtung kann eine Mehrzahl einzelner Verdampfungselemente umfassen, die gemeinsam die Verdampfungs vorrichtung bilden. Die Verdampfungselemente können dabei bei spielsweise in Kontakt mit Batteriezellen der Traktionsbatterie sein und Mikrokanäle aufweisen oder die Mikrokanäle in Kontakt mit den Batteriezellen bilden. In den Mikrokanälen kann das flüssige Fluid in einer besonders effizienten Weise verdampfen und von den Batteriezellen abgegebenen Wärme aufnehmen.

In der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung kondensiert das Fluid unter Abgabe von Wärme an die Umgebung. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung ist dabei außerhalb des Gehäuse körpers der Traktionsbatterie angeordnet. Die Kühlvorrichtung kann nur eine Kondensierungsvorrichtung umfassen. Bei einer Aus gestaltung der Kühlvorrichtung mit mehreren Kondensierungsvor richtungen können diese auf geeignete Weise an dem Fahrzeug verteilt oder gemeinsam angeordnet sein, um gemeinsam eine er forderliche Gesamtgröße zum Kondensieren des gasförmigen Fluides bereitzustellen. Eine verteilte Anbringung der Kondensierungs vorrichtungen erleichtert die Anbringung an dem Fahrzeug, da die Kondensierungsvorrichtungen einfach an ein Design des Fahrzeugs angepasst werden können und Freiräume des Fahrzeugs nutzen kön nen.

Die wenigstens eine Verbindungsleitung verbindet die Verdamp fungsvorrichtung und die wenigstens eine Kondensierungsvorrich tung. Dabei können sowohl das flüssige Fluid und das gasförmige Fluid zumindest teilweise durch jeweils eine Verbindungsleitung strömen. Vorteilhaft ist jede Kondensierungsvorrichtung mit zwei Verbindungsleitungen angeschlossen, einer Steigleitung für den Transport gasförmigen Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu der Kondensierungsvorrichtung und eine Fallleitung für den Rück transport des flüssigen Fluides. Durch die Verbindung der Ver dampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung über die Verbindungsleitungen wird insgesamt ein entsprechender Fluidkreislauf in dem Kühlkreislauf gebildet, um Wärme von den Batteriezellen der Traktionsbatterie abzuführen und an die Umgebung abzugeben.

Der Kühlkreislauf ist vorzugsweise nach der Art eines Naturum laufs ohne aktive Zirkulation des Fluides ausgeführt. Entspre chend erfolgt bei dem Verfahren ein passives Transportieren des verdampften Fluides von der Verdampfungsvorrichtung zu der we nigstens einen Kondensierungsvorrichtung sowie ein passives Transportieren des kondensierten Fluides von der wenigstens ei nen Kondensierungsvorrichtung zu der Verdampfungsvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist damit nach der Art eines Thermosiphons ausgebildet. Das Thermosiphon ist eine passive Konstruktion, die einen Wärmeaustausch durch Nutzung von natürlicher Konvektion in einem vertikalen Fluidkreislauf zwischen der Verdampfungsvor richtung und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung er möglicht. Die Funktion des Thermosiphons beruht auf einem Dichteunterschied zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Fluides, wobei das gasförmige Fluid in der wenigstens einen Ver bindungsleitung aufgrund seiner geringen Dichte zu der wenigs tens einen Kondensierungsvorrichtung strömt bzw. aufsteigt und das kondensierte Fluid von der wenigstens einen Kondensierungs vorrichtung schwerkraftgetrieben in die Verdampfungsvorrichtung zurückströmt bzw. absinkt. Dabei kann das flüssige Fluid in den Gehäusekörper der Traktionsbatterie zurückströmen bzw. absinken, wo sie sich in einem Plenum mit flüssigem Fluid sammelt, um von dort in die Verdampfungsvorrichtung einzutreten.

Bei vertikaler Anordnung einer mit Dampf gefüllten Steigleitung und einer flüssigkeitsgefüllten Fallleitung herrschen am Boden der beiden Leitungen unterschiedliche statische Drücke aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Dampf-, bzw. Flüssigkeitssäule vor. Werden Steigleitung und Fallleitung am Boden verbunden, wird ein Druckausgleich dadurch hergestellt, dass flüssiges Fluid aus der Fallleitung in Richtung der Dampfsäule in der Steigleitung strömt. Beim Verdampfen und weiteren Erwärmen des Fluides steigt die Konzentration des gasförmigen Fluides in der Verdampfungsvorrichtung. Durch eine stetige Verdampfung des flüssigen Fluides am Boden der Steigleitung bzw. in der Verdamp fungsvorrichtung und eine Kondensation des gasförmigen Fluides am oben Ende der Steigleitung bzw. in der wenigstens einen Kon densierungsvorrichtung und anschließender Rückführung des kon densierten Fluides in die Fallleitung wird der Kreislauf geschlossen und ein dynamischer Umlauf in der Kühlvorrichtung erzeugt.

Der Vorteil des Thermosiphons ist die Vermeidung einer konven tionellen Pumpe oder eines Kompressors zur aktiven Zirkulation des Fluides, wodurch die Komplexität und die Kosten eines Ther mosiphons niedrig gehalten werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kühlvorrichtung unabhängig von einem aktiven Betrieb des Fahrzeugs funktioniert. Beispielsweise kann die Traktionsbatterie mit der Kühlvorrichtung nicht nur beim Laden an einer Ladestation gekühlt werden, sondern auch nach dem Ende des Ladevorgangs, also ohne dass das Fahrzeug aktiv betrieben werden muss, beispielsweise zum Fahren. Somit kann in der Trak tionsbatterie nach dem Betrieb verbliebene Wärme weiter abge führt werden.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung mit einem ausreichenden Höhenunterschied zu der Verdampfungs vorrichtung angeordnet, um einen Thermosiphon zu bilden. Bei spielsweise kann die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung in einem Bereich oberhalb einer Hinterachse des Fahrzeugs, ins besondere oberhalb von Radhäusern der Hinterachse, angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Kon densierungsvorrichtung beispielsweise in einem Bereich oberhalb einer Vorderachse des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb von Rad häusern der Vorderachse, vorzugsweise an einem windschutzschei benseitigen Ende einer Motorhaube des Fahrzeugs, angebracht sein. Durch die Anbringung in diesen Bereichen oberhalb der Vor derachse und/oder der Hinterachse des Fahrzeugs kann typischer weise ein geeigneter Höhenunterschied zwischen der Verdampfungsvorrichtung und der jeweiligen Kondensierungsvor richtung erreicht werden, um eine passive Zirkulation des Flui des in der Kühlvorrichtung nach der Art des Thermosiphons zu erreichen. Außerdem ermöglicht die Anbringung der wenigstens ei nen Kondensierungsvorrichtung in diesem Bereich eine einfache Zufuhr von Umgebungsluft zur Kühlung der wenigstens einen Kon densierungsvorrichtung und zur Abfuhr von Wärme. Insbesondere beim Fahren kann ein dadurch entstehender Luftstrom der Umge bungsluft einfach zu der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung geleitet werden, um diese zu belüften und eine gute Kühlung zu bewirken. Beispielsweise kann die Umgebungsluft über die Rad häuser zu der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung geleitet wer den. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung ist in beiden Fällen in Längsrichtung des Fahrzeuges möglichst nahe an der Traktionsbatterie montiert, sodass auch bei einer Neigung des Fahrzeuges noch ein ausreichender Höhenunterschied zwischen der Verdampfungsvorrichtung und der wenigstens einen Kondensierungs vorrichtung sichergestellt ist. So kann bei typischen Fahrzeugen bei einer solchen Anbringung der wenigstens einen Kondensie rungsvorrichtung auch bei einer Neigung von beispielsweise 18° noch eine Mindesthöhendifferenz zwischen einem Flüssigkeitsspie gel des Fluides in der Verdampfungsvorrichtung in dem Gehäuse körper und der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung erreicht werden, so dass die Funktion der Kühlvorrichtung bei einer passiven Ausgestaltung als Thermosiphon sichergestellt ist.

Das Fluid ist ein Wärmetransportmedium und hat vorzugsweise eine Siedetemperatur von 10°C bis 80°C bei Umgebungsdruck. Durch das Verdampfen des Fluides wird eine maximale Kühlwirkung erzielt, weshalb eine niedrige Siedetemperatur vorteilhaft ist. Die Sie detemperatur des Fluides ist vorzugsweise niedriger als eine maximale Betriebstemperatur der Batteriezellen. Durch das Sieden bei diesen Temperaturen bereits bei Umgebungsdruck, d.h. bei üblicherweise etwa einem bar, kann eine passive Kühlung mit der angegebenen Kühlvorrichtung effizient durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung ein Druckausgleichsventil auf. Das Druckaus gleichsventil kann derart ausgeführt sein, dass es sich öffnet, wenn ein Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder unter einen Minimal druck fällt, beispielsweise unter 0,8 bar. Dadurch werden An forderungen beispielsweise des Gehäusekörpers der Traktionsbatterie in Bezug auf Unterdruckstabilität reduziert, da zu große Unterdrücke vermieden werden. Alternativ oder zu sätzlich kann das Druckausgleichsventil ausgeführt sein zu öff nen, wenn der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung auf oder über einen Maximaldruck steigt. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf, bis zu dem übli cherweise keine Undichtigkeiten auftreten. Vorzugsweise kann die Druckausgleichsvorrichtung zwei Druckausgleichsventile aufwei sen, wobei das eine Druckausgleichsventil beim Erreichen oder Unterschreiten des Minimaldrucks öffnet und das andere Druck ausgleichsventil beim Erreichen oder Überschreiten des Maximal drucks öffnet. Das Öffnen bzw. Schließen des Druckausgleichsventils bzw. der Druckausgleichsventile kann da bei beispielsweise druckgesteuert erfolgen, d.h. ohne aktive Steuerung. Zur Minimierung von Fluidverlusten ist das Druckaus gleichsventil vorzugsweise am einem oberen Ende der Druckaus gleichsvorrichtung angeordnet, so dass eine stoffliche Trennung bei einem Entlüftungsgasgemisch aufgrund eines Dichteunterschie des des gasförmigen Fluides und darin befindlicher Fremdgase stattfinden kann. Fremdgas ist jedes Gas oder Gasgemisch in dem Kühlkreislauf, das kein gasförmiges Fluid ist, insbesondere Um gebungsluft. Das Fremdgas wurde insbesondere als Belüftungsgas in den Kühlkreislauf eingelassen. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf oder die Steuer vorrichtung ist der Druckausgleichsvorrichtung zugeordnet, und das Druckausgleichsventil ist ein steuerbares Druckausgleichs ventil, das über die Steuervorrichtung ansteuerbar ist. Das Druckausgleichsventil kann von der Steuervorrichtung aktiv an gesteuert werden. Damit können mit einem Druckausgleichsventil verschiedene Funktionen realisiert werden. Basis dafür kann eine Druckmessung innerhalb des Kühlkreislaufs sein. Wenn die Steu ervorrichtung ermittelt, dass der Druck innerhalb der Konden sierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder unter den Minimaldruck fällt, beispielsweise unter 0,8 bar, kann sie das Druckausgleichsventil ansteuern zu öffnen, um eine Belüftung durchzuführen. Wenn die Steuervorrichtung ermit telt, dass der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühlkreislauf auf oder über den Maximaldruck steigt, kann sie alternativ oder zusätzlich das Druckausgleichsventil ansteuern zu öffnen, um eine Entlüftung durchzuführen. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung eine Be- wie auch eine Entlüftung abhängig von weiteren Parametern durchführen. So kann die Steuervorrichtung das Druckausgleichs ventil beispielsweise unter Berücksichtigung eines Tag-Nacht- zyklus oder abhängig von einem Betriebszustand des Fahrzeugs ansteuern. Wenn eine Systemtemperatur und der Druck innerhalb der Kondensierungsvorrichtung bzw. ein Systemdruck in dem Kühl kreislauf bedingt durch einen Anstieg einer Umgebungstemperatur ansteigen, kann die Steuervorrichtung das Druckausgleichsventil ansteuern, nicht zu öffnen, um eine Austritt von gasförmigem Fluid in die Umgebung zu vermeiden. Die Steuervorrichtung kann das Druckausgleichsventil ansteuern, lediglich im Betrieb, d.h. beim Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, den maximalen Betriebsdruck nicht zu überschreiten, während ansonsten ein hö herer Druck erlaubt wird. Dadurch kann ein übermäßiger Verlust von gasförmigem Fluid aus dem Innenraum verhindert werden, wenn der Druck wieder fällt, beispielsweise durch ein Absinken einer Umgebungstemperatur .

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung eine Trocknungseinrichtung auf, die in einem Einströmpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist. Die Trocknungseinrichtung kann beispielsweise als Trocknungskartu sche, in der Feuchtigkeit gebunden wird, ausgeführt sein. Vor zugsweise ist die Trocknungskartusche als wechselbare Trocknungskartusche in dem Einströmpfad angebracht. Ein Eindrin gen von Feuchtigkeit in die Kondensierungsvorrichtung und dar über in den Kühlkreislauf ist zu minimieren, da die Feuchtigkeit die Kühlleistung in dem Kühlkreislauf reduziert. Die Feuchtig keit, d.h. üblicherweise Wasser, ist prinzipiell elektrisch leitfähig, so dass ein Gemisch der Feuchtigkeit mit dem Fluid eine niedrigere Dielektrizitätszahl und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das flüssige Fluid allein aufweist. Das Ein dringen von Feuchtigkeit kann also sogar zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie durch einen elektrischen Kurzschluss füh ren. Dies bedeutet eine potentielle Gefahr für Fahrzeuginsassen. Durch die Trocknungseinrichtung kann also ein zuverlässiger Be trieb der Kühlvorrichtung bei einer Belüftung sichergestellt werden, wobei die Belüftung auch bei einer hohen Luftfeuchtig keit der Umgebungsluft durchgeführt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung einen kaminartig ausgeführten Ausströmpfad auf. Der kaminartig ausgeführte Ausströmpfad weist eine vergli chen mit seinem Durchmesser oder seiner Breite oder seiner Tiefe große Länge und eine Anordnung mit einer in einer vertikalen Komponente auf. Durch die Anordnung mit einer vertikalen Kompo nente ergibt sich eine Erstreckung in vertikaler Richtung. Dadurch kann in dem kaminartig ausgeführten Ausströmpfad eine stoffliche Trennung eines aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und der Fremdgase des aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches erfol gen, insbesondere ein Belüftungsgas, das bei einer vorherigen Belüftung in den Kühlkreislauf eingetreten ist. Bei einer ge eigneten Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Entlüf tungsgasgemisches kann ein großer Teil des gasförmigen Fluides in der Druckausgleichsvorrichtung verbleiben oder daraus wieder absinken, so dass nur ein geringer Teil gasförmiges Fluid mit dem Entlüftungsgasgemisch austritt. Zur Verbesserung der Tren nung des gasförmigen Fluides aus dem Entlüftungsgasgemisch kann der Ausströmpfad wendelartig ausgeführt sein. Dadurch wird der Ausströmpfad mit einer großen Länge bereitgestellt, wodurch die stoffliche Trennung des aufsteigenden Entlüftungsgasgemisches aufgrund des Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und der Fremdgase erleichtert wird. Außerdem kann sich das gasförmige Fluid in dem Ausströmpfad zusätzlich abkühlen und kondensieren. Das kondensierte Fluid kann dann im flüssigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung in die entsprechende Kondensierungs vorrichtung und damit in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden, wodurch Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung weiter reduziert werden. Entsprechend ist ein Druckausgleichsventil vorzugsweise zwischen einer Austrittsöffnung der Druckaus gleichsvorrichtung, im weiteren auch Druckausgleichsöffnung, und dem kaminartig ausgeführten Ausströmpfad angeordnet. Vorzugs weise ist die Druckausgleichsvorrichtung in einer A-Säule und/o der einer C-Säule des Fahrzeuges, d.h. am vorderen bzw. hinteren Ende einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs, angeordnet. Durch die Reduzierung von Fluidverlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreislauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Kühlung der Traktions batterie erreicht werden kann. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung eine Filtereinrichtung auf, die in einem Aus strömpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist und gasförmiges Fluid zurückhält. Die Filtereinrichtung kann somit Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs verhindern oder zumindest reduzieren, indem sie das gasförmige Fluid aus einem Entlüftungsgasgemisch filtert. Durch die Reduzierung von Fluid- Verlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreislauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Kühlung der Traktionsbatterie erreicht wer den kann. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung eine Entladevorrichtung auf, die ausgeführt und angeordnet ist, in der Filtereinrichtung zurückgehaltenes Fluid zurückzugewinnen. Die Entladevorrichtung kann beispiels- weise eine Temperiereinrichtung umfassen, um die Filtereinrich tung durch aktive Wärmezufuhr zu entladen, so dass sie das zurückgehaltene Fluid wieder abgibt. Das Entladen wird vorzugs weise in einem Betriebszustand durchgeführt, in dem keine Ent lüftung über die Druckausgleichsvorrichtung erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckaus gleichsvorrichtung eine Kühleinheit auf, die in oder an einem Ausströmpfad der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann das ausströmende Entlüftungsgasgemisch vor dem Aus- treten aus dem Kühlkreislauf gekühlt werden, so dass das gas förmige Fluid kondensieren kann und aus dem Entlüftungsgasgemisch entfernt wird. Das in der Kühlvorrichtung verwendete Fluid weist gegenüber üblichem Fremdgas wie Umge bungsluft eine höhere Kondensationstemperatur bzw. Siedetempe- ratur auf, so dass das gasförmige Fluid beim Kühlen vor dem Fremdgas kondensiert. Das kondensierte Fluid kann dann im flüs sigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung in den Kühl kreislauf zurückgeführt werden, so dass nur geringe Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung auftreten. Ein Nachfüllen des Fluides kann reduziert oder sogar vermieden wer den. Durch die Reduzierung von Fluidverlusten beim Entlüften kann außerdem eine Konzentration des Fluides in dem Kühlkreis lauf erhöht werden, wodurch eine hohe Effektivität bei der Küh- lung der Traktionsbatterie erreicht bzw. sichergestellt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wärmetauscherele ment integral mit der Druckausgleichsvorrichtung ausgeführt, oder das Wärmetauscherelement und die Druckausgleichsvorrichtung sind separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln miteinander verbunden. Die integrale Ausführung des Wärmetauscherelements mit der Druckausgleichsvorrichtung ermöglicht eine einfache Handhabung und Montage der Kondensierungsvorrichtung. Eine se- parate Ausführung des Wärmetauscherelements mit der Druckaus gleichsvorrichtung kann eine Montage der

Kondensierungsvorrichtung auch in schwer zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs erleichtern. Es kann beispielsweise zunächst die Druckausgleichsvorrichtung am Fahrzeug montiert werden, bei- spielsweise an oder in einer A-Säule oder einer C-Säule, und erst nach der Montage des Wärmetauscherelements damit verbunden werden. Die Verbindungsmittel können beispielsweise als Verbin dungsschelle ausgeführt sein, um einen Schlauchabschnitt an ei nem Rohrabschnitt anzubringen. Alternativ können die Verbindungsmittel beispielsweise eine Flanschverbindung umfas sen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlvorrichtung ist die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung wie oben angegeben ausgeführt. Die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung weist also die Druckausgleichsvorrichtung auf, so dass der Druckaus gleich zwischen dem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äuße ren Umgebung über die wenigstens eine Kondensierungsvorrichtung erfolgt. Aufgrund ihrer Anordnung oberhalb in der Kühlvorrich- tung, d.h. oberhalb der Verdampfungsvorrichtung und der wenigs tens einen Verbindungsleitung, kann somit sowohl eine Belüftung wie auch eine Entlüftung des Innenraums auf einfache Weise er folgen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung einen Vorratsbehälter auf zur Abgabe von Fluid in den Kühlkreis lauf, insbesondere zur Abgabe von flüssigem Fluid in den Kühl kreislauf. Durch den Vorratsbehälter können Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs ausgeglichen werden, um eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides innerhalb der Kühlvorrichtung sicherzustellen. Durch die Abgabe des Fluides aus dem Vorrats behälter kann bei entsprechender Ansteuerung eines Druckaus gleichsventils der Druckausgleichsvorrichtung eine gezielte Verdrängung von Fremdgas aus dem Innenraum der Kühlvorrichtung durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung eine Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen auf, und die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen sind insbesondere zur verteilten Montage an dem Fahrzeug ausgeführt, besonders bevorzugt in Längsrichtung des Fahrzeugs vor und hinter der Verdampfungsvor richtung. Durch die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen kann die Kühlvorrichtung besonders zuverlässig ausgestaltet werden. Zunächst kann mit mehreren Kondensierungsvorrichtungen die Kühl leistung der Kühlvorrichtung insgesamt vergrößert werden. Dar über hinaus kann die Mehrzahl Kondensierungsvorrichtungen durch die verteilte Montage sicherstellen, dass beispielsweise unab hängig von einer Neigung des Fahrzeugs immer zumindest eine der Kondensierungsvorrichtungen relativ zu der Verdampfungsvorrich tung vorteilhaft positioniert ist, sodass ein Kondensieren des gasförmigen Fluides wie auch ein Rücktransport von kondensiertem Fluid zu der Verdampfungsvorrichtung ermöglicht wird. Bei einer Anbringung der Kondensierungsvorrichtungen in Längsrichtung so wohl vor als auch hinter der Verdampfungsvorrichtung, also vor und hinter dem Gehäusekörper der Traktionsbatterie, ist auch bei einer größeren Neigung des Fahrzeugs, wie es beim Fahren bergauf oder bergab Vorkommen kann, zumindest eine der Kondensierungs vorrichtungen mit einem geeigneten Höhenunterschied zu der Ver dampfungsvorrichtung positioniert, der Betrieb der Kühlvorrichtung als Thermosiphon gewährleistet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung ein Be lüften des Innenraums mit einem Belüftungsgas, insbesondere mit Umgebungsluft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Mini maldrucks. Der Minimaldruck beträgt beispielsweise 0,8 bar und stellt einen Unterdrück in dem Kühlkreislauf dar. Der Minimal druck betrifft einen Druck innerhalb der Kondensierungsvorrich tung bzw. einen Systemdruck in dem Kühlkreislauf. Dadurch werden Anforderungen beispielsweise des Gehäusekörpers der Traktions batterie in Bezug auf Unterdruckstabilität reduziert, da der Druck prinzipiell nicht unter den Minimaldruck fällt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Belüften des Innenraums mit einem Belüftungsgas, insbesondere mit Umgebungs luft, beim Erreichen oder Unterschreiten eines Minimaldrucks ein Entfeuchten des eintretenden Belüftungsgases, insbesondere Um gebungsluft. Es erfolgt ein Trocknen des eintretenden Belüf tungsgases, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Kondensierungsvorrichtung und darüber in den Kühlkreislauf zu minimieren. Die Feuchtigkeit ist insbesondere Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft. Die Feuchtigkeit, d.h. üblicherweise Wasser, ist prinzipiell elektrisch leitfähig, so dass ein Gemisch der Feuchtigkeit mit dem flüssigen Fluid eine niedrigere Dielektri- zitätszahl und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Fluid allein aufweist. Das Eindringen von Feuchtigkeit kann also sogar zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie durch einen elektrischen Kurzschluss führen. Dies bedeutet eine potentielle Gefahr für Fahrzeuginsassen. Es wird ein zuverlässiger Kühlbe trieb auch im Falle einer Belüftung der Kühlvorrichtung auch bei einer hohen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft sichergestellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Durchführen eines Druckausgleichs zwischen einem Innenraum der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung ein Entlüften des Innenraums beim Erreichen oder Überschreiten eines Maximaldrucks. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf, bis zu dem üblicherweise keine Undichtig keiten auftreten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Schritte zum Ermitteln eines Systemdrucks, Ermitteln einer Sys temtemperatur, Bestimmen eines Anteils gasförmigen Fluides ba sierend auf dem Systemdruck, der Systemtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides in einem Gasge misch mit einem Fremdgas basierend auf dem Systemdruck und der Systemtemperatur, und Entlüften des Innenraums beim Erreichen eines Anteils gasförmigen Fluides unterhalb eines Grenzanteils. Wenn sich in der Kühlvorrichtung ein Gasgemisch mit einem die Kühlleistung beeinträchtigend geringen Anteil des Fluides be findet, kann es sinnvoll sein, das Fremdgas, d.h. andere Gase als das verdampfte Fluid, abzulassen. Dies kann über eine ge zielte Entlüftung erfolgen, indem bereits vor dem Erreichen des maximalen Betriebsdrucks entlüftet wird. Durch das Ablassen des Fremdgases wird der Wärmeübergang in der Kühlvorrichtung, ins besondere in der wenigstens einen Kondensierungsvorrichtung, prinzipiell verbessert. Entsprechend kann eine Entlüftung der Kühlvorrichtung über die Druckausgleichsvorrichtung durchge führt werden. Dabei werden vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen getroffen, um ein Entweichen des gasförmigen Fluides zusammen mit dem Fremdgas zu verhindern und dadurch die Konzentration von gasförmigem Fluid in der Kühlvorrichtung zu erhöhen. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Entlüften des Innenraums ein Rückgewinnen von gasförmigem Fluid aus einem Gas gemisch. Das Gasgemisch zirkuliert in der Kühlvorrichtung und umfasst neben dem gasförmigen Fluid zusätzlich Fremdgas, bei spielsweise Belüftungsgas, das beim Belüften in die Kühlvorrich tung eingetreten ist. Verschiedene Maßnahmen sind möglich, um das gasförmige Fluid aus dem Gasgemisch rückzugewinnen. Dies umfasst ein Filtern des Gasgemisches, um das gasförmige Fluid am Austritt aus der Kondensierungsvorrichtung zu hindern, bei spielsweise mit einem Aktivkohlefilter, einem Zeolithmaterial oder einem Membranfilter. Das Zeolithmaterial ist vorzugsweise so ausgeführt, dass es bei einem Maximaldruck in der Kühlvor richtung und einer dazugehörigen Systemtemperatur eine höhere Adsorption des gasförmigen Fluides hat als bei einem Minimal druck und einer dazugehörigen Systemtemperatur. Zur Unterstüt zung kann eine aktive Temperierung des Zeolithmaterials beim Entlüften erfolgen. Der Membranfilter hält das gasförmige Fluid aufgrund seiner Molekülgröße aus dem Gasgemisch beim Entlüften des Innenraums zurück. Das Fremdgas ist typischerweise Umge bungsluft mit ihren Hauptbestandteilen N 2 und O 2 in geringer Molekülgröße, das heißt mit einer geringen Teilchengröße gegen über einem molekularen Fluid mit einer komplexen Molekülstruk tur, so dass das Fremdgas durch den Membranfilter durchtreten kann, und nur das gasförmige Fluid zurückgehalten wird. Ein sol cher Membranfilter weist insbesondere eine Porenstruktur auf, durch welche das Fremdgas hindurchtreten kann, nicht aber das gasförmige Fluid. Außerdem kann die Filtereinrichtung als che mischer Filter ausgeführt sein, an dem eine Filterung des flüs sigen Fluides durch Adsorption erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann eine stoffliche Trennung des Gemisches aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides und damit ge mischten Fremdgases durchgeführt werden. Weiter alternativ oder zusätzlich umfasst das Rückgewinnen des gasförmigem Fluides aus dem Gasgemisch ein Kühlen des Gasgemisches, um das gasförmige Fluid in der Druckausgleichsvorrichtung zu kondensieren. Das rückgewonnene Fluid kann in jedem der beschriebenen Fälle aus der Druckausgleichsvorrichtung in den Kühlkreislauf zurück geführt werden, so dass nur geringe Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung auftreten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ei nen Schritt zum Zuführen von Fluid aus einem Fluidvorrat. Durch das Zuführen von Fluid aus dem Fluidvorrat können Fluidverluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung ausgeglichen werden, um eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides sicherzustellen. Verluste von Fluid durch Entlüften der Kühlvorrichtung können kompensiert werden. Der Fluidvorrat ist vorzugsweise in einem Vorratsbehäl ter aufgenommen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung erge ben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines elektrisch an- treibbaren Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie und einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2: eine schematische Darstellung der Traktionsbatterie des Fahrzeugs aus Fig. 1 mit darin angeordneten Bat teriezellen und einer Kühlvorrichtung mit mehreren Kühlelementen in drei Ansichten; und

Figur 3: eine schematische Darstellung der Kühlvorrichtung des Fahrzeugs aus Fig. 1 mit einer Neigung durch eine Hang lage und einer daraus resultierenden Fluidverteilung; Figur 4: eine schematische Einzeldarstellung einer Druckaus gleichsvorrichtung der Kühlvorrichtung des Fahrzeugs aus Fig. 1 als Schnittansicht; und

Figur 5: ein Diagramm, in dem ein Verlauf von Temperatur und Druck in der Kühlvorrichtung aus Fig. 1 dargestellt sind.

In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszei chen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wieder holende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merk male, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.

Figur 1 zeigt ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 1 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrisch antreibbare Fahrzeug 1 kann ein Fahrzeug 1 mit ausschließlich einem elektrischen Antrieb sein, oder ein soge nanntes Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb in Kombi nation mit einem konventionellen Antrieb, insbesondere einem Verbrennungsmotor .

Das Fahrzeug 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2 zur Bereitstel lung von elektrischer Energie zum elektrischen Antrieb des Fahr zeugs 1. Die Traktionsbatterie 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Hochleistungsbatterie, die mit Span nungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere betrieben werden kann.

Die Traktionsbatterie 2 umfasst einen Gehäusekörper 3, in dem eine Mehrzahl Batteriezellen 4 aufgenommen ist. Die Batterie zellen 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Lithium-Ionen Technik hergestellt und arbeiten am besten in einem Temperatur bereich von beispielsweise 15° bis 40°C bei einer großen Tempe raturhomogenität mit einer Temperaturschwankung von 2 bis 4°C innerhalb der und zwischen den Batteriezellen 4. Die Batterie zellen 4 des ersten Ausführungsbeispiels sind in dem Gehäuse körper 3 in mehreren Batteriemodulen 5 angeordnet, wie in Figur 1 dargestellt ist. Die Batteriezellen 4 sind parallel und in Reihe verschaltet, um den Betrieb mit den Spannungen von bis zu mehreren hundert Volt oder sogar bis zu 1000 Volt sowie Lade- und Entladeströmen von mehreren hundert Ampere bis hin zu 1000 Ampere zu ermöglichen.

Das Fahrzeug 1 umfasst weiterhin eine Kühlvorrichtung 6. Die Kühlvorrichtung 6 ist teilweise in Figur 3 separat dargestellt. Die Kühlvorrichtung 6 umfasst eine in dem Gehäusekörper 3 ange brachte Verdampfungsvorrichtung 7. Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in einem Bodenbereich 8 des Fahrzeugs 1 angebracht. Dabei ist die Traktionsbatterie 2 mit ihrem Gehäusekörper 3 und der darin angebrachten Verdampfungsvorrichtung 7 unterhalb einer Fahrgastzelle 9 des Fahrzeugs 1 angeordnet, im Detail zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse 10, 11 des Fahrzeugs 1.

Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 als separates Bauteil eingebracht. Alterna tiv kann die Verdampfungsvorrichtung 7 fester Bestandteil des Grundkörpers 3 sein.

Die Kühlvorrichtung 6 umfasst weiterhin zwei Kondensierungsvor richtungen 12, 13, die außerhalb des Gehäusekörpers 3 der Trak tionsbatterie 2 angebracht sind. Jede Kondensierungsvorrichtung 12, 13 umfasst ein Wärmetauscherelement 31 mit einem Einlass 32 und einem Auslass 33 und eine Druckausgleichsvorrichtung 20 zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum 34 der Kondensierungs vorrichtung 12, 13 und einer äußeren Umgebung 35. Die Druckaus gleichsvorrichtung 20 ist alleine in Figur 4 dargestellt. In der detaillierten Darstellung in Figur 3 ist die Druckausgleichs vorrichtung 20 der Übersicht halber nicht dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärmetauscherelement 31 integral mit der Druckausgleichsvorrichtung 20 ausgeführt. Alternativ sind das Wärmetauscherelement 31 und die Druckausgleichsvorrichtung 20 separat ausgeführt und mit Verbindungsmitteln miteinander verbunden. Weitere Details zur Druckausgleichsvorrichtung 20 sind nachstehend angegeben.

Die zwei Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sind verteilt an dem Fahrzeug 1 montiert. Dabei ist eine vordere Kondensierungsvor richtung 12 in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 vor der Trakti onsbatterie 3 mit der Verdampfungsvorrichtung 7 positioniert, während eine hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in Längsrich tung 11 des Fahrzeugs 1 hinter der Traktionsbatterie 3 mit der Verdampfungsvorrichtung 7 positioniert ist.

Die vordere Kondensierungsvorrichtung 12 ist in einem Bereich oberhalb von Radhäusern der Vorderachse 10 des Fahrzeugs 1 an einem windschutzscheibenseitigen Ende einer Motorhaube 15 des Fahrzeugs 1 angebracht. Die vordere Kondensierungsvorrichtung 12 ist in diesem Bereich in Längsrichtung 14 des Fahrzeuges 1 nahe an der Traktionsbatterie 3 installiert. Die vordere Kondensie rungsvorrichtung 12 ist dabei unmittelbar unterhalb der Motor haube 15 angeordnet.

Zusätzlich ist die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in einem Bereich oberhalb von Radhäusern der Hinterachse 11 des Fahrzeugs 1 angebracht, wobei die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in diesem Bereich in Längsrichtung 14 des Fahrzeuges 1 nahe an der Traktionsbatterie 3 montiert ist. Es ergibt sich für beide Kon densierungsvorrichtungen 12, 13 unabhängig voneinander ein Hö henunterschied h, der beispielhaft für die hintere Kondensierungsvorrichtung 13 in Figur 1 dargestellt ist. Wie in Figur 1 dargestellt ist, ist die Verdampfungsvorrichtung 7 in einer vertikalen Richtung 16 entsprechend unterhalb der beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 angeordnet.

Zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und den beiden Konden sierungsvorrichtungen 12, 13 sind Verbindungsleitungen 17, 18 angeordnet, die eine Fluidverbindung bilden. Die Verbindungs leitungen 17, 18 umfassen im Detail eine Steigleitung 17 und eine Fallleitung 18, die zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und jeder der beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 ange ordnet sind.

Die Steigleitungen 17 sind jeweils in einem oberen Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 von der Kondensie rungsvorrichtung 12, 13 abgewandten Seite mit dem Gehäusekörper 3 und in einem oberen Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 der Verdampfungsvorrichtung 7 bzw. dem Gehäusekörper 3 zugewandten Seite mit der entsprechenden Kondensierungsvor richtung 12, 13 verbunden. Dabei sind die Steigleitungen 17 so angeordnet, dass sie bezogen auf eine Seitenrichtung des Fahr zeugs 1 in einem äußeren Bereich davon angeordnet sind.

Die Fallleitungen 18 sind in einem unteren Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 zugewandten Seite mit dem Gehäusekörper 3 und in einem unteren Bereich an einer in Längsrichtung 14 des Fahrzeugs 1 von der Verdampfungsvorrichtung 7 bzw. dem Gehäusekörper 3 abgewand ten Seite mit der entsprechenden Kondensierungsvorrichtung 12, 13 verbunden. Dabei sind die Fallleitungen 18 so angeordnet, dass sie bezogen auf eine Seitenrichtung des Fahrzeugs 1 in einem äußeren Bereich davon angeordnet sind.

In der Kühlvorrichtung 6 ist ein Fluid 19 aufgenommen, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Das Fluid 19 ist ein Wär metransportmedium und hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Siedetemperatur in einem Bereich zwischen 10°C und 80°C bei Um gebungsdruck. Das Fluid 19 ist hier ein dielektrisches Fluid 19, das elektrisch nicht leitfähig ist. Das Fluid 19 ist im flüssigen Zustand in einem Plenum 30 in dem Gehäusekörper 3 der Trakti- onsbatterie 2 gesammelt, wie in Figur 2 dargestellt ist.

Die Druckausgleichsvorrichtung 20 der ersten und zweiten Kon densierungsvorrichtung 12 ist alleine in Figur 4 dargestellt. Beide Druckausgleichsvorrichtungen 20 sind gleichartig ausge- führt. Dabei handelt es sich bei der Darstellung in Figur 4 um eine beispielhafte Darstellung der Druckausgleichsvorrichtung 20. Alternative Ausführungen der Druckausgleichsvorrichtung 20 mit abweichenden Anordnungen ihrer Komponenten sind möglich. Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist einen kaminartig aus geführten Ein- und Ausströmpfad 36 auf. Der kaminartig ausge führte Ein- und Ausströmpfad 36 weist eine verglichen mit seinem Durchmesser oder seiner Breite oder seiner Tiefe große Ausdeh nung in Längsrichtung 45 auf. Die Druckausgleichsvorrichtung 20 der vorderen Kondensierungsvorrichtung 12 ist in einer A-Säule 43 des Fahrzeugs 1 angeordnet und darin aufgenommen, während die Druckausgleichsvorrichtung 20 der hinteren Kondensierungsvor richtung 13 in einer C-Säule 44 des Fahrzeugs 1 angeordnet und darin aufgenommen ist. Die Druckausgleichsvorrichtungen 20 sind somit am vorderen bzw. hinteren Ende der Fahrgastzelle 9 ange ordnet. Dabei ist der Ein- und Ausströmpfad 36 jeweils mit einer vertikalen Komponente in der A-Säule 43 bzw. der C-Säule 44 des Fahrzeugs 1 angeordnet, d.h. der Ein- und Ausströmpfad 36 weist eine Erstreckung in vertikaler Richtung 16 auf, wie in Figur 1 dargestellt ist.

Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist am oberen Ende des Ein- und Ausströmpfads 36 eine Druckausgleichsöffnung 21 auf. Über die Druckausgleichsöffnung 21 kann ein Belüftungsgas 46, das in diesem Ausführungsbeispiel Umgebungsluft ist, eingelassen (Be lüftung) und ein Entlüftungsgas 47 aus der Kühlvorrichtung 6 abgelassen werden (Entlüftung). Um die Be- und Entlüftung zu kontrollieren, weist die Druckausgleichsvorrichtung 20 ein steu erbares Druckausgleichsventil 22 auf. Das Druckausgleichsventil 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar unterhalb der Druckausgleichsöffnung 21 angeordnet. Weiterhin umfasst die Druckausgleichsvorrichtung 20 eine Steuervorrichtung 37, die das Druckausgleichsventil 22 ansteuert. Das Druckausgleichsventil 22 wird von der Steuervorrichtung 37 aktiv angesteuert.

Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst eine Filtereinrich tung 38, die prinzipiell unterschiedlich ausgestaltet sein kann. Die Filtereinrichtung 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem Ein- und Ausströmpfad 36 der jeweiligen Druckausgleichsvor richtung 20 angeordnet und hält das gasförmige Fluid 19 beim Entlüften der Kühlvorrichtung 6 zurück. Die Filtereinrichtung 38 filtert dadurch das gasförmige Fluid 19 aus einem in der Kühl vorrichtung 6 und damit auch in der Druckausgleichsvorrichtung 20 befindlichen Gasgemisch 48.

Die Filtereinrichtung 38 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Aktivkohlefilter, ein Zeolithmaterial, eine Filtermembran, einen chemischen Filter oder eine beliebige Kombination aus meh reren dieser Filterelemente. Das Zeolithmaterial ist dabei so ausgeführt, dass es bei einem Maximaldruck in der Kühlvorrich tung 6 und einer dazugehörigen Systemtemperatur eine höhere Ad sorption des gasförmigen Fluides 19 hat als bei einem Minimaldruck und einer dazugehörigen Systemtemperatur. Zur Un terstützung kann eine aktive Temperierung des Zeolithmaterials beim Entlüften erfolgen. Der Membranfilter hält das gasförmige Fluid 19 aus dem Gasgemisch 48 aufgrund unterschiedlicher Mole külgrößen beim Entlüften des Innenraums 34 zurück. Verbleibendes Fremdgas ist typischerweise Umgebungsluft mit ihren Hauptbe standteilen N2 und O2 in geringer Molekülgröße, das heißt mit einer geringen Teilchengröße gegenüber einem molekularen Fluid 19 mit einer komplexen Molekülstruktur, so dass das Fremdgas als Entlüftungsgas 47 durch den Membranfilter durchtreten kann, und nur das gasförmige Fluid 19 zurückgehalten wird. Entsprechendes gilt bei der Verwendung von einem Gas in Reinform, beispielsweise Stickstoff, als Fremdgas. Ein solcher Membranfilter weist ins besondere eine Porenstruktur auf, durch welche das Fremdgas hin durchtreten kann, nicht aber das gasförmige Fluid 19. Der chemische Filter filtert das Fluid 19 durch Adsorption.

Die Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst weiterhin eine Ent ladevorrichtung 39, die als Temperiereinrichtung ausgeführt ist. Durch die Entladevorrichtung 39 kann in der Filtereinrichtung 38 zurückgehaltenes Fluid 19 zurückgewonnen werden. Die Entlade- Vorrichtung 39 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Be reich der Filtereinrichtung 38 außenseitig an dem Ein- und Ausströmpfad 36 angeordnet, um die Filtereinrichtung 38 durch aktive Wärmezufuhr zu entladen, so dass sie das zurückgehaltene Fluid 19 wieder abgibt, wodurch das Fluid 19 in dem Innenraum 34 verbleibt und nur das Fremdgas als Entlüftungsgas 47 an die Umgebung 35 abgegeben wird.

Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 umfasst zusätzlich eine Kühl einheit 40, die in diesem Ausführungsbeispiel außenseitig an dem jeweiligen Ein- und Ausströmpfad 36 angeordnet ist, um den Ein- und Ausströmpfad 36 zu kühlen. Die Kühleinheit 40 ist dabei in einem Bereich unmittelbar unterhalb der Filtereinrichtung 38 an geordnet . Jede Druckausgleichsvorrichtung 20 weist noch eine Trocknungs einrichtung 41 auf, die in dem Ein- und Ausströmpfad 36 der Druckausgleichsvorrichtung 20 angeordnet ist. Die Trocknungs einrichtung 41 ist in diesem Ausführungsbeispiel als wechselbare Trocknungskartusche zum Binden von Feuchtigkeit ausgeführt, die im Bereich der Kühleinheit 40 innerhalb des Ein- und Ausströmpfa- des 36 angeordnet ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Fil tereinrichtung 38 mit der Entladevorrichtung 39, der Kühleinheit 40 und der Trocknungseinrichtung 41 entlang des Ein- und Aus- strömpfads 36 willkürlich gewählt. Abweichende Anordnungen davon sind in Längsrichtung 45 in dem Ein- und Ausströmpfad 36 ohne weiteres möglich.

Nachstehend wird ein Betrieb eines Kühlkreislaufs 42 der Kühl vorrichtung 3 zum Kühlen der Batteriezellen 4 der Traktionsbat terie 2 beschrieben. Der Kühlkreislauf 42 umfasst die Verdampfungsvorrichtung 7, die in dem Gehäusekörper 3 der Trak tionsbatterie 2 angebracht ist, die zwei an dem Fahrzeug 1 au ßerhalb des Gehäusekörpers 3 der Traktionsbatterie 2 angebrachten Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 und die Verbin dungsleitungen 17, 18.

Im Betrieb, d.h. beim Laden oder Entladen der Traktionsbatterie 2, fällt Wärme an. Diese Wärme wird von den Batteriezellen 4 mittels der Verdampfungsvorrichtung 7 an das Fluid 19 übertra gen. Dazu umfasst die Verdampfungsvorrichtung 7 eine Mehrzahl Verdampfungselemente 23, die jeweils einzeln zwischen zwei Bat teriezellen 4 angeordnet sind. Daher sind die Verdampfungsele mente 23 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt. Die entsprechenden Batteriemodule 5 umfassen also neben den Batteriezellen 4 zusätzlich die Verdampfungselemente 23. Die Batteriemodule 5 sind mit Schraubmitteln 29 an dem Ge häusekörper 3 befestigt.

In den Verdampfungselementen 23 sind Mikrokanalstrukturen aus gebildet, die seitlich geöffnet sind. Durch den Kontakt der Ver dampfungselemente 23 mit den benachbarten Batteriezellen 4 werden die Mikrokanalstrukturen seitlich verschlossen, wodurch in den Verdampfungselementen 23 Mikrokanäle 24 ausgebildet wer den. Die Mikrokanäle 24 erstrecken sich in vertikaler Richtung 16 und sind an ihren beiden Endseiten geöffnet. Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Immersionsverdampfer ausgeführt. Die Mikrokanäle 24 stehen in Fluidkontakt mit dem Plenum 30. Dadurch dringt flüssiges Fluid 19 in die Mikrokanäle 24 ein, wo es durch die von den Batterie zellen 4 angegebene Wärme erwärmt wird. Bei der Aufnahme der Wärme von den Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 2 verdampft das flüssige Fluid 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7. Dabei wird flüssiges Fluid 19 mitgerissen, das die Mikrokanäle 24 in nenseitig benetzt. Nach der Benetzung kann die Wärmeübertragung über die gesamte Länge der Mikrokanäle 24 erfolgen und es wird eine sehr effiziente Kühlung erzielt. Alternativ können die Bat teriezellen 4 und die Verdampfungselemente 23 teilweise in das flüssige Fluid 19 in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 eingetaucht sein, so dass die Mikrokanäle 24 teilweise mit flüssigem Fluid 19 gefüllt sind. Auch dabei kann flüssiges Fluid 19 aus dem Plenum 30 in die Mikrokanäle 24 nachströmen.

Die Verdampfungsvorrichtung 7 ist also ein Wärmeübertrager oder Wärmetauscher, in dem Wärme von den Batteriezellen 4 an das flüssige Fluid 19 übertragen wird. Entsprechend ist eine solche Verdampfungsvorrichtung 7 auch als Verdampfer bekannt.

Auch die beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sind Wärme übertrager oder Wärmetauscher, die Wärme von dem gasförmigen Fluid 19 aufnehmen und an die Umgebung 35 abgeben, so dass das gasförmige Fluid 19 kondensiert. Eine solche Kondensierungsvor richtung 12, 13 ist auch als Dampfkondensator oder Verflüssiger bekannt . Das kondensierte Fluid 19 kann durch die Fallleitung 18 von der jeweiligen Kondensierungsvorrichtung 12, 13 zu der Verdampfungs vorrichtung 7 zurückströmen. Der Transport des flüssigen Fluides 19 erfolgt dabei allein aufgrund der Schwerkraft, durch die das flüssige Fluid 19 wieder zurück in den Gehäusekörper 3 strömt, wo es erneut der Verdampfungsvorrichtung 7 zur Verfügung ge stellt wird.

Der Kühlkreislauf 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel nach der Art eines Naturumlaufs ohne aktive Zirkulation des Fluides 19 ausgeführt. Entsprechend erfolgt bei dem Verfahren ein passives Transportieren des verdampften Fluides 19 von der Verdampfungs vorrichtung 7 zu den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 sowie ein passives Transportieren des kondensierten Fluides 19 von den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 zu der Verdampfungsvorrich tung 7. Die Kühlvorrichtung 6 ist damit nach der Art eines Ther- mosiphons ausgebildet. Das Thermosiphon ist eine passive Konstruktion, die einen Wärmeaustausch durch Nutzung von natür licher Konvektion in einem vertikalen Fluidkreislauf zwischen der Verdampfungsvorrichtung 7 und den Kondensierungsvorrichtun gen 12, 13 ermöglicht. Die Funktion des Thermosiphons beruht auf dem Dichteunterschied zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Fluides 19, wobei das gasförmige Fluid 19 in den Steiglei tungen 17 aufgrund seiner geringen Dichte zu den Kondensierungs vorrichtungen 12, 13 strömt bzw. aufsteigt und das kondensierte Fluid 19 von den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 schwerkraft getrieben durch die Fallleitung 18 in die Verdampfungsvorrich tung 7 zurückströmt bzw. absinkt. Dabei kann das flüssige Fluid 19 in den Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2 zurückströmen bzw. absinken, wo es in dem Plenum 30 aus flüssigem Fluid 19 aufgenommen wird, um von dort in die Verdampfungsvorrichtung 7 einzutreten .

In dem Thermosiphon herrschen bei vertikaler Anordnung der mit Dampf gefüllten Steigleitungen 17 und flüssigkeitsgefüllten Fallleitungen 18 am Boden der Leitungen 17, 18, die an die Ver dampfungsvorrichtung 7 angeschlossen sind, unterschiedliche Drü cke aufgrund der unterschiedlichen Dichte entsprechender Dampf- bzw. Flüssigkeitssäulen vor. Beim Verdampfen und weiteren Er wärmen des Fluides 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7 steigt die Konzentration des gasförmigen Fluides 19. Zwischen den Stei gleitungen 17 und den Fallleitungen 18 wird ein Druckausgleich dadurch hergestellt, dass flüssiges Fluid 19 aus den Falllei tungen 18 in die Verdampfungsvorrichtung 7 und damit in Richtung der Dampfsäule in den Steigleitungen 17 strömt und gasförmiges Fluid 19 in die Steigleitungen 17 verdrängt. Das gasförmige Fluid 19 strömt aus den Steigleitungen 17 in die Kondensierungsvor richtungen 12, 13, wo es wieder kondensiert, so dass der Kühl kreislauf 42 geschlossen wird.

Durch eine stetige Verdampfung des flüssigen Fluides 19 am Boden der Steigleitungen 17, d.h. in der Verdampfungsvorrichtung 7, und eine Kondensation des gasförmigen Fluides 19 am oben Ende der Steigleitungen 17, d.h. in den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, sowie der anschließenden Rückführung des kondensierten Fluides 19 aus den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 in die Fallleitungen 18, wird somit ein kontinuierlicher Kreislauf des Fluides 19 in der Kühlvorrichtung 6 nach der Art des Thermosi- phons gebildet und ein dynamischer Umlauf in der Kühlvorrichtung

6 erzeugt. Eine aktive Zirkulation des Fluides 19 durch eine Pumpe oder einen Kompressor ist nicht erforderlich.

Wie oben beschrieben wird dabei eine Zwei-Phasen-Kühlung gebil det, wobei das flüssige Fluid 19 in der Verdampfungsvorrichtung

7 Wärme von den Batteriezellen 4 aufnimmt, so dass es verdampft, und in den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 Wärme an die Umgebung 35 des Fahrzeugs 1 abgibt, wodurch das gasförmige Fluid 19 wieder kondensiert. Bei der Zirkulation in dem Kühl kreislauf 42 nimmt das flüssige Fluid 19 beim Verdampfen Ver dampfungswärme auf, die es beim Kondensieren aus seinem gasförmigen Zustand in den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 wieder abgibt. Die Verdampfungswärme kann somit von den Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 2 abgeführt und an die äußere Umgebung 35 abgegeben werden.

Nachfolgend wird das Be- und Entlüften der Kühlvorrichtung 6 unter Bezug auf das Diagramm in Figur 5 unter Verwendung der Druckausgleichsvorrichtung 20 im Detail beschrieben. Das Be- und Entlüften der Kühlvorrichtung 6 unterstützt den oben beschrie benen Betrieb des Kühlkreislaufs 42 nach der Art des Naturum laufs.

Ausgehend von Punkt A in Figur 5, der beispielsweise bei oder nach einem Betrieb des Fahrzeugs 1 erreicht ist, wird das Fluid 19 in der Traktionsbatterie 2 von der Kühlvorrichtung 6 entlang einer Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 abgekühlt. Es kondensiert mehr Fluid 19, als das Fluid 19 verdampft, so dass der Druck sinkt. Dabei kann es beispielsweise aufgrund von niedrigen Umgebungstemperaturen dazu kommen, dass der Druck in der Kühlvorrichtung 6 so stark fällt, dass ein Punkt B entlang der Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 erreicht wird, bei dem der Druck auf oder unter einen Minimaldruck von hier 0,8 bar fällt. Die Steuervorrichtung 37 erfasst über einen in der Kühlvorrichtung 6, beispielsweise in einer der Steigleitungen 17, angeordneten Drucksensor den Druck in dem Innenraum 34 der Kühlvorrichtung 6, der auch als Systemdruck bezeichnet wird. Zusätzlich erfasst die Steuervorrichtung 37 über einen in der Kühlvorrichtung 6, beispielsweise in einer der Steigleitungen 17, angeordneten Temperatursensor eine Temperatur in der Kühl vorrichtung 6, die auch als Systemtemperatur bezeichnet wird.

Um ein weiteres Absinken des Drucks zu verhindern, steuert die Steuervorrichtung 37 das Druckausgleichsventil 22 an, um dieses zu öffnen. Dadurch kann Umgebungsluft als Belüftungsgas 46 durch die Druckausgleichsöffnung 21 und das Druckausgleichsventil 22 in den Ein- und Ausströmpfad 36 einströmen, wo das Belüftungsgas 46 in der Trocknungseinrichtung 41 getrocknet wird. Dabei ver mischt sich das Belüftungsgas 46 mit dem gasförmigen Fluid zu dem Gasgemisch 48 in dem Innenraum 34 der Kühlvorrichtung 6. Es erfolgt ein Übergang zu Punkt C, wobei der Druck konstant bleibt, obwohl die Temperatur in der Kühlvorrichtung 6 sinkt. Punkt C liegt auf einer Saturations-Druckkurve 50 für Fluid 19 mit Fremd gas. Bei einem Übergang zu Punkt D entlang der Saturations-Druckkurve 50 für Fluid 19 mit Fremdgas wird das Fluid 19 in der Kühlvor richtung 6 erwärmt, wodurch auch der Druck darin steigt. Es wird also Wärme von den Batteriezellen 4 an das Fluid 19 übertragen, so dass eine Verdampfung von flüssigem Fluid 19 stattfindet, wobei mehr Fluid 19 verdampft als kondensiert. Die Steuervor richtung 37 ermittelt dabei kontinuierlich den Systemdruck und die Systemtemperatur. Basierend auf dem Systemdruck, der Sys temtemperatur und einem Kennfeld für den Anteil des gasförmigen Fluides 19 in dem Gasgemisch 48 in dem Innenraum 34 abhängig von dem Systemdruck und der Systemtemperatur bestimmt die Steuer vorrichtung 37 einen Anteil gasförmigen Fluides 19 in dem Gas gemisch 48. Wenn der Anteil des gasförmigen Fluides 19 unterhalb eines Grenzanteils liegt, also zu niedrig ist, steuert die Steu ervorrichtung 37 das Druckausgleichsventil 22 an zu öffnen, um eine Entlüftung durchzuführen. Dies erfolgt über eine gezielte Entlüftung beim Erreichen des Punktes D, wobei bereits vor dem Erreichen des maximalen Betriebsdrucks entlüftet wird und das Gasgemisch 48 in die Druckausgleichsvorrichtung 20 strömt. Wenn das Gasgemisch 48 in dem Ein- und Ausströmpfad 36 aufsteigt, erfolgt bereits eine stoffliche Trennung davon aufgrund eines Dichteunterschiedes des gasförmigen Fluides 19 und des zuvor aufgenommenen Belüftungsgases 46. Bei einer geeigneten Strö mungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Gasgemisches 48 kann ein großer Teil des gasförmigen Fluides 19 in der Druckausgleichs vorrichtung 20 verbleiben oder daraus wieder absinken, so dass nur ein geringer Teil gasförmiges Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 weiter aufsteigt.

Dazu wird die Kühleinheit 40 aktiviert, so dass der Ein- und Ausströmpfad 36 gekühlt wird. Dadurch kann das gasförmige Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 zusätzlich an dem Ein- und Ausströmpfad 36 kondensieren und so aus dem Gasgemisch 48 entfernt werden. Das in der Kühlvorrichtung 6 verwendete Fluid 19 weist gegenüber der Umgebungsluft eine höhere Siedetemperatur auf, so dass das gasförmige Fluid 19 bei Kühlen vor dem zuvor aufgenommenen Be lüftungsgas 46 kondensiert. Das kondensierte Fluid 19 wird dann im flüssigen Zustand aus der Druckausgleichsvorrichtung 20 in den Kühlkreislauf 42 zurückgeführt, so dass nur geringe Fluid verluste beim Entlüften der Kühlvorrichtung 6 auftreten.

Zusätzliches gasförmiges Fluid 19 in dem Gasgemisch 48 wird durch die Filtereinrichtung 38 herausgefiltert. Ein Entladen der Fil tereinrichtung 38 zur Abgabe des gefilterten Fluides 19 wird vorzugsweise in einem Betriebszustand durchgeführt, in dem keine Entlüftung über die Druckausgleichsvorrichtung 20 erfolgt.

Durch die stoffliche Trennung, das Kondensieren des Fluides 19 und das Filtern des Fluides 19 werden Fluidverluste beim Ent lüften weitgehend vermieden und das gasförmige Fluid 19 wird aus dem Gasgemisch 48 zurückgewonnen. Entsprechend wird als Entlüf tungsgas 47 im Wesentlichen die zuvor als Belüftungsgas 46 auf genommene Umgebungsluft an die äußere Umgebung 35 abgegeben, so dass eine Konzentration des Fluides 19 in dem Kühlkreislauf 42 erhöht wird. Das rückgewonnene Fluid 19 wird aus der Druckaus gleichsvorrichtung 20 in den Kühlkreislauf 42 zurückgeführt. Entsprechend wird wieder Punkt A der Saturations-Druckkurve 49 für reines Fluid 19 erreicht. Zusätzlich ist die Steuervorrichtung 37 ausgeführt, beim Errei chen eines Maximaldrucks das Druckausgleichsventil 22 anzusteu ern zu öffnen. Der Maximaldruck ist ein maximaler Betriebsdruck in dem Kühlkreislauf 42, bis zu dem üblicherweise keine Undich tigkeiten auftreten. Dies ist als Punkt E in Figur 5 dargestellt.

Wie sich aus den beiden Saturations-Druckkurven 49, 50 für reines Fluid 19 und für Fluid 19 mit Fremdgas ergibt, werden bei reinem Fluid 19 höhere Drücke erst bei höheren Temperaturen erreicht, als bei einer Mischung aus Fluid 19 mit Fremdgas.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 6 einen nicht dargestellten Vorratsbehälter auf zur Abgabe von flüssigem Fluid 19 in den Kühlkreislauf 42, um Fluidverluste beim Entlüften des Kühlkreislaufs 42 auszugleichen und eine hohe Konzentration gasförmigen Fluides 19 innerhalb der Kühlvorrich tung 6 sicherzustellen.

Durch die so gebildete Kühlvorrichtung 6 kann ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden, der insbesondere auch bei größe ren Neigungen des Fahrzeugs 1 nicht beeinträchtigt wird, wie sich aus den Figuren 1 und 3 ergibt. So kann bei typischen Fahrzeugen 1 bei der Kühlvorrichtung 6 des ersten Ausführungs beispiels mit den beiden Kondensierungsvorrichtungen 12, 13 auch bei einer Neigung von beispielsweise 18° noch eine Höhendiffe renz h' zwischen einem Flüssigkeitsspiegel 25 des Fluides 19 in der Verdampfungsvorrichtung 7 in dem Gehäusekörper 3 und den Kondensierungsvorrichtungen 12, 13, insbesondere dem Auslass 33 der Kondensierungsvorrichtung 12, 13 für kondensiertes Fluid 19, aufrecht erhalten werden, wie in Figur 3 dargestellt ist. Dort ist eine Normallage 27 dargestellt mit einer Schräglage 28 von +18° gegenüber der Normallage 27. Wie in Figur 3 eingezeichnet ist, befindet sich der Auslass 33 der vorderen Kondensierungs vorrichtung 12 für kondensiertes Fluid 19 oberhalb des Flüssig- keitsspiegels 25 des flüssigen Fluides 19 in dem Gehäusekörper 3 der Traktionsbatterie 2, wodurch das kondensierte Fluid 19 schwerkraftgetrieben in den Gehäusekörper 3 strömen kann. In Figur 1 sind Schräglagen 28 von +18° bzw. -18° gegenüber der Normallage 27 dargestellt.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Druckausgleichs vorrichtung 20 an einer prinzipiell beliebigen Stelle des Kühl kreislaufs 42 angeordnet. Der Innenraum 34 ist ein prinzipiell beliebiger Teil des Kühlkreislaufs 42, durch den das Fluid 19 strömt.

Bezugs zeichenliste

1 Fahrzeug

2 Traktionsbatterie

3 Gehäusekörper

4 Batteriezelle

5 Batteriemodul

6 Kühlvorrichtung

7 Verdampfungsvorrichtung

8 Bodenbereich

9 Fahrgastzelle

10 Vorderachse

11 Hinterachse

12 vordere Kondensierungsvorrichtung

13 hintere Kondensierungsvorrichtung

14 Längsrichtung

15 Motorhaube

16 vertikale Richtung

17 Steigleitung, Verbindungsleitung

18 Fallleitung, Verbindungsleitung

19 Fluid

20 Druckausgleichsvorrichtung

21 Druckausgleichsöffnung

22 Druckausgleichsventil

23 Verdampfungselement

24 Mikrokanal

25 Flüssigkeitsspiegel

27 Normallage

28 Schräglage

29 Schraubmittel

30 Plenum

31 Wärmetauscherelement

32 Einlass

33 Auslass

34 Innenraum 35 Umgebung

36 Ein- und Ausströmpfad

37 Steuervorrichtung

38 Filtereinrichtung

39 Entlade orrichtung

40 Kühleinheit

41 Trocknungseinrichtung

42 Kühlkreislauf

43 A-Säule

44 C-Säule

45 Längsrichtung

46 Belüftungsgas

47 Entlüftungsgas

48 Gasgemisch

49 Saturations-Druckkurve für Fluid (rein)

50 Saturations-Druckkurve für Fluid mit Fremdgas h Höhenunterschied ohne Fahrzeugneigung h' Höhenunterschied bei Fahrzeugneigung