CN106114123B - 用于电池和车辆内腔的调温装置，方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池和车辆内腔的调温装置，带有热学地耦合的第一热交换器（4）和第二热交换器（5），其中，第二热交换器（5）热学地与电池（2）耦合，并且第一热交换器（4）热学地与调温室（6）耦合，该调温室具有热学地与车辆内腔（3）耦合的下游区段（7）并且具有第一上游区段（8）和第二上游区段（9），其中，第一上游区段（8）热学地与车辆内腔（3）耦合并且第二上游区段（9）与车辆环境（10）耦合，其中，第一热交换器（4）以交替的方式与第一上游区段（8）或与第二上游区段（9）热学地能够耦合。

Description

用于电池和车辆内腔的调温装置，方法及其用途
技术领域
本发明基于按照独立权利要求的类型所述的调温装置或用于运行这样的调温装置的方法。
背景技术
公开文件EP 2 357 102 Al公开了用于能够电地驱动的车辆的加热系统，该加热系统带有电的驱动组件、电能储存器和冷却回路。在此，冷却回路具有用于接收电的驱动组件的废热的环绕的冷却剂。此外，冷却回路具有用于在冷却回路和环境空气之间交换热量的第一换热器。此外，热电的热泵节段通过第二换热器与冷却回路耦合，以便将热量在冷却回路和乘客区域之间输送。在此，另一个热电的热泵节段耦合至第一换热器，以便将热量在冷却回路和环境空气之间输送。
从公开文件DE 10 2011 076 897 Al和公开文件DE 10 2009 019 607 Al中同样已知调温装置和用于调温车辆内腔的方法。
发明内容
带有独立权利要求的特征的调温装置和用于对电池和车辆内腔调温的方法具有的优点是，通过第一热交换器与第一上游区段或与第二上游区段的交替的耦合，车辆内腔和/或电池基于在电池、车辆内腔和车辆环境之间的既存的温度差能够被调温。
根据本发明，提供了用于电池和车辆内腔的调温装置，该调温装置具有热学地耦合的第一热交换器和第二热交换器。在此，第二热交换器热学地与电池耦合。此外，第一热交换器热学地与调温室耦合。在此，调温室具有热学地与车辆内腔耦合的下游区段。此外，调温室具有第一上游区段和第二上游区段。第一上游区段热学地与车辆内腔耦合，并且第二上游区段热学地与车辆环境耦合。在此，第一热交换器以交替的方式与第一上游区段或与第二上游区段能够热学地耦合。
在独立权利要求中说明的装置或在并列的独立权利要求中说明的方法的有利的改型方案和改进方案通过在从属权利要求中列出的措施而可行。
在此尤其，第一热交换器和第二热交换器的热学的耦合构造为能够逆转的热泵过程的组成部分。由此，由第一热交换器接收的热量能够传递至第二热交换器，该第二热交换器又输出该热量
或者，由第二热交换器接收的热量能够传递至第一热交换器，该第一热交换器又输出该热量。
此外针对性的是，调温室具有调节元件。在此，如此构造调节元件，使得在调节元件的第一位置中，第一热交换器与第一上游区段热学地耦合，并且在调节元件的第二位置中，第一热交换器与调温室的第二上游区段热学地耦合。在此以简单的方式可行的是，第一热交换器以交替的方式与第一上游区段或与第二上游区段热学地耦合。
尤其，调节元件构造为能够转动的活门或推移元件。
按照本发明的另一个想法，调温室具有至少一个加热元件。从而至少一个加热元件能够基于在电流流动时该加热元件的内电阻的自身加温支持电池的加温并且从而负责电池的更快速的加温。尤其，第二上游区段具有至少一个加热元件。优选地，加热元件构造为电的加热元件或使用化石燃料的加热元件。
此外有利的是，调温室能够由介质穿流，从而尤其在第一热交换器和介质之间的对流的热量传递支持车辆内腔的和/或电池的调温。额外地，调温室能够具有至少一个导热的元件，该元件通过导热来支持对流的热量传递。
尤其，调温室被来自于车辆内腔中的空气经过第一上游区段向着下游区段的方向能够穿流。此外，调温室尤其被来自车辆环境中的空气经过第二上游区段向着下游区段的方向能够穿流。以这种方式，车辆内腔和/或电池的高效的调温是可行的。
此外有利的是，调温室具有供给单元。在此，如此构造供给单元，使得介质流动通过调温室。从而供给单元能够控制流动通过调温室的体积流量。由此能够影响电池的和车辆内腔的调温。
在此，供给单元尤其构造为通风单元，当空气流动通过调温室时。
本发明还涉及用于利用根据本发明的调温装置来调温电池和车辆内腔的方法。在此，第一热交换器热学地与第一上游区段或与第二上游区段耦合。由此，车辆内腔和/或电池能够基于在电池、车辆内腔和车辆环境之间的温度差而调温。
此外针对性的是，第一热交换器热学地与第一上游区段耦合，并且第二热交换器如此地输出热量，使得车辆内腔被冷却。通过第一上游区段与车辆内腔的耦合，热量从车辆内腔中传递至第一上游区段。因为第一上游区段还与第一热交换器热学地耦合，则该热量继续传递至第一热交换器，该热交换器热学地与第二热交换器耦合。由此，为了冷却车辆内腔，热量能够从车辆内腔传递至第二热交换器，该热交换器输出该热量。此外能够将此热量额外地用于电池的加温。
此外针对性的是，第一热交换器热学地与第二上游区段耦合，并且第二热交换器如此地输出热量，从而电池被加温。通过第二上游区段与车辆环境的热学的耦合，热量从车辆环境中传递至第二上游区段。因为第二上游区段还与第一热交换器耦合，则该热量继续传递至第一热交换器，该热交换器热学地与第二热交换器耦合。由此，为了加温所述电池，热量能够从车辆环境传递至第二热交换器，该热交换器热学地与电池耦合并且将该热量输出至电池。由此能够加温电池，而不改变车辆内腔的温度。额外地，至少一个加热元件能够将热量间接地传递至第一热交换器。
此外针对性的也是，第一热交换器热学地与第一上游区段耦合，并且第二热交换器如此地接受热量，使得车辆内腔被加温。基于电池与第二热交换器的热学的耦合，热量能够从电池传递至第二热交换器。此外，第二热交换器热学地与第一热交换器耦合，从而此热量能够传递至第一热交换器，该第一热交换器热学地与调温室尤其与调温室的下游区段耦合。由此，此热量能够经过调温室尤其经过调温室的下游区段传递至车辆内腔。由此能够利用电池的废热，以便加温车辆内腔。在此，电池优选地具有不带有液态的电解质的电池单池。在这样的电池单池中，电极和/或分离器由固体电解质组成，例如由无机的或聚合的固体电解质组成。优选地，阳极构造为锂-金属-阳极，例如构造为硅-锂-合金阳极。此外，阴极优选地具有基于镍、钴、锰、铝或硫的材料。工作温度的提高在这样的电池单池中降低内电阻并且尤其在电池单池的充电和放电时加速化学反应。
由此有利的是，在从60°至120℃的温度范围中的温度处并且尤其在从65°至100℃的温度范围中的温度处运行所述电池。
本发明的实施例在附图中表明且在下面的说明书中作进一步地解释。
附图说明
附图中：
图1在示意图中示出了根据本发明的调温装置的实施方式。
具体实施方式
图1示出了用于电池和车辆内腔的根据本发明的调温装置1的实施方式的示意性展示。
此外，图1示出了电池2和车辆内腔3。
调温装置1具有第一热交换器4和第二热交换器5，其中，第一热交换器4和第二热交换器5热学地耦合。
此外，第一热交换器4热学地与调温室6耦合，并且第二热交换器5热学地与电池2耦合。由此，在第一热交换器4和调温室6之间的热量传递是可能的。此外由此，在第二热交换器5和电池2之间的热量传递是可能的。
在此，附图标记41指代由第一热交换器4接收的热量，该热量尤其由调温室6传递至第一热交换器4，
附图标记42指代由第一热交换器4输出的热量，该热量尤其由第一热交换器4传递至调温室6，
附图标记51指代由第二热交换器5接收的热量，该热量尤其由调温室2传递至第二热交换器5，并且
附图标记52指代由第二热交换器5输出的热量，该热量尤其由第二热交换器5传递至电池2。
第一热交换器4和第二热交换器5此外集成到热泵过程中，该热泵过程除了第一热交换器4和第二热交换器5之外还具有未示出的压缩器和未示出的膨胀阀。优选地，利用流体运行热泵过程。在此，例如把在低的温度水平上的热量41提供给第一热交换器4，该热量用于将优选液态的和卸压的流体在恒定压力p1中蒸发。接下来，气状的流体在使用机械功的情况下通过未示出的压缩器如此压缩，使得流体具有相比于低的温度水平更高的温度水平以及相比于压力p1更高的压力p2。通过经过第二热交换器5输出在较高的温度水平中的热量52，气状的压缩的流体在恒定的压力p2中再次液化。膨胀阀在回收机械功时用于，如此地卸压所述液态的流体，使得所述液态的和卸压的流体在低的温度水平中再次具有压力p1。由此，能够将热泵实施为回路过程。由此，能够利用所描述的热泵过程把在低的温度水平中的热量41经过第一热交换器4接收并且提高至较高的温度水平并且作为热量52经过第二热交换器5而输出。
尤其可行的是，折返热泵的方向，从而第二热交换器5接收在较高的温度水平中的热量51，并且第一热交换器4再次输出在低的温度水平中的热量42。
调温室6具有下游区段7、第一上游区段8、第二上游区段9和中部区段15。在此，中部区段15相邻于下游区段7、第一上游区段8和第二上游区段9布置。此外，中部区段15布置在第一上游区段8和下游区段7之间以及布置在第二上游区段9和下游区段7之间。
在此，所绘出的分界线157用于隔离中部区段15与下游区段7，所绘出的分界线158用于隔离中部区段15与第一上游区段8，并且所绘出的分界线159用于隔离中部区段15与第二上游区段9。分界线157、158、159仅用于表示在中部区段15和下游区段7、第一上游区段8以及第二上游区段9之间的隔离并且此外不具有对调温装置1的功能的意义。
中部区段15热学地与下游区段7耦合，从而热量152从中部区段15能够传递至下游区段7。
中部区段7此外热学地与车辆内部3耦合，从而热量72从下游区段7能够传递至车辆内部3。
第一上游区段8热学地与车辆内部3耦合，从而热量81从车辆内部3能够传递至第一上游区段8。
第二上游区段9热学地与车辆环境10耦合，从而热量91从车辆环境10能够传递至第二上游区段9。
此外，调温室6的中部区段15以交替的方式与第一上游区段8或与第二上游区段9能够热学地耦合。图1示出了，调温室6对此有利地具有调节元件11。
对于调节元件11在第一位置111中的布置（该第一位置在图1中实线展示），中部区段15热学地与第一上游区段8耦合。由此，热量82能够从第一上游区段8传递至中部区段15。
对于调节元件11在第二位置112中的布置（该第二位置在图1中虚线展示），中部区段15热学地与第二上游区段9耦合。由此，热量92能够从第二上游区段9传递至中部区段15。
如图1中所示，第一热交换器4优选地与调温室6的中部区段15热学地耦合。由此，热量41能够从调温室6的中部区段15传递至第一热交换器4。另外，由此热量42能够从第一热交换器4尤其传递至调温室6的中部区段15。优选地，在此，第一热交换器4布置在调温室6的中部区段15的内部或者与调温室6的中部区段15热学地接触地布置。
此外，调温室6尤其第二上游区段9能够具有至少一个加热元件12。在此，如图1中所示，至少一个加热元件12能够利用化石燃料。作为替代方案，加热元件12能够构造为电的加热元件。至少一个加热元件12用于将额外的热量121置入调温室6中，尤其置入第二上游区段9中。
为了对电池2或车辆内腔3调温，第一热交换器4尤其经过调温室6的中部区段15热学地与第一上游区段8（尤其通过调节元件11在第一位置111中的布置）耦合或者热学地与第二上游区段9（尤其通过调节元件11在第二位置112中的布置）耦合。
如果第一热交换器4尤其经过调温室6的中部区段15热学地与第一上游区段8耦合（尤其通过调节元件11布置在第一位置111中），则如图1中所示，在调温装置1的第一运行方式中，热量能够通过热量81、热量82、热量41和热量52的热量传递从车辆内腔3传递至电池2。由此，车辆内腔3通过热量提取而冷却。额外地，能够由此加温电池2。
此外，正如从1中可见的那样，在调温装置1的第二运行方式中，热量能够通过热量91、热量92、热量41和热量52的热量传递从车辆环境10传递至电池2，当第一热交换器4尤其经过调温室6的中部区段15热学地与第二上游区段9耦合（尤其通过将调节元件11布置在第二位置112中）时。由此能够通过热量引入来加温电池2。额外地，至少一个加热元件12能够通过引入热量121支持电池2的加温。
此外，正如从1中可见的那样，在调温装置的第三运行方式中，热量也能够通过热量51、热量42、热量152和热量72的热量传递从电池2传递至车辆内腔3。在此优选地，第一热交换器4尤其经过调温室6的中部区段15热学地与第一上游区段8耦合。由此，车辆内腔3能够通过电池2的废热加温。
根据本发明，在调温装置1中，第一热交换器4以交替的方式与第一上游区段8或与第二上游区段9热学地耦合。由此，利用调温装置1可行的是，在第一运行方式、第二运行方式和第三运行方式之间尤其通过将调节元件11布置在第一位置111或第二位置112中如此地进行切换，使得获得电池2的和/或车辆内腔3的所期望的调温。在此，第一运行方式用于冷却车辆内腔3和能够加温电池2，第二运行方式用于加温电池2并且第三运行方式用于加温车辆内腔3。
基于所描述的热耦合的热量传递和在调温室6的区段内的热量传递优选地基于由于温度梯度所导致的导热和/或基于由于流体的流动和温度梯度所导致的对流的热量传递。
可行的是，调温室6能够由介质穿流。此外有利的是，调温室6额外地具有用于供给介质的供给单元13。
流动通过调温室6的介质按照以下方式尤其从第一上游区段8经过中部区段15向着下游区段7的方向或从第二上游区段9经过中部区段15向着下游区段7的方向流动通过调温室6，即所述介质能够用于通过对流的热量传递来传递热量41、42、72、81、82、91、92、157、121或者这种热量传递通过能够通过对流的热量传递支持。
尤其，调温室6能够具有导热的材料例如塑料或金属，该材料通过导热用于热量41、42、72、81、82、91、92、121、152至少之一的热量传递或者该热量传递被导热支持。
尤其有利的是，来自车辆内腔3中的空气经过第一上游区段8且经过中部区段15向着下游区段7的方向能够流动并且能够从下游区段7中再次流动进入车辆内腔3中。在此，有利地，通风单元14用于供给气流。在此，调节元件11优选地布置在第一位置111中。由此，流动通过调温室6的空气能够在调温装置1的第一运行方式期间为了冷却车辆内腔3而将热量输出至第一热交换器4并且再次流入车辆内部3中。或者，所述空气能够在调温装置1的第三运行方式期间为了加温车辆内部3而将热量由第一热交换器4接收并且由此加温地再次流入车辆内部3中。
此外有利的是，来自车辆环境10中的空气经过第二上游区段9且经过中部区段15向着下游区段7的方向能够流动。在此，调节元件11优选地布置在第二位置112中。由此，空气能够在第二运行方式期间将热量从车辆环境10中输出至第一热交换器4，该空气由此能够加温电池2。
此外，能够将调温装置1尤其第一热交换器4布置在车辆的底部区域和/或壁区域处，电池布置在底部区域和/或壁区域附近。由此，底部区域和/或壁区域能够有利地冷却。
调温装置能够应用在带有蓄电池尤其带有锂离子电池例如带有锂-硫-电池或锂-空气-电池的电动车辆中，在从60°至120℃的温度范围中的温度处并且优选在从65°至100℃的温度范围中的温度处尤其在80℃的温度处运行所述蓄电池。
此外，除了使用在车辆中，根据本发明的调温装置1也能够使用作为静态的调温装置，例如尤其用于建筑物的调温。

Claims (14)

1.一种用于电池和车辆内腔的调温装置，带有热学地耦合的第一热交换器（4）和第二热交换器（5），其中，第二热交换器（5）热学地与电池（2）耦合，并且第一热交换器（4）热学地与调温室（6）耦合，该调温室具有热学地与车辆内腔（3）耦合的下游区段（7）并且具有第一上游区段（8）和第二上游区段（9），其中，第一上游区段（8）热学地与车辆内腔（3）耦合并且第二上游区段（9）与车辆环境（10）耦合，其中，第一热交换器（4）以交替的方式与第一上游区段（8）或与第二上游区段（9）热学地能够耦合，使得车辆内腔（3）和/或电池（2）能够基于电池（2）、车辆内腔（3）和车辆环境（10）之间的温度差而被调温，其中，
在所述调温装置的第一种运行方式中，热量从车辆内腔（3）经由第一上游区段（8）、第一热交换器（4）、第二热交换器（5）传递至电池（2），使得利用车辆内腔（3）的热量来加温电池（2）；
在所述调温装置的第二种运行方式中，热量从车辆环境（10）经由第二上游区段（9）、第一热交换器（4）、第二热交换器（5）传递至电池（2），使得利用从车辆环境（10）的热量引入来加温电池（2）；
在所述调温装置的第三种运行方式中，热量从电池（2）经由第二热交换器（5）、第一热交换器（4）传递至车辆内腔（3），使得利用电池（2）的废热来加温车辆内腔（3），
并且其中，所述调温室还具有中部区段（15），所述中部区段布置在第一上游区段（8）和下游区段（7）之间以及布置在第二上游区段（9）和下游区段（7）之间，其中，所述中部区段（15）的壁部位于所述电池（2）附近。
2.按照权利要求1所述的调温装置，其特征在于，调温室（6）具有调节元件（11），该调节元件如此地构造，使得在调节元件（11）的第一位置（111）中，第一热交换器（4）与第一上游区段（8）热学地耦合，并且在调节元件（11）的第二位置（112）中，第一热交换器（4）与调温室（6）的第二上游区段（9）热学地耦合。
3.按照权利要求1或2所述的调温装置，其特征在于，调温室（6）具有至少一个加热元件（12）。
4.按照权利要求3所述的调温装置，其特征在于，调温室（6）的第二上游区段（9）具有至少一个加热元件（12）。
5.按照权利要求1或2所述的调温装置，其特征在于，调温室（6）被来自于车辆内腔（3）中的介质经过第一上游区段（8）向着下游区段（7）的方向能够穿流或者被来自于车辆环境（10）中的空气经过第二上游区段（9）向着下游区段（7）的方向能够穿流。
6.按照权利要求5所述的调温装置，其特征在于，所述介质是空气。
7.按照权利要求5所述的调温装置，其特征在于，调温室具有供给单元（13），该供给单元如此地构造，使得所述介质流动通过调温室（6）。
8.按照权利要求7所述的调温装置，其特征在于，所述供给单元（13）是通风单元（14）。
9.一种用于对电池和车辆内腔调温的方法，其特征在于，在按照权利要求1到8中任一项所述的调温装置（1）中，第一热交换器（4）热学地与第一上游区段（8）或与第二上游区段（9）耦合。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，第一热交换器（4）热学地与第一上游区段（8）耦合，并且第二热交换器（5）如此地输出热量（52），使得车辆内腔（3）被冷却。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，第一热交换器（4）热学地与第二上游区段（9）耦合，并且第二热交换器（5）如此地输出热量（52），使得电池（2）被加温。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，第一热交换器（4）热学地与第一上游区段（8）耦合，并且第二热交换器（5）如此地接收热量（51），从而车辆内腔（3）被加温。
13.一种按照权利要求1到8中任一项所述的调温装置的和/或按照权利要求9到12中任一项所述的方法的用途，其特征在于，在从60°至120℃的温度范围中的温度处运行所述电池（2）。
14.按照权利要求13所述的用途，其特征在于，从65°至100℃的温度范围中的温度处运行所述电池（2）。
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