CN107078362A - 温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池(23)的至少一个电池芯(2)的温度控制的温度控制装置(1)，其具有能够流过流体的温度控制结构(3)，并且具有由至少一个第一管壁(5a)划界的内腔室(4)，具有布置在温度控制结构(3)上的至少一个热电模块(6)，其中热电模块(6)具有分别具有至少两个热电元件(9a‑9e)的一个第一和至少一个第二元件行(8a‑8e)，其中至少两个元件行(8a‑8e)分别沿延伸方向(E)延伸，其中第一元件行(8a)的至少两个热电元件(9a)串联地电连接，并且至少一个第二元件行(8b‑8e)的至少两个热电元件(9b‑9e)串联地电连接，其中在至少一个元件行(8a‑8e)中，存在电切换元件(11a‑11e)，其能够在关闭状态与打开状态之间切换。

Description

温度控制装置

技术领域

本发明涉及一种温度控制装置，并且涉及一种具有这样的温度控制装置的电池布置。

背景技术

在当前的混合动力以及电动车辆中，锂离子电池通常被用作可充电的能量储存单元。关于使用寿命和最大储能量进行了优化的电池要求针对每个电池芯的相应有效的温度控制装置，其能够特别防止电池被加热至超过最大运行温度。

在该背景之前，从现有技术中已知主动温度控制装置，其包括温度控制结构，流体形式的温度控制介质能够流过所述温度控制结构。这样的温度控制结构通常包括限定流体通道的两个温度控制板。所述温度控制结构用作热源或散热片，并且允许待进行温度控制的电池与流体之间的热交换。热交换能够由所谓帕尔帖(Peltier)元件形式的热电元件支撑，其附接在待进行温度控制的电池与温度控制板之间限定的地点。

从例如DE102012211259A1的现有技术已知描述了这样的温度控制装置。

通过这样的温度控制装置，其证明了实现耦合至温度控制装置的电池的每个电池芯中的电池芯的尽可能均匀的冷却是存在问题的。

发明内容

因此，本发明的目的为：创建一种温度控制装置的改进的实施例，其使得热耦合至温度控制装置的电池的电池芯的均匀的温度控制成为可能。而且，本发明的目的为：创建一种具有这样的温度控制装置的电池布置。

这些目的通过独立专利权利要求的主题解决。优选的实施例为从属专利权利要求的主题。

因此，本发明的基本构思是：装备具有热电元件的至少两个元件行的温度控制装置，其中至少一个元件行在电切换元件的帮助下能够可选地电接通(switched on)或电断开(switch off)。以这种方式，针对热耦合至热电元件的电池芯的温度控制，每个元件行的热电元件能够单独地激活或者去激活。

这使得能够特别地对待进行温度控制的电池芯中的所谓的热点做出反应。这些是电池芯的如下的局部外壳地带：具有局部地升高或降低的温度，并且转而需要局部地升高或降低的温度控制性能以实现电池芯的总体均匀的温度控制。

然而，能够可选地接通或关断热电元件的至少一个元件行的构思在这种情况下将其有益的效果发展到特别的程度：特别是当可控的电切换元件不仅出现在一个元件行中，而是优选地出现在已有的许多元件行中，特别优选的是出现在全部已有的元件行中时。通过增加这样的电切换元件的数量，能够可持续地改进相对于电池芯的待个别地进行温度控制的区域的可实现的灵活性。

根据本发明的用于电池的至少一个电池芯的温度控制的温度控制装置包括能够流过流体的温度控制结构，所述温度控制结构的内腔室由至少一个管壁划界。通常，这样的温度控制结构能够设计为管状，例如以扁平管的形式，使得其管壁对温度控制结构的内腔室进行划界。而且，根据本发明的温度控制装置包括至少一个热电模块，其在远离温度控制结构的内腔室的一侧被布置在温度控制结构的管壁上。热电模块包括分别具有至少两个热电元件的第一元件行和至少一个第二元件行，其中在每种情况下至少两个元件行沿着延伸方向延伸。这些由至少两个热电元件形成的元件行呈现传统帕尔帖(Peltier)元件的功能。

根据本发明，现在在至少一个元件行中设置电切换元件，其能够在关闭(closed)与打开(opened)状态之间切换。在关闭状态下，电流能够流过分配至切换元件的元件行的热电元件，在打开状态下则是不可能的。

在优选的实施例中能够实现温度控制装置的几何上特别紧凑的结构，根据该优选的实施例，元件行的热电元件基本上沿着纵向方向线性地布置，并且至少两个元件行沿着横向于纵向延伸的横向彼此相邻地布置。在该方案中，热电元件的延伸方向与纵向是相同的。在此，在第一电绝缘绝缘元件与第二电绝缘绝缘元件之间，热电模块的热电元件沿着相对于纵向且也相对于横向正交延伸的竖直方向布置。第二电绝缘绝缘元件沿着竖直方向布置在热电元件与温度控制结构的管壁之间。这样的布置几何形状使得与待进行温度控制的电池芯的改进的热接触是可能的，特别是当电池芯包括基本上扁平的外壳壁时。这能够随后沿着元件行的纵向机械地与温度控制结构的管壁接触，从而实现优化的热接触。在特别有益的实施例中，热电模块能够包括至少一个用于测量热耦合至热电模块的电池芯的温度的温度传感器。

当激活至少一个电切换元件时，这特别能够使得考虑到温度传感器测量的温度。以这种方式，能够实现电池芯的温度的闭环控制。

为此目的，在本发明的有益的进一步的发展中的温度控制装置能够包括与至少一个电切换元件以及与至少一个温度传感器相互作用的开环/闭环控制单元。开环/闭环控制单元以如下的方式配置/编程：作为由温度传感器测量的温度的函数其在打开与关闭状态之间切换电切换元件。协同开环/闭环控制单元，作为耦合至这些热电元件的电池芯的温度的函数，温度传感器因此允许由元件行的热电元件提供的加热或冷却性能的闭环控制。在电切换元件的帮助下通过各个元件行的目标的接通(Switching-on)和关断(Switching-off)，这导致了电池芯的改进的、特别是均匀的温度控制。

根据特别优选的实施例，为了测量热耦合至热电模块的相应的元件行的电池芯的温度，至少温度传感器、优选地至少两个温度传感器、特别优选地多个温度传感器能够设置在至少两个元件行中，特别优选地设置在全部的元件行中。据此，开环/闭环控制单元也能够以如下的方式设计：作为能够通过分配至相同元件行的至少一个温度传感器确定的温度的函数，分配至某个元件行的电切换元件由开环/闭环控制单元激活。以这种方式，使用各个分支导体或与热电元件相关的元件行的已经说明的开环/闭环控制单元实现了单独的(individual)闭环控制。这揭示了关于由这些地带中的热电元件提供的加热或冷却结构单独地激活温度控制结构的局部地带的可能性。由此，能够特别有利地对已经提到的热点的潜在的形成做出反应。

在特别优选的实施例中，至少一个电切换元件能够包括半导体开关，特别是晶闸管。通过这样的半导体开关，能够以特别简单的方式说明实现上述闭环温度控制所需的电切换元件的可控性。由于晶闸管适于用于控制诸如操作热电元件所需的高电流的特别程度，所以推荐晶闸管的使用。

在另一个优选的实施例中，温度传感器能够被设计为红外传感器，通过所述红外传感器用于确定由电池芯发出的红外辐射的温度是可测量的。这允许特别准确的确定温度。

在进一步优选的实施例中，能够将至少一个电切换元件设置在热电模块的面向温度控制结构的一侧。以这种方式，能够避免在运行期间由电切换元件产生的废热以干扰的方式影响电池芯的温度控制。

在有益的进一步的发展中，温度控制结构能够装备有适合元件行或分支导体的流体管道结构。可想到的是，在温度控制结构中针对每个元件行以如下方式设置流体管道：每个流体管道热耦合至所分配的元件行。在此，温度控制结构的至少一个管壁将相应的流体管道与所分配的元件行分开。而且建议在至少一个流体管道、优选在全部的流体管道中设置阀元件，所述阀元件在关闭位置(closed position)(在该位置所述阀元件关闭流体管道)与打开位置(openedposition)(在该位置所述阀元件打开流体管道以流过流体)之间可调节。这允许灵活地改变通过相关的流体管道带来的温度控制效果。如果流过流体管道的流体例如为冷却剂，通过关闭流体管道，在该流体管道的区域中能够大大地局部地降低由流体产生的冷却效果。通过将阀元件调节为其打开位置，相反地由流体提供的冷却性能被最大化。这使得特别能够对待冷却的电池芯中的已经说明过的热点做出反应。

在此介绍的具有可调节的流体流速的“可调节”流体管道的构思以特别的程度将其发展为有益的效果，特别是当优选的许多、特别优选的是全部的流体管道装备有可调节的阀元件时。

在优选的实施例中，与阀元件相互作用的电致动器元件能够设置在分配至包括阀元件的流体管道的元件行中，所述电致动器元件电连接至该元件行的至少两个热电元件。在该情况下电致动器元件具有两个操作状体并且以如下方式与对应的流体管道的阀元件相互作用：其在第一操作状态下将阀元件调节至打开位置，并且在第二操作状态下将阀元件调节至关闭位置，或者反之亦然。这样的构造允许将某个元件行的热电元件耦合至分配至该元件行的流体管道的阀元件。因此，由热电元件产生的制热或冷却性能也能够有益地耦合至由流过流体管道的流体产生的制热或冷却性能。通过使热电元件的各个元件行切换为开和关，上述闭环温度控制也能够以这种方式转换至流体能够流经其中的流体管道。将电切换元件切换为打开位置随后不会导致有关的热电元件的热电元件不再有利于电池芯的温度控制，而是通过将相关的阀元件切换为与切换为关闭位置的切换元件的打开相关的关闭位置则会导致对应的流体管道也同时被关闭。因此，流体管道也能够不再有助于电池芯的温度控制。相反地，将电切换元件切换为关闭位置使电流流过热电元件，使得这些有助于电池芯的温度控制。同时，将电切换元件切换为关闭位置也能够使阀元件调节至打开位置，使得流体能够流过流体管道，并且有助于电池芯的温度控制。

在有益的进一步的发展中，电致动器元件能够包括与至少两个热电元件串联地电连接的线圈元件，其在第一操作状态下流过有电流，而在第二操作状态下没有。在第一操作状态下，因此能够由流过电线圈元件的电流产生磁场，所述磁场通过与阀元件的磁的相互作用引起后者在打开与关闭位置之间的调节。

特别可行地，针对在打开与关闭位置之间的调节，电致动器元件能够以如下的方式设计：其与阀元件非接触地相互作用。当阀元件设置有磁性部件(例如与由电线圈元件产生的磁场相互作用的磁化部件)时，这可以优选地经由已经提到的磁性耦合进行。

在优选的实施例中，阀元件能够包括弹簧-弹性元件，特别是弹簧片，其向打开位置或关闭位置预加载荷。这样的弹簧-弹性元件在制造方面易于制造，并且只需要很少的安装空间，使得其能够节省空间地安装在温度结构中。另外，其也能够高费效比地制造，这导致了整个温度控制装置的减少的制造成本，特别是当安装多个这样的弹簧-弹性元件时。弹簧-弹性元件向在此所建议的打开或关闭位置的预加载荷额外地允许实现激活原则，对所述激活原则本领域技术人员熟悉为故障保护功能。对此可替代地，也可想到如微型阀的设计。

在进一步优选的实施例中，致动器元件电布置在两个热电元件之间。以这种方式，用于容纳相应的致动器元件所需的安装空间能够被保持得小。

特别可行地，阀元件能够特别沿着延伸方向布置在致动器元件的区域中。以这种方式，能够特别有效地实现阀元件与致动器元件之间期望的耦合。

特别优选地，电切换元件也能够电布置两个热电元件之间。以这种方式，能够将用于热电元件的电线花费保持在低价位。

特别可行地，温度控制结构能够设计为扁平管，其中设置有至少两个流体管道，并且其面向热电模块的一侧对着热电模块平坦地放置。这导致了在低安装空间需求的同时扁平管的流体管道与热电模块的有益的大面积热接触。根据本发明，至少两个流体管道与元件行的热电元件能够分别沿已经介绍的延伸方向延伸。相对于同样已经介绍的竖直方向(所述竖直方向相对于延伸方向且也相对于横向正交地延伸)，每个流体管道能够因此与分配至其的元件行隔开并且平行地延伸。

本发明还涉及具有以上介绍的热电装置的电池布置。电池布置还包括包括至少一个电池芯的电池。在该情况下至少一个电池芯被布置在热电模块的背向所述模块上的温度控制结构的一侧。以这种方式，能够同时实现至少一个电池芯既与热电元件又与温度控制装置的温度控制结构的有效的热耦合。

在特别优选的实施例中，针对待进行温度控制的每个电池芯能够设置个别的热电模块。通过热电装置的这样的模块结构，能够以灵活的方式使用该结构用于基本上任何数量的电池芯的温度控制。根据该实施例，电池布置因此包括第一热电模块和至少一个第二热电模块。因此，待进行温度控制的电池包括第一电池芯和至少第二电池芯。为了热耦合至相应的热电模块，相应的电池芯的外壳的外壳壁能够机械地并且因此也热地连接至对应的热电模块的温度控制结构的管壁。

如已经提到的，以上介绍的模块化构思允许具有基本上任何数量的电池芯的电池的温度控制。在此处介绍的电池布置的优选实施例中，电池因此包括多个电池芯。在此，针对每个电池芯精确地设置有一个热电模块，其机械地且因此也热地连接至该电池芯。

根据在此介绍的电池布置的特别有益的实施例，针对每对电池芯和热电模块能够设置至少一个单独的温度传感器。这使得通过分配至它们的热电模块并且使用以上介绍的结合的开环/闭环控制单元的各个电池芯的单独的温度控制是可能的。

在有益的进一步的发展中，因此推荐以如下的方式设计开环/闭环控制单元：作为能够由分配至该模块的至少一个温度传感器确定的温度的函数，该开环/闭环控制单元使相应的热电模块的电切换元件在它们的关闭和打开状态之间切换。作为测量的温度的函数，这允许打开和关闭对应的元件行和流体管道。

在另一个优选的实施例中，导热材料的电绝缘适配层，特别是粘合层，能够设置在至少一个电池芯与温度控制结构之间，对着其放置用于热传递的至少一个电池芯以及用于至少一个电池芯与温度控制结构的热耦合的温度控制结构。以这种方式，通常伴随着减小的热耦合的、待进行温度控制的电池芯的外壳与热电模块之间的不期望的中间空间能够被避免。

本发明的进一步重要的特征和益处从从属权利要求、附图以及通过附图的相关附图描述获得。

能够理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，前面提到的特征以及留待在下文中说明的特征不仅能够用在所述的相应的结合中使用，而且还能够用在其他结合中或者由它们自身使用。

附图说明

本发明的优选示例性的实施例示出在附图中并且在下面的描述中更加详细地说明，其中相同的附图标记涉及相同或相似或功能上相同的部件。

在每种情况下示意性地示出

图1为沿着图2的剖切线I-I的纵截面上的根据本发明的用于温度控制的温度控制装置的示例；

图2为沿着图1的剖切线II-II的横截面上的图1的温度控制装置；

图3为沿着图2的剖切线III-III的横截面上的图1的温度控制装置；

图4为沿着图5的剖切线IV-IV的具有12个待进行温度控制的电池芯的根据本发明的电池布置；

图5为沿着图4的剖切线V-V的横截面上的图4的电池布置；

图6为三个相邻的电池芯或三个相邻的热电模块的区域中的图4的细节体现。

具体实施方式

图1图示了纵截面上的根据本发明的用于温度控制的温度控制装置1的示例。温度控制装置1用作对至少一个以具有至少一个电池芯2的电池23的形式的电化学能量供给单元进行温度控制。温度控制装置1包括温度控制结构3，流体能够流过所述温度控制结构3，温度控制结构3的内腔室4由第一和第二管壁5a，5b界定。温度控制装置1还包括热电模块6，其在背向温度控制结构3的内腔室4的侧7上布置在温度控制结构3的管的第一管壁5a上。热电模块6能够通过导热粘合剂的接触层28紧固至温度控制结构3。

图2示出了沿着图1的剖切线II-II的横截面上的图1的温度控制装置1。能够看出，热电模块6(纯示例性地)包括每个都具有多个热电元件9a-9e的五行元件5a-5e。包括热电作用材料的热电元件9a-9e的结构对本领域技术人员而言是已知的，使得图1中的热电元件9a-9e仅仅粗略地进行了示意性的描绘。

每行元件8a-8e均沿着共同的延伸方向E延伸。每行元件8a-8e的热电元件9a-9e串联地电连接以形成相应的电分支导体10a-10e。换言之，第一行元件8a的热电元件9a形成第一电分支导体10a，第二行元件8b的热电元件9b形成第二电分支导体10b，等等。如图1所示，各元件行8a-8e或分支导体10a-10e能够通过电连接元件33a，33b并联地电连接。通过电连接元件33a，33b，元件行8a-8e也能够连接至电能的外部源(未示出)。从图2显而易见的是，每行元件8a-8e的热电元件9a-9e基本上沿着纵向L线性地布置，并且相对于正交于纵向而延伸的横向Q彼此相邻。

再次观看图1，显而易见的是在图1所示的第一分支导体10a中设置有第一电切换元件11a，其与热电元件9a串联地电连接。如图2所示，这样的电切换元件11b至11e也能够设置在其他元件行8b-8e中。在示例的简化的型式中，只有个别的元件行8a-8e装配有电切换元件11a-11e。

特别优选地，相应的电切换元件11a-11e电布置在两个热电元件9a-9e之间。以这种方式，能够将用于热电元件9a-9e所需的电线花费保持在低价位。

电切换元件11a-11e分别能够在关闭状态(Closed state)与打开状态(Openstate)之间切换，即，电切换元件11a-11e遵循电开关的操作原则。在关闭状态下，来自外部能源(未示出)的电流能够流过相关元件行8a-8e的热电元件9a-9e，在打开状态下这是不可能的。

图1示出了每个元件行8a-8e的热电元件9a-9e沿着竖直方向H布置，所述竖直方向H正交于纵向L且正交于横向Q而延伸，夹在第一电绝缘绝缘元件12a与第二电绝缘绝缘元件12b之间。在此，第二绝缘元件12b沿竖直方向H布置在热电元件9a-9e与温度控制结构3的第一管壁5a之间。在附图的示例中，延伸方向E和纵向L彼此平行地延伸。然而，也可想到如下型式：延伸方向E沿着元件行8a-8e而指向不同方向，即，变化。

两个绝缘元件12a，12b能够是传统的电路板，其中，例如通过传统的蚀刻加工而形成铜桥(copper bridges)形式的导电带13a，13b。这些以如下方式定位在绝缘元件12a，12b的面向热电元件9a-9e的那侧：它们沿着延伸方向E将相同分支导体10a-10e的相邻的热电元件9a-9e电连接(参见图1)。这样的电路板能够包括一个或更多的玻璃纤维增强塑料层。电路板的各个塑料层能够分别具有50μm至300μm之间的层厚，从而确保了电绝缘元件12a，12b的好的导热性，而无需损害相对于电池芯所需的电绝缘。

为了实现电池芯2与热电模块6的良好的热耦合，能够在第一绝缘元件12a与待进行温度控制的电池芯2之间设置适配层(adapter layer)29，其包括导热和/或电绝缘材料。可想到的是，例如使用热塑或塑料薄膜。通过适配层29的适当的定尺寸，能够防止在第一绝缘元件12a与待进行温度控制的电池芯2之间能够形成不期望的中间空间，所述中间空间削弱了电池芯2与热电模块6的热耦合。

根据图1，电切换元件11a-11e能够设置在热电模块6的面向温度控制结构3的那侧。以这种方式，能够大大地或者甚至完全地防止在操作期间由电切换元件11a-11e产生的废热介入到电池芯2的温度控制中。

热电模块1也包括用于测量被热耦合至热电模块6的电池芯2的温度的温度传感器14a-14e。在图2的示例性方案中，一个这样的温度传感器14a-14e设置在每个元件行8a-8e中。在简化的型式中，也能够在一个或更多的元件行8a-8e中省略这样的温度传感器14a-14e。相反地，然而也可想到在各个元件行8a-8e中布置多于一个的温度传感器14a-14e。在该情况下，为了能够确定在空间解析的温度，温度传感器14a-14e的矩阵状的布置能够是可行的。原则上这一点是正确的：增加温度传感器14a-14e的数量而通过温度传感器14a-14e能够确定的温度的空间解析度也会增加。

温度传感器14a-14e能够被设计为诸如例如PTC传感器的传统的温度传感器，所述PTC传感器基于电阻测量。对此可替代地，然而，它们也能够被设计为红外传感器，通过所述红外传感器能够测量由电池芯2发出的红外辐射来确定温度。

而且，温度控制装置1包括与温度传感器14a-14e和切换元件11a-11e相互作用的开环/闭环控制元件15，温度传感器14a-14e和切换元件11a-11e粗略地示意性地示出在图1中，但为了清楚起见在图2中省略了其描绘。开环/闭环控制单元15以如下方式被配置/编程：其在每种情况下作为由相同元件行8a-8e的温度传感器14a-14e测量的温度的函数而在打开和关闭状态之间切换电切换元件11a-11e。为此目的，在图1中，温度传感器14a-14e经由合适的信号线连接至开环/闭环控制单元15(为了清楚起见，只有分配至温度传感器14a的信号线30a被示出)，使得由温度传感器14a测量的当前温度值能够传递至开环/闭环控制单元15。

为了激活电切换元件11a-11e，合适的电控制线-(为了清楚起见图1再次只示出了一个这样的控制线31a)从开环/闭环控制单元15通向电切换元件11a-11e。由温度控制装置1带来的温度控制的闭环控制能够例如以如下的方式发生：只要由温度传感器14a-14e测量的温度超过预定的第一阈值,则开环/闭环控制单元15将一个或更多的切换元件11a-11e切换为关闭状态，其中热电元件有助于电池芯2的温度控制，并且只要由温度传感器14a-14e测量的温度降到第二阈值以下则再次切换至打开状态，其中热电元件9a-9e被切除并且无助于电池芯2的冷却。第二阈值在该情况下能够等于第一阈值或者为了实现磁滞曲线而小于第一阈值。开环/闭环控制装置15能够以如下方式被配置/编程：针对某行元件8a-8e的温度传感器14a-14e执行个别闭环温度控制，-在最简单的情况下，针对用于每个元件行8a-8e的单个温度传感器14a-14e以及分配至这些温度传感器14a-14e的电切换元件11a-11e实施个别的闭环温度控制。协同共同的开环/闭环控制单元15以及电切换元件11a-11e，温度传感器14a-14e允许由布置在分支导体10a-10e中的热电元件9a-9e提供的加热或冷却性能的闭环控制作为耦合至这些热电元件9a-9e的电池芯2的温度的函数。这导致通过热电元件9a-9e的电池23的电池芯2的改进的均匀的温度控制。

电切换元件11a-11e能够包括半导体开关，特别是晶闸管。通过这样的半导体开关，能够由开环/闭环控制单元15以简单的方式确保实现上述闭环温度控制所需的电切换元件的可控性。由于晶闸管特别适于控制用于操作热电元件9a-9e所需的高电流，所以推荐使用晶闸管。

图3示出了沿着图2的剖切线III-III的截面上的温度控制装置1。如由图3清楚地确认的，不但单个的流体管道16a形成在温度控制结构3的内腔室4中，而且针对每个元件行8a-8e设置了各个流体管道16a-16e。流体管道16a-16e以如下方式布置在温度控制结构3中：每个流体管道16a-16e热耦合至其所分配的元件行8a-8e。

特别可行地，温度控制结构3能够被设计为如图3所示的扁平管21，其中流体管道16a-16e通过合适的分离壁22形成，并且彼此流体地分离。在该情况下第一管壁5a相对于第二绝缘元件12b平坦放置，并且其侧7面向热电模块6。在实现为电路板的第二电绝缘元件12b与第一管壁5a之间，能够设置导热粘合剂的接触层28。这导致了扁平管21的流体管道16a-16e与热电模块6的大面积热接触。

如进一步从图3显而易见的，流体管道16a-16e与元件行8a-8e的热电元件9a-9e沿已经介绍过的延伸方向E延伸，在示例性的方案中所述延伸方向E等同于纵向L。相对于同样已经确定的、正交于延伸方向E或者纵向L并且也正交于横向Q的竖直方向H，每个流体管道16a-16e因此与分配至其且平行于其的元件行8a-8e间隔地延伸。

现在再次观看图1，其中只示出了分配至第一元件行8a的流体管道16a，能够看出在流体管道8a中设置有阀元件17a。同样阀元件17a能够在图1所示的关闭位置(在该处阀元件17a关闭流体管道17a)与打开位置(在该处阀元件17a打开流体管道16以流过流体)之间切换。

根据图1，与阀元件17a相互作用的电致动器元件18a也设置在分配至包括阀元件17a的流体管道16a的元件行8a中。这转而电连接至元件行8a的热电元件9a。特别优选地，致动器元件18a-18e电布置在两个热电元件9a-9e之间，即串联地电连接在两个热电元件9a-9e之间。以这种方式，能够使得用于容纳相应的致动器元件18a-18e所需的安装空间保持得小。

电致动器元件18a具有两个操作状态并且在第一操作状态下与阀元件17a以将阀元件17a调节至打开位置的方式相互作用。因此，致动器元件18a在第二操作状态下将阀元件17a调节为关闭位置。为此目的，致动器元件18能够包括例如只在图1中粗略地示意性描绘的电线圈元件19a，其与元件行8a的热电元件9a串联地电连接，并且在其第一操作状态下有也流过热电元件9a的电流流过，而在其第二操作状态下则没有。在变体中，也能够实现致动器元件18a的两个操作状态与分配至致动器元件18a的阀元件17a的两个位置之间的相反的关系。

致动器元件18a与阀元件17a的这样的相互作用使得能够将元件行8a的热电元件9a耦合至分配至该元件行8a的流体管道16a的阀元件17a。因此，由热电元件9a产生的加热或冷却性能也能够耦合至由流过流体管道16a的流体产生的加热或冷却性能。

通过切换电切换元件11a而间接地发生致动器元件18a在其两个操作状态之间的切换。因此，能够通过阀元件17a而“附加地切换”的流体管道16a能够被包括在上述的闭环温度控制中。在电切换元件11a的关闭状态下，流经热电元件9a以及因此也流经电致动器元件18a的电流是可能的。电致动器单元18随后处于其将阀元件17a调节为打开位置的第一操作状态。

当电切换元件11a切换为打开状态时，这导致通过元件行8a的热电元件9a以及也通过电致动器元件18a的电流的中断，使得电致动元件18a被切换为其第一操作状态。此后，阀元件17a也切换到关闭状态，其中防止了流过流体管道16a的流体的流动。

伴随有致动器元件18a的第一操作状态的、流体管道16a的通过阀元件17a的打开，在将致动器元件18a设计为如示例中示出的电线圈元件19a的情况下，能够如下地发生：通过流经线圈元件19a的电流，转而产生使阀元件17a被调节为打开位置的磁场。为此目的，阀元件17能够包括弹簧片形式的弹簧-弹性元件20a，其向关闭位置预加载荷。如果弹簧-弹性元件20a具有磁性性能，弹簧-弹性元件20a在由致动器元件18a产生的磁场的帮助下移动到打开位置。

通过打开电切换元件11a由致动器元件18a断开电流也导致由线圈元件19a产生的磁场被切断。预加载荷的弹簧-弹性元件随后移动回关闭位置，在该位置其关闭流体管道16a。

显然，在示例的型式中也可想到向弹簧-弹性元件20a的打开位置预加载荷。

在以上介绍的方案中，电致动器元件18a以如下方式设计：通过用于在打开与关闭位置之间调节的磁性耦合而与阀元件17非接触地相互作用。

可替代如弹簧-弹性元件20a的设计地，也可想到实现微型阀形式的阀元件17a，所述微型阀随后电耦合至致动器元件18a。

优选地，阀元件17a-17e布置在相应的致动器元件18a-18e的区域中，特别是沿着延伸方向E。以这种方式，能够特别有效地实现期望的阀元件与致动器元件之间的耦合。

在此处介绍的本发明的范围中，上述的电切换元件11a、电致动器元件18a以及阀元件17a的相互作用不仅限于第一元件行8a和分配至该元件行8a的流体管道16a；而是证明了如果至少两个(特别优选的是全部)元件行8a-8e设置有例如以电线圈元件19a-e的形式的对应的致动器元件18a-18e，并且在对应的流体管道16a-16e中也设置有例如弹簧-弹性元件20a-20e的形式的相应的阀元件17a-17e是有益的。换言之：上述对第一元件行18a与相关的流体管道16a的说明也可以稍作改动地施加至其余的元件行8b-8e以及对应的流体管道16b-16e。

以上介绍的温度控制装置1也适于具有多于单个的电池芯2的电池23的温度控制。温度控制装置1与作为电池23的一部分的至少两个电池芯2形成电池布置24。

沿着图5的剖切线IV-IV，图4示出了示例性地具有12个待进行温度控制的一起形成电池23的电池芯2的这样的电池布置24。图5在沿着图4的剖切线V-V的截面上图示出了电池布置24，图6为图4的细节体现。

显而易见的是，用于每个电池芯2的温度控制装置1包括分离的热电模块6。与电池芯2相同，热电模块6沿着横向Q彼此相邻布置。每个电池芯2包括具有外壳壁27的外壳26，通过外壳26电池芯2机械地且热地连接至分配至其的热电模块6。

从图4和图5能够看出，用于每个热电模块6的扁平管21具有带有内腔室4的分离的温度控制结构3。内腔室4经由合适的流体管线结构能够彼此连接，例如通过图5中示出的岐管32以如下方式：流体通过设置在岐管32上的共同的入口25a被分散至温度控制结构3的内腔室4并且经由同样设置在岐管32上的共同的出口25b再次从内腔室4离开。

通过岐管32、扁平管21、形成于其中的内腔室4和再次形成在内腔室4中的流体管道16a-16e的流体控制的可能的技术实现对本领域技术人员而言是熟悉的，并且因此在此将不更详细地讨论。

从图6的详细体现中能够看出在该图中示例性地示出并且形成为扁平管21的温度控制结构3能够在每种类似于根据图1至图3的温度控制装置1的情况下具有它们的内腔室4地被形成。因此，图6示出了在三个扁平管21的每个的相应的内腔室4中形成五个流体管道16a-16e，其能够通过相应的阀元件17a-17e关闭。在图6中，一些阀元件17a-17e示例性地示出在关闭位置，而一些在打开位置。

如已经提到的，以上介绍的模块化概念允许具有任何数量的电池芯2的电池23的温度控制。在此处介绍的电池布置24的优选型式中，电池23因此包括多个电池芯2。

在电池布置24的特别优选的型式中，在每种情况下针对每对电池芯2和热电模块6能够布置至少一个温度传感器14a-14e。这允许各个电池芯2的温度的特别准确的温度测量，并且因此也允许电池芯2的各个温度控制。为此目的，由开环/闭环控制单元15执行的闭环温度控制作为在其关闭和打开状态之间的温度的函数，能够切换相应的热电模块6的切换元件11a-11e，该温度能够由分配至该热电模块6的至少一个温度传感器14a-14e确定。电切换元件11a-11e的切换随后伴随包括相应的切换元件11a-11e的元件行8a-8e的打开和关闭以及经由相应的致动器元件18a-18e分配至元件行8a-8e的阀元件17a-17e的打开和关闭。

Claims (21)

1.一种温度控制装置(1)，其用于电池(23)的至少一个电池芯(2)的温度控制，

-具有温度控制结构(3)，流体能够流过所述温度控制结构(3)，所述温度控制结构(3)的内腔室(4)由至少一个第一管壁(5a)划界，

-具有至少一个热电模块(6)，其背向所述温度控制结构(3)的所述内腔室(4)的一侧被布置在所述温度控制结构(3)的所述第一管壁(5a)上，

-其中所述热电模块(6)包括第一元件行和至少一个第二元件行(8a-8e)，每个元件行具有至少两个热电元件(9a，9e)，

-其中至少两个元件行(8a-8e)分别沿延伸方向(E)延伸，

-其中所述第一元件行(8a)的所述至少两个热电元件(9a)串联地电连接以形成第一电分支导体(10a)，并且所述至少一个第二元件行(8b-8e)的所述至少两个热电元件(9b-9e)串联地电连接以形成第二电分支导体(10b-10e)，

-其中在至少一个元件行(8a-8e)中，设置有电切换元件(11a-11e)，其能够在关闭状态与打开状态之间切换。

2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于

-元件行(8a-8e)的所述热电元件(9a-9e)基本上沿纵向(L)线性地布置，

-所述至少两个元件行(8a-8e)沿横向于所述纵向(L)延伸的横向(Q)彼此相邻地布置，

-元件行(8a-8e)的所述热电元件(9a-9e)沿竖直方向(H)布置在第一电绝缘绝缘元件(12a)与第二电绝缘绝缘元件(12b)之间，所述竖直方向(H)正交于所述纵向(L)且正交于所述横向(Q)延伸，

-所述第二电绝缘元件(12b)沿竖直方向(H)布置在所述热电元件(9a-9e)和所述温度控制结构(3)的所述第一管壁(5a)之间。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于，所述热电模块(6)包括用于测量热耦合至所述热电模块(6)的电池芯(2)的温度的至少一个温度传感器(14a-14e)。

4.根据权利要求3所述的温度控制装置，其特征在于，设置有与所述至少一个电切换元件(11a-11e)和所述至少一个温度传感器(14a-14e)相互作用的开环/闭环控制单元(15)，作为由所述温度传感器(14a-14e)测量的温度的函数，其在打开和关闭状态之间切换所述至少一个电切换元件(11a-11e)。

5.根据权利要求3或4所述的温度控制装置，其特征在于，

-在至少一个元件行(8a-8e)中、优选地在至少两个元件行(8a-8e)中、最优选地在全部元件行(8a-8e)中，设置有用于测量热耦合至所述热电模块(6)的电池芯(2)的温度至少一个温度传感器(14a-14e)、优选地至少两个温度传感器(14a-14e)，

-所述开环/闭环控制单元(15)以如下的方式设计：作为能够通过分配至某个元件行(8a-8e)的温度传感器(14a-14e)确定的温度的函数，由所述开环/闭环控制单元(15)激活设置在同一个元件行(8a-8e)中的切换元件(11a-11e)。

6.根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述第一和/或所述第二切换元件(11a-11e)包括半导体开关，特别是晶闸管。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述温度传感器(14a-14e)被设计为红外传感器，通过用于确定温度的所述红外传感器能够测量由待进行温度控制的电池芯(2)发出的红外辐射。

8.根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述至少一个电切换元件(11a-11e)被设置在所述热电模块(6)的面向所述温度控制结构(3)的一侧。

9.根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，

-在所述温度控制结构(3)中，针对每个元件行(8a-8e)流体管道(16a-16e)以如下方式布置：每个流体管道(16a-16e)热耦合至分配至其的所述热电模块(6)的所述元件行(8a-8e)，

-在至少一个流体管道(16a-16e)中，优选地在全部的流体管道(16a-16e)中，设置有阀元件(17a-17e)，其能够在关闭所述流体管道(16a-16e)的关闭位置与打开所述流体管道(16a-16e)以流过流体的打开位置之间被调节。

10.根据权利要求9所述的温度控制装置，其特征在于，

-在被分配至具有阀元件(17a-17e)的至少一个流体管道(16a-16e)的所述元件行(8a-8e)中设置有电致动器元件(18a-18e)，其电连接至该元件行(8a-8e)的所述至少两个热电元件(9a-9e)，

-致动器元件(18a-18e)以如下方式与所分配的流体管道(16a-16e)的所述阀元件(17a-17e)相互作用：其在第一操作状态下将所述阀元件(17a-17e)调节至所述打开位置，并且在第二操作状态下将所述阀元件(17a-17e)调节至所述关闭位置，或者反之亦然。

11.根据权利要求10所述的温度控制装置，其特征在于，

-所述电致动器元件(18a-18e)包括串联地与所述至少两个热电元件(9a-9e)电连接的电线圈元件(19a-19e)，在所述第一操作状态下有电流流过所述至少两个热电元件(9a-9e)，在所述第二操作状态下则没有。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述阀元件(17a-17e)包括弹簧-弹性元件(20a-20e)，特别是弹簧片，其被向所述打开位置或所述关闭位置预加载荷。

13.根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述阀元件(17a-17e)被设计为微型阀。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述致动器元件(18a-18e)电布置在两个热电元件(9a-9e)之间。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述阀元件(17a-17e)特别是沿着所述延伸方向(E)布置在所述致动器元件(18a-18e)的区域中。

16.根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置，其特征在于，所述电切换元件(11a-11e)电布置在两个热电元件(9a-9e)之间。

17.一种电池布置(24)，

-具有根据前面权利要求中任一项所述的温度控制装置(1)，

-具有包括电池芯(2)的至少一个电池(23)，其中至少一个电池芯(2)布置在所述温度控制装置(1)的热电模块(6)的背向温度控制结构(3)的一侧，所述温度控制结构(3)布置在温度控制装置(1)上。

18.根据权利要求17所述的电池布置(24)，其特征在于，

-所述温度控制装置(1)包括第一和至少一个第二热电模块(6)，

-所述电池(23)包括第一和至少一个第二电池芯(2)，

-每个电池芯(2)包括具有外壳壁(27)的外壳(26)，通过所述外壳壁(27)，所述电池芯(2)机械且电地连接至分配至其的热电模块(6)。

19.根据权利要求17或18所述的电池布置，其特征在于，所述电池(23)包括多个电池芯(2)，并且针对每个电池芯(2)在每种情况下精确地设置有一个热电模块(6)，其机械地且热地连接至该电池芯(2)。

20.根据权利要求19所述的电池布置，其特征在于，针对每对电池芯(2)和热电模块(6)，分别设置有至少一个温度传感器(14a-14e)。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的电池布置，其特征在于，作为能够由分配至所述热电模块(6)的至少一个温度传感器(14a-14e)确定的温度的函数，所述开环/闭环控制单元(15)将每个热电模块(6)的电切换元件(11a-11e)在它们的关闭和打开状态之间切换。