DE102009000952A1 - Fahrzeugbatterie mit integriertem Latentwärmespeicher - Google Patents

Fahrzeugbatterie mit integriertem Latentwärmespeicher Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterie mit mindestens einem integrierten Latentwärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher ein Medium enthält, welches eine Temperatur Taufweist, die ausgewählt ist aus einen Bereich, der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps begrenzt wird, sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche Fahrzeugbatterie.

Description

  • Stand der Technik
  • Moderne Kraftfahrzeuge werden in ihrem Antriebsstrang zunehmend elektrifiziert. Die Ansätze reichen dabei von unterstützenden Elektrifizierungen, wie bei elektrischen Hybridfahrzeugen (HEV) oder Fahrzeugen mit Brennstoffzellen als Energiespeicher für den Elektroantrieb über extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV) bis hin zu reinen Elektrofahrzeugen (EV). Diese Systeme arbeiten in der Regel mit eigenen Fahrzeugbatterien als Energiequelle zur Fahrzeugtraktion. Ferner nimmt die Zahl der elektrischen Verbraucher in modernen Kraftfahrzeugen unabhängig von der Antriebsart immer mehr zu. Aus diesem Grund werden alternative Bordnetzarchitekturen und neue Fahrzeugbatterien gesucht.
  • Auf dem Markt existieren unterschiedliche elektrochemische Energiespeicher oder Akkumulatoren, die als Fahrzeugbatterien dienen können. Gängige Typen sind Blei/Säure-Akkumulatoren, Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Nickel/Metall Hydrid-Akkumulatoren, verschiedene Zink-Systeme, und weitere. Alle Systeme zeichnen sich durch elektrochemische Vorgänge aus, die naturgemäß temperaturabhängig sind. Die Leistungsfähigkeit, die Gebrauchsdauer (Alterung), aber auch die Sicherheit eines elektrochemischen Energiepeichers hängen stark von der Temperatur ab.
  • Alle elektrochemischen Energiespeicher zeichnen sich dadurch aus, dass sie nur in einem bestimmten Temperaturintervall ihre optimale Leistungsfähigkeit zeigen. Sie erfordern daher eine bedarfsgerechte Klimatisierung.
  • Für den Betrieb elektrochemischer Energiespeicher sollen dabei folgende Anforderungen erfüllt werden.
  • Einerseits soll ein bestimmter Temperaturbereich eingehalten werden. Bei Temperaturen, die tiefer sind als dieser Temperaturbereich, solche Temperaturen können je nach Energiespeicher bereits bei +10°C beginnen, lässt die Leistungsfähigkeit nach. Beispielsweise bei Hybridfahrzeugen steigt dadurch der Kraftstoffverbrauch, bei Elektrofahrzeugen reduziert sich die Reichweite pro Ladevorgang. Sinken die Temperaturen weiter, kann es sogar zum Totalausfall kommen, da der Elektrolyt gefriert und damit den Akkumulator (Zelle) zerstört (z. B. Blei/Säure-Batterien). Bei Nickel/Metallhydrid-Batterien kann Wasserstoff aufgrund der geringen Einlagerungsfähigkeit im Wirtskristall entweichen und sich eventuell sogar ein kritisches Wasserstoff/Luft-Gemisch bilden, das durch Zuführung von hinreichend Energie (Zündfunke) sogar explodieren kann. Zumindest wird die Kapazität reduziert, und die Gebrauchsdauer deutlich reduziert (erhöhte Alterung). Bei Li-Ionen Akkumulatoren kann die Aufladung aufgrund von Dendritenbildung (interne Kurzschlüsse) zum Sicherheitsrisiko werden.
  • Andererseits treten bei Temperaturen, die oberhalb des bestimmten Bereichs liegen, chemische Nebenreaktionen auf, die zu einer erhöhten Alterung und somit zu einer reduzierten Gebrauchsdauer des Energiespeichers führen können. Steigen die Temperaturen weiter, kann es sogar zum Bersten, zu Explosionen oder zu Bränden kommen (Thermal Runaway Effekte – thermischer Teufelskreis).
  • Um einen sicheren, zuverlässigen und dauerhaften Betrieb einer Fahrzeugbatterie mit einem elektrochemischen Energiespeicher gewährleisten zu können, muss die Temperatur daher in einem (je nach elektrochemischem Energiespeicher) bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Insbesondere Fahrzeugbatterien vom Batterietyp der Lithiumlonen-Zellen weisen einen bevorzugten Betriebsbereich von 20°C bis 50°C auf.
  • Dies wird in heutigen Systemen im Wesentlichen durch eine aufwändige Klimatisierung mittels gezielter Luftführung oder einem Kühlsystem auf Wasser/Glykol Basis realisiert. Zum Teil wird auch eine separate, energieverbrauchende Klimaanlage eingesetzt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere Nachteile des geschilderten Standes der Technik zu vermindern oder zu überwinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellung einer Fahrzeugbatterie mit mindestens einem integrierten Latentwärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher ein Medium enthält, welches eine Temperatur TSchmelz aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps begrenzt wird, bevorzugt aus einem Bereich von 20°C bis einschließlich 50°C.
  • Für die Zwecke der Erfindung wird unter dem Begriff Wärme oder Wärmeenergie sowohl eine Wärmeenergie verstanden, die größer ist als eine vorhandene Wärmeenergie eines bestimmten Empfängers, als auch eine Wärmeenergie, die kleiner ist. Bei einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragung kann also sowohl Wärmeenergie übertragen werden, die zu einer Temperaturzunahme des Empfängers, als auch Wärmeenergie, die zu einer Temperaturabnahme des Empfängers führt (auch Kälteenergie genannt).
  • Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie, kann die Batterie über einen größeren Außentemperaturbereich in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden, bevorzugt in einem optimalen Betriebstemperaturbereich, der von dem jeweils verwendeten Energiespeichertyp bestimmt wird, ohne dass eine zusätzliche Wärmeenergiezufuhr von Außen notwendig ist.
  • Es kann vorhandene Abwärme und/oder Kälteleistung in energetisch sinnvollen Zuständen gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt zur Temperierung der Fahrzeugbatterie eingesetzt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit zusätzliche Energie aufzubringen, um eine Kühlung der Fahrzeugbatterie zu gewährleisten. Es kann durch Integration eines Latentwärmspeichers in eine Fahrzeugbatterie eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers, unabhängig von einem weiter stattfindenden Wärmeeintrag, innerhalb eines gewissen Temperaturfensters konstant gehalten werden.
  • Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie kann der Einsatz teurer und gegebenenfalls ineffizienter Temperaturregulationsgeräte vermieden werden.
  • Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgelegt und weist einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher oder Zellen auf. Unter einem elektrochemischen Energiespeicher oder einer Zelle kann dabei jeder Energiespeicher verstanden werden, der eine Energie mittels elektrochemischer Prozesse speichert. Insbesondere sind darunter Akkumulatoren und Batterien zu verstehen. Bevorzugte elektrochemische Energiespeicher sind Brennstoffzellen, insbesondere vom Typ alkalische Brennstoffzelle (AFC), Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEMFC), Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC), Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC), Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC) und/oder Festoxidbrennstoffzelle (SOFC). Weitere bevorzugte elektrochemische Energiespeicher sind Akkumulatoren, insbesondere vom Typ Pb – Bleiakku, NiCd – Nickel-Cadmium-Akku, NiH2 – Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, NiMH – Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Li-Ion – Lithium-Ionen-Akku, LiPo – Lithium-Polymer-Akku, LiFe – Lithium-Metall-Akku, Li-Mn – Lithium-Mangan-Akku, LiFePO4 – Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator, LiTi – Lithium-Titanat-Akku, RAM – Rechargeable Alkaline Manganese, Ni-Fe – Nickel-Eisen-Akku, Na/NiCl – Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperaturbatterie-Batterie SCiB – Super Charge Ion Battery, Silber-Zink-Akku, Silikon-Akku, Vanadium-Redox-Akkumulator und/oder Zink-Brom-Akku. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie umfasst eine oder mehrere elektrochemische Energiespeicher oder Zellen gleichen oder unterschiedlichen Typs.
  • In die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie ist mindestens ein Latentwärmespeicher integriert. Dabei ist der mindestens eine Latentwärmespeicher derart in die Fahrzeugbatterie integriert, dass dieser integraler Bestandteil der Fahrzeugbatterie ist und dass durch eine Übertragung von Wärmeenergie zwischen Latentwärmespeicher und Batterie die Temperatur der Fahrzeugbatterie beeinflussbar ist. Dabei kann der Latentwärmespeicher direkt in das Gehäuse der Fahrzeugbatterie integriert vorliegen. Der Latentwärmespeicher kann aber auch teilweise, im Wesentlichen und/oder im Ganzen innerhalb des Gehäuses der Fahrzeugbat terie angebracht sein. Insbesondere kann der Latentwärmespeicher teilweise oder im Wesentlichen zwischen einer oder mehreren Zellen der Fahrzeugbatterie positioniert sein.
  • Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie weist einen oder mehrere integrierte Latentwärmespeicher auf. Die Grundfunktion eines Latentwärmespeichers besteht darin, Wärme aufzunehmen, zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Dabei zeichnet sich ein Latentwärmespeicher dadurch aus, dass er ein Medium einthält dessen Phasenübergang zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase bei zunehmendem Wärmeeintrag nicht kontinuierlich verläuft. Die Temperatur eines Latentwärmespeichers im festen Zustand des Mediums nimmt bei steigendem Wärmeeintrag kontinuierlich zu. Ab einer bestimmten Schwellentemperatur Tschmelz bleibt die Temperatur des Latentwärmespeichers trotz weiter zunehmenden Wärmeeintrags konstant, bis zum vollständigen Schmelzen des Mediums im Latentwärmespeicher, und steigt erst danach wieder weiter an. Geeignete Latentwärmespeicher sind dem Fachmann bekannt.
  • Erfindungsgemäß enthält der Latentwärmespeicher ein Medium, das eine Temperatur TSchmelz aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich der von der minimalen Betriebstemperatur Tmin und der maximalen Betriebstemperatur Tmax des verwendeten Batterietyps begrenzt wird: Tmin ≤ TSchmelz ≤ Tmax
  • Bevorzugt weist das Medium eine Temperatur TSchmelz auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 20°C bis einschließlich 50°C.
  • Dem Fachmann sind minimale und maximale Betriebstemperaturen für die verschiedenen oben genannten Batterietypen bekannt, in jedem Fall ist der Fachmann in der Lage entsprechende Betriebstemperaturwerte ohne unzumutbaren Aufwand zu bestimmen. Außerhalb des Temperaturbereichs, der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur begrenzt wird, kann die Batterie lediglich mit einer Energiespeicherleistung von weniger als 10% der maximalen Energiespeicherleistung betrieben werden.
  • Dem Fachmann ist auch jeweils ein optimaler Betriebstemperaturbereich für die verschiedenen oben genannten Batterietypen bekannt oder ohne unzumutbaren Aufwand bestimmbar. Außerhalb des optimalen Betriebstemperaturbereichs kann die Batterie lediglich mit einer Energiespeicherleistung von weniger als 70% der maximalen Energiespeicherleistung betieben werden. Für Fahrzeugbatterien vom Lithiumlonen-Typ ist ein optimaler Betriebstemperaturbereich der Bereich von 20°C bis einschließlich 50°C.
  • Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie kann auch einen Latentwärmespeicher aufweisen, der mindestens zwei verschiedene Medien enthält. Dabei kann jedes Medium jeweils eine Temperatur TSchmelz aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps begrenzt wird, bevorzugt aus einem Bereich von 20°C bis einschließlich 50°C, wobei die Temperatur TSchmelz bei den mindestens zwei Medien verschieden ist.
  • Insbesondere können die zwei Medien so ausgewählt werden, dass die Fahrzeugbatterie über einen möglichst breiten Bereich von Außentemperaturen und/oder über einen möglichst langen Zeitraum auf einer konstanten Temperatur und/oder innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs, insbesondere einem gewünschten Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps, gehalten werden kann.
  • Bevorzugt sind die mindestens zwei Medien des Latentwärmespeichers so ausgewählt, dass das eine Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die niedriger ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb, und das andere Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die höher ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb, bevorzugt ist die vorher festgelegte Betriebstemperatur TBetrieb ausgewählt aus einem optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps.
  • Besonders bevorzugt sind die mindestens zwei Medien des Latentwärmespeichers so ausgewählt, dass das eine Medium eine Temperatur TSchmelz (Medium 1) aufweist, die niedriger ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb und höher ist als eine minimale Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps Tmin, und das andere Medium eine Temperatur TSchmelz (Medium 2) aufweist, die höher ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb und niedriger ist als eine maximale Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps Tmax: Tmin < TSchmelz (Medium 1) < TBetrieb > TSchmelz (Medium 2) < Tmax
  • Bevorzugt ist die vorher festgelegte Betriebstemperatur ausgewählt aus einem optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps.
  • Ganz besonders bevorzugt sind die mindestens zwei Medien des Latentwärmespeichers so ausgewählt, dass das eine Medium eine Temperatur TSchmelz (Medium 1) aufweist, die niedriger ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb und höher ist als eine Betriebstemperatur aus dem unteren Bereich des optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps Topt-min, und das andere Medium eine Temperatur TSchmelz (Medium 2) aufweist, die höher ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie TBetrieb und niedriger ist als eine Betriebstemperatur aus dem oberen Bereich des optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps Topt-max, wobei die vorher festgelegte Betriebstemperatur TBetrieb ausgewählt ist aus einem optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps und zwischen Topt-min und Topt-max liegt: Topt-min < TSchmelz (Medium 1) < TBetrieb > TSchmelz (Medium 2) < Topt-max
  • Ist das Medium 2 des Latentwärmespeichers ausreichend geladen, kann die Wärmeenergie beispielsweise zur Aufrechterhaltung einer Fahrzeugbatterietemperatur bei kalten Außentemperaturen oder zum Vorheizen einer Fahrzeugbatterie verwendet werden. Für diesen Zweck werden Medien im Latentwärmespeicher eingesetzt, deren Schwellentemperatur Tschmelz höher liegt, als eine optimale Betriebstemperatur der zu klimatisierenden Fahrzeugbatterie.
  • In Zuständen, in denen eine aktive, gegebenenfalls energieaufwändige Kühlung der Fahrzeugbatterie notwendig ist, gibt der Latentwärmespeicher über das geladene Medium 1 Kälteenergie ab. Dies kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugen dann der Fall sein, wenn Stopphasen durchlaufen werden und/oder bei starker Sonneneinstrahlung, wo andernfalls ein Kühlerlüfter oder die Klimaanlage zuge schaltet werden muss. Für diesen Zweck werden Medien im Latentwärmespeicher eingesetzt, deren Schwellentemperatur Tschmelz niedriger ist als eine optimale Betriebstemperatur des zu klimatisierenden elektrochemischen Energiespeichers.
  • In der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie kann der integrierte Latentwärmespeicher derart funktional ausgestaltet sein, dass der Latentwärmespeicher mittels Wärmeenergie, die von einer oder mehreren anderen Fahrzeugkomponenten bereitgestellt wird, aufgeladen werden kann. Dabei kann der Wärmeenergiefluss zum Aufladen der Medien des Latentwärmespeichers regel- und/oder steuerbar ausgestaltet sein, so dass der Latentwärmespeicher der Fahrzeugbatterie gezielt, gerichtet und/oder vorhersagbar aufgeladen werden kann. Geeignete Fahrzeugkomponenten, die zur Aufladung des Latentwärmespeichers regel- und/oder steuerbar, wärmeleitend mit dem Latentwärmespeicher der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie verbindbar ausgestaltet sein können sind beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor, ein beriets vorhandener Kühlkreislauf (insbesondere ein Motorkühlkreislauf), ein Klimakompressor oder eine Klimaanlage und/oder ein Wärmetauscher. Es kommen aber auch andere Fahrzeugkomponenten in Betracht, solange diese in der Lage sind Wärmeenergie bereit zu stellen.
  • Das Batteriemanagementsystem eines Kraftfahrzeugs kann bei der Regelung der Batterietemperatur den Beitrag des in die Fahrzeugbatterie integrierten Latentwärmespeichers zur Klimatisierung der Fahrzeugbatterie berücksichtigen und muss gegebenenfalls erst zu späteren Zeitpunkten zusätzliche energieaufwändige Regelungsprozesse der Batterietemperatur hinzuschalten. Es kommt somit insgesamt zu einer Energieersparnis.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie umfasst. Dabei sind unter dem Begriff „Kraftfahrzeug” alle angetriebenen Fahrzeuge zu verstehen, die eine Fahrzeugbatterie mit einem elektrochemischen Energiespeicher aufweisen, unabhängig davon welchen Antrieb diese Kraftfahrzeuge aufweisen. Insbesondere umfasst der Begriff „Kraftfahrzeug” HEV (elektrische Hybridfahrzeuge), PHEV (Plug-In-Hybridfahrzeuge), EV (Elektrofahrzeuge), Brennstoffzellenfahrzeuge, sowie alle Fahrzeuge, die eine Fahrzeugbatterie mit einem elektrochemischen Energiespeicher für die elektrische Energieversorgung einsetzen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Klimatisierung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie, wobei wobei die Temperaturschwankungen eines elektrochemischen Energiespeichers der Fahrzeugbatterie mindestens teilweise durch gezielte Übertragung von Wärmeenergie zwischen elektrochemischem Energiespeicher und integriertem Latentenwärmespeicher erfolgt.
  • Die erfindungsgemäßen Lösungen bieten viele Vorteile, beispielsweise wird ein Sicherheitsgewinn erzielt, z. B. durch Vermeidung von Explosionen, es wird eine Absicherung gegenüber Unterkühlung des elektrochemischen Energiespeichers erreicht, es wird eine Erhöhung der funktionalen Verfügbarkeit des elektrochemischen Energiespeichers bei Tieftemperaturen erreicht, ebenso wird eine Erhöhung der Temperaturkonstanz erreicht, sowie eine Reduktion der thermischen Alterungseffekte des elektrochemischen Energiespeichers und eine Kosteneinsparung, eine Wirkungsgradverbesserung des elektrochemischen Energiespeichers, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, ein geringerer Energieaufwand für Klimatisierung, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, eine verkleinerte Auslegung des elektrochemischen Energiespeichers wird möglich und/oder eine Reduktion der Systemkosten.
  • Figuren
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie und einem erfindungsgemäßen Temperaturmanagementsystem für den Betrieb der Fahrzeugbatterie.
  • Beschreibung ausgewählter Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie 1 gezeigt. Im Fahrzeug befindet sich eine erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie 1, bei der sechs Latentwärmespeicher integriert sind. Die Latentwärmespeicher befinden sich im Wesentlichen innerhalb des Batteriegehäuses und sind zwischen einzelnen Zellen der Fahrzeugbatterie 1 angeordnet. Die Latentwärmespeicher in 1 weisen bevorzugt mehr als ein Medium auf, wobei die einzelnen Medien verschiedene, ggf. aufeinander abgestimmte Temperaturen TSchmelz aufweisen. Über regel- und/oder steuerbar, wärmeleitend mit der Fahrzeugbatterie und/oder den Latentwärmespeichern der Fahrzeugbatterie verbindbare weitere Fahrzeugkomponenten ist sowohl direkt die Klimatisierung der Fahrzeugbatterie möglich, als auch die Aufladung der Latentwärmespeicher der Fahrzeugbatterie 1. Dabei kann beispielsweise über einen Wandler 2 Wärmeenergie des Motors 3 der Fahrzeugbatterie 1 und insbesondere den Latentwärmespeichern der Fahrzeugbatterie 1 zugeführt werden. Andere Komponenten, die genutzt werden können, um Medien der Latentwärmespeicher der Fahrzeugbatterie zu laden sind beispielsweise ein Klimakompressor 4, der über Schaltventile regel- und/oder steuerbar wärmeleitend mit den Latentwärmespeichern der Fahrzeugbatterie 1 verbindbar ausgestaltet ist, sowie ein Motorkühlkreislauf 5.

Claims (10)

  1. Fahrzeugbatterie mit mindestens einem integrierten Latentwärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher ein Medium enthält, welches eine Temperatur TSchmelz aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps begrenzt wird.
  2. Fahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher mindestens zwei verschiedene Medien enthält, welche jeweils eine Temperatur TSchmelz aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich der von der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps begrenzt wird, wobei die Temperatur TSchmelz bei den mindestens zwei Medien verschieden ist.
  3. Fahrzeugbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Medien des Latentwärmespeichers so ausgewählt sind, dass das eine Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die niedriger ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie, und das andere Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die höher ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie, bevorzugt ist die vorher festgelegte Betriebstemperatur ausgewählt aus einem optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps.
  4. Fahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Medien des Latentwärmespeichers so ausgewählt sind, dass das eine Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die niedriger ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie und höher ist als eine minimale Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps, und das andere Medium eine Temperatur TSchmelz aufweist, die höher ist als eine vorher festgelegte Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie und niedriger ist als eine maximale Betriebstemperatur des verwendeten Batterietyps, bevorzugt ist die vorher festgelegte Betriebstemperatur ausgewählt aus einem optimalen Betriebstemperaturbereich des verwendeten Batterietyps.
  5. Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Latentwärmespeicher in das Gehäuse der Fahrzeugbatterie integriert ist.
  6. Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie mehr als einen integrierten Latentwärmespeicher aufweist.
  7. Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher derart funktional ausgestaltet ist, dass der Latentwärmespeicher mittels Wärmeenergie, die von einer oder mehreren anderen Fahrzeugkomponenten bereitgestellt wird, aufgeladen werden kann.
  8. Fahrzeugbatterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher derart funktional ausgestaltet ist, dass der Latentwärmespeicher mittels Wärmeenergie, die von einer oder mehreren anderen Fahrzeugkomponenten bereitgestellt wird, regel- und/oder steuerbar aufgeladen werden kann.
  9. Kraftfahrzeug umfassend eine Fahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren zur Klimatisierung einer Fahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Temperaturschwankungen eines elektrochemischen Energiespeichers der Fahrzeugbatterie mindestens teilweise durch gezielte Übertragung von Wärmeenergie zwischen elektrochemischem Energiespeicher und integriertem Latentenwärmespeicher erfolgt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9379392B2 (en) 2009-11-10 2016-06-28 Robert Bosch Gmbh Temperature control method and battery system
DE102015112246A1 (de) * 2015-07-28 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102019200817A1 (de) 2019-01-23 2020-07-23 Audi Ag Kühleinrichtung zur Kühlung von Batteriezellen, Batterie und Kraftfahrzeug

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9379392B2 (en) 2009-11-10 2016-06-28 Robert Bosch Gmbh Temperature control method and battery system
DE102015112246A1 (de) * 2015-07-28 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102019200817A1 (de) 2019-01-23 2020-07-23 Audi Ag Kühleinrichtung zur Kühlung von Batteriezellen, Batterie und Kraftfahrzeug

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