DE102013002847A1 - Battery arrangement for e.g. mild hybrid vehicle, has cooling unit for cooling phase change material, where cooling unit is constructed as evaporator of air conditioner, which is acted upon with refrigerants relaxed at expander unit - Google Patents

Battery arrangement for e.g. mild hybrid vehicle, has cooling unit for cooling phase change material, where cooling unit is constructed as evaporator of air conditioner, which is acted upon with refrigerants relaxed at expander unit Download PDF

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Abstract

The arrangement (10) has a set of battery cells (12) with a latent heat accumulator (28) comprising a phase change material (26) for cooling of the set of battery cells. A cooling unit is arranged for cooling the phase change material. The cooling unit is constructed as an evaporator (16) of an air conditioner, which is acted upon with refrigerants relaxed at an expander unit (14). The latent heat accumulator is in abutment with the evaporator. The latent heat accumulator is arranged with a bottom plate, which together with the battery cells form the arrangement. An independent claim is also included for a method for operating a battery arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst. Zum Kühlen der Batteriezellen ist ein Latentwärmespeicher vorgesehen, welcher ein Phasenwechselmaterial aufweist. Eine Kühleinrichtung der Batterieanordnung dient dem Kühlen des Phasenwechselmaterials. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterieanordnung.The invention relates to a battery arrangement for a vehicle, which comprises a plurality of battery cells. For cooling the battery cells, a latent heat storage is provided, which has a phase change material. A cooling device of the battery arrangement serves to cool the phase change material. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a battery arrangement.

Die DE 10 2007 050 812 A1 beschreibt einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche als Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgebildet sind. Zum Kühlen der Batteriezellen ist ein Latentwärmespeicher vorgesehen, welcher ein Phasenwechselmaterial enthält. Das Phasenwechselmaterial wiederum kann über Rohre temperiert werden, welche in dem Phasenwechselmaterial angeordnet und von einem Kühlmittel durchströmt sind. Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpe einem Wärmetauscher zugeführt, welcher mittels eines Lüfters mit einem Kühlluftstrom beaufschlagbar ist.The DE 10 2007 050 812 A1 describes an electrochemical energy store with a plurality of battery cells, which are designed as lithium-ion batteries. For cooling the battery cells, a latent heat storage is provided, which contains a phase change material. The phase change material in turn can be tempered by means of tubes which are arranged in the phase change material and through which a coolant flows. The coolant is supplied by means of a pump to a heat exchanger, which can be acted upon by means of a fan with a cooling air flow.

Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass nicht immer eine ausreichende Kühlung des Phasenwechselmaterials möglich ist.A disadvantage here is the fact that not always sufficient cooling of the phase change material is possible.

Des Weiteren sind Batterieanordnungen in der DE 10 2010 063 057 A1 , der CN 187 03 47 A , der DE 10 2010 005 097 A1 , der DE 103 58 582 A1 und der DE 10 2011 106 690 A1 beschrieben, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisen, wobei zum Kühlen der Batteriezellen ein Phasenwechselmaterial zum Einsatz kommt.Furthermore, battery arrangements are in the DE 10 2010 063 057 A1 , of the CN 187 03 47 A , of the DE 10 2010 005 097 A1 , of the DE 103 58 582 A1 and the DE 10 2011 106 690 A1 described, which have a plurality of battery cells, wherein for the cooling of the battery cells, a phase change material is used.

Die DE 10 2007 010 750 B3 beschreibt eine einzelne Batteriezelle mit Mitteln zur Wärmeableitung aus der Batteriezelle.The DE 10 2007 010 750 B3 describes a single battery cell with means for heat dissipation from the battery cell.

Aus dem Kraftwagenbau ist es des Weiteren bekannt, für die Batterie eines Hybridfahrzeugs einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel vorzusehen, welches aus Luft oder aus einem Wasser-Glykolgemisch besteht. Dieser Kühlkreislauf steht über einen Wärmetauscher in thermischer Verbindung zum Kältemittelkreis einer Klimaanlage des Hybridfahrzeugs. Über das Betreiben der Klimaanlage kann so dafür gesorgt werden, dass Abwärme der Batteriezellen mittelbar an den Kältemittelkreis abgegeben wird. Dies ist jedoch dann nicht in ausreichendem Maße möglich, wenn eine große Klimatisierungsleistung der Klimaanlage zum Kühlen der Fahrzeugkabine, also des Fahrgastraums, bereitgestellt werden soll.From the motor vehicle industry, it is also known to provide for the battery of a hybrid vehicle, a cooling circuit with a coolant, which consists of air or a water-glycol mixture. This cooling circuit is connected via a heat exchanger in thermal communication with the refrigerant circuit of an air conditioner of the hybrid vehicle. About the operation of the air conditioner can be ensured so that waste heat of the battery cells is discharged indirectly to the refrigerant circuit. However, this is not sufficiently possible if a large air conditioning capacity of the air conditioning system for cooling the vehicle cabin, so the passenger compartment, to be provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterieanordnung zu schaffen, welche bzw. welches eine verbesserte Kühlung der Batteriezellen ermöglicht.Object of the present invention is to provide a battery assembly of the type mentioned above and a method for operating such a battery assembly, which or which allows improved cooling of the battery cells.

Diese Aufgabe wird durch eine Batterieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a battery arrangement having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 10. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist die Kühleinrichtung als Verdampfer einer Klimaanlage ausgebildet, welcher mit einem an einer Expansionseinrichtung entspannten Kältemittel beaufschlagbar ist. Durch das Nutzen des Verdampfers der Klimaanlage zum Kühlen des Phasenwechselmaterials kann auch bei vergleichsweise hoher Umgebungstemperatur eine besonders weitgehende Kühlung des Phasenwechselmaterials sichergestellt werden. Würde hingegen das Phasenwechselmaterial lediglich mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt, welcher an einem Wärmetauscher Wärme entzogen wird, so lässt sich bei hohen Außentemperaturen keine ausreichende Abkühlung des Phasenwechselmaterials, insbesondere keine Kühlung unter die Temperatur des Phasenübergangs sicherstellen.According to the invention, the cooling device is designed as an evaporator of an air conditioning system, which can be acted upon by a refrigerant which has been expanded at an expansion device. By using the evaporator of the air conditioner for cooling the phase change material, a particularly extensive cooling of the phase change material can be ensured even at relatively high ambient temperature. If, on the other hand, the phase change material were cooled only by means of a cooling liquid, which heat is removed from a heat exchanger, it is not possible to ensure sufficient cooling of the phase change material, in particular no cooling below the temperature of the phase transition, at high outside temperatures.

Vorliegend sorgt jedoch der Verdampfer dafür, dass das Phasenwechselmaterial so weit abgekühlt wird, dass ein Phasenübergang stattfindet. Dann kann bei einer Wärmeabgabe der Batteriezellen durch einen erneuten Phasenübergang des Phasenwechselmaterials dafür gesorgt werden, dass die Batteriezellen eine kritische Obergrenze der Temperatur nicht überschreiten.In the present case, however, the evaporator ensures that the phase change material is cooled down so far that a phase transition takes place. Then it can be ensured that the battery cells do not exceed a critical upper limit of the temperature at a heat output of the battery cells by a new phase transition of the phase change material.

Ein solcher Fall, bei welchem eine vergleichsweise starke Kühlleistung gefordert ist, kann beispielsweise dann vorliegen, wenn bei hoher Außentemperatur ein zuvor abgestelltes Fahrzeug in Betrieb genommen wird und beim Losfahren die Batteriezellen elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs bereitstellen. In einem solchen Fall steht nämlich die Kühlleistung der zum Kühlen des Fahrgastraums des Fahrzeugs vorgesehenen Klimaanlage nicht zum Kühlen der Batteriezellen zur Verfügung. Jedoch kann die Abwärme der Batteriezellen von dem Phasenwechselmaterial aufgenommen werden, indem ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials stattfindet.Such a case, in which a comparatively strong cooling capacity is required, may be present, for example, when at high outside temperature a previously parked vehicle is put into operation and when driving off the battery cells provide electrical energy for driving the vehicle. In such a case, namely, the cooling capacity of the air conditioning system provided for cooling the passenger compartment of the vehicle is not available for cooling the battery cells. However, the waste heat of the battery cells can be absorbed by the phase change material by a phase transition of the phase change material takes place.

Steht dann anschließend wieder überschüssige Kühlleistung der Klimaanlage bereit, weil der Fahrgastraum bereits auf eine komfortable Temperatur abgekühlt wurde, so kann die Kühlleistung zum Kühlen des Phasenwechselmaterials verwendet werden, welches dadurch erneut seinen Aggregatszustand ändert. Dies funktioniert auch bei besonders hoher Außentemperatur, bei welcher eine Kühlung der Batteriezellen mit einer Kühlflüssigkeit oder Kühlluft nicht in ausreichendem Maße zu bewerkstelligen wäre.Is then then again excess cooling capacity of the air conditioning ready, because the passenger compartment has already been cooled to a comfortable temperature, the cooling power can be used to cool the phase change material, which thereby again changes its state of aggregation. This also works with a particularly high outside temperature, with which a cooling the battery cells with a cooling liquid or cooling air would not be sufficiently accomplished.

Ein besonders guter Wärmeübergang von dem Phasenwechselmaterial auf den Verdampfer ist erreichbar, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Latentwärmespeicher mit dem Verdampfer in Anlage ist.A particularly good heat transfer from the phase change material to the evaporator can be achieved if, according to an advantageous embodiment of the invention, the latent heat accumulator is in contact with the evaporator.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn durch den Verdampfer eine Bodenplatte einer den Latentwärmespeicher und die Batteriezellen umfassenden Baugruppe der Batterieanordnung gebildet ist. So lässt sich eine besonders kompakte Bauform der Batterieanordnung erreichen, und zugleich gut Wärme von den Batteriezellen abführen.It is furthermore preferred if a bottom plate of an assembly of the battery arrangement comprising the latent heat store and the battery cells is formed by the evaporator. Thus, a particularly compact design of the battery assembly can be achieved, and at the same time dissipate good heat from the battery cells.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn Gehäuse der einzelnen Batteriezellen von dem Phasenwechselmaterial des Latentwärmespeichers umfangsseitig umlaufend umschlossen sind und eine Bodenfläche des Gehäuses der jeweiligen Batteriezelle mit dem Phasenwechselmaterial in Anlage ist. So kann auch mittels eines Wärme vergleichsweise schlecht leitenden Phasenwechselmaterials eine besonders gute Kühlung der Batteriezellen erreicht werden.As a further advantage, it has been shown that housing of the individual battery cells are peripherally circumferentially enclosed by the phase change material of the latent heat storage and a bottom surface of the housing of the respective battery cell with the phase change material in plant. Thus, a particularly good cooling of the battery cells can be achieved by means of a heat relatively poorly conducting phase change material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterieanordnung eine Steuerungseinrichtung, welche dem Ansteuern einer Ventileinrichtung dient. Die Ventileinrichtung lässt in einer Offenstellung ein Durchströmen des Verdampfers mit dem Kältemittel zu, und in einer Geschlossenstellung der Ventileinrichtung ist das Durchströmen unterbunden. Eine solche Steuerungseinrichtung kann besonders einfach ausgelegt sein, da sie lediglich dafür sorgen muss, dass bei geöffneter Ventileinrichtung der Verdampfer betrieben oder bei geschlossener Ventileinrichtung der Verdampfer inaktiv ist. Ein solches getaktetes Einschalten und Ausschalten des Verdampfers durch Ansteuern der Ventileinrichtung lässt sich steuerungstechnisch oder regelungstechnisch besonders einfach realisieren.In a further advantageous embodiment of the invention, the battery arrangement comprises a control device which serves to control a valve device. The valve device allows in an open position to flow through the evaporator with the refrigerant, and in a closed position of the valve device, the flow is prevented. Such a control device can be designed to be particularly simple, since it merely has to ensure that the evaporator is operated when the valve device is open or the evaporator is inactive when the valve device is closed. Such a clocked switching on and off of the evaporator by controlling the valve device can be particularly simple to implement control technology or control technology.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, das Verbringen der Ventileinrichtung in die Offenstellung und in die Geschlossenstellung in Abhängigkeit von einer Temperatur der Batteriezellen zu bewirken. So kann immer dann für ein Öffnen der Ventileinrichtung und somit ein durch das Beaufschlagen des Verdampfers mit dem entspannten Kältemittel bewirktes Kühlen des Phasenwechselmaterials gesorgt werden, wenn die Temperatur der Batteriezellen einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.In this case, it has proven to be advantageous if the control device is designed to bring about the movement of the valve device into the open position and into the closed position as a function of a temperature of the battery cells. Thus, opening of the valve device and thus cooling of the phase change material caused by the pressurization of the evaporator with the expanded refrigerant can always be ensured when the temperature of the battery cells reaches a predetermined threshold value.

Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt sein, das Verbringen der Ventileinrichtung in die Offenstellung bzw. in die Geschlossenstellung in Abhängigkeit von einer für einen Phasenübergang des Phasenwechselmaterials vorgesehenen Zeitspanne zu bewirken. So kann etwa dann die Ventileinrichtung in die Offenstellung verbracht werden, wenn davon auszugehen ist, dass in der Zeitspanne ein gewisser Prozentsatz des Phasenwechselmaterials seinen Aggregatszustand geändert hat.Additionally or alternatively, the control device may be designed to bring about the movement of the valve device into the open position or into the closed position as a function of a time span provided for a phase transition of the phase change material. For example, then the valve device can be moved into the open position, if it can be assumed that in the period of time a certain percentage of the phase change material has changed its state of aggregation.

Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn 80% bis nahezu 100%, insbesondere 90% bis 95%, des Phasenwechselmaterials den Phasenübergang vollzogen haben. Wird dann die Ventileinrichtung in die Offenstellung verbracht, so ist eine ebenso lange Zeitspanne notwendig, um das Phasenwechselmaterial wieder in den zum Aufnehmen von Wärme geeigneten vormaligen Aggregatszustand zu überführen. Wird dann die Ventileinrichtung weiter in der Offenstellung belassen, so sinkt die Temperatur der Batteriezellen. Dies kann solange weitergehen, bis die Batteriezellen eine Untergrenze der Temperatur erreicht haben.This can happen, for example, when 80% to nearly 100%, in particular 90% to 95%, of the phase change material have completed the phase transition. If the valve device is then moved into the open position, it takes an equally long period of time to transfer the phase change material back into the previous state of aggregation, which is suitable for absorbing heat. If then the valve device is left in the open position, the temperature of the battery cells decreases. This can continue until the battery cells have reached a lower limit of the temperature.

Von Vorteil ist es des Weiteren, wenn Wärmeleitelemente mit dem Verdampfer verbunden sind, mittels welchen bei einem Phasenübergang des Phasenwechselmaterials freigesetzte Wärme auf den Verdampfer übertragbar ist. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass Phasenwechselmaterialien üblicherweise eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Durch die mit dem Verdampfer verbundenen Wärmeleitelemente kann jedoch trotzdem eine besonders gute Wärmeübertragung von dem Phasenwechselmaterial auf den Verdampfer sichergestellt werden.It is furthermore advantageous if heat-conducting elements are connected to the evaporator, by means of which heat released during a phase transition of the phase-change material can be transferred to the evaporator. This takes into account the fact that phase change materials usually have a comparatively poor thermal conductivity. Nevertheless, a particularly good heat transfer from the phase change material to the evaporator can be ensured by the heat-conducting elements connected to the evaporator.

Derartige Wärmeleitelemente können beispielsweise als massive Körper aus einem gut Wärme leitenden Material, etwa aus einem Metall oder einer Legierung, ausgebildet sein.Such heat-conducting elements can be formed, for example, as a solid body made of a good heat-conducting material, for example of a metal or an alloy.

Bevorzugt sind die Wärmeleitelemente in jeweiligen Zwischenräumen angeordnet, welche zwischen den einzelnen Batteriezellen ausgebildet sind. Dann lässt sich die Wärme besonders gleichmäßig von dem Phasenwechselmaterial abführen.Preferably, the heat-conducting elements are arranged in respective intermediate spaces, which are formed between the individual battery cells. Then the heat can be removed particularly evenly from the phase change material.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Wärmeleitelemente umfangsseitig umlaufend von dem Phasenwechselmaterial des Latentwärmespeichers umschlossen sind. Dann kann nämlich besonders gut die beim Phasenübergang des Phasenwechselmaterials freigesetzte Wärme über die Wärmeleitelemente auf den Verdampfer übertragen werden.Finally, it has proven to be advantageous if the heat-conducting elements are peripherally surrounded circumferentially by the phase change material of the latent heat storage. In that case, the heat released during the phase transition of the phase change material can be transmitted to the evaporator via the heat conducting elements in a particularly good way.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung für ein Fahrzeug wird von einer Mehrzahl von Batteriezellen der Batterieanordnung Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird auf ein Phasenwechselmaterial eines Latentwärmespeichers übertragen. Anschließend wird das Phasenwechselmaterial mittels einer Kühleinrichtung wieder gekühlt. Dies kann insbesondere geschehen, um einen Phasenübergang des Phasenwechselmaterials zu bewirken. Als Kühleinrichtung wird ein Verdampfer einer Klimaanlage eingesetzt, welcher zum Kühlen des Phasenwechselmaterials mit einem Kältemittel beaufschlagt wird, welches an einer Expansionseinrichtung entspannt wurde.In the method according to the invention for operating a battery arrangement for a vehicle, of a plurality of battery cells of the Battery assembly releases heat. This heat is transferred to a phase change material of a latent heat storage. Subsequently, the phase change material is cooled by means of a cooling device again. This can be done in particular to effect a phase transition of the phase change material. As a cooling device, an evaporator of an air conditioner is used, which is acted upon for cooling the phase change material with a refrigerant which has been expanded at an expansion device.

Mit dem entspannten Kältemittel lässt sich über den Verdampfer eine besonders hohe Kühlleistung bereitstellen, auch wenn hohe Außentemperaturen vorliegen. So kann dafür gesorgt werden, dass auch bei hohen Außentemperaturen eine effiziente Kühlung der Batteriezellen sichergestellt ist.With the expanded refrigerant, a particularly high cooling capacity can be provided via the evaporator, even if high outside temperatures are present. So it can be ensured that even at high outside temperatures efficient cooling of the battery cells is ensured.

Die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.The advantages and preferred embodiments described for the battery arrangement according to the invention also apply to the method according to the invention and vice versa.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings. Showing:

1 eine Batterieanordnung, bei welcher ein Phasenwechselmaterial mittels einer Verdampferplatte gekühlt wird, welche in einen Kältemittelkreis einer Klimaanlage eingebunden ist, wobei Batteriezellen der Batterieanordnung außenumfangsseitig von dem Phasenwechselmaterial umschlossen sind; 1 a battery assembly in which a phase change material is cooled by means of an evaporator plate which is integrated into a refrigerant circuit of an air conditioner, wherein battery cells of the battery assembly are peripherally surrounded by the phase change material;

2 den Temperaturverlauf des Phasenwechselmaterials beim Zuführen von Wärme; 2 the temperature profile of the phase change material when supplying heat;

3 das getaktete Ansteuern eines der Verdampferplatte vorgeschalteten Ventils in Abhängigkeit von der Temperatur der Batteriezellen und dem Phasenübergang des Phasenwechselmaterials; und 3 the clocked driving a valve upstream of the evaporator plate in dependence on the temperature of the battery cells and the phase transition of the phase change material; and

4 eine Batterieanordnung gemäß 1, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen zusätzlich Wärmeleitplatten angeordnet sind, welche mit der Verdampferplatte verbunden sind. 4 a battery assembly according to 1 , wherein between the individual battery cells in addition heat conducting plates are arranged, which are connected to the evaporator plate.

Eine in 1 schematisch gezeigte Batterieanordnung 10 kann insbesondere in einem Mikro-Hybridfahrzeug oder einem Mild-Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen. Hierbei stellen Batteriezellen 12, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sein können, etwa beim Starten oder beim Anfahren und Beschleunigen des Hybridfahrzeugs elektrische Energie bereit. Bei einem solchen Boost-Vorgang setzen die Batteriezellen 12 vergleichsweise viel Abwärme frei. Beim Bremsen wird elektrische Energie zurück gewonnen und in die Batteriezellen 12 eingebracht. Auch hierbei wird Abwärme frei.An in 1 schematically shown battery arrangement 10 can be used in particular in a micro hybrid vehicle or a mild hybrid vehicle. Here are battery cells 12 , which may be designed in particular as lithium-ion battery cells, such as when starting or when starting and accelerating the hybrid vehicle electrical energy ready. In such a boost process put the battery cells 12 Relatively much waste heat free. When braking, electrical energy is recovered and into the battery cells 12 brought in. Again, waste heat is released.

Durch das häufige Entladen und Laden der Batteriezellen 12 mit vergleichsweise großen elektrischen Strömen kommt es also zu einem häufigen Freisetzen von Abwärme der Batteriezellen 12. Die Batteriezellen 12 sind jedoch vergleichsweise temperaturempfindlich, daher umfasst die Batterieanordnung 10 ein Kühlsystem.By frequent discharging and charging of the battery cells 12 With comparatively large electrical currents, there is thus a frequent release of waste heat from the battery cells 12 , The battery cells 12 However, they are relatively temperature sensitive, therefore, the battery assembly includes 10 a cooling system.

Vorliegend ist zur Kühlung der Batteriezellen 12 ein Kältemittelkreis vorgesehen, welcher Teil einer Klimaanlage des Fahrzeugs ist. Ein solcher Kältemittelkreis umfasst einen (nicht gezeigten) Kompressor, welchem ein Kondensator nachgeschaltet ist. In dem Kondensator wird das komprimierte Kältemittel verflüssigt. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung etwa in Form eines vorliegend beispielhaft gezeigten Expansionsventils 14 entspannt und einem Verdampfer zugeführt, welcher vorliegend als Verdampferplatte 16 ausgebildet ist. In der Verdampferplatte 16 verdampft das entspannte Kältemittel unter Aufnahme von Wärme. Anschließend wird das Kältemittel wieder dem Kompressor zugeführt.In the present case is for cooling the battery cells 12 a refrigerant circuit is provided which is part of an air conditioning system of the vehicle. Such a refrigerant circuit comprises a compressor (not shown), to which a condenser is connected downstream. In the condenser, the compressed refrigerant is liquefied. Subsequently, the liquefied refrigerant by means of an expansion device, for example in the form of an expansion valve shown here by way of example 14 relaxed and fed to an evaporator, which in the present case as an evaporator plate 16 is trained. In the evaporator plate 16 the expanded refrigerant evaporates while absorbing heat. Subsequently, the refrigerant is returned to the compressor.

Vorliegend wird die Klimaanlage sowohl zum Klimatisieren des Fahrgastraums genutzt als auch zum Abführen von Wärme von den Batteriezellen 12 mittels der Verdampferplatte 16. Zum Kühlen des Fahrgastraums ist jedoch in dem Kältemittelkreis der Klimaanlage ein weiterer (nicht gezeigter) Verdampfer vorgesehen, an welchem die in den Fahrgastraum einzubringende Luft gekühlt wird.In the present case, the air conditioning is used both for air conditioning of the passenger compartment and for dissipating heat from the battery cells 12 by means of the evaporator plate 16 , For cooling the passenger compartment, however, another (not shown) evaporator is provided in the refrigerant circuit of the air conditioner, on which the air to be introduced into the passenger compartment is cooled.

Die Verdampferplatte 16 bildet eine Bodenplatte eines Gehäuses 18, in welchem die Batteriezellen 12 aufgenommen sind. In Zwischenräumen 20 zwischen den einzelnen Batteriezellen 12 sowie in einem Bereich 22 zwischen Bodenflächen 24 von jeweiligen Gehäusen der einzelnen Batteriezellen 12 und der Verdampferplatte 16 befindet sich ein Phasenwechselmaterial (PCM, Phase-Change-Material) 26, welches Kühlleistung insbesondere durch einen Phasenübergang, also durch Änderung seines Aggregatszustands bereitstellen kann. Das Phasenwechselmaterial 26 gehört zu einem Latentwärmespeicher 28, welcher in dem Gehäuse 18 der Batterieanordnung 10 angeordnet ist.The evaporator plate 16 forms a bottom plate of a housing 18 in which the battery cells 12 are included. In intervals 20 between the individual battery cells 12 as well as in one area 22 between floor surfaces 24 of respective housings of the individual battery cells 12 and the evaporator plate 16 is a phase change material (PCM, phase change material) 26 , which can provide cooling power in particular by a phase transition, ie by changing its state of aggregation. The phase change material 26 belongs to one Latent heat storage 28 which is in the housing 18 the battery arrangement 10 is arranged.

Die jeweiligen Batteriezellen 12 können eine elektrisch isolierende Hülle aufweisen, so dass in der Batterieanordnung 10 das Phasenwechselmaterial 26 an diese elektrisch isolierenden Hüllen angrenzt. Wenn die Batteriezellen 12 nicht bereits vor deren Montage in der Batterieanordnung 10 mit solchen Hüllen versehen sind, so kann bei der Fertigung der Batterieanordnung 10 zwischen den jeweiligen Batteriezellen 12 und dem Phasenwechselmaterial 26 ein elektrisch isolierender Separator angeordnet werden.The respective battery cells 12 can have an electrically insulating sheath, so that in the battery assembly 10 the phase change material 26 adjacent to these electrically insulating sheaths. When the battery cells 12 not already before their installation in the battery assembly 10 are provided with such cases, so may in the manufacture of the battery assembly 10 between the respective battery cells 12 and the phase change material 26 an electrically insulating separator can be arranged.

Wenn der Fahrgastraum des Hybridfahrzeugs vorrangig gekühlt werden soll, etwa weil das Fahrzeug an einem heißen Tag längere Zeit in der Sonne abgestellt war, so wird die von der Klimaanlage zur Verfügung stellbare Kühlleistung zunächst zum Kühlen des Fahrgastraums verwendet. Um dies sicherzustellen, wird ein Absperrventil 30 geschlossen, welches in einer zu der Verdampferplatte 16 führenden Kältemittelleitung 32 des Kältemittelkreises angeordnet ist. Dann strömt das Kältemittel ausschließlich dem weiteren (vorliegend nicht gezeigten) Verdampfer zu, an welchem die Kühlung der dem Fahrgastraum zugeführten Luft stattfindet.If the passenger compartment of the hybrid vehicle is to be primarily cooled, for example, because the vehicle was parked in the sun for a long time on a hot day, the cooling power available from the air conditioning system is initially used to cool the passenger compartment. To ensure this, a shut-off valve 30 closed, which in one to the evaporator plate 16 leading refrigerant line 32 of the refrigerant circuit is arranged. Then, the refrigerant flows exclusively to the other (not shown here) evaporator, at which the cooling of the passenger compartment air supplied takes place.

Wenn dann das in der Sonne abgestellte Hybridfahrzeug losfährt, so stellen die Batteriezellen 12 hierfür elektrische Energie bereit. Die hierbei entstehende Abwärmeleistung einer die Batteriezellen 12 umfassenden Batterie kann nun von dem Phasenwechselmaterial 26 aufgenommen werden, insbesondere indem das Phasenwechselmaterial 26 seinen Aggregatszustand ändert. Dies führt dazu, dass die Temperatur der Batterie nicht über eine kritische Obergrenze steigt, bei deren Überschreiten ein Steuergerät, nämlich ein so genannter Batterie Management Controller, die Batterie aus Sicherheitsgründen ausschaltet. Der Vorteil, bei dem Hybridfahrzeug mittels der Batteriezellen 12 elektrische Energie bereitzustellen, bleibt also vorliegend auch in dieser Situation erhalten.When the hybrid vehicle parked in the sun goes off, the battery cells set 12 this electrical energy ready. The resulting waste heat of a battery cells 12 comprehensive battery can now from the phase change material 26 be absorbed, in particular by the phase change material 26 changes its state of aggregation. The result of this is that the temperature of the battery does not rise above a critical upper limit, above which a control device, namely a so-called battery management controller, switches off the battery for safety reasons. The advantage in the hybrid vehicle by means of the battery cells 12 To provide electrical energy, so in the present case also remains in this situation.

Dadurch, dass sich das Phasenwechselmaterial 26 sowohl in den Zwischenräumen 20 zwischen den Batteriezellen 12 befindet und diese umfangsseitig umlaufend umschließt und zudem in dem Bereich 22 vorgesehen ist, kann das Phasenwechselmaterial 26 besonders gut die Abwärme der Batteriezellen 12 aufnehmen. Zudem stehen die Batteriezellen 12 auf dem Phasenwechselmaterial 26 auf, welches wiederum mit der Verdampferplatte 16 in Anlage ist.Due to the fact that the phase change material 26 both in the interstices 20 between the battery cells 12 and surrounds this circumference circumferentially and also in the area 22 is provided, the phase change material 26 especially good the waste heat of the battery cells 12 take up. In addition, there are the battery cells 12 on the phase change material 26 on, which in turn with the evaporator plate 16 in attachment.

Wenn also beim Boost-Vorgang des Hybridfahrzeugs, also beispielsweise beim Losfahren, der Batterie gerade keine Kühlleistung von der Klimaanlage zur Verfügung gestellt wird, so wird die Abwärme der Batteriezellen 12 durch das Phasenwechselmaterial 26 absorbiert. Das Phasenwechselmaterial 26 hat nämlich die Eigenschaft, die Temperatur während des Phasenübergangs trotz der Wärmeabsorption nahezu konstant zu halten.Thus, if during the boost process of the hybrid vehicle, so for example when driving off, the battery just no cooling power is provided by the air conditioning available, so the waste heat of the battery cells 12 through the phase change material 26 absorbed. The phase change material 26 namely has the property to keep the temperature during the phase transition almost constant despite the heat absorption.

Dies ist anhand von 2 veranschaulicht. Hier ist auf einer Ordinate 34 die Temperatur TPCM des Phasenwechselmaterials 26 aufgetragen und auf einer Abszisse 36 die von dem Phasenwechselmaterial 26 aufgenommene Wärme Q. Eine die Temperatur angebende Kurve 38 weist entsprechend ein Plateau 40 auf, welches das Gleichbleiben der Temperatur des Phasenwechselmaterials 26 trotz der Wärmezufuhr veranschaulicht. Durch Mischen des Phasenwechselmaterials 26 mit einem anderen Material, etwa mit Wasser, kann ein Phasenübergangspunkt oder Phase-Change-Point (PCP) so eingestellt werden, dass die Temperatur der Batterie während des Boost-Vorgangs eine kritische Obergrenze nicht überschreitet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperatur der Batteriezellen 12 einen Wert von 50°C nicht überschreitet.This is based on 2 illustrated. Here is on an ordinate 34 the temperature T PCM of the phase change material 26 plotted and on an abscissa 36 that of the phase change material 26 absorbed heat Q. A temperature-indicating curve 38 has a plateau accordingly 40 on, which is the constant temperature of the phase change material 26 despite the heat supply illustrated. By mixing the phase change material 26 With another material, such as water, a phase change point or phase change point (PCP) can be set so that the temperature of the battery does not exceed a critical upper limit during the boost process. In particular, it can be provided that the temperature of the battery cells 12 does not exceed 50 ° C.

Nachdem der Fahrgastraum auf eine komfortable Temperatur abgekühlt wurde, kann die Klimaanlage nun auch wieder nicht für die Kühlung des Fahrgastraums benötigte Kühlleistung zum Kühlen des Phasenwechselmaterials 26 bereitstellen. Entsprechend wird das Absperrventil 30 geöffnet, und die Verdampferplatte 16 wird von dem entspannten Kältemittel durchströmt.After the passenger compartment has been cooled to a comfortable temperature, the air conditioning system can now again not required for the cooling of the passenger compartment cooling power for cooling the phase change material 26 provide. Accordingly, the shut-off valve 30 opened, and the evaporator plate 16 is flowed through by the expanded refrigerant.

Zum Ansteuern des Absperrventils 30 ist vorliegend ein Steuergerät 42 vorgesehen (vergleiche 1). Solange das Steuergerät 42 dafür sorgt, dass das Absperrventil 30 in seiner Offenstellung verbleibt, werden das Phasenwechselmaterial 26 und mit diesem die Batteriezellen 12 abgekühlt. Dies kann erfolgen, bis mittels der Verdampferplatte 16 das Phasenwechselmaterial 26 und die Batteriezellen 12 bis zu einer Untergrenze, etwa bis zu einer Temperatur von 20°C abgekühlt sind. Dann steuert das Steuergerät 42 das Absperrventil 30 erneut an und sorgt so dafür, dass Letzteres geschlossen wird.To control the shut-off valve 30 is present a control unit 42 provided (compare 1 ). As long as the controller 42 ensures that the shut-off valve 30 remains in its open position, the phase change material 26 and with this the battery cells 12 cooled. This can be done until by means of the evaporator plate 16 the phase change material 26 and the battery cells 12 are cooled to a lower limit, for example up to a temperature of 20 ° C. Then the controller controls 42 the shut-off valve 30 again, ensuring that the latter is closed.

Durch ein solches getaktetes Einschalten und Ausschalten der Verdampferplatte 16 kann die Temperatur der Batteriezellen 12 immer in einem gewünschten Temperaturbereich gehalten werden. Der entsprechende und besonders einfach umzusetzende Regelungsalgorithmus zum Ansteuern des Absperrventils 30 soll anhand von 3 veranschaulicht werden.By such a clocked switching on and off the evaporator plate 16 can the temperature of the battery cells 12 always be kept in a desired temperature range. The corresponding and particularly easy to implement control algorithm for controlling the shut-off valve 30 should be based on 3 be illustrated.

In zwei in 3 gezeigten Graphen ist auf einer ersten Ordinate 44 die Temperatur der Batteriezellen und auf einer ersten Abszisse 46 die Zeit t aufgetragen. Während eines ersten Zeitabschnitts 48 bleibt das Absperrventil 30 geschlossen, die Verdampferplatte 16 befindet sich also in einer Abschaltphase 50. Diese ist in einem zweiten Graphen in 3 veranschaulicht, in welchem auf einer Abszisse 52 ebenfalls die Zeit t und auf einer Ordinate 54 die Schaltzustände des Absperrventils 30 angegeben sind.In two in 3 shown graph is on a first ordinate 44 the temperature of the battery cells and on a first abscissa 46 the time t applied. During a first period of time 48 the shut-off valve remains 30 closed, the evaporator plate 16 is thus in a shutdown phase 50 , This is in a second graph in 3 Fig. 1 illustrates in which on an abscissa 52 also the time t and on an ordinate 54 the switching states of the shut-off valve 30 are indicated.

Bei nicht mit dem Kältemittel beaufschlagter Verdampferplatte 16 steigt zunächst die Temperatur der Batteriezellen 12 an. Dies geschieht, bis das Phasenwechselmaterial 26 seinen Aggregatszustand ändert (vergleiche 2). Ab diesem Zeitpunkt während des ersten Zeitabschnitts 48 bleibt die Temperatur der Batteriezellen 12 im Wesentlichen konstant.For not treated with the refrigerant evaporator plate 16 First, the temperature of the battery cells increases 12 at. This happens until the phase change material 26 changes its state of aggregation (cf. 2 ). From this time during the first period 48 the temperature of the battery cells remains 12 essentially constant.

Sobald dann ein Großteil des Phasenwechselmaterials 26 seinen Aggregatszustand geändert hat, beispielsweise wenn bei einem Phasenübergang von fest nach flüssig 90% des Phasenwechselmaterials 26 geschmolzen vorliegen, wird das Absperrventil 30 geöffnet. Entsprechend befindet sich während eines zweiten Zeitabschnitts 54 die Verdampferplatte 16 in einem angeschalteten Zustand 56. Das Umschalten zwischen den beiden Zuständen findet zu einem Zeitpunkt 58 statt.Once then a large part of the phase change material 26 has changed its state of aggregation, for example, when at a phase transition from solid to liquid 90% of the phase change material 26 present melted, the shut-off valve 30 open. Accordingly, during a second period of time 54 the evaporator plate 16 in a switched-on state 56 , Switching between the two states takes place at a time 58 instead of.

Während des zweiten Zeitabschnitts 54 bleibt wiederum zunächst die Temperatur der Batteriezellen 12 konstant, da zunächst die Wärmeabfuhr zu einem erneuten Phasenübergang des Phasenwechselmaterials 26, etwa zum Ändern des Aggregatszustands von flüssig nach fest führt. Erst wenn das Phasenwechselmaterial 26 vollständig in dem geänderten Aggregatszustand vorliegt, führt das Beaufschlagen der Verdampferplatte 16 mit dem entspannten Kältemittel zu einem Absenken der Temperatur der Batteriezellen 12 (vgl. 3).During the second period 54 once again the temperature of the battery cells remains 12 constant, because first the heat dissipation to a new phase transition of the phase change material 26 , such as changing the state of aggregation from liquid to solid. Only when the phase change material 26 completely in the changed state of aggregation, the pressurization of the evaporator plate 16 with the expanded refrigerant to lower the temperature of the battery cells 12 (see. 3 ).

Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt 60 haben die Batteriezellen 12 eine Untergrenze der Temperatur erreicht, und das Ventil 30 wird erneut geschlossen, die Verdampferplatte 16 also abgeschaltet. Entsprechend ändert sich die Temperatur in einem nächsten Zeitabschnitt 62 so wie für den Zeitabschnitt 48 beschrieben. Wenn anschließend der größte Teil des Phasenwechselmaterials 26 wieder in dem erneut geänderten Aggregatszustand vorliegt, wird zu einem Zeitpunkt 64 wiederum das Absperrventil 30 geöffnet. Diese gezeigte Regelung der Verdampferplatte 16 ist besonders einfach.At a subsequent time 60 have the battery cells 12 reaches a lower limit of the temperature, and the valve 30 is closed again, the evaporator plate 16 So shut off. Accordingly, the temperature changes in a next period of time 62 as for the period 48 described. When subsequently the major part of the phase change material 26 is again present in the again changed state of aggregation, is at a time 64 turn the shut-off valve 30 open. This shown control of the evaporator plate 16 is very easy.

Die in 4 gezeigte Batterieanordnung 10 entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten, jedoch sind hier Wärmeleitelemente in Form von Wärmeleitplatten 66 vorgesehen, welche mit der Verdampferplatte 16 etwa durch Verschweißen verbunden sind. Diese Wärmeleitplatten 66 bestehen aus einem gut Wärme leitenden Material. Die Wärmeleitplatten 66 können besonders gut beim Phasenübergang des Phasenwechselmaterials 26 freigesetzte Wärme auf die Verdampferplatte 16 übertragen. Die Wärmeleitplatten 66 sorgen nämlich dafür, dass zwischen den Batteriezellen 12 und denselben eine ausreichende Temperaturdifferenz besteht, um für eine gute Wärmeleitung hin zur Verdampferplatte 16 zu sorgen.In the 4 shown battery arrangement 10 is essentially the same as in 1 shown, but here are Wärmeleitelemente in the form of Wärmeleitplatten 66 provided, which with the evaporator plate 16 are connected by welding. These heat conducting plates 66 consist of a good heat conductive material. The heat conducting plates 66 can be particularly good at the phase transition of the phase change material 26 released heat on the evaporator plate 16 transfer. The heat conducting plates 66 namely, ensure that between the battery cells 12 and the same is a sufficient temperature difference, in order for a good heat conduction to the evaporator plate 16 to care.

Die Wärmeleitplatten 66 sind vorliegend ebenso wie das Phasenwechselmaterial 26 in den Zwischenräumen 20 zwischen den einzelnen Batteriezellen 12 angeordnet und hierbei vollständig in das Phasenwechselmaterial 26 eingebettet.The heat conducting plates 66 are present as well as the phase change material 26 in the interstices 20 between the individual battery cells 12 arranged and in this case completely in the phase change material 26 embedded.

Das Steuergerät 42 kann auch das Expansionsventil 14 ansteuern, um ein Durchströmtwerden der Verdampferplatte 16 mit dem Kältemittel zu ermöglichen oder zu unterbinden. Dann kann auf das Absperrventil 30 verzichtet werden.The control unit 42 can also use the expansion valve 14 to flow through the evaporator plate 16 with the refrigerant to enable or prevent. Then on the shut-off valve 30 be waived.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007050812 A1 [0002] DE 102007050812 A1 [0002]
  • DE 102010063057 A1 [0004] DE 102010063057 A1 [0004]
  • CN 1870347 A [0004] CN 1870347A [0004]
  • DE 102010005097 A1 [0004] DE 102010005097 A1 [0004]
  • DE 10358582 A1 [0004] DE 10358582 A1 [0004]
  • DE 102011106690 A1 [0004] DE 102011106690 A1 [0004]
  • DE 102007010750 B3 [0005] DE 102007010750 B3 [0005]

Claims (10)

Batterieanordnung für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12), mit einem Latentwärmespeicher (28), welcher ein Phasenwechselmaterial (26) zum Kühlen der Batteriezellen (12) aufweist, und mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Phasenwechselmaterials (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung als Verdampfer (16) einer Klimaanlage ausgebildet ist, welcher mit einem an einer Expansionseinrichtung (14) entspannten Kältemittel beaufschlagbar ist.Battery arrangement for a vehicle, having a plurality of battery cells ( 12 ), with a latent heat storage ( 28 ), which is a phase change material ( 26 ) for cooling the battery cells ( 12 ), and with a cooling device for cooling the phase change material ( 26 ), characterized in that the cooling device as evaporator ( 16 ) of an air conditioning system which is connected to one of an expansion device ( 14 ) relaxed refrigerant can be acted upon. Batterieanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (28) mit dem Verdampfer (16) in Anlage ist.Battery arrangement according to claim 1, characterized in that the latent heat storage ( 28 ) with the evaporator ( 16 ) is in plant. Batterieanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Verdampfer (16) eine Bodenplatte einer den Latentwärmespeicher (28) und die Batteriezellen (12) umfassenden Baugruppe der Batterieanordnung (10) gebildet ist.Battery arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that by the evaporator ( 16 ) a bottom plate of a latent heat storage ( 28 ) and the battery cells ( 12 ) comprehensive assembly of the battery assembly ( 10 ) is formed. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse der einzelnen Batteriezellen (12) von dem Phasenwechselmaterial (26) des Latentwärmespeichers (28) umfangsseitig umlaufend umschlossen sind und eine Bodenfläche (24) des Gehäuses der jeweiligen Batteriezelle (12) mit dem Phasenwechselmaterial (26) in Anlage ist.Battery arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing of the individual battery cells ( 12 ) of the phase change material ( 26 ) of the latent heat storage ( 28 ) are enclosed peripherally circumferentially and a bottom surface ( 24 ) of the housing of the respective battery cell ( 12 ) with the phase change material ( 26 ) is in plant. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (42) zum Ansteuern einer Ventileinrichtung (30), welche in einer Offenstellung ein Durchströmen des Verdampfers (16) mit dem Kältemittel zulässt und in einer Geschlossenstellung das Durchströmen unterbindet.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized by a control device ( 42 ) for actuating a valve device ( 30 ), which in an open position, a flow through the evaporator ( 16 ) with the refrigerant and in a closed position prevents the flow through. Batterieanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (42) dazu ausgelegt ist, das Verbringen der Ventileinrichtung (30) in die Offenstellung und in die Geschlossenstellung in Abhängigkeit von einer Temperatur der Batteriezellen (12) und/oder von einer für einen Phasenübergang des Phasenwechselmaterials (26) vorgesehenen Zeitspanne zu bewirken.The battery assembly according to claim 5, characterized in that the control device ( 42 ) is designed to prevent the valve device ( 30 ) in the open position and in the closed position in dependence on a temperature of the battery cells ( 12 ) and / or one for a phase transition of the phase change material ( 26 ) time period. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitelemente (66) mit dem Verdampfer (16) verbunden sind, mittels welchen bei einem Phasenübergang des Phasenwechselmaterials (26) freigesetzte Wärme auf den Verdampfer (16) übertragbar ist.Battery arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that heat-conducting elements ( 66 ) with the evaporator ( 16 ) are connected, by means of which at a phase transition of the phase change material ( 26 ) released heat on the evaporator ( 16 ) is transferable. Batterieanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (66) in jeweiligen Zwischenräumen (20) zwischen den einzelnen Batteriezellen (12) angeordnet sind.Battery arrangement according to claim 7, characterized in that the heat-conducting elements ( 66 ) in respective intervals ( 20 ) between the individual battery cells ( 12 ) are arranged. Batterieanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (66) umfangsseitig umlaufend von dem Phasenwechselmaterial (26) des Latentwärmespeichers (28) umschlossen sind.Battery arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the heat-conducting elements ( 66 ) circumferentially of the phase change material ( 26 ) of the latent heat storage ( 28 ) are enclosed. Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung (10) für ein Fahrzeug, bei welchem von einer Mehrzahl von Batteriezellen (12) der Batterieanordnung (10) freigesetzte Wärme auf ein Phasenwechselmaterial (26) eines Latentwärmespeichers (28) übertragen wird, und bei welchem das Phasenwechselmaterial (26) mittels einer Kühleinrichtung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als die Kühleinrichtung ein Verdampfer (16) einer Klimaanlage eingesetzt wird, welcher zum Kühlen des Phasenwechselmaterials (26) mit einem an einer Expansionseinrichtung (14) entspannten Kältemittel beaufschlagt wird.Method for operating a battery arrangement ( 10 ) for a vehicle in which a plurality of battery cells ( 12 ) of the battery arrangement ( 10 ) liberated heat to a phase change material ( 26 ) of a latent heat storage ( 28 ), and in which the phase change material ( 26 ) is cooled by means of a cooling device, characterized in that as the cooling device an evaporator ( 16 ) is used for cooling the phase change material ( 26 ) with a at an expansion device ( 14 ) is applied to relaxed refrigerant.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015219089A1 (en) * 2015-10-02 2017-04-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft motor vehicle
DE102016200088A1 (en) 2016-01-07 2017-07-13 Robert Bosch Gmbh Battery module housing, battery module, and method of making a battery module housing
EP3196955A1 (en) 2016-01-20 2017-07-26 Robert Bosch Gmbh Battery module
DE102016202750A1 (en) * 2016-02-23 2017-08-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Cooling device, control unit, cooling system and motor vehicle with it
EP3279968A1 (en) 2016-08-02 2018-02-07 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Battery module
DE102016223085A1 (en) 2016-11-23 2018-05-24 Audi Ag motor vehicle
WO2019034462A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Fahrenheit Gmbh Method and device for controlling the temperature of a battery assembly
CN110137395A (en) * 2019-04-08 2019-08-16 蜂巢能源科技有限公司 Battery modules mounting device, battery pack and vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10358582A1 (en) 2003-12-15 2005-07-07 Robert Bosch Gmbh Battery with heat transport has multiple battery cells in a casing each with a core surrounded by a cell jacket for carrying off heat
CN1870347A (en) 2005-05-27 2006-11-29 比亚迪股份有限公司 Battery bag with temp regulating function
DE102007010750B3 (en) 2007-02-27 2008-09-04 Daimler Ag Electrochemical single cell for battery as high power battery, particularly for partly driven of motor vehicle for passenger transport, has electrode stack wound around cooling pipe and unfolded on cooling pipe
DE102007050812A1 (en) 2007-10-24 2009-04-30 Robert Bosch Gmbh Electrochemical energy storage
DE102010005097A1 (en) 2010-01-20 2011-07-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Temperature-controlled battery cell arrangement, has retaining pockets directly or indirectly connected with one another, such that passage channel is formed between adjacent retaining pockets, where medium flows through channel
DE102011106690A1 (en) 2010-07-07 2012-01-12 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Battery pack mounted in motor car, has compressible insulator plate which is arranged beside battery cell and has phase change material
DE102010063057A1 (en) 2010-12-14 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Battery system for a motor vehicle with at least one electrochemical cell and at least one latent heat storage

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009058842B4 (en) 2009-12-18 2022-01-27 Vitesco Technologies GmbH Vehicle with temperature control device, battery with latent heat storage and method for temperature control of vehicles
DE102010055600A1 (en) 2010-12-22 2012-06-28 Daimler Ag Device for cooling battery e.g. high-voltage battery, in lithium ion technology, utilized as traction battery in partially and electrically driven vehicle e.g. electric car, has heat storage arranged at edge of composite of single cells
DE102011105366A1 (en) 2011-06-22 2012-03-15 Daimler Ag Cooling arrangement for e.g. high volt battery of electric vehicle, has cooling circuit thermally coupled with another cooling circuit over latent heat storage unit, and bypass pipe to bypass latent heat storage unit

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10358582A1 (en) 2003-12-15 2005-07-07 Robert Bosch Gmbh Battery with heat transport has multiple battery cells in a casing each with a core surrounded by a cell jacket for carrying off heat
CN1870347A (en) 2005-05-27 2006-11-29 比亚迪股份有限公司 Battery bag with temp regulating function
DE102007010750B3 (en) 2007-02-27 2008-09-04 Daimler Ag Electrochemical single cell for battery as high power battery, particularly for partly driven of motor vehicle for passenger transport, has electrode stack wound around cooling pipe and unfolded on cooling pipe
DE102007050812A1 (en) 2007-10-24 2009-04-30 Robert Bosch Gmbh Electrochemical energy storage
DE102010005097A1 (en) 2010-01-20 2011-07-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Temperature-controlled battery cell arrangement, has retaining pockets directly or indirectly connected with one another, such that passage channel is formed between adjacent retaining pockets, where medium flows through channel
DE102011106690A1 (en) 2010-07-07 2012-01-12 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Battery pack mounted in motor car, has compressible insulator plate which is arranged beside battery cell and has phase change material
DE102010063057A1 (en) 2010-12-14 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Battery system for a motor vehicle with at least one electrochemical cell and at least one latent heat storage

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015219089A1 (en) * 2015-10-02 2017-04-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft motor vehicle
DE102016200088A1 (en) 2016-01-07 2017-07-13 Robert Bosch Gmbh Battery module housing, battery module, and method of making a battery module housing
EP3196955A1 (en) 2016-01-20 2017-07-26 Robert Bosch Gmbh Battery module
DE102016202750A1 (en) * 2016-02-23 2017-08-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Cooling device, control unit, cooling system and motor vehicle with it
EP3279968A1 (en) 2016-08-02 2018-02-07 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Battery module
DE102016223085A1 (en) 2016-11-23 2018-05-24 Audi Ag motor vehicle
WO2019034462A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Fahrenheit Gmbh Method and device for controlling the temperature of a battery assembly
CN111149251A (en) * 2017-08-18 2020-05-12 华氏有限公司 Method and device for tempering a battery assembly
JP2020532060A (en) * 2017-08-18 2020-11-05 ファーレンハイト ゲーエムベーハー Methods and equipment for controlling the temperature of the battery assembly
CN110137395A (en) * 2019-04-08 2019-08-16 蜂巢能源科技有限公司 Battery modules mounting device, battery pack and vehicle

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