DE102014010297A1

DE102014010297A1 - Kühlvorrichtung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014010297A1
Application number: DE102014010297.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Beck; Bernhard Bitzer; Andreas Gruhle; Norbert Wiesheu; Yun Zhang
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine in einen mit zumindest einem Kühlelement (2) gekoppelten Kühlkreislauf (K) integrierte Batterie (1). Erfindungsgemäß umfasst das zumindest eine Kühlelement (2) zumindest ein Peltierelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Kühlvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine in einen mit zumindest einem Kühlelement gekoppelten Kühlkreislauf integrierte Batterie. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Kühlvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist ein Fahrzeug mit einer mit einer Kältemaschine gekoppelten Batterie bekannt. Mittels der Kältemaschine ist eine Temperatur, welche unterhalb einer Umgebungstemperatur liegt, erzeugbar. In einem Kontaktbereich zwischen einer kalten Stelle der Kältemaschine und der Batterie ist der Batterie Wärme entziehbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kühlvorrichtung und ein verbessertes Fahrzeug mit einer solchen Kühlvorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Kühlvorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Fahrzeuges durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Kühlvorrichtung für eine in einen mit zumindest einem Kühlelement gekoppelten Kühlkreislauf integrierte Batterie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das zumindest eine Kühlelement zumindest ein Peltierelement umfasst.
Mittels des zumindest einen Peltierelementes ist die Batterie aktiv kühlbar, ohne dass eine Kältemaschine eingesetzt wird.
Zudem kann durch den Einsatz des zumindest einen Peltierelementes ein erforderlicher Bauraum der Kühlvorrichtung verringert werden, wodurch wiederum Kosten sowie Gewicht der Kühlvorrichtung verringert werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Kühlvorrichtung mit einer Batterie für ein Fahrzeug,
2 schematisch die Kühlvorrichtung in einem normalen Betrieb,
3 schematisch die Kühlvorrichtung bei einer vergleichsweise hohen Umgebungstemperatur,
4 schematisch die Kühlvorrichtung bei aktivierter Heizfunktion und
5 schematisch die Kühlvorrichtung im normalen Betrieb.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Kühlvorrichtung eines Fahrzeuges, bei welchem es sich um ein Elektro- oder Hybridfahrzeug handelt.
Bei einem solchen Fahrzeug liegt eine Betriebstemperatur einer Batterie 1, insbesondere einer Traktionsbatterie, beispielsweise zwischen 20°C bis 30°C. Um die Batterie 1 effektiv temperieren zu können, ist diese mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt.
Die Kühlvorrichtung umfasst einen in 2 näher dargestellten Kühlkreislauf K, in welchen die Batterie 1 integriert ist. Bei dem Kühlkreislauf K handelt es sich insbesondere um den Kühlkreislauf des Fahrzeuges.
Weiterhin umfasst die Kühlvorrichtung ein Kühlelement 2 in Form eines Peltierelementes, ein als Wärmetauscher, insbesondere als eine Lüftereinheit, ausgeführtes weiteres Kühlelement 3, eine erste Pumpe 4, eine zweite Pumpe 5, ein erstes Steuerelement 6 und ein zweites Steuerelement 7.
Bevorzugt ist das als Peltierelement ausgeführte Kühlelement 2 anstelle einer gemäß dem Stand der Technik in den Kühlkreislauf K integrierten Kältemaschine eingesetzt. Das Peltierelement ist ein elektrochemischer Wandler, welcher gemäß dem Peltier-Effekt funktioniert und bei einem Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz und umgekehrt erzeugt.
2 zeigt die Kühlvorrichtung im Betrieb des Fahrzeuges, wobei eine derartige Temperatur vorherrscht, dass eine Temperierung der Batterie 1 mittels des Kühlkreislaufes K des Fahrzeuges, d. h. mit dem weiteren Kühlelement 3, der Lüftereinheit und ohne Zuschaltung des als Peltierelementes ausgeführten Kühlelementes 2, möglich ist.
Wird erfasst, dass die Temperatur der Batterie 1 in einem kritischen Bereich oberhalb der Betriebstemperatur liegt, sind die beiden Steuerelemente 6, 7 derart ansteuerbar, dass der in 2 dargestellte Kühlkreislauf K in einen in 3 gezeigten ersten Kühlkreislauf K1 und einen zweiten Kühlkreislauf K2 unterteilbar ist.
Das als Peltierelement ausgeführte Kühlelement 2 stellt dabei ein Verbindungsglied zwischen dem ersten Kühlkreislauf K1 und dem zweiten Kühlkreislauf K2 dar.
Der erste Kühlkreislauf K1 umfasst die Batterie 1, ein erstes Steuerelement 6, bei welchem es sich um ein Mehrwegventil handelt, und die erste Pumpe 4. Der zweite Kühlkreislauf K2 umfasst, das ebenfalls als Mehrwegventil ausgeführte zweite Steuerelement 7, das weitere Kühlelement 3 und die zweite Pumpe 5.
Mittels des die beiden Kühlkreisläufe K1, K2 verbindenden Kühlelementes 2 in Form des Peltierelementes ist, wie oben beschrieben, bei einem Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz zwischen einer sogenannten Kaltseite S1 und einer Warmseite S2 des Peltierelementes und somit zwischen den beiden Kühlkreisläufen K1, K2 erzeugbar.
Eine Wärme eines in dem ersten Kühlkreislauf K1 strömenden Fluids, insbesondere Wasser, ist von dem Peltierelement als Kühlelement 2 absorbierbar. Die von dem Kühlelement 2 absorbierte Wärme ist an das in dem zweiten Kühlkreislauf K2 strömende Fluid abführbar, wodurch sich die Temperatur des Fluids erhöht. Dadurch kann der Fall auftreten, dass die Temperatur des Fluids im zweiten Kühlkreislauf K2 höher ist als die Temperatur einer Umgebung, so dass das weitere Kühlelement 3, die Lüftereinheit, aktivierbar ist und somit den Kühlkreislauf K, und folglich auch die Batterie 1, kühlt.
Ist dies nicht der Fall, strömt das erwärmte Fluid ohne Aktivierung des weiteren Kühlelementes 3 in dem Kühlkreislauf K oder dem zweiten Kühlkreislauf K2.
Dazu sind die Steuerelemente 6, 7 ansteuerbar, so dass die Unterteilung des Kühlkreislaufes K in den ersten Kühlkreislauf K1 und den zweiten Kühlkreislauf K2 aufhebbar ist und dadurch das Peltierelement als Kühlelement 2 kein Bestandteil des Kühlkreislaufes K der Batterie 1 ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Batterie 1 mittels des Peltierelementes als Kühlelement 2 bei einem Startvorgang des Fahrzeuges bevorzugt auf die Betriebstemperatur erwärmbar ist.
Hierzu sind die beiden Steuerelemente 6, 7 derart ansteuerbar, dass ein Kreislauf K3 herstellbar ist, in welchen das Peltierelement als Kühlelement 2 mit seiner Warmseite S2 integriert ist.
Dadurch ist es möglich, die Batterie 1 vergleichsweise schnell auf ihre Betriebstemperatur, insbesondere eine Mindesttemperatur, zu erwärmen und einen Fahrbetrieb des Fahrzeuges zu starten.
Das Peltierelement als Kühlelement 2 zur Temperierung der Batterie 1 ist insbesondere zur Kühlung der Batterie 1 vorgesehen, wenn die Batterie 1 eine verhältnismäßig kritische Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur aufweist.
Bei Einsatz eines Peltierelementes als Kühlelement 2 kann ein Bauraum der Kühlvorrichtung im Vergleich zu einem Einsatz einer Kältemaschine verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
2: Kühlelement
3: weiteres Kühlelement
4: erste Pumpe
5: zweite Pumpe
6: erstes Steuerelement
7: zweites Steuerelement
K: Kühlkreislauf
K1: erster Kühlkreislauf
K2: zweiter Kühlkreislauf
K3: Kreislauf
S1: Kaltseite
S2: Warmseite

Claims

Kühlvorrichtung für eine in einen mit zumindest einem Kühlelement (2) gekoppelten Kühlkreislauf (K) integrierte Batterie (1), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kühlelement (2) zumindest ein Peltierelement umfasst.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Wärmetauscher umfassendes weiteres Kühlelement (3) vorgesehen ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (K) mittels einer Anzahl von Steuerelementen (6, 7) und des zumindest einen Peltierelementes in zumindest einen ersten Kühlkreislauf (K1) und einen zweiten Kühlkreislauf (K2) teilbar ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Steuerelementen (6, 7) als Mehrwegventile ausgebildet ist.
Fahrzeug mit einer Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.