DE102014015251A1 - Device and method for temperature control of an energy storage system and energy storage system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Temperierung eines Energiespeichersystems (2) mit mindestens zwei Bauteilen, umfassend – zumindest ein Temperierelement (3), welches zur Temperierung der mindestens zwei Bauteile angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Temperierelement (3) mit wenigstens einem thermoelektrischen Element (4) thermisch gekoppelt, mittels welchem für je eines der Bauteile ein bestimmtes Temperaturniveau erzeugbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Temperierung eines Energiespeichersystems (2) sowie ein Energiespeichersystem (2) in Kombination mit einer Vorrichtung (1) zur Temperierung des Energiespeichersystems (2).The invention relates to a device (1) for tempering an energy storage system (2) with at least two components, comprising - at least one tempering element (3), which is arranged for controlling the temperature of the at least two components. According to the invention, the tempering element (3) is thermally coupled to at least one thermoelectric element (4), by means of which a specific temperature level can be generated for each of the components. The invention further relates to a method for operating a device (1) for temperature control of an energy storage system (2) and an energy storage system (2) in combination with a device (1) for temperature control of the energy storage system (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichersystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sowie ein Energiespeichersystem in Kombination mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for temperature control of an energy storage system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a device and an energy storage system in combination with such a device.

Hochvolt-Batterien, z. B. für Fahrzeuge wie Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeuge, oder für Stationäranwendungen umfassen üblicherweise mehrere elektrische seriell und/oder parallel miteinander verschaltete Einzelzellen. Innerhalb einer Batterie sind die Einzelzellen in der Regel in sogenannten Zellblöcken zusammengefasst, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Einzelzellen inklusive Einrichtungen zu deren mechanischer Fixierung, zur Kontaktierung und zur Temperierung umfassen.High-voltage batteries, z. B. for vehicles such as hybrid, plug-in or electric vehicles, or for stationary applications usually include a plurality of electrical serial and / or parallel interconnected single cells. Within a battery, the individual cells are usually combined in so-called cell blocks, each comprising a certain number of individual cells including facilities for their mechanical fixation, for contacting and for temperature control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichersystems, ein geeignetes Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sowie ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Energiespeichersystem anzugeben.The object of the invention is to provide a device for controlling the temperature of an energy storage system which is improved over the prior art, a suitable method for operating such a device and an energy storage system which is improved over the prior art.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Energiespeichersystems mit den in Anspruch 10 angegeben Merkmalen gelöst.With regard to the device, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1, in terms of the method with the features specified in claim 9 and in terms of the energy storage system with the features specified in claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichersystems mit mindestens zwei Bauteilen umfasst zumindest ein Temperierelement, welches zur Temperierung der mindestens zwei Bauteile angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Temperierelement mit wenigstens einem thermoelektrischen Element gekoppelt ist, mittels welchem innerhalb des Energiespeichersystems gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche Temperaturniveaus erzeugbar sind.A device for tempering an energy storage system having at least two components comprises at least one tempering element, which is arranged for controlling the temperature of the at least two components. According to the invention, it is provided that the tempering element is coupled to at least one thermoelectric element by means of which at least two different temperature levels can be generated simultaneously within the energy storage system.

Die derart ausgebildete Vorrichtung ermöglicht es, eine optimale Temperatur der zu temperierenden Bauteile einzustellen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn deren Zieltemperatur zueinander verschieden ist. Eine Zieltemperatur ist hierbei eine Temperatur, bei welcher die geringste Alterung für die Bauteile erfolgt und bei welcher eine optimale Leistungsfähigkeit zu erwarten ist. Des Weiteren ist durch die Vorrichtung das Temperieren auch ohne Verwendung eines Temperiermediums, z. B. ein Kältemittel, möglich, so dass ein Energiebedarf zum Temperieren des Energiespeichersystems gegenüber dem Stand der Technik verringert ist und eine Gewichtsreduzierung und Bauraumreduzierung erreicht ist, da keine Leitungen zur Führung des Temperiermediums und weitere Aggregate zwingend erforderlich sind.The device designed in this way makes it possible to set an optimum temperature of the components to be tempered. This is particularly advantageous if their target temperature is different from each other. A target temperature here is a temperature at which the least aging takes place for the components and in which optimum performance is to be expected. Furthermore, by the device, the temperature control without the use of a tempering, z. As a refrigerant, possible, so that an energy requirement for tempering the energy storage system compared to the prior art is reduced and a weight reduction and space reduction is achieved because no lines for guiding the temperature control and other units are mandatory.

Das thermoelektrische Element umfasst dazu eine erste Seite, die mit einem der zu temperierenden Bauteile thermisch gekoppelt ist, und eine zweite Seite, die mit dem Temperierelement thermisch gekoppelt ist. Somit wird eines der Bauteile von dem thermoelektrischen Element thermisch beeinflusst, wobei das andere der zu temperierenden Bauteile von dem Temperierelement beeinflusst wird. Dies ermöglicht die Erzeugung zweier unterschiedlicher Temperaturniveaus für das Energiespeichersystem.For this purpose, the thermoelectric element comprises a first side, which is thermally coupled to one of the components to be tempered, and a second side, which is thermally coupled to the tempering element. Thus, one of the components is thermally influenced by the thermoelectric element, wherein the other of the components to be tempered is influenced by the tempering element. This allows the generation of two different temperature levels for the energy storage system.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das thermoelektrische Element als Kühleinheit für eines der Bauteile ausgebildet. Dabei umfasst das thermoelektrische Element eine kalte Seite mit einer kalten Oberfläche, die mit dem zu kühlenden Bauteil thermisch kontaktiert ist, und eine warme Seite mit einer warmen Oberfläche, die mit der kalten Seite verbunden ist und mit dem Temperierelement thermisch kontaktiert ist. Damit ist es möglich für das zu kühlende Bauteil ein Temperaturniveau unterhalb des Temperaturniveaus des anderen Bauteils zu erzeugen.According to one embodiment, the thermoelectric element is designed as a cooling unit for one of the components. In this case, the thermoelectric element comprises a cold side with a cold surface, which is thermally contacted with the component to be cooled, and a hot side with a hot surface, which is connected to the cold side and is thermally contacted with the tempering. This makes it possible for the component to be cooled to produce a temperature level below the temperature level of the other component.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das thermoelektrische Element als eine Heizeinheit für eines der Bauteile ausgebildet. Auch hierbei werden zwei unterschiedliche Temperaturniveaus für das Energiespeichersystem erzeugt. So wird eines der Bauteile erwärmt, während das andere Bauteil gekühlt wird. Beispielsweise ist das thermoelektrische Element eine Heizmatte und zwischen dem Temperierelement und dem zu erwärmenden Bauteil angeordnet. Das andere Bauteil ist auf einer dem zu erwärmenden Bauteil gegenüberliegenden Seite des Temperierelements angeordnet.According to a further embodiment, the thermoelectric element is designed as a heating unit for one of the components. Again, two different temperature levels are generated for the energy storage system. Thus, one of the components is heated while the other component is cooled. For example, the thermoelectric element is a heating mat and disposed between the tempering and the component to be heated. The other component is arranged on a side of the tempering element opposite the component to be heated.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das thermoelektrische Element in Abhängigkeit einer Stromflussrichtung als Kühleinheit oder als Heizeinheit ansteuerbar. Damit kann das thermoelektrische Element individuell an thermische Anforderungen verschiedener Bauteile angepasst werden. Zudem ist es möglich, für ein Bauteil zu verschiedenen Zeiten verschiedene Temperaturniveaus zu erzeugen, z. B. wenn dieses temporär überhitzt ist.According to a particularly preferred embodiment, the thermoelectric element is controllable as a cooling unit or as a heating unit as a function of a current flow direction. This allows the thermoelectric element to be adapted individually to the thermal requirements of different components. In addition, it is possible to produce different temperature levels for a component at different times, for. B. if this is temporarily overheated.

Das thermoelektrische Element umfasst vorzugsweise mindestens ein Peltier-Element, welches einen elektrothermischen Wandler basierend auf dem sogenannten Peltier-Effekt darstellt. Das mindestens eine Peltier-Element führt zu einem Temperaturgradienten innerhalb des Energiespeichersystems. Zur Kühlung des Bauteils ist ein Strom und/oder eine Spannung des Peltier-Elements derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die dem Bauteil zugewandte Seite des Peltier-Elements abkühlt und dadurch das Bauteil kühlt und die dem Temperierelement zugewandte Seite des Peltier-Elements sich erwärmt. Dadurch ist eine Abwärme des zu kühlenden Bauteils auf das Temperierelement übertragbar. Durch eine Änderung einer Stromdurchflussrichtung des Peltier-Elements ist damit das Bauteil auch beheizbar. Bei Anordnung mehrerer Peltier-Elemente können verschiedene Temperaturniveaus auch für mehr als zwei Bauteile erzeugt werden.The thermoelectric element preferably comprises at least one Peltier element, which constitutes an electrothermal transducer based on the so-called Peltier effect. The at least one Peltier element leads to a temperature gradient within the Energy storage system. For cooling the component, a current and / or a voltage of the Peltier element is to be controlled and / or regulated such that the side of the Peltier element facing the component cools and thereby the component cools and the side of the Peltier facing the tempering element Elements warms up. As a result, waste heat of the component to be cooled can be transferred to the tempering element. By changing a current flow direction of the Peltier element so that the component is also heated. If several Peltier elements are arranged, different temperature levels can also be generated for more than two components.

Zum Ausgleich von Toleranzen und/oder zur elektrischen Isolation ist bzw. sind zwischen dem Temperierelement und dem thermoelektrischen Element und/oder zwischen dem thermoelektrischen Element und dem zu temperierenden Bauteil ein elektrisch isolierendes Element, z. B. eine Wärmeleitfolie, und/oder ein Toleranzen ausgleichendes Element, z. B. eine Vergussmasse, anordbar.To compensate for tolerances and / or electrical insulation is or are between the tempering and the thermoelectric element and / or between the thermoelectric element and the component to be tempered an electrically insulating element, for. B. a heat conducting foil, and / or a tolerance compensating element, for. As a potting compound, can be arranged.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichersystems wird das thermoelektrische Element in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße des zu temperierenden Bauteils aktiviert, so dass zumindest eine der zu temperierenden Bauteile mittels des thermoelektrischen Elements gekühlt oder erwärmt wird. Das thermoelektrische Element wird somit aktiv, insbesondere nach Bedarf, angesteuert. Damit kann ein effizienter Energieverbrauch zur individuellen Temperierung zweier Bauteile erreicht werden. Die Betriebsgröße ist dabei beispielsweise eine Temperatur eines der Bauteile oder beider Bauteile. Die Aktivierung des thermoelektrischen Elements erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Stromflusses, wobei das thermoelektrische Element zusätzlich bei Deaktivierung thermisch außer Kontakt mit dem zu temperierenden Bauteil gebracht werden kann, z. B. durch Ein- und Ausfahren des thermoelektrischen Elements.In a method according to the invention for operating a device for tempering an energy storage system, the thermoelectric element is activated as a function of at least one operating variable of the component to be tempered, so that at least one of the components to be tempered is cooled or heated by means of the thermoelectric element. The thermoelectric element is thus activated actively, in particular as required. This can be an efficient energy consumption for individual temperature control of two components can be achieved. The operating variable is, for example, a temperature of one of the components or both components. The activation of the thermoelectric element is expediently carried out by means of a current flow, wherein the thermoelectric element can be brought in addition thermally out of contact with the temperature to be tempered component upon deactivation, z. B. by retraction and extension of the thermoelectric element.

Die Erfindung sieht weiterhin ein Energiespeichersystem in Kombination mit einer Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems vor, wobei gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines der Bauteile als eine Batterie und das andere der Bauteile als eine elektronische Steuervorrichtung, z. B. umfassend einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, ausgebildet sind. Die Batterie ist insbesondere eine Fahrzeugbatterie, beispielsweise eine Batterie eines Hybridfahrzeugs, eines Elektrofahrzeugs oder eines Brennstoffzellenfahrzeugs. Die Vorrichtung ermöglicht das Temperieren, insbesondere eine Kühlung dieser Batterie, sowie ein Temperieren, insbesondere eine Erwärmung der elektronischen Steuervorrichtung, ohne eine direkte Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur der Batterie oder der elektronischen Steuervorrichtung oder des Fahrzeugs.The invention further provides an energy storage system in combination with a device for controlling the temperature of the energy storage system, wherein according to a preferred embodiment, one of the components as a battery and the other of the components as an electronic control device, for. B. comprising a DC-DC converter, are formed. The battery is in particular a vehicle battery, for example a battery of a hybrid vehicle, an electric vehicle or a fuel cell vehicle. The device allows the temperature control, in particular a cooling of this battery, and a tempering, in particular a heating of the electronic control device, without a direct dependence on an ambient temperature of the battery or the electronic control device or the vehicle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Energiespeichersystem und eine Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 FIG. 2 schematically, an energy storage system and a device for controlling the temperature of the energy storage system according to a first exemplary embodiment, FIG.

2 schematisch ein Energiespeichersystem und eine Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 1 schematically an energy storage system and a device for tempering the energy storage system according to a second embodiment,

3 schematisch ein Energiespeichersystem und eine Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 3 schematically an energy storage system and a device for temperature control of the energy storage system according to a third embodiment,

4 schematisch ein Energiespeichersystem und eine Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, 4 1 schematically an energy storage system and a device for tempering the energy storage system according to a fourth exemplary embodiment,

5 schematisch ein Energiespeichersystem und eine Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, 5 1 schematically an energy storage system and a device for temperature control of the energy storage system according to a fifth embodiment,

6 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Energiespeichersystems und einer Vorrichtung zur Temperierung des Energiespeichersystems und 6 schematically an exploded view of an energy storage system and a device for controlling the temperature of the energy storage system and

7 schematisch das Energiespeichersystem und die Vorrichtung gemäß 7 im zusammengesetzten Zustand. 7 schematically the energy storage system and the device according to 7 in the assembled state.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1 bis zeigen eine Vorrichtung 1 zum Temperieren eines Energiespeichersystems 2 und ein Energiespeichersystem 2 in verschiedenen Ausführungsformen.The 1 to show a device 1 for tempering an energy storage system 2 and an energy storage system 2 in different embodiments.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein Temperierelement 3 und ein an das Temperierelement 3 thermisch gekoppeltes thermoelektrisches Element 4. Die Vorrichtung 1 ist in den in 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen in einen Temperierkreislauf 5 integriert.The device 1 comprises a tempering element 3 and on to the tempering 3 thermally coupled thermoelectric element 4 , The device 1 is in the in 1 to 4 shown embodiments in a temperature control 5 integrated.

Das Energiespeichersystem 2 umfasst als Bauteile eine Batterie 6 und eine elektronische Steuervorrichtung 7, welche jeweils ein zu temperierendes Bauteil darstellen. Dazu sind die Batterie 6 und die elektronische Steuervorrichtung 7 thermisch an das Temperierelement 3 gekoppelt. Das Energiespeichersystem 2 ist hierbei nur beispielhaft dargestellt und kann alternativ auch mehr als die zwei beschriebenen Bauteile umfassen.The energy storage system 2 includes as components a battery 6 and an electronic one control device 7 , which each represent a component to be tempered. These are the battery 6 and the electronic control device 7 thermally to the tempering 3 coupled. The energy storage system 2 is shown here only as an example and may alternatively include more than the two components described.

Bei dem Temperierelement 3 handelt es sich gemäß den in 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen um eine Kühl- oder Heizplatte, welches von einem Temperiermedium, z. B. ein flüssiges Kältemittel, durchströmt wird. Das Temperiermedium wird dabei über den Temperierkreislauf 5 in das Temperierelement 3 geleitet. Der Temperierkreislauf 5 stellt beispielsweise vereinfacht einen Kältemittelkreislauf eines nicht gezeigten Fahrzeugs dar und umfasst eine Umwälzpumpe P, mittels welcher ein flüssiges und verdichtetes Temperaturmedium kontinuierlich oder in bestimmten Intervallen durch den Temperierkreislauf 5 gefördert wird.In the tempering 3 is it according to the in 1 to 4 shown embodiments to a cooling or heating plate, which of a tempering, z. B. a liquid refrigerant is flowed through. The temperature control medium is via the temperature control 5 in the tempering 3 directed. The temperature control circuit 5 represents, for example simplified a refrigerant circuit of a vehicle, not shown, and includes a circulation pump P, by means of which a liquid and compressed temperature medium continuously or at certain intervals by the temperature control 5 is encouraged.

Das thermoelektrische Element 4 dient der Erzeugung eines Temperaturgradienten innerhalb des Energiespeichersystems 2, so dass für die Batterie 6 und die elektronische Steuervorrichtung 7 gleichzeitig zwei unterschiedliche Temperaturniveaus erzeugt werden können. Das thermoelektrische Element 4 ist beispielsweise ein Peltier-Element, welches bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz gemäß dem sogenannten Peltier-Effekt erzeugt. Das thermoelektrische Element 4 ist dazu plattenförmig ausgebildet und weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf, die je nach Stromflussrichtung eine warme Seite oder eine kalte Seite bilden. Alternativ können auch mehrere Peltier-Elemente angeordnet werden, so dass auch für mehr als zwei zu temperierenden Bauteile unterschiedliche Temperaturniveaus erzeugt werden können.The thermoelectric element 4 serves to generate a temperature gradient within the energy storage system 2 so for the battery 6 and the electronic control device 7 two different temperature levels can be generated simultaneously. The thermoelectric element 4 is, for example, a Peltier element which generates a temperature difference according to the so-called Peltier effect when current flows through. The thermoelectric element 4 is formed plate-shaped and has a first side and a second side, which form a warm side or a cold side depending on the current flow direction. Alternatively, several Peltier elements can be arranged so that different temperature levels can be generated for more than two components to be tempered.

Bei der Batterie 6 handelt es sich um einen elektrochemischen Energiespeicher, welcher eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter elektrochemischer Einzelzellen 6.1 aufweist, die von einem Batteriegehäuse 6.2 umschlossen sein können. Die Batterie 6 ist beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie 6 für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug.At the battery 6 it is an electrochemical energy storage, which a plurality of electrically connected in series and / or parallel electrochemical single cells 6.1 that is from a battery case 6.2 can be enclosed. The battery 6 is for example a vehicle battery, in particular a battery 6 for a hybrid vehicle, an electric vehicle or a fuel cell vehicle.

Die elektronische Steuervorrichtung 7 umfasst eine oder mehrere Komponenten, die mit der Batterie 6 insbesondere elektrisch gekoppelt sind. Beispielsweise umfasst die elektronische Steuervorrichtung 7 einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, um Energie in die Batterie 6 einzuspeisen.The electronic control device 7 includes one or more components associated with the battery 6 in particular are electrically coupled. For example, the electronic control device comprises 7 a DC-DC converter to transfer energy to the battery 6 feed.

Üblicherweise sind die Zieltemperaturen von Batterie 6 und elektronischer Steuervorrichtung 7 zueinander verschieden. Dies wird im Folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert. Eine Umgebungstemperatur von beispielsweise 40°C führt zu einer maximal möglichen Kühlwassertemperatur, d. h. die Temperatur des Temperiermediums, von 50°C und mehr. Dies ist durch eine erforderliche Temperaturdifferenz zwischen dem Temperiermedium und der Luft in einem Wärmetauscher bedingt. Die Temperatur des Temperiermediums ist zur Kühlung der elektronischen Steuervorrichtung 7 ausreichend niedrig, nicht aber für die Batterie 6, deren optimale Betriebstemperatur bei ca. 20°C liegt.Usually the target temperatures are battery 6 and electronic control device 7 different from each other. This will be explained in more detail below with reference to an example. An ambient temperature of, for example, 40 ° C leads to a maximum possible cooling water temperature, ie the temperature of the temperature control, of 50 ° C and more. This is due to a required temperature difference between the temperature control medium and the air in a heat exchanger. The temperature of the temperature control medium is for cooling the electronic control device 7 sufficiently low, but not for the battery 6 , whose optimum operating temperature is approx. 20 ° C.

Zur Einstellung einer optimalen Temperatur jeweils für die Batterie 6 und für die elektronische Steuervorrichtung 7 sieht die Erfindung die Anordnung des thermoelektrischen Elements 4 vor. Dazu werden nachfolgend die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele näher erläutert.For setting an optimal temperature for each battery 6 and for the electronic control device 7 the invention sees the arrangement of the thermoelectric element 4 in front. For this purpose, the embodiments of the invention will be explained in more detail below.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Hierbei sind zwischen der Batterie 6 und der elektronischen Steuervorrichtung 7 das Temperierelement 3 und das thermoelektrische Element 4 angeordnet, wobei das Temperierelement 3 der elektronischen Steuervorrichtung 7 und das thermoelektrische Element 4 der Batterie 6 zugewandt ist. Die elektronische Steuervorrichtung 7 ist somit thermisch direkt an das Temperierelement 3 gekoppelt, wobei die Batterie 6 thermisch indirekt über das thermoelektrische Element 4 an das Temperierelement 3 gekoppelt ist. Die elektronische Steuervorrichtung 7 ist hierbei analog zur Batterie 6 von einem separaten Gehäuse, hierbei als Elektronikgehäuse 7.1 bezeichnet, umschlossen. 1 shows a first embodiment. Here are between the battery 6 and the electronic control device 7 the tempering 3 and the thermoelectric element 4 arranged, wherein the tempering 3 the electronic control device 7 and the thermoelectric element 4 the battery 6 is facing. The electronic control device 7 is thus thermally directly to the tempering 3 coupled, the battery 6 thermally indirectly via the thermoelectric element 4 to the tempering 3 is coupled. The electronic control device 7 This is analogous to the battery 6 from a separate housing, here as electronics housing 7.1 designated, enclosed.

Das thermoelektrische Element 4 wird hierbei zur Erwärmung oder vorzugsweise zur Kühlung der Batterie 6 elektrisch angesteuert. Dabei ist die kalte Seite der Batterie 6 zugewandt und die warme Seite dem Temperierelement 3, wobei unter Aufnahme eines elektrischen Stroms die Temperatur des thermoelektrischen Elements 4 gesenkt wird. Die der Batterie 6 entzogene Wärme wird von der kalten Seite an die warme Seite des thermoelektrischen Elements 4 weitergeleitet und anschließend an das Temperierelement 3 abgegeben.The thermoelectric element 4 This is for heating or preferably for cooling the battery 6 electrically controlled. Here is the cold side of the battery 6 facing and the warm side of the tempering 3 wherein, taking an electric current, the temperature of the thermoelectric element 4 is lowered. The battery 6 extracted heat is transferred from the cold side to the warm side of the thermoelectric element 4 forwarded and then to the tempering 3 issued.

Bei einem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind die elektronische Steuervorrichtung 7 und die Batterie 6 auf der gleichen Seite des Temperierelements 3 angeordnet, wobei eine Längsausdehnung des thermoelektrischen Elements 4 mit einer Längsausdehnung der Batterie 6 korrespondiert, so dass das thermoelektrische Element 4 nur zwischen der Batterie 6 und dem Temperierelement 3 angeordnet ist und die elektronische Steuervorrichtung 7 weiterhin direkt an das Temperierelement 3 thermisch gekoppelt ist.At an in 2 shown second embodiment, the electronic control device 7 and the battery 6 on the same side of the tempering element 3 arranged, wherein a longitudinal extent of the thermoelectric element 4 with a longitudinal extent of the battery 6 corresponds, so that the thermoelectric element 4 only between the battery 6 and the tempering 3 is arranged and the electronic control device 7 continue directly to the tempering 3 thermally coupled.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, in dem das Energiespeichersystem 2 und die Vorrichtung 1 analog zum ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Hierbei sind die Einzelzellen 6.1 der Batterie 6 sowie die die elektronische Steuervorrichtung 7 nicht jeweils separat vom Batteriegehäuse 6.2 oder Elektronikgehäuse 7.1 umschlossen, sondern mit der Vorrichtung 1 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet. Die Einzelzellen 6.1 sind somit direkt mit dem thermoelektrischen Element 4 und die Komponenten der elektronischen Steuervorrichtung 7 direkt mit dem Temperierelement 3 thermisch gekoppelt. 3 shows a third embodiment, in which the energy storage system 2 and the device 1 are arranged analogously to the first embodiment. Here are the single cells 6.1 the battery 6 as well as the electronic control device 7 not separately from the battery case 6.2 or electronics housing 7.1 enclosed, but with the device 1 in a common housing 8th arranged. The single cells 6.1 are thus directly connected to the thermoelectric element 4 and the components of the electronic control device 7 directly with the tempering element 3 thermally coupled.

4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, in dem das Energiespeichersystem 2 und die Vorrichtung 1 analog zum ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, wobei das thermoelektrische Element 4 und das Temperierelement 3 deaktiviert sind. Die Wärmeenergie kann hierbei von der elektronischen Steuervorrichtung 7 zur Batterie 6 übertragen werden. 4 shows a fourth embodiment, in which the energy storage system 2 and the device 1 are arranged analogously to the first embodiment, wherein the thermoelectric element 4 and the tempering 3 are disabled. The heat energy can in this case of the electronic control device 7 to the battery 6 be transmitted.

5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, in dem das Temperierelement 3 als Kühlblech mit endseitig ausgebildeten Kühlrippen ausgebildet ist und nicht von einem Temperiermedium durchströmt wird. Die Ab- oder Zuleitung der Wärme erfolgt hierbei mittels Konduktion, wobei die Kühlrippen die Wärme an eine Kälte- oder Wärmequelle abgeben. Die Kühlrippen sind dazu beispielsweise mit einer kalten Fahrzeugumgebung, einer Verdampferplatte eines Fahrzeug-Klimakreislaufs, einem Kühlwasser eines Verbrennungsmotors oder dergleichen mehr verbunden. Anstelle des Kühlblechs können als Temperierelement 3 auch Kühlstäbe oder ein Wärmeleitelement, wie z. B. ein Wärmeleitrohr, angeordnet werden, wobei Letzteres von einem Temperiermedium durchströmt wird, welches im Temperierkreislauf 5 nicht umgewälzt wird. 5 shows a fifth embodiment, in which the tempering 3 is designed as a cooling plate with end formed cooling fins and is not flowed through by a temperature control. The removal or supply of heat takes place here by means of conduction, wherein the cooling fins deliver the heat to a cold or heat source. For this purpose, the cooling fins are for example connected to a cold vehicle environment, an evaporator plate of a vehicle air conditioning circuit, a cooling water of an internal combustion engine or the like. Instead of the cooling plate can as a tempering 3 also cooling rods or a heat conducting element, such as. Example, a heat pipe, are arranged, wherein the latter is flowed through by a temperature control, which in the temperature control 5 is not circulated.

6 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeichersystems 2 in Kombination mit einer Vorrichtung 1 zur Temperierung des Energiespeichersystems 2. Innerhalb des Batteriegehäuses 6.2 sind unterhalb des Temperierelements 3 das thermoelektrische Element 4 und die Einzelzellen 6.1 angeordnet, wobei das Temperierelement 3 zusätzlich einen Gehäusedeckel für das Batteriegehäuse 6.2 bildet. Oberhalb des Temperierelements 3 ist die elektronische Steuervorrichtung 7 angeordnet. 6 shows an exploded view of an embodiment of an energy storage system 2 in combination with a device 1 for temperature control of the energy storage system 2 , Inside the battery case 6.2 are below the tempering element 3 the thermoelectric element 4 and the single cells 6.1 arranged, wherein the tempering 3 In addition, a housing cover for the battery case 6.2 forms. Above the tempering element 3 is the electronic control device 7 arranged.

Das Temperierelement 3 wird von einem Temperiermedium, z. B. Wasser, durchströmt, welches über einen Wärmetauscher an der Umgebungsluft temperiert wird. Da die Umgebungslufttemperatur je nach Klimazone für die Batterie 6 möglicherweise zu warm ist, kann für die Batterie 6 mittels des thermoelektrischen Elements 4 ein gegenüber der elektronischen Steuervorrichtung 7 niedrigeres Temperaturniveau erzeugt werden. Dabei liegen die kalte Seite des thermoelektrischen Elements 4 an den Einzelzellen 6.1 und die warme Seite an dem Temperierelement 3 an, an welche die Wärme aus Einzelzellen 6.1 sowie eine Verlustwärme aus dem Betrieb des thermoelektrischen Elements 4 abgegeben werden. Bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei einer Temperatur der Einzelzellen unter 0°C, kann das thermoelektrische Element 4 auch zum Heizen verwendet werden: Dazu wird eine Stromflussrichtung bei der Ansteuerung des thermoelektrischen Elements 4 geändert. Bei deaktiviertem Temperierkreislauf 5 und thermoelektrischen Element 4 kann auch eine Verlustleistung eines Wandlers in die Einzelzellen 6.1 geleitet werden.The tempering element 3 is from a tempering, z. As water flows through, which is tempered via a heat exchanger to the ambient air. Since the ambient air temperature depends on the climate zone for the battery 6 may be too warm for the battery 6 by means of the thermoelectric element 4 a to the electronic control device 7 lower temperature level can be generated. Here are the cold side of the thermoelectric element 4 at the single cells 6.1 and the warm side of the tempering 3 to which the heat from single cells 6.1 and a waste heat from the operation of the thermoelectric element 4 be delivered. At low temperatures, eg. B. at a temperature of the individual cells below 0 ° C, the thermoelectric element 4 also be used for heating: This is a current flow direction in the control of the thermoelectric element 4 changed. With deactivated temperature control circuit 5 and thermoelectric element 4 can also be a power loss of a transducer in the single cells 6.1 be directed.

7 zeigt das Energiespeichersystem 2 in Kombination mit der Vorrichtung 1 gemäß 6 im zusammengesetzten Zustand. 7 shows the energy storage system 2 in combination with the device 1 according to 6 in the assembled state.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
EnergiespeichersystemEnergy storage system
33
Temperierelementtempering
44
thermoelektrisches Elementthermoelectric element
55
Temperierkreislauftemperature control
66
Batteriebattery
6.16.1
EinzelzellenSingle cells
6.26.2
Batteriegehäusebattery case
77
elektronische Steuervorrichtungelectronic control device
7.17.1
Elektronikgehäuseelectronics housing
88th
Gehäusecasing
PP
Umwälzpumpecirculating pump

Claims (11)

Vorrichtung (1) zur Temperierung eines Energiespeichersystems (2) mit mindestens zwei Bauteilen, umfassend – zumindest ein Temperierelement (3), welches zur Temperierung der mindestens zwei Bauteile vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (3) mit wenigstens einem thermoelektrischen Element (4) thermisch gekoppelt ist, mittels welchem innerhalb des Energiespeichersystems (2) gleichzeitig mindestens zwei verschiedene Temperaturniveaus erzeugbar sind.Contraption ( 1 ) for tempering an energy storage system ( 2 ) with at least two components, comprising - at least one tempering element ( 3 ), which is provided for tempering the at least two components, characterized in that the tempering ( 3 ) with at least one thermoelectric element ( 4 ) is thermally coupled, by means of which within the energy storage system ( 2 ) at least two different temperature levels can be generated simultaneously. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) – eine erste Seite umfasst, die mit einem der zu temperierenden Bauteile thermisch gekoppelt ist, und – eine zweite Seite umfasst, die mit dem Temperierelement (3) thermisch gekoppelt ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) - comprises a first side, which is thermally coupled to one of the components to be tempered, and - comprises a second side, which with the tempering ( 3 ) is thermally coupled. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) als Kühleinheit für eines der Bauteile ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoelectric Element ( 4 ) is designed as a cooling unit for one of the components. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) – eine kalte Seite mit einer kalten Oberfläche, die mit dem zu kühlenden Bauteil thermisch kontaktiert ist, und – eine warme Seite mit einer warmen Oberfläche, die mit der kalten Seite verbunden ist und mit dem Temperierelement (3) thermisch kontaktiert ist, umfasst.Contraption ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) - a cold side with a cold surface which is thermally contacted with the component to be cooled, and - a hot side with a hot surface which is connected to the cold side and with the tempering element ( 3 ) is thermally contacted comprises. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) als eine Heizeinheit für eines der Bauteile ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) is formed as a heating unit for one of the components. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) in Abhängigkeit einer Stromflussrichtung als Kühleinheit oder als Heizeinheit ansteuerbar ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) is controllable as a cooling unit or as a heating unit as a function of a current flow direction. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) mindestens ein Peltier-Element umfasst.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) comprises at least one Peltier element. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperierelement (3) und dem thermoelektrischen Element (4) und/oder zwischen dem thermoelektrischen Element (4) und dem zu temperierenden Bauteil ein elektrisch isolierendes Element und/oder ein Toleranzen ausgleichendes Element anordbar sind bzw. ist.Contraption ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that between the tempering ( 3 ) and the thermoelectric element ( 4 ) and / or between the thermoelectric element ( 4 ) and the component to be tempered, an electrically insulating element and / or a tolerance compensating element can be arranged or is. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Temperierung eines Energiespeichersystems (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (4) in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße eines der zu temperierenden Bauteile aktiviert wird, so dass zumindest eines der zu temperierenden Bauteile mittels des thermoelektrischen Elements (4) gekühlt oder erwärmt wird.Method for operating a device ( 1 ) for tempering an energy storage system ( 2 ) according to claims 1 to 8, characterized in that the thermoelectric element ( 4 ) is activated as a function of at least one operating variable of one of the components to be tempered, so that at least one of the components to be tempered by means of the thermoelectric element ( 4 ) is cooled or heated. Energiespeichersystem (2) in Kombination mit einer Vorrichtung (1) zur Temperierung des Energiespeichersystems (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8.Energy storage system ( 2 ) in combination with a device ( 1 ) for tempering the energy storage system ( 2 ) according to claims 1 to 8. Energiespeichersystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eines der zu temperierenden Bauteile als eine Batterie (6) und das andere der zu temperierenden Bauteile als eine elektronische Steuervorrichtung (7) ausgebildet sind.Energy storage system ( 2 ) according to claim 10, characterized in that one of the components to be tempered as a battery ( 6 ) and the other of the components to be tempered as an electronic control device ( 7 ) are formed.
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