DE102014017135A1 - Electric battery and method for operating an electric battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie (1), umfassend ein Batteriegehäuse (3), einen innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneten elektrisch aktiven Teil (2) und eine innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordnete und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil (2) gekoppelte Temperiereinheit (4) zur Temperierung des elektrisch aktiven Teils (2). Erfindungsgemäß ist innerhalb des Batteriegehäuses (3) ein Gleichspannungswandler (5) angeordnet, wobei der Gleichspannungswandler (5) thermisch mit der Temperiereinheit (4) gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie (1), wobei ein innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneter elektrisch aktiver Teil (2) mittels einer innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneten und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil (2) gekoppelten Temperiereinheit (4) temperiert wird. Erfindungsgemäß wird ein innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneter und thermisch mit der Temperiereinheit (4) gekoppelter Gleichspannungswandler (5) zur Erwärmung des elektrisch aktiven Teils (2) in einem durch eine Erzeugung einer hohen Verlustleistung gekennzeichneten Betriebsmodus betrieben.The invention relates to an electric battery (1) comprising a battery housing (3), an electrically active part (2) arranged inside the battery housing (3) and a housing arranged inside the battery housing (3) and thermally connected to the electrically active part (2). coupled temperature control unit (4) for temperature control of the electrically active part (2). According to the invention, a DC-DC converter (5) is arranged within the battery housing (3), wherein the DC-DC converter (5) is thermally coupled to the temperature control unit (4). The invention further relates to a method for operating an electric battery (1), wherein an electrically active part (2) arranged inside the battery housing (3) is arranged by means of a battery housing (3) and thermally coupled to the electrically active part (2) Tempering unit (4) is tempered. According to the invention, a DC / DC converter (5) arranged inside the battery housing (3) and thermally coupled to the temperature control unit (4) for heating the electrically active part (2) is operated in an operating mode characterized by the generation of a high power loss.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse, einen innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten elektrisch aktiven Teil und eine innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil gekoppelte Temperiereinheit zur Temperierung des elektrisch aktiven Teils.The invention relates to an electric battery, comprising a battery housing, an electrically active part arranged within the battery housing and a temperature control unit arranged inside the battery housing and thermally coupled to the electrically active part for controlling the temperature of the electrically active part.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie, wobei ein innerhalb des Batteriegehäuses angeordneter elektrisch aktiver Teil mittels einer innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil gekoppelten Temperiereinheit temperiert wird.The invention further relates to a method for operating an electric battery, wherein an electrically active part arranged within the battery housing is tempered by means of a temperature control unit arranged within the battery housing and thermally coupled to the electrically active part.

Aus der DE 10 2012 022 553 A1 ist ein Verfahren zum Aufheizen einer elektrischen Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Batterie durch einen Entladestrom, der durch eine Kopplung der Batterie mit mindestens einer elektrischen Stromsenke des Kraftfahrzeugs bewirkt wird, zumindest zum Teil derart entladen wird, so dass sich die Batterie erwärmt. Der Entladestrom verläuft zeitlich als mindestens ein Entladepuls, wobei der mindestens eine Entladepuls eine Entladepulsdauer und eine Entladepulsamplitude aufweist und wobei die Entladepulsdauer und die Entladepulsamplitude in Abhängigkeit von mindestens einer von einem Ladezustand der Batterie verschiedenen batteriespezifischen Größe vorgegeben sind. Die Batterie ist mittels eines Gleichspannungswandlers mit einer weiteren elektrischen Batterie und mit elektrischen Verbrauchern gekoppelt.From the DE 10 2012 022 553 A1 a method for heating an electric battery of a motor vehicle is known, wherein the battery is at least partially discharged in such a way by a discharge current, which is caused by a coupling of the battery with at least one electric current sink of the motor vehicle, so that heats the battery. The discharge current proceeds in time as at least one discharge pulse, wherein the at least one discharge pulse has a discharge pulse duration and a discharge pulse amplitude and wherein the discharge pulse duration and the discharge pulse amplitude are predefined as a function of at least one battery-specific variable different from a charge state of the battery. The battery is coupled by means of a DC-DC converter with another electric battery and with electrical consumers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Batterie und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved over the prior art electric battery and an improved method for operating an electric battery.

Hinsichtlich der elektrischen Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the electric battery, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the method by the features specified in claim 3.

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

Die elektrische Batterie umfasst ein Batteriegehäuse, einen innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten elektrisch aktiven Teil und eine innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil gekoppelte Temperiereinheit zur Temperierung des elektrisch aktiven Teils.The electric battery comprises a battery housing, an electrically active part arranged within the battery housing and a temperature control unit arranged inside the battery housing and thermally coupled to the electrically active part for temperature control of the electrically active part.

Erfindungsgemäß ist innerhalb des Batteriegehäuses ein Gleichspannungswandler angeordnet, welcher thermisch mit der Temperiereinheit gekoppelt ist.According to the invention, a DC-DC converter is arranged within the battery housing, which is thermally coupled to the temperature control unit.

Mittels des Gleichspannungswandlers ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, bei Bedarf den elektrischen aktiven Teil der Batterie mittels einer vom Gleichspannungswandler in Form von Wärme erzeugten Verlustleistung über die Temperiereinheit zu beheizen. Hierzu sind in besonders vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise Heizmatten oder Peltier-Elemente, und zugehörige elektrische Kontaktierungen erforderlich, woraus ein geringerer Bauraum- und Materialbedarf sowie Montage- und Kostenaufwand resultieren. Gleichzeitig ist jedoch eine gezielte Ansteuerbarkeit der Gleichspannungswandlers und somit eine steuerbare Erwärmung des elektrisch aktiven Teils realisierbar.By means of the DC-DC converter, it is possible in a particularly advantageous manner, if necessary, to heat the electrically active part of the battery by means of a power loss generated by the DC-DC converter in the form of heat via the temperature control unit. For this purpose, no additional components, such as heating mats or Peltier elements, and associated electrical contacts are required in a particularly advantageous manner, resulting in a smaller space and material requirements and installation and costs result. At the same time, however, a targeted controllability of the DC-DC converter and thus a controllable heating of the electrically active part can be realized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt:Showing:

1 schematisch eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie. 1 schematically a sectional view of an electric battery according to the invention.

In der einzigen 1 ist in einer Schnittdarstellung ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batterie 1 dargestellt, wobei es sich bei der Batterie 1 um eine Traktions- oder Starterbatterie eines Fahrzeugs handelt.In the only one 1 is a sectional view of a possible embodiment of an electric battery according to the invention 1 shown, which is the battery 1 is a traction or starter battery of a vehicle.

Die Batterie 1 umfasst einen elektrisch aktiven Teil 2, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Zellstapel gebildet ist, zu dessen Bildung mehrere Einzelzellen 2.1 bis 2.n, insbesondere Lithium-Ionen-Einzelzellen, elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind. Der elektrisch aktive Teil 2 ist dabei innerhalb eines Batteriegehäuses 3 angeordnet.The battery 1 includes an electrically active part 2 , which is formed in the illustrated embodiment of a cell stack, to form a plurality of individual cells 2.1 to 2.n , In particular, lithium-ion single cells, electrically connected in parallel and / or in series with each other. The electrically active part 2 is inside a battery case 3 arranged.

Derartige Lithium-Ionen-Einzelzellen weisen nur in einem begrenzten Temperaturbereich ihren optimalen Wirkungsgrad auf. Zur Abführung einer im Betrieb des elektrisch aktiven Teils 2 in Form von Wärme erzeugten Verlustleistung und zur Erwärmung des elektrisch aktiven Teils 2 bei geringen Umgebungstemperaturen ist innerhalb des Batteriegehäuses 3 eine als Temperierplatte ausgebildete Temperiereinheit 4 angeordnet.Such lithium-ion single cells have their optimum efficiency only in a limited temperature range. For discharging one during operation of the electrically active part 2 in the form of heat generated power loss and to heat the electrically active part 2 at low ambient temperatures is inside the battery case 3 a temperature control unit designed as a tempering plate 4 arranged.

Die Temperiereinheit 4 ist von einem gasförmigen oder flüssigen Temperiermedium durchströmbar und in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise mit einem Kühlmittelkreislauf einer Antriebseinheit des Fahrzeugs oder einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage des Fahrzeugs gekoppelt. Bei dieser Kopplung ist eine Temperatur des Temperiermediums von einer im Kühlmittelkreislauf oder Kältemittelkreislauf vorherrschenden Temperatur abhängig.The temperature control unit 4 is traversed by a gaseous or liquid temperature control and coupled in a manner not shown, for example, with a coolant circuit of a drive unit of the vehicle or a refrigerant circuit of an air conditioning system of the vehicle. In this coupling, a temperature of the temperature of one in the coolant circuit or Refrigerant circuit prevailing temperature dependent.

Um eine von dem elektrisch aktiven Teil 2 erzeugte elektrische Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau, beispielsweise einem Spannungsniveau eines Bordnetzes des Fahrzeugs, umzuwandeln, umfasst die Batterie 1 weiterhin einen innerhalb des Batteriegehäuses 3 angeordneten Gleichspannungswandler 5.To one of the electrically active part 2 generated electrical DC voltage in a DC voltage with higher, lower or inverted voltage level, for example, a voltage level of an electrical system of the vehicle to convert, includes the battery 1 continue one inside the battery case 3 arranged DC-DC converter 5 ,

Um insbesondere bei einem kalten Temperiermedium eine schnelle Erwärmung des elektrisch aktiven Teils 2 zu ermöglichen, ist der Gleichspannungswandler 5 thermisch mit der Temperiereinheit 4 gekoppelt und wird bei einem Bedarf zur Erwärmung des elektrisch aktiven Teils 2 in einem Betriebsmodus betrieben, in welchem der Gleichspannungswandler 5 eine hohe Verlustleistung in Form von Wärme erzeugt. Diese erzeugte Wärme wird mittels der Temperiereinheit 4 thermisch in den elektrisch aktiven Teil 2 eingekoppelt, so dass dieser insbesondere bis zum Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur erwärmt wird.In particular, in a cold tempering a rapid heating of the electrically active part 2 to enable is the DC-DC converter 5 thermally with the temperature control unit 4 coupled and is in a need for heating of the electrically active part 2 operated in an operating mode in which the DC-DC converter 5 generates a high power loss in the form of heat. This generated heat is generated by means of the temperature control unit 4 thermally into the electrically active part 2 coupled, so that it is heated in particular to reach an optimum operating temperature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Batteriebattery
22
elektrisch aktiver Teilelectrically active part
2.1 bis 2.n2.1 to 2.n
Einzelzellesingle cell
33
Batteriegehäusebattery case
44
Temperiereinheittemperature control
55
GleichspannungswandlerDC converter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012022553 A1 [0003] DE 102012022553 A1 [0003]

Claims (3)

Elektrische Batterie (1), umfassend – ein Batteriegehäuse (3), – einen innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneten elektrisch aktiven Teil (2) und – eine innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordnete und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil (2) gekoppelte Temperiereinheit (4) zur Temperierung des elektrisch aktiven Teils (2), dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb des Batteriegehäuses (3) ein Gleichspannungswandler (5) angeordnet ist, – wobei der Gleichspannungswandler (5) thermisch mit der Temperiereinheit (4) gekoppelt ist.Electric battery ( 1 ), comprising - a battery case ( 3 ), - one inside the battery case ( 3 ) arranged electrically active part ( 2 ) and - one inside the battery case ( 3 ) and thermally with the electrically active part ( 2 ) coupled tempering unit ( 4 ) for temperature control of the electrically active part ( 2 ), characterized in that - inside the battery housing ( 3 ) a DC-DC converter ( 5 ), - wherein the DC-DC converter ( 5 ) thermally with the temperature control unit ( 4 ) is coupled. Elektrische Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (5) bei einem Bedarf zur Erwärmung des elektrisch aktiven Teils (2) in einem durch eine Erzeugung einer hohen Verlustleistung gekennzeichneten Betriebsmodus betreibbar ist.Electric battery ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the DC-DC converter ( 5 ) when there is a need to heat the electrically active part ( 2 ) is operable in an operating mode characterized by generating a high power dissipation. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie (1), wobei ein innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneter elektrisch aktiver Teil (2) mittels einer innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneten und thermisch mit dem elektrisch aktiven Teil (2) gekoppelten Temperiereinheit (4) temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerhalb des Batteriegehäuses (3) angeordneter und thermisch mit der Temperiereinheit (4) gekoppelter Gleichspannungswandler (5) zur Erwärmung des elektrisch aktiven Teils (2) in einem durch eine Erzeugung einer hohen Verlustleistung gekennzeichneten Betriebsmodus betrieben wird.Method for operating an electric battery ( 1 ), one within the battery housing ( 3 ) arranged electrically active part ( 2 ) by means of an inside of the battery case ( 3 ) and thermally connected to the electrically active part ( 2 ) coupled tempering unit ( 4 ) is tempered, characterized in that a within the battery case ( 3 ) and thermally with the temperature control unit ( 4 ) coupled DC-DC converter ( 5 ) for heating the electrically active part ( 2 ) is operated in an operating mode characterized by generation of a high power loss.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012022553A1 (en) 2012-11-17 2013-08-14 Daimler Ag Method for heating lithium ion battery of e.g. electric car, involves predetermining discharging pulse duration and discharging pulse amplitude of pulse depending on battery-specific parameter different from charging condition of battery

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DE102012022553A1 (en) 2012-11-17 2013-08-14 Daimler Ag Method for heating lithium ion battery of e.g. electric car, involves predetermining discharging pulse duration and discharging pulse amplitude of pulse depending on battery-specific parameter different from charging condition of battery

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