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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Batteriezellen zum Speichern von elektrischer Energie, einem Kühlmittelkreislauf, der mit einem externen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei der Kühlmittelkreislauf thermisch mit den Batteriezellen verbunden ist, und mit einem Latentwärmespeicher.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Kühlkreislauf und einer Batterieanordnung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den elektrischen Antrieb.
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Batterieanordnungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs sind allgemein bekannt. Derartige Hochspannungsbatterien zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antreiben der elektrischen Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs weisen üblicherweise eine hohe Abwärme, insbesondere bei Abruf hoher Antriebsleistungen auf, so dass derartige Traktionsbatterien üblicherweise an den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, um die Traktionsbatterien zu kühlen. Nachteilig dabei ist es, dass die Traktionsbatterien zeitweise eine sehr hohe Wärmeentwicklung aufweisen, wenn Spitzenleistungen abgerufen werden oder eine zu geringe Temperatur aufweisen, zum Beispiel bei einem Kaltstart, so dass die Betriebstemperatur der Batteriezellen im Allgemeinen starken Schwankungen unterliegen kann.
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Aus der
DE 10 2010 055 600 A1 ist eine Kühlung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der die Batteriezellen thermisch mit einem Latentwärmespeicher verbunden sind, der thermisch mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden ist, um so Temperaturspitzen in dem Latentwärmespeicher abzufangen und an den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs kontinuierlich abzugeben.
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Nachteilig dabei ist es, dass der Wärmetransport durch Wärmeleitung in den Latentwärmespeicher träge ist und Temperaturspitzen nicht effektiv vermieden werden können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine Betriebstemperatur der Batteriezellen effektiv und präzise einstellen kann.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Batterieanordnung dadurch gelöst, dass der Latentwärmespeicher mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden oder verbindbar ist, um das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs durch den Latentwärmespeicher hindurchzuführen.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Batterieanordnung mit dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden oder verbindbar ist.
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Dadurch, dass der Kühlmittelkreislauf thermisch mit den Batteriezellen verbunden ist, können die Batteriezellen direkt durch das Kühlmittel effektiv gekühlt werden und dadurch, dass der Latentwärmespeicher mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden oder verbindbar ist, um das Kühlmittel durch den Latentwärmespeicher hindurchzuführen, kann das Kühlmittel kurzfristig und effektiv nach Bedarf in der Batterieanordnung entweder weiter gekühlt werden oder erwärmt werden, so dass je nach Bedarf eine ideale Kühlmitteltemperatur für die Batteriezellen eingestellt werden kann. Eine effektive Kühlung der Batteriezellen ist dadurch bedarfsorientiert und mit technisch geringem Aufwand möglich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlmittelkreislauf wenigstens zwei Kühlmittelanschlüsse auf, um den Kühlmittelkreislauf mit dem externen Kühlkreislauf zu verbinden und entsprechend Kühlmittel dem Kühlmittelkreislauf zuzuführen und abzuführen.
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Dadurch kann der Kühlmittelkreislauf effektiv und mit technisch geringem Aufwand mit dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden werden und entsprechende Kühlleistung bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Latentwärmespeicher eine Ventilanordnung zugeordnet, um den Latentwärmespeicher mit dem Kühlmittelkreislauf zu verbinden.
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Dadurch kann bedarfsorientiert das Kühlmittel durch den Latentwärmespeicher hindurchgeführt werden, um entweder das Kühlmittel zu kühlen oder erwärmen, je nach Temperatur der Batteriezellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Latentwärmespeicher eine Kühlmittelpumpe zugeordnet, um Kühlmittel durch den Latentwärmespeicher zu pumpen.
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Dadurch kann das Kühlmittel bedarfsorientiert durch den Latentwärmespeicher hindurchgeführt werden, so dass eine präzise Einstellung der Kühlmitteltemperatur möglich ist. Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Batterieanordnung eine Steuereinheit aufweist, um die Ventilanordnung und die Pumpe zu steuern.
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Dadurch ist eine zentrale Steuerung der Kühltemperatur der Batteriezellen möglich.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kühlmittelkreislauf eine Mehrzahl von Temperaturmesselementen aufweist, um die Temperatur des Kühlmittels an unterschiedlichen Positionen zu erfassen.
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Dadurch ist eine besonders präzise Einstellung der Temperatur der Batteriezellen möglich.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Ventilanordnung dazu ausgebildet ist, den Latentwärmespeicher in Reihe oder parallel zu dem Kühlmittelkreislauf zu schalten.
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Dadurch ist eine bedarfsorientierte und präzise Einstellung der Temperatur des Kühlmittels möglich.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Ventilanordnung zwei Y-Ventile aufweist.
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Dadurch kann der Latentwärmespeicher mit technisch geringem Aufwand in den Kühlmittelkreislauf integriert werden, um das Kühlmittel durch den Latentwärmespeicher hindurchzuführen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Ventilanordnung dazu ausgebildet ist, den Kühlmittelkreislauf von dem externen Kühlkreislauf zu trennen, um den Kühlmittelkreislauf mittels des Latentwärmespeichers zu temperieren.
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Dadurch ist ein unabhängiger Betrieb der Batterieanordnung bzw. des Kühlmittelkreislaufs separat von dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs möglich, so dass die Batterieanordnung auch im ausgebauten Zustand selbstständig temperiert werden kann.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Latentwärmespeicher ein Phasenwechselmedium aufweist.
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Dadurch kann eine hohe Wärmekapazität bereitgestellt werden, die einfach und schnell aufgenommen oder abgegeben werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher in einem Batteriegehäuse aufgenommen.
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Dadurch kann eine kompakte Bauform erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher außerhalb eines Batteriegehäuses angeordnet.
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Dadurch kann eine besonders flexible Bauform erzielt werden.
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Insgesamt kann durch den Latentwärmespeicher, durch den das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs geführt wird, als Wärmepuffer dienen und entsprechend Temperaturspitzen in der Batterieanordnung abfangen und gleichzeitig im Bedarfsfall die Batteriezellen mit der gespeicherten Wärme erwärmen, so dass effektiv eine ideale Betriebstemperatur der Batteriezellen erzielt werden kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Batterienanordnung mit einem Kühlkreislauf;
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2 eine schematische Detailzeichnung des Kühlmittelkreislaufs der Batterieanordnung; und
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3 eine alternative Schaltung des Kühlmittelkreislaufs aus 2.
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In 1 ist eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Batterieanordnung 10 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 12 zum Speichern von elektrischer Energie auf, die an Anschlusskontakten 14, 16 der Batterieanordnung 10 bereitgestellt wird. Die Batterieanordnung 10 ist vorzugsweise als Hochspannungsbatterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere als Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Batterieanordnung 10 weist ferner einen Kühlmittelkreislauf 18 auf, der zusammen mit den Batteriezellen 12 in einem Batteriegehäuse 20 angeordnet ist, wobei der Kühlmittelkreislauf thermisch mit den Batteriezellen 12 verbunden ist, um die Batteriezellen 12 zu temperieren. Über den Kühlmittelkreislauf 18 kann entsprechend Wärmeenergie von den Batteriezellen 12 abgeführt werden, um diese zu kühlen oder den Batteriezellen 12 Wärme zugeführt werden, um diese entsprechend zu erwärmen. Dadurch können die Batteriezellen 12 stets in einer optimalen Betriebstemperatur betrieben werden.
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Der Kühlmittelkreislauf 18 weist zwei Kühlmittelanschlüsse 22, 24 auf, um den Kühlmittelkreislauf 18 mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs zu verbinden und entsprechend Kühlmittel 26 dem Kühlmittelkreislauf 18 zuzuführen und das Kühlmittel 26 abzuführen.
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Der Kühlmittelkreislauf 18 ist ferner mit einem Latentwärmespeicher 28 verbunden oder verbindbar, um das Kühlmittel 26 durch den Latentwärmespeicher 28 zu führen und entsprechend dem Kühlmittel 26 Wärme zuzuführen oder Wärme von dem Kühlmittel 26 abzuführen, wie es im Weiteren näher erläutert ist.
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Der Latentwärmespeicher 28 kann innerhalb des Batteriegehäuses 20 oder außerhalb des Batteriegehäuses 20 angeordnet sein.
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In 2 ist eine schematische Teilansicht des Kühlmittelkreislaufs 18 gezeigt. Die Kühlmittelanschlüsse 22, 24 sind jeweils über ein Ventil 30, 32 sowohl mit dem Kühlmittelkreislauf 18 als auch mit dem Latentwärmespeicher 28 verbunden oder verbindbar, um das Kühlmittel 26 durch den Kühlmittelkreislauf 18 zum Kühlen der Batteriezellen 12 und/oder durch den Latentwärmespeicher 28 zu führen. Die Ventile 30, 32 sind vorzugsweise als Wegeventile oder in einer einfachen Ausführungsform als schaltbare Y-Ventile ausgebildet. Dem Latentwärmespeicher 28 ist ferner eine Kühlmittelpumpe 34 zugeordnet, die das Kühlmittel 26 durch den Latentwärmespeicher 28 pumpt. Die Batterieanordnung 10 weist ferner eine Steuereinheit 36 auf, die mit den Ventilen 30, 32 und der Pumpe 34 verbunden ist, um die Ventile 30, 32 und die Pumpe 34 entsprechend zu steuern und dadurch den Kühlmittelfluss in dem Kühlmittelkreislauf 18 und dem Latentwärmespeicher 28 zu steuern. Dem Kühlmittelkreislauf 18 sind ferner Temperaturmesselemente 38, 40 zugeordnet, die mit der Steuereinheit 36 verbunden sind, um eine Temperatur des Kühlmittelkreislaufs 18 sowie des Kühlmittels 26 zu erfassen und der Steuereinheit 36 bereitzustellen. Dadurch ist eine präzise Steuerung bzw. Regelung der Temperatur des Kühlmittelkreislaufs 18 sowie der Batteriezellen 12 möglich.
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Durch die Steuerung der Ventile 30, 32 ist eine parallele Schaltung des Kühlmittelkreislaufs 18 und des Latentwärmespeichers 28 möglich, so dass eine zusätzliche Wärmespeicherung in dem Latentwärmespeicher 28 erfolgen kann und das Kühlmittel 26 nicht so stark gekühlt werden muss. Alternativ kann der Kühlmittelkreislauf 18 von dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs getrennt werden und unabhängig lediglich durch den Latentwärmespeicher 28 betrieben werden, der entsprechend die Abwärme der Batteriezellen 12 aufnehmen kann. Entsprechend ist auch eine Temperierung der Batteriezellen 12 der Batterieanordnung 10 in einem ausgebauten Zustand möglich, je nachdem welchen Speicherzustand der Latentwärmespeicher 28 aufweist bzw. welche Temperatur die Batteriezellen aufweisen. In diesem Falle wird die Pumpe 24 und die Steuereinheit 36 autark betrieben bzw. mit elektrischer Energie versorgt.
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Die in dem Latentwärmespeicher 28 gespeicherte Wärmemenge kann auch direkt an den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs abgegeben werden, indem das Kühlmittel 26 direkt durch den Latentwärmespeicher 28 gepumpt wird und nicht in den Kühlmittelkreislauf 18 gelangt.
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Weiterhin ist es möglich, das Kühlmittel 26 nacheinander durch den Latentwärmespeicher 28 und den Kühlmittelkreislauf 18 zu leiten, um eine entsprechende Reihenschaltung zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Kühlmittelkreislauf 18 zu erzielen, wie es im Folgenden näher erläutert ist.
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In 3 ist eine schematische Ansicht des Kühlmittelkreislaufs 18 gezeigt, wobei der Latentwärmespeicher 28 und der Kühlmittelkreislauf 18 in Reihe geschaltet sind. Dabei fließt das Kühlmittel 26 zunächst durch den Kühlmittelkreislauf 18 und dann durch den Latentwärmespeicher 28, der die Wärme der Batteriezellen 12 aufnimmt. Es versteht sich, dass auch eine entgegengesetzte Flussrichtung des Kühlmittels 26 möglich ist. Dadurch kann beispielsweise eine in dem Latentwärmespeicher 28 gespeicherte Wärmemenge den Batteriezellen 12 zugeführt werden, um die Batteriezellen 12 beispielsweise für einen Kaltstart zu erwärmen und auf eine günstigere Betriebstemperatur zu bringen.
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Der Latentwärmespeicher 28 kann je nach Bedarf bei Überlast der Batteriezellen 12 als Wärmepuffer dienen und entsprechende Wärmespitzen reduzieren. Die in den Latentwärmespeicher 28 gespeicherte Wärmemenge kann dann zu gegebener Zeit wieder an dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs oder an die Batteriezellen 12 abgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010055600 A1 [0004]
