DE102016015288A1

DE102016015288A1 - Temperature control unit for a battery

Info

Publication number: DE102016015288A1
Application number: DE102016015288.5A
Authority: DE
Inventors: Marcus Zacher; Hannes Walz; Steffen Zawierucha
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit (1) für eine Batterie, umfassend einen Temperiermediumkanal (2), wobei ein Eingang (2.1) und ein Ausgang (2.2) des Temperiermediumkanals (2) mit einem Temperiermediumkreislauf fluidisch koppelbar oder gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist ein Temperiermediumbypass (3) zwischen dem Eingang (2.1) und dem Ausgang (2.2) vorgesehen, in welchem eine Heizeinheit (5) angeordnet ist.The invention relates to a temperature control unit (1) for a battery, comprising a tempering medium channel (2), wherein an inlet (2.1) and an outlet (2.2) of the tempering medium channel (2) can be fluidically coupled or coupled to a temperature control medium circuit. According to the invention, a tempering medium bypass (3) is provided between the inlet (2.1) and the outlet (2.2), in which a heating unit (5) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit für eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a temperature control unit for a battery according to the features of the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2013 012 164 A1 beschrieben, ein Traktions-Batteriesystem für ein elektromotorisch antreibbares Fahrzeug und ein Verfahren zum Erwärmen einer Hochvolt-Batterie eines Traktions-Batteriesystems bekannt. Das Traktions-Batteriesystem umfasst eine Hochvolt-Batterie, eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Hochvolt-Batterie, eine Temperaturmessvorrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Hochvolt-Batterie oder einer Umgebungstemperatur der Hochvolt-Batterie, eine Batterie-Steuereinrichtung und eine elektrische Heizvorrichtung zum direkten oder indirekten Erwärmen der Hochvolt-Batterie. Die Batterie-Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, durch rekuperatives Bremsen generierten elektrischen Strom unterhalb einer vorgebbaren Schwellentemperatur der Hochvolt-Batterie oder der Umgebung der Hochvolt-Batterie zu der Heizvorrichtung zu leiten.From the prior art, as in the DE 10 2013 012 164 A1 described a traction battery system for an electric motor driven vehicle and a method for heating a high-voltage battery of a traction battery system. The traction battery system includes a high-voltage battery, a temperature control device for controlling the high-voltage battery, a temperature measuring device for detecting a temperature of the high-voltage battery or an ambient temperature of the high-voltage battery, a battery control device and an electric heater for direct or indirect heating the high-voltage battery. The battery control device is adapted to conduct electrical energy generated by recuperative braking below a predefinable threshold temperature of the high-voltage battery or the surroundings of the high-voltage battery to the heating device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Temperiereinheit für eine Batterie anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved temperature control unit for a battery.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiereinheit für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a temperature control unit for a battery having the features of claim 1.

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

Eine Temperiereinheit für eine Batterie umfasst einen Temperiermediumkanal, wobei ein Eingang und ein Ausgang des Temperiermediumkanals mit einem Temperiermediumkreislauf beispielsweise einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs fluidisch koppelbar oder gekoppelt sind.A temperature control unit for a battery comprises a Temperiermediumkanal, wherein an input and an output of Temperiermediumkanals with a Temperiermediumkreislauf example, a temperature control of a vehicle are coupled or coupled fluidly.

Erfindungsgemäß ist ein Temperiermediumbypass zwischen dem Eingang und dem Ausgang vorgesehen, in welchem eine Heizeinheit angeordnet ist. Der Eingang und der Ausgang sind zweckmäßigerweise verschließbar.According to the invention, a tempering medium bypass is provided between the inlet and the outlet, in which a heating unit is arranged. The entrance and the exit are expediently lockable.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine besonders effiziente Beheizung der Batterie oder eines Teils der Batterie, beispielsweise eines jeweiligen Zellverbundes der Batterie, da es nicht erforderlich ist, das gesamte Temperiermedium der Temperiervorrichtung, beispielsweise des Fahrzeugs, zur Temperierung der Batterie mittels der Heizeinheit zu heizen, sondern nur den Anteil des Temperiermediums, welcher sich nach dem Schließen des Eingangs und des Ausgangs des Temperiermediumkanals im Temperiermediumkanal und Temperiermediumbypass der Temperiereinheit befindet und zweckmäßigerweise darin zirkuliert. Dadurch wird das Aufheizen peripherer Bauteile, d. h. das Aufheizen von Bauteilen außerhalb der Batterie, welche nicht erwärmt werden müssen, vermieden. Auf diese Weise werden Wärmeverluste und somit ein Energieverbrauch für das Beheizen reduziert.The solution according to the invention enables particularly efficient heating of the battery or of a part of the battery, for example of a respective cell assembly of the battery, since it is not necessary to heat the entire temperature control medium of the temperature control device, for example of the vehicle, for temperature control of the battery by means of the heating unit, but instead only the proportion of Temperiermediums, which is located after closing the input and the output of Temperiermediumkanals in Temperiermediumkanal and Temperiermediumbypass the temperature control and expediently circulated therein. This will cause the heating of peripheral components, i. H. the heating of components outside the battery, which need not be heated avoided. In this way, heat losses and thus energy consumption for heating are reduced.

Die erfindungsgemäße Temperiereinheit ist insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs vorgesehen, welche einer elektrischen Energieversorgung zumindest eines elektrischen Antriebsmotors zum Antrieb des Fahrzeugs dient, beispielsweise zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs, Hybridfahrzeugs oder Brennstoffzellenfahrzeugs. Eine solche Batterie wird auch als Hochvoltbatterie bezeichnet. Sie umfasst zweckmäßigerweise eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter elektrochemischer Einzelzellen.The temperature control unit according to the invention is provided, in particular, for a traction battery of a vehicle which serves to supply electrical energy to at least one electric drive motor for driving the vehicle, for example for driving an electric vehicle, hybrid vehicle or fuel cell vehicle. Such a battery is also referred to as a high-voltage battery. It expediently comprises a plurality of electrochemical individual cells electrically connected in series and / or in parallel with one another.

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 eine schematische Darstellung einer Temperiereinheit für eine Batterie, und 1 a schematic representation of a temperature control unit for a battery, and

2 eine schematische Darstellung eines Umwälzelementes. 2 a schematic representation of a circulating element.

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

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperiereinheit 1 für eine hier nicht dargestellte Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, auch als Hochvoltbatterie bezeichnet. Eine solche Batterie dient der elektrischen Energieversorgung zumindest eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs, welches beispielsweise als ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet ist. 1 shows a schematic representation of a temperature control unit 1 for a battery, not shown here, in particular for a traction battery of a vehicle, also referred to as a high-voltage battery. Such a battery is used for the electrical power supply of at least one electric drive motor of the vehicle, which is designed, for example, as an electric vehicle, hybrid vehicle or fuel cell vehicle.

Die Batterie weist eine Mehrzahl von elektrochemischen Einzelzellen auf, welche elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Zweckmäßigerweise sind diese Einzelzellen in eine Mehrzahl von Zellverbünden aufgeteilt. Solche Zellverbünde werden auch als Zellpack oder Zellmodul bezeichnet. Jeder Zellverbund umfasst eine Mehrzahl der elektrochemischen Einzelzellen, wobei die Einzelzellen des jeweiligen Zellverbundes elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind und die Zellverbünde der Batterie elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.The battery has a plurality of electrochemical single cells, which are electrically connected in series and / or parallel to each other. Conveniently, these individual cells are divided into a plurality of cell networks. Such cell networks are also referred to as a cell pack or cell module. Each cell network comprises a plurality of the electrochemical individual cells, wherein the individual cells of the respective cell network are electrically connected in series and / or in parallel and the cell groups of the battery are electrically connected in series and / or in parallel.

Die Einzelzellen sind beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet. Insbesondere derartige Batterien mit Lithium-Ionen-Zellen, aber auch mit anderen Einzelzellen, erfordern eine Regelung einer Zelltemperatur, insbesondere bei dem oben beschriebenen Einsatz im Fahrzeug. Ideale Zelltemperaturen liegen, insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen, üblicherweise im Bereich von ca. 25°C bis 35°C. Insbesondere bei kalter Witterung, zum Beispiel in Wintermonaten, kann die Zelltemperatur der jeweiligen Einzelzelle deutlich unter diesen optimalen Bereich absinken. Wird die jeweilige Einzelzelle dann zu stark geladen oder entladen, kann sie beschädigt werden oder übermäßig altern. Gleiches gilt, wenn die Zelltemperatur der Einzelzelle zu hoch ist. The individual cells are formed for example as lithium-ion cells. In particular, such batteries with lithium-ion cells, but also with other single cells, require a control of a cell temperature, in particular in the use described above in the vehicle. Ideal cell temperatures are usually in the range of about 25 ° C to 35 ° C, especially in lithium-ion cells. Especially in cold weather, for example in winter months, the cell temperature of each cell can drop well below this optimum range. If the individual cell is then overcharged or discharged, it can be damaged or over-aged. The same applies if the cell temperature of the single cell is too high.

Aus diesem Grund werden zur Temperierung derartiger Batterien in Fahrzeugen Temperiervorrichtungen vorgesehen. Derartige Temperiervorrichtungen weisen beispielsweise einen von einem Temperiermedium durchströmten Temperiermediumkreislauf auf, in welchen mindestens eine Temperiereinheit 1 eingebunden ist, die mit der Batterie thermisch gekoppelt ist, beispielsweise in einem Gehäuse der Batterie angeordnet und mit den Einzelzellen thermisch gekoppelt ist. Um eine individuelle Temperierung der Zellverbünde zu ermöglichen, sind zweckmäßigerweise mehrere solcher Temperiereinheiten 1 vorgesehen, welche jeweils einem Zellverbund der Batterie zugeordnet sind, d. h mit dem jeweiligen Zellverbund, insbesondere mit dessen Einzelzellen, thermisch gekoppelt sind. Beispielsweise ist die jeweilige Temperiereinheit 1 als eine Temperierplatte ausgebildet.For this reason, temperature control devices are provided for controlling the temperature of such batteries in vehicles. Such temperature control devices have, for example, a temperature control medium flow through which a temperature control medium flows, in which at least one temperature control unit 1 is integrated, which is thermally coupled to the battery, for example, arranged in a housing of the battery and is thermally coupled to the individual cells. In order to enable individual temperature control of the cell networks, a plurality of such temperature control units are expediently provided 1 provided, which are each assigned to a cell group of the battery, d. h are thermally coupled to the respective cell network, in particular with its individual cells. For example, the respective temperature control unit 1 designed as a tempering.

Eine solche beispielsweise als Temperierplatte ausgebildete Temperiereinheit 1, welche mit dem Temperiermediumkreislauf der hier nicht dargestellten Temperiervorrichtung des Fahrzeugs koppelbar ist, ist in 1 dargestellt. Sie umfasst einen Temperiermediumkanal 2 zur Durchströmung mit dem Temperiermedium. Ein Eingang 2.1 und ein Ausgang 2.2 des Temperiermediumkanals 2 sind mit dem Temperiermediumkreislauf der Temperiervorrichtung fluidisch koppelbar.Such a tempering, for example, designed as a tempering 1 , which can be coupled with the Temperiermediumkreislauf the temperature control device of the vehicle, not shown here, is in 1 shown. It comprises a tempering medium channel 2 for flow through the temperature control medium. An entrance 2.1 and an exit 2.2 of the tempering medium channel 2 are fluidically coupled to the temperature control medium of the temperature control.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Kühlung der Einzelzellen das gesamte Temperiermedium der Temperiervorrichtung zu kühlen, beispielsweise über einen in den Temperiermediumkreislauf eingebundenen Wärmetauscher des Fahrzeugs, welcher Wärme an eine Umgebung des Fahrzeugs abgibt, und ebenso zum Erwärmen der Einzelzellen das gesamte Temperiermedium des Temperiermediumkreislaufs zu erwärmen. Bei dieser Vorgehensweise der Erwärmung ist jedoch nachteilig, dass hohe Wärmeverluste an peripheren Bauteilen auftreten, d. h. an Bauteilen außerhalb der Batterie, die nicht erwärmt werden müssen, die jedoch erwärmt werden, da das erwärmte Temperiermedium den gesamten Temperiermediumkreislauf durchströmt.From the prior art, it is known to cool the entire temperature of the tempering for cooling the individual cells, for example via an integrated in the Temperiermediumkreislauf heat exchanger of the vehicle, which emits heat to an environment of the vehicle, and also for heating the individual cells, the entire tempering of the temperature control medium circuit to heat. In this approach, the heating is disadvantageous, however, that high heat losses occur on peripheral components, d. H. on components outside the battery, which need not be heated, but which are heated because the heated tempering medium flows through the entire Temperiermediumkreislauf.

Ist nach der Erwärmung der Einzelzellen deren Kühlung erforderlich, beispielsweise aufgrund von Lade- und/oder Entladevorgängen, muss zudem das gesamte vorher erwärmte Temperiermedium wieder abgekühlt werden, um die Kühlung der Einzelzellen zu ermöglichen. Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise sind somit eine große Heizleistung und ein entsprechend hoher Energieverbrauch zum Heizen der Einzelzellen und anschließend eine hohe Kühlleistung erforderlich, um zunächst das gesamte erwärmte Temperiermedium ausreichend abzukühlen, so dass danach die Einzelzellen ausreichend gekühlt werden können.If, after the heating of the individual cells, their cooling is required, for example due to charging and / or discharging processes, the entire previously heated temperature control medium must also be cooled again in order to allow cooling of the individual cells. In this known from the prior art approach thus a large heat output and a correspondingly high energy consumption for heating the individual cells and then a high cooling capacity is required to first cool the entire heated tempering sufficiently, so that then the individual cells can be sufficiently cooled.

Die hier anhand der beispielhaften Abbildungen gemäß 1 und 2 beschriebene Lösung ermöglicht im Gegensatz dazu eine wesentlich effizientere Vorgehensweise zur Kühlung und insbesondere zur Heizung der Einzelzellen der Batterie, insbesondere zur Kühlung und Heizung von Lithium-Ionen-Zellen. Dabei ermöglicht die hier beispielhaft dargestellte und im Folgenden beschriebene Temperiereinheit 1, welche beispielsweise als Temperierplatte ausgebildet ist, insbesondere eine Vorheizfunktion für die Einzelzellen der Batterie oder für die Einzelzellen eines jeweiligen Zellverbundes der Batterie, welchem sie zugeordnet ist.The here according to the exemplary figures according to 1 and 2 described solution allows in contrast to a much more efficient approach for cooling and in particular for heating the individual cells of the battery, in particular for cooling and heating of lithium-ion cells. In this case, the tempering unit shown here by way of example and described below enables 1 which is designed, for example, as a tempering plate, in particular a preheating function for the individual cells of the battery or for the individual cells of a respective cell network of the battery to which it is associated.

Wie bereits erwähnt, weist die Temperiereinheit 1 den Temperiermediumkanal 2 mit dem Eingang 2.1 und dem Ausgang 2.2 auf, d. h. mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss zur fluidischen Kopplung mit dem Temperiermediumkreislauf der hier nicht dargestellten Temperiervorrichtung des Fahrzeugs.As already mentioned, the temperature control unit has 1 the tempering medium channel 2 with the entrance 2.1 and the exit 2.2 on, ie with an input port and an output port for fluidic coupling with the Temperiermediumkreislauf the temperature control device of the vehicle, not shown here.

Zwischen diesen beiden Anschlüssen, d. h. zwischen dem Eingang 2.1 und dem Ausgang 2.2, ist ein Temperiermediumbypass 3 vorgesehen. Dieser Temperiermediumbypass 3 ermöglicht ein Zirkulieren des sich in der Temperiereinheit 1 befindenden Temperiermediums ausschließlich innerhalb der Temperiereinheit 1. D. h. es wird bei Bedarf, insbesondere zum Heizen der Einzelzellen, ein Ausströmen heißen Temperiermediums aus der Temperiereinheit 1 und ein Einströmen kalten Temperiermediums in die Temperiereinheit 1 vermieden, so dass insbesondere ein Wärmeverlust über periphere Bauteile, d. h. über Bauteile außerhalb der Batterie, vermieden wird. Um dies zu ermöglichen, sind der Eingang 2.1 und der Ausgang 2.2 des Temperiermediumkanals 2 zweckmäßigerweise verschließbar ausgebildet, beispielsweise mittels hier nicht dargestellter Temperiermediumkanalventile.Between these two connections, ie between the entrance 2.1 and the exit 2.2 , is a tempering medium bypass 3 intended. This tempering medium bypass 3 allows circulating in the tempering unit 1 located tempering exclusively within the temperature control unit 1 , Ie. If necessary, in particular for heating the individual cells, there is an outflow of hot tempering medium from the tempering unit 1 and an inflow of cold tempering in the tempering 1 avoided, so that in particular a heat loss via peripheral components, ie on components outside the battery, is avoided. To make this possible, the entrance is 2.1 and the exit 2.2 of the tempering medium channel 2 suitably designed closable, for example by means not shown here Temperiermediumkanalventile.

Ebenso ist zweckmäßigerweise der Temperiermediumbypass 3 verschließbar ausgebildet, beispielsweise mittels mindestens eines Temperiermediumbypassventils 4, wie in 1 schematisch stark vereinfacht angedeutet, um weiterhin auch das Kühlen der Einzelzellen zu ermöglichen, wobei das Temperiermedium zum Kühlen der Einzelzellen über den geöffneten Eingang 2.1 in den Temperiermediumkanal 2 der Temperiereinheit 1 einströmt, den Temperiermediumkanal 2 durchströmt und, da der Temperiermediumbypass 3 zur Kühlung der Einzelzellen geschlossen ist, über den geöffneten Ausgang 2.2 aus dem Temperiermediumkanal 2 der Temperiereinheit 1 ausströmt, d. h. das Kühlmedium zirkuliert zum Kühlen der Einzelzellen weiterhin im gesamten Temperiermediumkreislauf der Temperiervorrichtung.Likewise, the tempering medium bypass is expediently 3 lockable, for example by means of at least one Temperiermediumbypassventils 4 , as in 1 schematically indicated greatly simplified, to further enable the cooling of the individual cells, wherein the temperature control medium for cooling the individual cells via the open input 2.1 in the tempering medium channel 2 the temperature control unit 1 flows in, the tempering medium channel 2 flows through and, as the Temperiermediumbypass 3 closed to cool the individual cells, via the open output 2.2 from the tempering medium channel 2 the temperature control unit 1 flows out, ie the cooling medium continues to circulate for cooling the individual cells in the entire tempering medium of the temperature control.

Um das Heizen der Einzelzellen zu ermöglichen, ist im Temperiermediumbypass 3 eine Heizeinheit 5 angeordnet, welche zweckmäßigerweise als ein elektrischer Heizwiderstand ausgebildet ist. Im betriebsbereiten Zustand der Temperiereinheit 1 ist diese als elektrischer Heizwiderstand ausgebildete Heizeinheit 5 vorteilhafterweise zur elektrischen Energieversorgung über ein hier nicht dargestelltes Schaltelement mit der Batterie oder zweckmäßigerweise mit dem Zellverbund, welchem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist, elektrisch gekoppelt.In order to enable the heating of the individual cells, is in the tempering medium bypass 3 a heating unit 5 arranged, which is expediently designed as an electrical heating resistor. In the ready state of the temperature control unit 1 this is designed as an electrical heating resistor heating unit 5 Advantageously, for the electrical power supply via a not shown here switching element with the battery or expediently with the cell assembly, which the temperature control unit 1 is assigned, electrically coupled.

Damit nicht nur das sich im Temperiermediumbypass 3 befindliche Temperiermedium mittels der Heizeinheit 5 erwärmt wird, sondern eine Verteilung des erwärmten Temperiermediums in der Temperiereinheit 1 ermöglicht wird, ist zudem ein Umwälzelement 6 vorgesehen, welches zweckmäßigerweise ebenfalls im Temperiermediumbypass 3 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt. 2 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines solchen Umwälzelementes 6, welches beispielsweise als Flügelrad oder Propeller ausgebildet ist, um das Temperiermedium durch den Temperiermediumkanal 2 und den Temperiermediumbypass 3 der Temperiereinheit 1 hindurch zu fördern, d. h. in der Temperiereinheit 1 umzuwälzen.So not only that in the Temperiermediumbypass 3 located tempering by means of the heating unit 5 is heated, but a distribution of the heated temperature control in the temperature control unit 1 is possible, is also a Umwälzelement 6 provided, which expediently also in Temperiermediumbypass 3 is arranged as in 1 shown. 2 shows an exemplary schematic representation of such a circulation element 6 , which is designed for example as impeller or propeller to the temperature control through the Temperiermediumkanal 2 and the tempering medium bypass 3 the temperature control unit 1 through, ie in the tempering unit 1 to circulate.

In einem Verfahren zum Heizen der Einzelzellen der Batterie oder der Einzelzellen des Zellverbundes, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist, werden der Eingang 2.1 und der Ausgang 2.2 des Temperiermediumkanals 2 geschlossen und der Temperiermediumbypass 3 wird, zweckmäßigerweise mittels des Temperiermediumbypassventils 4, geöffnet, so dass in der Temperiereinheit 1 ein geschlossener Kreislauf für das sich darin befindende Temperiermedium, d. h. für einen Teil des gesamten Temperiermediums der Temperiervorrichtung, ausgebildet ist. Die Heizeinheit 5 wird aktiviert, zweckmäßigerweise durch Schalten des Schaltelementes, wodurch sie mit der Batterie oder mit dem zu heizenden Zellverbund elektrisch gekoppelt und dadurch mit elektrischer Energie versorgt wird.In a method for heating the individual cells of the battery or of the individual cells of the cell network, the temperature control unit 1 is assigned to the input 2.1 and the exit 2.2 of the tempering medium channel 2 closed and the tempering medium bypass 3 is, suitably by means of Temperiermediumbypassventils 4 , opened so that in the tempering unit 1 a closed circuit is formed for the temperature control medium located therein, ie for a part of the entire temperature control medium of the temperature control device. The heating unit 5 is activated, expediently by switching the switching element, whereby it is electrically coupled to the battery or to be heated cell assembly and thereby supplied with electrical energy.

Eine dadurch an der als elektrischer Heizwiderstand ausgebildeten Heizeinheit 5 anliegende elektrische Spannung U, welche zweckmäßigerweise einer Zellverbundspannung des Zellverbundes entspricht, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist und mit welchem die Heizeinheit 5 durch Schalten des Schaltelementes elektrisch gekoppelt ist, verursacht einen elektrischen Stromfluss durch die Heizeinheit 5, welcher die Heizeinheit 5, d. h. den elektrischen Heizwiderstand, aufheizt. Durch die Heizeinheit 5 wird somit das die Heizeinheit 5 umgebende Temperiermedium aufgeheizt. Da der elektrische Strom auf die beschriebene Weise den zu beheizenden Einzelzellen entnommen wird, entsteht aufgrund eines jeweiligen Innenwiderstandes der Einzelzellen eine zusätzliche Verlustleistung in den Einzelzellen, welche in Wärme umgewandelt wird. D. h. es wird auf diese Weise zusätzlich Wärme zum Beheizen der Einzelzellen erzeugt.A thereby formed on the heating element designed as an electrical heating resistor 5 voltage applied voltage U, which suitably corresponds to a cell composite voltage of the cell network, which the temperature control unit 1 is assigned and with which the heating unit 5 is electrically coupled by switching the switching element causes an electric current flow through the heating unit 5 which is the heating unit 5 , ie the electric heating resistor, heats up. Through the heating unit 5 thus becomes the heating unit 5 heated surrounding temperature medium. Since the electric current is removed in the manner described the individual cells to be heated, due to a respective internal resistance of the individual cells, an additional power loss in the individual cells, which is converted into heat. Ie. In this way, additional heat is generated for heating the individual cells.

Um das Temperiermedium nicht nur lokal zu erwärmen, d. h. nicht nur in der Umgebung der Heizeinheit 5 im Temperiermediumbypass 3 zu erwärmen, sondern das erwärmte Temperiermedium in der Temperiereinheit 1 zu verteilen, ist das Umwälzelement 6 vorgesehen, wie oben bereits erwähnt. Das Umwälzelement 6 wird angetrieben und fördert dadurch das Temperiermedium durch den Temperiermediumbypass 3 und den Temperiermediumkanal 2 in der Temperiereinheit 1 hindurch, d. h. das Temperiermedium wird mittels des Umwälzelementes 6 in der Temperiereinheit 1 umgewälzt.Not only to heat the temperature control medium locally, ie not only in the vicinity of the heating unit 5 in tempering medium bypass 3 to heat, but the heated temperature control in the temperature control unit 1 to distribute, is the Umwälzelement 6 provided, as already mentioned above. The circulation element 6 is driven and thereby promotes the temperature control through the Temperiermediumbypass 3 and the tempering medium channel 2 in the temperature control unit 1 through, ie the temperature control is by means of the circulation element 6 in the temperature control unit 1 circulated.

Vorteilhafterweise ist das Umwälzelement 6 zu dessen Bewegung mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinheit magnetisch gekoppelt. Zu diesem Zweck weist das Umwälzelement 6 zweckmäßigerweise, wie in 2 gezeigt, zumindest einen Magneten 7 auf, vorteilhafterweise einen Permanentmagneten, wie in 2 anhand des Nordpols N und Südpols S des Magneten 7 schematisch angedeutet.Advantageously, the circulation element 6 magnetically coupled to the movement with a drive unit, not shown here. For this purpose, the circulating element 6 expediently, as in 2 shown, at least one magnet 7 on, advantageously a permanent magnet, as in 2 based on the north pole N and south pole S of the magnet 7 indicated schematically.

Durch diese magnetische Kopplung des Umwälzelementes 6 mit der Antriebseinheit wird ein galvanisch getrennter Antrieb realisiert. Es wird dadurch ermöglicht, die Antriebseinheit, welche zweckmäßigerweise elektrisch betrieben wird, außerhalb des Temperiermediumkanals 2 und des Temperiermediumbypasses 3 zu positionieren, so dass sie nicht mit dem Temperiermedium in Kontakt kommt. Dadurch ist keine aufwändige temperiermediumfeste elektrische Isolation erforderlich und Kurzschlüsse oder eine Stromleitung über das Temperiermedium, welche zu einer Personengefährdung führen oder zu Schäden an anderen Teilen der Temperiervorrichtung oder des Fahrzeugs führen könnten, werden vermieden. Diese galvanische Trennung von Umwälzelement 6 und Antriebseinheit durch deren magnetische Kopplung ist somit insbesondere aus Sicherheitsaspekten vorteilhaft, da somit insbesondere in einem Fehlerfall oder in einem Kollisionsfall des Fahrzeugs die Gefahr eines Kurzschlusses reduziert werden kann.By this magnetic coupling of the circulation element 6 with the drive unit, a galvanically isolated drive is realized. It is thereby made possible, the drive unit, which is suitably operated electrically, outside of the tempering medium channel 2 and the tempering medium bypass 3 so that it does not come into contact with the temperature control medium. As a result, no costly tempering medium-proof electrical insulation is required and short circuits or a power line over the temperature control, which could lead to personal injury or damage to other parts of the temperature control or the vehicle could be avoided. This galvanic separation of circulating element 6 and drive unit by the magnetic coupling is thus particularly advantageous for safety reasons, since thus in particular in a fault or in a collision case of the vehicle, the risk of a short circuit can be reduced.

Der Vorgang des Heizens erfolgt zweckmäßigerweise solange, bis die vorgegebene Zelltemperatur der Einzelzellen der Batterie oder der Einzelzellen des Zellverbundes, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist, erreicht ist.The heating operation is expediently carried out until the predetermined cell temperature of the individual cells of the battery or of the individual cells of the cell assembly, to which the temperature control unit 1 is assigned is reached.

In einem Verfahren zum Kühlen der Einzelzellen der Batterie oder der Einzelzellen des Zellverbundes, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist, werden der Eingang 2.1 und der Ausgang 2.2 des Temperiermediumkanals 2 geöffnet und der Temperiermediumbypass 3 wird, zweckmäßigerweise mittels des Temperiermediumbypassventils 4, geschlossen. Das Temperiermedium wird nun zweckmäßigerweise von einer nicht dargestellten batterieexternen Temperiermediumpumpe der Temperiervorrichtung umgewälzt und somit durch den gesamten Temperiermediumkreislauf der Temperiervorrichtung gefördert, wobei es über den Eingang 2.1 in den Temperiermediumkanal 2 der Temperiereinheit 1 einströmt, den Temperiermediumkanal 2 und somit die Temperiereinheit 1 durchströmt, dabei Wärme der Einzelzellen der Batterie oder des Zellverbundes, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist, aufnimmt und diese dadurch kühlt, und über den Ausgang 2.2 aus dem Temperiermediumkanal 2 der Temperiereinheit 1 ausströmt, um die Wärme beispielsweise an die Umgebung des Fahrzeugs abzugeben, zweckmäßigerweise mittels eines Wärmetauschers der Temperiervorrichtung des Fahrzeugs.In a method for cooling the individual cells of the battery or of the individual cells of the cell network, the temperature control unit 1 is assigned to the input 2.1 and the exit 2.2 of the tempering medium channel 2 opened and the tempering medium bypass 3 is, suitably by means of Temperiermediumbypassventils 4 , closed. The temperature control medium is now expediently circulated by a temperature-control medium pump, not shown, of the temperature control device and thus conveyed through the entire temperature control medium circuit of the temperature control device, wherein it passes through the input 2.1 in the tempering medium channel 2 the temperature control unit 1 flows in, the tempering medium channel 2 and thus the tempering unit 1 flows through it, while heat of the individual cells of the battery or the cell network, the temperature control unit 1 is allocated, and thereby cools, and over the output 2.2 from the tempering medium channel 2 the temperature control unit 1 flows out to deliver the heat, for example, to the environment of the vehicle, expediently by means of a heat exchanger of the temperature control of the vehicle.

Das Verfahren zum Heizen und das Verfahren zum Kühlen sind zweckmäßigerweise Bestandteile eines Verfahrens zum Temperieren der Einzelzellen der Batterie oder der Einzelzellen des Zellverbundes, dem die Temperiereinheit 1 zugeordnet ist. Gesteuert und/oder geregelt wird dieses Temperieren zweckmäßigerweise mittels einer entsprechenden Steuerungs- und/oder Regelungseinheit der Temperiervorrichtung, mittels welcher der Eingang 2.1 und der Ausgang 2.2 sowie der Temperiermediumbypass 3 geschlossen und geöffnet werden können, beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung der Temperiermediumkanalventile und des Temperiermediumbypassventils 4, sowie die Heizeinheit 5 aktiviert und deaktiviert werden kann, zweckmäßigerweise durch entsprechendes Schalten des Schaltelementes, und das Umwälzelement 6 aktiviert und deaktiviert werden kann, zweckmäßigerweise durch Aktivieren bzw. Deaktivieren von dessen Antriebseinheit.The method for heating and the method for cooling are expediently components of a method for controlling the temperature of the individual cells of the battery or of the individual cells of the cell network, to which the temperature control unit 1 assigned. Controlled and / or regulated this tempering is expediently by means of a corresponding control and / or regulating unit of the temperature control, by means of which the input 2.1 and the exit 2.2 as well as the tempering medium bypass 3 can be closed and opened, for example, by a corresponding control of Temperiermediumkanalventile and Temperiermediumbypassventils 4 , as well as the heating unit 5 can be activated and deactivated, suitably by appropriate switching of the switching element, and the circulation element 6 can be activated and deactivated, expediently by activating or deactivating the drive unit.

Zum Kühlen wird von der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit insbesondere die batterieexterne Temperiermediumpumpe der Temperiervorrichtung aktiviert und insbesondere zum Heizen deaktiviert.For cooling, in particular the battery-external tempering medium pump of the temperature control device is activated and in particular deactivated for heating by the control and / or regulating unit.

Da das Kühlen und Heizen temperaturabhängig erfolgt, ist die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zweckmäßigerweise mit einem oder mehreren Temperatursensoren gekoppelt. Zweckmäßigerweise wird mittels der Temperatursensoren die Zelltemperatur der Batterie, des jeweiligen Zellverbundes oder jeder einzelnen Einzelzelle ermittelt.Since the cooling and heating is temperature-dependent, the control and / or regulating unit is expediently coupled to one or more temperature sensors. Appropriately, the cell temperature of the battery, the respective cell network or each individual cell is determined by means of the temperature sensors.

Die beschriebene Lösung ermöglicht insbesondere ein sehr effizientes Heizen der Einzelzellen der Batterie oder der Einzelzellen des jeweiligen Zellverbundes, dem die jeweilige Temperiereinheit 1 zugeordnet ist. Wie bereits oben erwähnt, weist die Temperiervorrichtung zur Temperierung der Batterie vorzugsweise mehrere solcher Temperiereinheiten 1 auf, welche beispielsweise jeweils einem Zellverbund der Batterie zugeordnet sind, so dass vorteilhafterweise eine zellverbundindividuelle Temperierung ermöglicht wird.In particular, the described solution makes it possible to heat the individual cells of the battery or of the individual cells of the respective cell network very efficiently, to which the respective temperature control unit 1 assigned. As already mentioned above, the tempering device for tempering the battery preferably has a plurality of such tempering units 1 which, for example, are each assigned to a cell group of the battery, so that advantageously a cell-composite-individual temperature control is made possible.

Zweckmäßigerweise fallen sämtliche Verluste innerhalb der zu heizenden Einzelzellen an, insbesondere durch die elektrische Energieversorgung der Heizeinheit 5 durch die zu heizenden Einzelzellen. Zudem wird ein Heizen peripherer Bauteile, d. h. Bauteile außerhalb der Batterie, die nicht beheizt werden müssen, vermieden, so dass Wärmeverluste über solche Bauteile vermieden werden, wodurch eine energiesparende Beheizung der Einzelzellen ermöglicht wird.Expediently, all losses occur within the individual cells to be heated, in particular by the electrical energy supply of the heating unit 5 through the individual cells to be heated. In addition, heating of peripheral components, ie components outside the battery, which need not be heated, is avoided, so that heat losses are avoided over such components, whereby an energy-saving heating of the individual cells is possible.

Sind mehrere solcher Temperiereinheiten 1 für die Batterie vorgesehen und die jeweilige Temperiereinheit 1 ist beispielsweise einem Zellverbund, d. h. einem Zellmodul, zugeordnet, wird insbesondere eine zellverbundselektive Beheizung der Einzelzellen durch eine entsprechende zellverbundselektive Ansteuerung der jeweiligen Temperiereinheit 1, insbesondere deren Heizeinheit 5, ermöglicht. Zweckmäßigerweise ist ebenso eine zellverbundselektive Kühlung der Einzelzellen durch eine entsprechende zellverbundselektive Ansteuerung der jeweiligen Temperiereinheit 1 ermöglicht.Are several such tempering units 1 provided for the battery and the respective temperature control unit 1 If, for example, a cell network, ie a cell module, is assigned, in particular cell-cell-selective heating of the individual cells is achieved by a corresponding cell-network-selective activation of the respective temperature control unit 1 , in particular their heating unit 5 , allows. Expediently, a cell-network-selective cooling of the individual cells is likewise provided by a corresponding cell-network-selective activation of the respective temperature control unit 1 allows.

Durch diese zellverbundselektive Ansteuerung der Temperiereinheiten 1 können die einzelnen Zellverbünde je nach Bedarf beheizt oder gekühlt werden, insbesondere können sie beispielsweise unterschiedlich schnell aufgeheizt werden. Dadurch ist eine deutlich bessere Steuerung und/oder Regelung der zellverbundspezifischen Zelltemperaturen möglich. Dies ist vorteilhaft für eine Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der jeweiligen Einzelzelle.Through this cell-group-selective control of the temperature control units 1 The individual cell networks can be heated or cooled as needed, in particular they can be heated, for example, at different rates. As a result, a significantly better control and / or regulation of cell-specific cell temperatures is possible. This is advantageous for a lifetime and performance of the respective single cell.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Temperiereinheittemperature control
22: TemperiermediumkanalTemperiermediumkanal
2.12.1: Eingangentrance
2.22.2: Ausgangoutput
33: TemperiermediumbypassTemperiermediumbypass
44: TemperiermediumbypassventilTemperiermediumbypassventil
55: Heizeinheitheating unit
66: UmwälzelementUmwälzelement
77: Magnetmagnet
NN: NordpolNorth Pole
SS: SüdpolSouth Pole
UU: Spannungtension

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013012164 A1 [0002]

Claims

Tempering unit ( 1 ) for a battery, comprising a tempering medium channel ( 2 ), with an input ( 2.1 ) and an output ( 2.2 ) of the tempering medium channel ( 2 ) are fluidically coupled or coupled to a Temperiermediumkreislauf, characterized in that a Temperiermediumbypass ( 3 ) between the entrance ( 2.1 ) and the output ( 2.2 ) is provided, in which a heating unit ( 5 ) is arranged.

Tempering unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the tempering medium bypass ( 3 ) a circulation element ( 6 ) is arranged.

Tempering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating unit ( 5 ) is formed as an electrical heating resistor.

Tempering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating unit ( 5 ) is electrically coupled or coupled via a switching element with the battery.

Tempering unit ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the circulating element ( 6 ) is magnetically coupled or coupled to a drive unit.

Tempering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, designed as a tempering plate.