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Die Erfindung betrifft eine Temperierungsvorrichtung für eine Batterie eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug mit einer solchen Temperierungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Temperierung einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Batterie eines Fahrzeugs.
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In Fahrzeugen werden Akkumulatoren als wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie eingesetzt. Neben der Verwendung als Starterbatterie verfügen Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen über Traktionsbatterien, die dem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs dienen.
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Diese Batterien sind im Allgemeinen temperaturempfindlich und sollten in einem engen Temperaturbereich betrieben werden. Während bei kalten Umgebungstemperaturen eine Erwärmung der Batterie erforderlich sein kann, ist bei höheren Temperaturen, z. B. über 30 °C, zumeist eine Kühlung der Batterie notwendig, da die Batterie selbst während ihres Betriebs Wärme erzeugt. Eine mittels einer Kühlvorrichtung gekühlte Batterie ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 200 782 A1 bekannt. Die Kühlung von Batterien wird zudem in der
DE 10 2009 054 922 A1 beschrieben.
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Üblicherweise wird zur Batteriekühlung ein zusätzlicher Kühlkreislauf verwendet, der unabhängig vom Motorkühlkreislauf ist. Bei moderaten Umgebungstemperaturen, d. h. falls eine geringe Batteriekühlung ausreicht, wird eine erste Kühlstufe aktiviert, bei der ein Temperiermittel, d. h. in diesem Fall ein Kühlmittel, mittels einer elektrischen Pumpe zur Batterie geleitet wird, wo es Wärme aufnimmt. Anschließend gelangt das erwärmte Kühlmittel in eine erste Wärmeübertragungseinrichtung, in der es die aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Die für den Betrieb der elektrischen Pumpe notwendige Energie ist relativ gering.
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Bei hohen Umgebungstemperaturen ist jedoch die damit erzielbare Kühlwirkung nicht ausreichend, so dass eine zusätzliche Kühlung (zweite Kühlstufe) des Kühlmittels auf geringere Temperaturen, z. B. auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur, notwendig ist. Dafür kann eine zweite Wärmeübertragungseinrichtung, z. B. mittels einer entsprechenden Ventilanordnung und -steuerung, aktiviert werden, die beispielsweise parallel zur ersten Wärmeübertragungseinrichtung im Kühlkreislauf angeordnet sein kann. Diese zweite Wärmeübertragungseinrichtung wird mit Hilfe eines Kältemittels gekühlt, d. h. die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird an das Kältemittel abgegeben. Beispielsweise kann dafür das Kältemittel der Klimaanlage des Fahrzeugs genutzt werden.
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Wird eine hohe Kühlleistung benötigt, d. h. ist die zweite Wärmeübertragungseinrichtung der zweiten Kühlstufe aktiv, muss der Kompressor der Klimaanlage einen geeigneten Kältemitteldruck bereitstellen, damit letztendlich die gewünschte Kühlmitteltemperatur erreicht werden kann. Dafür wird deutlich mehr elektrische Energie als für den Betrieb der elektrischen Pumpe der ersten Kühlstufe benötigt.
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Zur Kühlung der Batterie wird das Kühlmittel üblicherweise in einen Zwischenraum, z. B. unterhalb der Batterie, eingeleitet, der beispielsweise durch das Batteriegehäuse und eine daran befestigte Platte gebildet wird. Eine solche (Kühl-)Platte kann ebenfalls als Wärmeübertragungseinrichtung fungieren und wird aufgrund ihrer Anordnung in Batterienähe im Folgenden als Batteriewärmeübertragungseinrichtung bezeichnet. Die Batteriewärmeübertragungseinrichtung kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein und dient u. a. der zusätzlichen Kühlung des Kühlmittels, indem die Batteriewärmeübertragungseinrichtung durch den Fahrtwind umströmt wird, so dass Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.
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Diese Kühlwirkung der Batteriewärmeübertragungseinrichtung ist jedoch nur vorhanden, solange die Temperatur des Kühlmittels höher als die Umgebungstemperatur ist. Ist jedoch die zweite Kühlstufe aktiv, d. h. weist das Kühlmittel eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur auf, bewirkt die Batteriewärmeübertragungseinrichtung in diesem Fall keine weitere Kühlung des Kühlmittels, sondern vielmehr eine Erwärmung. In diesem Fall geht ein Großteil der möglichen Kühlleistung verloren und steht nicht für die Kühlung der Batterie zur Verfügung, da mittels der Batteriewärmeübertragungseinrichtung Wärme von der Umgebungsluft auf das Kühlmittel übertragen wird. Im Ergebnis wird mehr Energie für die Kühlung der Batterie benötigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit anzugeben, mit der die Effizienz der Batteriekühlung gesteigert werden kann, indem insbesondere der Energiebedarf reduziert wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die jeweils darauf bezogenen Unteransprüche beinhalten Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Lösungen.
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Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die Batteriewärmeübertragungseinrichtung gegenüber der Umgebung zu isolieren, falls die Temperatur des Temperiermittels niedriger als die Umgebungstemperatur ist oder eine Erwärmung der Batterie gewünscht ist. Ist die Temperatur des Temperiermittels hingegen höher als die Umgebungstemperatur und ist eine Kühlung der Batterie erwünscht, so soll eine Wärmeübertragung von dem Temperiermittel an die Umgebungsluft möglich sein. Unter gewöhnlichen Bedingungen ist zumeist letzteres der Fall, so dass das Temperiermittel als Kühlmittel wirkt.
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Für die Wärmeisolierung der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und damit der Batterie kann eine luftgefüllte Kammer (Luftkammer) unterhalb der Batteriewärmeübertragungseinrichtung vorgesehen sein. Diese Luftkammer kann beispielsweise zwischen dem Batteriewärmeüberträger und einer Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs ausgebildet werden. Derartige Unterbodenverkleidungen werden üblicherweise an der Unterseite des Fahrzeugs angebracht, um den Strömungswiderstand zu verringern. Der Abstand zwischen Batteriewärmeübertragungseinrichtung und Unterbodenverkleidung kann gering sein und z. B. ca. 10 mm betragen.
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Aufgrund der zumeist rechteckigen Grundform der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und/oder der Unterbodenverkleidung kann eine sichere Abdichtung beispielsweise mittels einer Schaumstoffdichtung realisiert werden. Derartige Schaumstoffdichtungen sind z. B. aus der Abdichtung von konventionellen Kühlpaketen bekannt. Mittels der Abdichtung wird ein Luftaustausch mit der Umgebung verhindert, so dass eine effektive Isolation erreicht werden kann.
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Ist eine Wärmeübertragung vom Temperiermittel an die Umgebungsluft gewünscht, so soll eine Luftströmung in der Luftkammer ermöglicht werden, um ständig neue kühlere Umgebungsluft zuführen zu können. Diese Luftströmung kann beispielsweise durch den Fahrtwind entstehen.
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Um beide Funktionalitäten, d. h. Isolierung oder Wärmeübertragung an die Umgebungsluft, in Abhängigkeit der jeweils herrschenden Bedingungen realisieren zu können, ist eine verschließbare Lufteinströmöffnung am Beginn, d. h. am in Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs betrachtet vorderen Ende der Luftkammer, vorgesehen. Wird eine Isolierung gewünscht, ist oder wird die Lufteinströmöffnung verschlossen. Ist hingegen eine Luftströmung erwünscht, ist oder wird die Lufteinströmöffnung geöffnet. Das hintere Ende der Luftkammer verfügt entsprechend über eine Luftausströmöffnung.
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Eine erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung für eine Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs, weist ein Batteriegehäuse mit einer darin angeordneten zu temperierenden Batterie sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung auf, die unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet zueinander angeordnet sind. Diese in der Nähe des Batteriegehäuses befindliche Wärmeübertragungseinrichtung wird im Folgenden als Batteriewärmeübertragungseinrichtung bezeichnet.
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In den Zwischenraum ist ein Temperiermittel, z. B. eine Temperierflüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, einleitbar, beispielsweise, indem der Zwischenraum mittels Temperiermittelleitungen mit einem Temperiermittelreservoir verbunden ist, von dem Temperiermittel in den Zwischenraum, z. B. mittels einer Pumpe, befördert werden kann. Es kann bevorzugt ein Temperiermittelkreislauf ausgebildet sein oder werden, dessen Bestandteil der Zwischenraum ist.
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Mit anderen Worten wird zwischen Batteriegehäuse und Batteriewärmeübertragungseinrichtung ein Zwischenraum gebildet, in dem sich ein Temperiermittel befinden kann, welches der Kühlung oder Erwärmung des Batteriegehäuses und damit der Batterie dient. In den meisten Anwendungsfällen wird eine Kühlung der Batterie erforderlich sein, so dass das Temperiermittel ein Kühlmittel, d. h. ein Mittel zur Kühlung der Batterie, ist.
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Der Zwischenraum kann jede beliebige Form aufweisen und sich beispielsweise lediglich an einer Seitenfläche des Batteriegehäuses entlang erstrecken oder aber auch mehrere oder alle Seitenflächen des Batteriegehäuses einnehmen. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung sowohl zwischen Batteriegehäuse und Temperiermittel als auch zwischen Batteriewärmeübertragungseinrichtung und Temperiermittel können die Begrenzungsflächen des Zwischenraums strukturiert sein, um eine möglichst große Oberfläche zur Wärmeübertragung zu schaffen.
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Die Temperierungsvorrichtung weist weiterhin eine Begrenzungseinrichtung auf. Zwischen der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und der Begrenzungseinrichtung ist eine Luftkammer, d. h. eine luftbefüllte oder mit Luft zu befüllende Kammer, angeordnet, d. h. die Batteriewärmeübertragungseinrichtung und die Begrenzungseinrichtung sind unter Ausbildung einer zwischenliegenden Luftkammer zueinander angeordnet.
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Entsprechend begrenzt zumindest eine Seitenfläche der Batteriewärmeübertragungseinrichtung den Zwischenraum, während zumindest eine weitere Seitenfläche der Batteriewärmeübertragungseinrichtung die Luftkammer begrenzt. Beispielsweise kann sich aus Sicht der Einbausituation im Fahrzeug ein Aufbau wie folgt ergeben. Über einer Begrenzungseinrichtung ist die Batteriewärmeübertragungseinrichtung angeordnet, so dass zwischenliegend die Luftkammer ausgebildet ist. Die äußere Begrenzung der Luftkammer kann beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung der Begrenzungseinrichtung und/oder der Batteriewärmeübertragungseinrichtung erreicht werden. Es kann auch eine anderweitige umlaufende Begrenzung der Luftkammer, z. B. in Form einer Dichtung, vorgesehen sein.
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Über der Batteriewärmeübertragungseinrichtung ist der Zwischenraum angeordnet, in welchem sich das Kühlmittel befindet oder in welchen das Kühlmittel eingeleitet werden kann. Über dem Zwischenraum ist das Batteriegehäuse mit der zu temperierenden Batterie angeordnet.
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Das Temperiermittel ist mittels der Batteriewärmeübertragungseinrichtung temperierbar, indem Wärme vom Temperiermittel an die Luft in der Luftkammer oder umgekehrt übertragen werden kann.
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Die Luftkammer verfügt über eine Lufteinströmöffnung zur Zufuhr von Umgebungsluft in die Luftkammer sowie eine Luftausströmöffnung zur Luftabfuhr aus der Luftkammer. Dadurch kann eine Luftströmung in der Luftkammer bewirkt werden, so dass eine schnellere Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft ermöglicht wird. Es können auch mehrere Lufteinström- und/oder Luftausströmöffnungen vorhanden sein.
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Es ist vorgesehen, dass die Lufteinströmöffnung verschließbar ist. Dadurch kann die Luftzufuhr in die Luftkammer unterbrochen und die Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft behindert werden.
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Ein geeignetes Verschlusselement ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 0222 98 A1 bekannt und kann mittels eines Antriebs bewegbar ausgebildet sein. Das Verschlusselement kann beispielsweise durch eine schwenkbare Klappe gebildet sein oder werden, die in einem ausgeschwenkten Zustand über die Begrenzungseinrichtung, z. B. die Unterbodenverkleidung, nach unten, also in Richtung der Fahrbahn, hervorsteht. Alternativ kann das Verschlusselement durch einen linear bewegbaren Schieber gebildet sein, der die Lufteinströmöffnung ähnliche einer Blende verschließen oder zumindest teilweise freigeben kann. Das Verschlusselement kann auch als flexibles Flächenelement ausgebildet sein, welches durch Biegung so verformt werden kann, dass die Lufteinströmöffnung mehr oder weniger freigegeben oder verschlossen ist.
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Ein Verschließen der Lufteinströmöffnung ist sinnvoll, sofern eine Erwärmung der Batterie erwünscht ist, d. h. die Abgabe von Wärme von dem Temperiermittel an die Umgebungsluft möglichst unterbunden werden soll, oder aber eine besonders hohe Kühlleistung erforderlich ist. In letzterem Fall weist das Temperiermittel eine niedrigere Temperatur als die Umgebungsluft auf, so dass die Wärmeübertragung von der Umgebungsluft an das Temperiermittel weitgehend unterbunden werden sollte.
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Durch Unterbindung der Luftzufuhr zu der Luftkammer findet eine Wärmeübertragung nur zwischen der bereits in der Luftkammer befindlichen Luft und dem Temperiermittel statt. Sodann wirkt die in der zumindest teilweise verschlossenen Luftkammer befindliche Luft aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit wärmeisolierend und behindert eine weitere Wärmeübertragung zwischen Umgebung und Temperiermittel.
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Erfindungsgemäß weist die Temperierungsvorrichtung weiterhin eine Regelungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Lufteinströmöffnung auf, wobei die Regelung in Abhängigkeit der Temperatur des Temperiermittels und/oder der Temperatur der Umgebungsluft erfolgen kann. Dies ermöglicht ein automatisches Öffnen und Schließen der Öffnung in Abhängigkeit davon, ob eine Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft gewünscht ist oder nicht.
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Ist beispielsweise die Temperatur des Temperiermittels niedriger als die Temperatur der Umgebungsluft, so kann in Hinblick auf eine möglichst effektive Kühlung der Batterie eine Wärmeübertragung verhindert werden, indem zumindest die Lufteinströmöffnung verschlossen ist oder wird. Ist die Temperatur des Temperiermittels hingegen höher als die Temperatur der Umgebungsluft und ist dennoch eine Kühlung der Batterie erwünscht, so kann eine Wärmeübertragung ermöglicht werden, indem Lufteinström- und Luftausströmöffnung geöffnet sind oder werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht daher eine bedarfsgerechte Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Begrenzungseinrichtung eine Unterbodenverkleidung eines Fahrzeugs sein, so dass die Luftkammer zwischen der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und der Unterbodenverkleidung angeordnet sind. Da Fahrzeuge zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften zumeist über eine Unterbodenverkleidung verfügen, kann dieses vorhandene Bauteil als Begrenzungseinrichtung genutzt werden. Eine weitere separate Begrenzungseinrichtung ist in diesem Fall nicht notwendig, was zu einer Minimierung des Fahrzeuggewichts und der Produktionskosten beiträgt.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann eine äußere umlaufende Begrenzung der Luftkammer mittels einer Dichtung zwischen der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und der Begrenzungseinrichtung gebildet sein oder werden. Beispielsweise kann es sich um eine Schaumstoffdichtung handeln. Eine solche Dichtung ermöglicht eine besonders gute Abdichtung der Luftkammer zur Umgebung und lässt sich einfach, ggf. sogar im Nachhinein, anbringen. Beispielsweise für den Fall, dass die Begrenzungseinrichtung eine Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs ist, kann der Abstand zwischen Batteriewärmeübertragungseinrichtung und Unterbodenverkleidung in vielen Fällen lediglich ca. 10 mm betragen. Ein solch geringer Abstand ist besonders einfach mittels einer Dichtung, insbesondere einer Schaumstoffdichtung, zu überbrücken und abzudichten. Insbesondere geschlossen poriger Schaumstoff zeichnet sich darüber hinaus durch eine besonders geringe Wärmeleitfähigkeit aus, so dass eine gute Isolierung erreichbar ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann auch die Luftausströmöffnung verschließbar sein. Dadurch kann im verschlossenen Zustand ein Luftaustausch zwischen Luftkammer und Umgebung noch effektiver verhindert werden, so dass eine bessere Wärmeisolierung erreichbar ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Temperierungsvorrichtung eine Regelungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der der Lufteinström- und Luftausströmöffnung aufweisen, wobei die Regelung in Abhängigkeit der Temperatur des Temperiermittels und/oder der Temperatur der Umgebungsluft erfolgen kann. Mit anderen Worten kann die Regelungseinrichtung zusätzlich zum Öffnen und Schließen der Luftausströmöffnung in Abhängigkeit der Temperatur des Temperiermittels und/oder der Temperatur der Umgebungsluft ausgebildet sein. Dies ermöglicht ein automatisches Öffnen und Schließen der Öffnungen in Abhängigkeit davon, ob eine Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft gewünscht ist oder nicht.
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Ist beispielsweise die Temperatur des Temperiermittels niedriger als die Temperatur der Umgebungsluft, so kann in Hinblick auf eine möglichst effektive Kühlung der Batterie eine Wärmeübertragung verhindert werden, indem zumindest die Lufteinströmöffnung verschlossen ist oder wird. Ist die Temperatur des Temperiermittels hingegen höher als die Temperatur der Umgebungsluft und ist dennoch eine Kühlung der Batterie erwünscht, so kann eine Wärmeübertragung ermöglicht werden, indem Lufteinström- und Luftausströmöffnung geöffnet sind oder werden.
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Optional kann die Temperierungsvorrichtung weiterhin eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft, zuvor als erste Wärmeübertragungseinrichtung bezeichnet, und/oder eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und einem Kältemittel, zuvor als zweite Wärmeübertragungseinrichtung bezeichnet, aufweisen.
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Es handelt sich dabei um separate Wärmeübertragungseinrichtungen, die auch entfernt von der Batterie angeordnet sein können. Beispielsweise können sich diese zusätzlichen Wärmeübertragungseinrichtungen im Motorraum befinden, während die Batterie unterhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein kann. Dabei sind der Zwischenraum und die Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft und/oder die Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und dem Kältemittel mittels Temperiermittelleitungen unter Ausbildung eines Temperiermittelkreislaufs miteinander verbunden.
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Die zusätzlichen Wärmeübertragungseinrichtungen dienen der Temperierung des Temperiermittels, d. h. entweder eine Kühlung des Temperiermittels durch Wärmeübertragung vom Temperiermittel an ein Kältemittel oder der Kühlung oder Erwärmung des Temperiermittels durch Wärmeübertragung an die Umgebungsluft oder von der Umgebungsluft an das Temperiermittel.
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Es können auch beide beschriebenen zusätzlichen Wärmeübertragungseinrichtungen vorhanden sein. In diesem Fall sind beide bevorzugt parallel zueinander angeordnet, so dass der Temperiermittelkreislauf unter Einbeziehung einer der beiden zusätzlichen Wärmeübertragungseinrichtungen gebildet ist oder wird.
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Die zusätzlichen Wärmeübertragungseinrichtungen ermöglichen eine bedarfsgerechte Temperierung des Temperiermittels. Wie einleitend beschrieben kann unter normalen Bedingungen die Verwendung der Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft ausreichend sein. Eine solche Wärmeübertragungseinrichtung zeichnet sich insbesondere durch einen niedrigen Energieverbrauch aus.
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Bei sehr hohen Temperaturen der Umgebungsluft kann jedoch eine Kühlung des Temperiermittels auf Temperaturen unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft notwendig werden, wofür die Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und dem Kältemittel zum Einsatz kommen kann, der jedoch mit einem deutlich höheren Energieverbrauch verbunden ist.
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Zukünftig wird zudem aus Kosten- und Gewichtsgründen der Verzicht auf die Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft angestrebt, so dass die Kühlung des Temperiermittels in jedem Fall mittels des zweiten Wärmeüberträgers erfolgen müsste. Zur Minimierung des Energieverbrauchs kann in diesem Fall eine Isolierung der Batteriewärmeübertragungseinrichtung besonders wichtig sein.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist eine Temperierungsvorrichtung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen auf. Insbesondere kann es sich um eine Elektro- oder Hybridelektrofahrzeug, z. B. ein Mildhybridelektrofahrzeug oder ein Vollhybridelektrofahrzeug, handeln.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Temperierung einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs, mittels eines Temperiermittels.
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Dazu ist vorgesehen, dass das Temperiermittel in einen Zwischenraum zwischen dem Batteriegehäuse und einer Wärmeübertragungseinrichtung, im Folgenden als Batteriewärmeübertragungseinrichtung bezeichnet, geleitet wird, Wärme zwischen dem im Zwischenraum befindlichen Temperiermittel und dem Batteriegehäuse übertragen wird und mittels der Batteriewärmeübertragungseinrichtung Wärme zwischen dem im Zwischenraum befindlichen Temperiermittel an Luft in eine zwischen der Batteriewärmeübertragungseinrichtung und einer Begrenzungseinrichtung angeordnete Luftkammer übertragen wird.
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Erfindungsgemäß wird für den Fall, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft stattfinden soll, Umgebungsluft der Luftkammer zugeführt und Luft aus der Luftkammer abgeführt und für den Fall, dass keine Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft stattfinden soll, keine Umgebungsluft der Luftkammer zugeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mittels der oben stehend erläuterten erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden. Insofern dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Temperiermittel zu einer weiteren Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Umgebungsluft, einleitend als erste Wärmeübertragungseinrichtung beschrieben, geleitet werden, wobei mittels dieser Wärmeübertragungseinrichtung Wärme von dem Temperiermittel an die Umgebungsluft übertragen und das gekühlte Temperiermittel zurück in den Zwischenraum geleitet werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Temperiermittel zu einer weiteren Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und einem Kältemittel, einleitend als zweite Wärmeübertragungseinrichtung beschrieben, geleitet werden, mittels dieser Wärmeübertragungseinrichtung Wärme von dem Temperiermittel an das Kältemittel übertragen und das gekühlte Temperiermittel zurück in den Zwischenraum geleitet werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Zufuhr der Umgebungsluft zu der Luftkammer in Abhängigkeit von der Temperatur des Temperiermittels und/oder der Temperatur der Umgebungsluft geregelt werden.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
- 1 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In dem im Folgenden erläuterten Beispiel wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, die einen Teil des Beispiels bildet und in der zur Veranschaulichung eine spezifische Ausführungsform gezeigt ist, in der die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.
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Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie 1, z. B. eines Vollhybridfahrzeugs, in der Einbausituation im Fahrzeug dargestellt.
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Die zu kühlende Batterie 1 ist in einem Batteriegehäuse 2 angeordnet. Unterhalb des Batteriegehäuses 2 befindet sich die Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3, so dass ein Zwischenraum 4 zwischen Batteriegehäuse 2 und Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 ausgebildet ist, in den ein Temperiermittel 5 mittels Temperiermittelleitungen 11 einleitbar ist. Bei dem Temperiermittel 5 handelt es sich im Beispiel um ein handelsübliches Kühlmittel.
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Unterhalb der Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 ist eine Begrenzungseinrichtung 6 angeordnet, so dass zwischen der Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 und der Begrenzungseinrichtung 6 eine Luftkammer 7 gebildet ist, in der sich Luft 14 befindet Als Begrenzungseinrichtung 6 dient im Beispiel die Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs. Die äußere umlaufende Begrenzung der Luftkammer wird durch eine Dichtung 17 gebildet, bei der es sich im Beispiel um eine Schaumstoffdichtung handelt.
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Die Luftkammer 7 verfügt über eine Lufteinströmöffnung 8 zur Zufuhr von Umgebungsluft 10 zu der Luftkammer 7 über eine Luftausströmöffnung 9 zur Luftabfuhr aus der Luftkammer 7. Die Lufteinströmöffnung 8 befindet sich in der in Vorwärtsfahrtrichtung 15 des Fahrzeugs betrachtet vorderen Begrenzungsfläche der Luftkammer 7, so dass die Umgebungsluft mit der durch die bei einer Vorwärtsfahrbewegung des Fahrzeugs entstehenden Luftströmung in die Luftkammer 7 einströmen kann. Die Luftausströmöffnung 9 befindet sich in der gegenüberligenden Begrenzungsfläche der Luftkammer 7. Die Lufteinströmöffnung 8 ist verschließbar.
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Weiterhin sind eine Wärmeübertragungseinrichtung 12 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und der Umgebungsluft 10 sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung 13 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und einem Kältemittel vorhanden, die mittels Temperiermittelleitungen 11 unter Ausbildung eines Temperiermittelkreislaufs mit dem Zwischenraum 4 verbunden und parallel zueinander im Temperiermittelkreislauf angeordnet sind. Mittels Ventilen 16 kann festgelegt werden, ob die Wärmeübertragungseinrichtung 12 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und der Umgebungsluft 10 oder die Wärmeübertragungseinrichtung 13 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und einem Kältemittel zur Kühlung des Temperiermittels genutzt werden soll.
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Zur Kühlung der Batterie 1 wird das Temperiermittel 5 in den Zwischenraum 4 eingeleitet, so dass Wärme von dem Batteriegehäuse 2 und damit auch von der Batterie 1 auf das Temperiermittel 5 im Zwischenraum 4 übertragen wird.
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Das erwärmte Temperiermittel 5 wird anschließend mittels Temperiermittelleitungen 11 in die Wärmeübertragungseinrichtung 12 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und der Umgebungsluft 10 oder in die Wärmeübertragungseinrichtung 13 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und einem Kältemittel geleitet, wobei die Auswahl mittels der Ventile 16 in Abhängigkeit von der Temperatur des Temperiermittels 5 und der Temperatur der Umgebungsluft 10 erfolgt.
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Ist die Temperatur der Umgebungsluft 10 niedriger als die Temperatur des Temperiermittels 5, so kann eine Kühlung des Temperiermittels 5 mittels der Umgebungsluft 10 erfolgen. Dazu dient einerseits die Wärmeübertragungseinrichtung 12 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und der Umgebungsluft 10 und andererseits die Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3. In diesem Fall ist eine Luftströmung in der Luftkammer 7 gewünscht, so dass die Lufteinströmöffnung 8 geöffnet ist oder wird, um eine Wärmeübertragung vom Temperiermittel 5 an die Umgebungsluft 10 mittels der Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 zu ermöglichen.
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Ist hingegen die Temperatur der Umgebungsluft 10 höher als die Temperatur des Temperiermittels 5, so ist eine Kühlung des Temperiermittels 5 mittels der Umgebungsluft 10 nicht möglich. In diesem Fall erfolgt eine Kühlung des Temperiermittels 5 mittels der Wärmeübertragungseinrichtung 13 zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 5 und einem Kältemittel. Zudem ist eine Wärmeübertragung mittels der Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 möglichst zu verhindern, da hierbei Wärme von der Umgebungsluft 10 auf das Temperiermittel 5 übertragen werden würde, so dass sich ein Kälteverlust einstellen würde. Entsprechend muss in diesem Fall die Batteriewärmeübertragungseinrichtung 3 isoliert werden. Dies geschieht, indem die Lufteinströmöffnung 8 verschlossen ist oder wird, so dass keine Umgebungsluft 10 in die Luftkammer 7 einströmen kann. Weiterhin sollte auch die Luftausströmöffnung 9 verschlossen sein oder werden, so dass die in der Luftkammer 7 eingeschlossene Luft 14 wärmeisolierend gegenüber der Begrenzungseinrichtung 6 und der Umgebungsluft 10 wirkt.
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Dazu verfügt die Temperierungsvorrichtung über eine Regelungseinrichtung (nicht dargestellt) zum Öffnen und Schließen der Lufteinström- und Luftausströmöffnung 8, 9 in Abhängigkeit der Temperatur des Temperiermittels 5 und/oder der Temperatur der Umgebungsluft 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Batteriegehäuse
- 3
- Batteriewärmeübertragungseinrichtung
- 4
- Zwischenraum
- 5
- Temperiermittel
- 6
- Begrenzungseinrichtung
- 7
- Luftkammer
- 8
- Lufteinströmöffnung
- 9
- Luftausströmöffnung
- 10
- Umgebungsluft
- 11
- Temperiermittelleitung
- 12
- Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und Umgebungsluft
- 13
- Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen Temperiermittel und einem Kältemittel
- 14
- Luft
- 15
- Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs
- 16
- Ventil
- 17
- Dichtung
